作者:沈春蕾 程振伟 来源:中国科学报 发布时间:2021/3/13 9:46:03
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微流控芯片“缩小”医疗检测设备

 

部分医疗检测设备的小型化、便携化,已经成为发展趋势。杭州电子科技大学副教授王骏超团队在微流控研究领域的研究,有望打开医疗检测设备小型化芯片设计制造的“快捷之门”。相关研究成果近日发表于《芯片实验室》(Lab on a Chip),并被英国皇家化学学会中文官微头条推介。

据悉,微流控芯片不同于一般集成电路芯片,后者通过硅、铜材质的电路图电压运行工作,而前者则通过树脂、玻璃等聚合物里的液体(聚合物有惰性,不会和流经液体发生反应)压力差运行工作。

“微流控芯片做液体检测,优势是液体样本量变小了,反应体芯片也很小,流体在微米级别大小会变得更可控。”王骏超告诉《中国科学报》,“流体到达微流控里的反应区,经过小型阀门的控制,发生生化反应,传感器件通过解码液体里隐藏的信息,得到医疗检测所要的结论,比如新冠核酸检测、病毒感染检测等等。”

事实上,微流控作为专业术语有些“生僻”,但其应用对大众来说并不陌生。王骏超以验孕棒为例介绍道:“验孕棒就是用了微流控原理。女性将极少量尿液放到验孕棒试纸上,试纸就是一款基于纸张的微流控芯片,尿液进入微流控,通过生化反应,通过判断试纸出现单线或双线解码出女性是否已孕。”

此项研究最大的创新点在于,大幅提升了微流控芯片仿真速度。众所周知,集成电路芯片生产出来,前面要经历软件设计、代工、封测等环节。芯片设计需要的EDA(电子设计自动化)软件设计工具,被认为是中国集成电路产业“卡脖子中的卡脖子”。微流控芯片设计也需要EDA软件设计工具,一般被称为MEDA,而王骏超团队通过芯片结构矩阵化,换句话说是“对芯片结构拍照”,将流体力学问题转化为“图像识别问题”,相比传统微流控芯片仿真设计速度,MEDA可以将速度提升51600倍,从而缩短微流控芯片设计时间,减少设计研发成本。

此外,论文还提出了基于卷积神经网络(CNN)的技术来预测随机微流控混合器的流体行为。

王骏超表示,随着微流控应用扩大,用户可以在家通过微型检测设备DIY检测唾液、汗液、尿液,而不用去医院自己获取身体健康信息,未来微流控芯片将得到广泛应用。

相关论文信息:https://doi.org/10.1039/D0LC01158D

 
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