一款受到《星艦迷航記》(Star Trek)三度儀(tricorder)啟發(fā)而且能針對癌癥或心臟病進行快速準確診斷的便攜設備即將實現。蘇格蘭科學家表示，他們開發(fā)的設備可望造福世界各地的人們，更快地獲得迅速準確的醫(yī)療診斷。

　　英國蘇格蘭格拉斯哥大學(University of Glasgow)的研究人員開發(fā)出一種新的“多度儀”(multicorder)，可配對手持式CMOS傳感器以及基于Android的智能手機或平板電腦應用程序(App)，用于測量患者體液樣本中的各種代謝物濃度，從而有助于簡化慢性心臟病和前列腺癌的檢測。

　　該設備具備同步快速檢測和量化多種代謝生物標記的能力，使其特別適用于心臟病發(fā)作、癌癥和中風等情況，在這些病發(fā)時能快速診斷對于有效治療極其關重要。

　　研究人員在其發(fā)表于《生物傳感器與生物電子》(Biosensors and Bioelectronics)期刊中的“單芯片同步測量多種疾病相關代謝物的整合型可攜式系統(tǒng)”(An integrated portable system for single chip simultaneous measurement of multiple disease associated metabolites.)一文中介紹，該CMOS芯片表面由一個被分為多個反應區(qū)的16?×?16像素數組組成(其實是4個獨立的微孔，每個微孔用于一種特定代謝物)，以同時檢測并量化來自血清或尿液等體液的4種代謝物。該設備能以任何Android平板電腦或智能手機進行操作，提供數據擷取、運算、可視化和電源等。

　　該設備能以任何Android手機或平板電腦進行操作（來源：University of Glasgow）

　　該論文的主要作者、格拉斯哥大學工程學院教授Samadhan Patil表示，“我們已經能夠用這種設備同步檢測和測量與心肌梗塞、心臟病和前列腺癌有關的多種代謝物了。該設備具備在早期階段追蹤疾病進展的潛力，非常適合醫(yī)生對病情發(fā)展的預后。”

　　內建芯片比指尖更小，并分為多個反應區(qū)（來源：University of Glasgow）

　　該研究計劃的首席研究員David Cumming補充說：“能夠精確測量代謝物的低成本手持式診斷設備，開啟了廣泛的醫(yī)學應用領域；隨著這一最新發(fā)展，讓我們更進一步將這樣的設備推向市場。這是一項令人興奮的突破，我們渴望繼續(xù)發(fā)展迄今所開發(fā)的技術。”

　　研究人員表示，這種手持式設備提供了代謝物組學(metabolomics)的民主化，使其得以從實驗室走出來，并為研究不同疾病的復雜途徑提供一種低成本的替代方案。

　　芯片細節(jié)

　　研究人員在文中介紹該芯片傳感器尺寸為3.4mm×3.6mm，采用艾邁斯半導體(ams) 350nm三阱(triple-well)工藝。該芯片采用Cadence Virtuoso軟件套件設計，搭載16×16傳感器像素數組，有效面積為1.6mm×1.6mm。

　　該CMOS芯片的有效面積(具有傳感器像素數組)表面由4個600??m?×?600??m x 1500??m (高)的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微塊加以保護。這些PDMS微塊具有兩種作用：作為犧牲材料，幫助塑造黑色環(huán)氧樹脂的微鑄件以制造微孔；其次，保護CMOS芯片的主動像素數組區(qū)域免受環(huán)氧樹脂的損壞或經由刮痕造成的物理損壞。這些PDMS微塊使用覆晶接合器(Semiconductor Equipment Corporation, Model 850)的輔助平移臺，小心地放置于主動像素數組的頂部。

　　(a) 搭載16?x?16傳感器像素數組的CMOS傳感器芯片 (b) 顯示單一傳感器像素的芯片放大圖

　　將環(huán)氧樹脂混合物小心地傾析在PDMS微塊周圍的CMOS芯片表面和接觸墊上。在最高溫度60°C過夜固化會導致環(huán)氧樹脂硬化。將約8mm高的透明塑料環(huán)放置在陶瓷芯片載體上的CMOS芯片周圍以形成反應細胞。使用黑色環(huán)氧樹脂的選擇性微腔鑄造制造出4個象限隔離壁。這些微孔具有移液管通道，這意味著它不需要微管或泵來處理液體，從而避免了復雜的液體處理程序。該方法還允許試劑與微孔瞬時混合，避免微管可能引入的流體行進延遲，以縮短測定時間。

　　單一傳感器像素的光學輪廓測量顯微照片顯示光電二極管