연구원, 가정 의료 진단 테스트를 위한 스마트폰 구동 마이크로칩 개발

연구원, 가정 의료 진단 테스트를 위한 스마트폰 구동 마이크로칩 개발 새로운 기술은 가정에서 질병 진단을 더 빠르고 저렴하게 만들 수 있습니다. 날짜: 2022년 5월 2일 원천: 미네소타 대학교 요약: 연구팀은 최소한의 구성 요소를 사용하고 스마트 폰에서 무선으로 전원을 공급할 수있는 질병 진단을위한 새로운 미세 유체 칩을 개발했습니다. 혁신은 더 빠르고 더 저렴한 재택 의료 테스트의 문을 엽니다. 미네소타 대학의 Twin Cities 연구팀은 최소한의 구성 요소를 사용하고 스마트폰으로 무선으로 전원을 공급할 수 있는 질병 진단을 위한 새로운 미세 유체 칩을 개발했습니다. 혁신은 더 빠르고 더 저렴한 재택 의료 테스트의 문을 엽니다. 연구원들의 논문은 네이처 리서치(Nature Research)에서 발행하는 피어 리뷰, 오픈 액세스, 과학 저널인 네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)에 게재되었습니다. 연구원들도 이 기술을 상용화하기 위해 노력하고 있습니다. 미세유체학은 매우 작은 규모의 액체에 대한 연구 및 조작을 포함합니다. 이 분야에서 가장 인기 있는 응용 프로그램 중 하나는 "lab-on-a-chip" 기술 또는 아주 작은 생물학적 샘플, 혈액 또는 소변에서 질병을 진단할 수 있는 장치를 만드는 기능을 개발하는 것입니다. 과학자들은 이미 몇 가지 상태를 진단하기 위한 휴대용 장치를 가지고 있습니다. 예를 들어 신속한 COVID-19 항원 테스트가 있습니다. 그러나 예를 들어 COVID-19의 특정 변종을 식별하거나 포도당 또는 콜레스테롤과 같은 바이오마커를 측정할 수 있는 보다 정교한 진단 칩을 엔지니어링하는 데 큰 장애물은 너무 많은 움직이는 부품이 필요하다는 사실입니다. 이와 같은 칩에는 내부의 액체를 밀봉하기 위한 재료, 액체를 조작하기 위한 펌프 및 튜브, 이러한 펌프를 활성화하기 위한 와이어가 필요합니다. 이 모든 재료는 마이크로 수준으로 축소하기 어렵습니다. 미네소타 대학 트윈 시티(University of Minnesota Twin Cities)의 연구원들은 부피가 큰 구성 요소 없이 작동하는 미세 유체 장치를 만들 수 있었습니다. 오상현 미네소타대 트윈시티스 전기 및 컴퓨터 공학부 교수는 "연구원들은 전자 장치 스케일링과 관련하여 매우 성공적이었지만 액체 샘플을 처리하는 능력은 따라가지 못했다"고 말했다. 연구의 저자. "최첨단 미세유체 랩온어칩 시스템이 조립에 매우 노동 집약적이라는 것은 과장이 아닙니다. 우리는 덮개 재료, 와이어 및 펌프를 제거해도 될까요?"라고 생각했습니다. 모든 것을 간단하게 만드시겠습니까?" 많은 랩온어칩 기술은 마이크로칩을 가로질러 액체 방울을 이동하여 샘플 내부의 바이러스 병원체 또는 박테리아를 감지하는 방식으로 작동합니다. 미네소타 대학 연구원들의 솔루션은 와인을 마시는 사람들에게 친숙할 독특한 실제 현상, 즉 알코올 증발로 인한 표면 장력으로 인해 와인 병 내부에 형성되는 "다리" 또는 긴 방울에서 영감을 받았습니다. 2010년대 초 오 교수의 연구실에서 개척한 기술을 사용하여 연구원들은 2cm x 2cm 크기의 칩에 작은 전극을 매우 가깝게 배치했습니다. 이 칩은 강한 전기장을 생성하여 칩을 가로질러 물방울을 끌어당겨 유사한 액체 "다리"를 생성합니다. 내부의 분자를 감지합니다. 전극이 서로 밀접하게 배치되어 있기 때문에(간격이 10나노미터에 불과함) 결과적인 전기장이 너무 강해 칩이 작동하는 데 1볼트 미만의 전기만 필요합니다. 이처럼 엄청나게 낮은 전압이 필요하기 때문에 연구원들은 매장에서 비접촉 결제에 사용되는 것과 동일한 기술인 스마트폰의 근거리 통신 신호를 사용하여 진단 칩을 활성화할 수 있었습니다. 연구원들이 스마트폰을 사용하여 미세 유체 구조 없이 좁은 채널을 무선으로 활성화할 수 있었던 것은 이번이 처음이며, 집에서 더 저렴하고 접근하기 쉬운 진단 장치를 위한 길을 열었습니다. 이 연구의 주저자이자 최근 CSE 졸업생(ECE Ph.D. '20)인 Christopher Ertsgaard는 "이것은 매우 흥미롭고 새로운 개념입니다."라고 말했습니다. "이 팬데믹 기간 동안 모든 사람들이 집에서 신속하게 현장 진료 진단의 중요성을 깨달았다고 생각합니다. 그리고 사용할 수 있는 기술이 있지만 더 빠르고 더 민감한 기술이 필요합니다. 스케일링 및 고밀도 제조를 통해 우리는 보다 저렴한 비용으로 이러한 정교한 기술을 가정에서 진단할 수 있습니다." 오 교수의 연구실은 마이크로칩 플랫폼을 상용화하기 위해 가정에서 진단기기를 제조하는 미네소타 신생기업 GRIP Molecular Technologies와 협력하고 있다. 이 칩은 액체 샘플에서 바이러스, 병원체, 박테리아 및 기타 바이오마커를 검출하기 위한 광범위한 애플리케이션을 갖도록 설계되었습니다. GRIP Molecular Technologies의 설립자이자 사장인 Bruce Batten은 "상업적으로 성공하려면 가정 내 진단이 저렴하고 사용하기 쉬워야 합니다. "오 교수팀이 달성한 것과 같은 저전압 유체 이동은 우리가 이 두 가지 요구 사항을 모두 충족할 수 있게 해줍니다. GRIP은 운 좋게도 미네소타 대학과 기술 플랫폼 개발에 협력하게 되었습니다. 기초 연구와 중개 연구 연결 혁신적이고 혁신적인 제품의 파이프라인을 개발하는 데 중요합니다."