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金增强型生物芯片可在几分钟内检测标记物

发现在血液中循环的微量疾病的困难已被证明是在癌症的检测和治疗中的绊脚石,其以轻微的症状进行悄悄进展。通过一种新型电化学生物传感装置识别这些生物标记物发出的微小信号,一对新泽西理工学院的发明者希望弥合这一差距。

他们在疾病检测方面的工作说明了电子传感的力量 - 以及工程师在医学研究中日益重要的作用。

“理想情况下,会有一个简单,便宜的测试 - 在没有特定症状的情况下定期就诊时进行 - 以筛查一些更沉默,致命的癌症,”最近获得博士学位的Bharath Babu Nunna说。与机械工程助理教授Eon Soo Lee一起工作的毕业生,开发了一种纳米技术增强型生物芯片,通过针刺血检,在发病初期检测癌症,疟疾和病毒性疾病,如肺炎。

他们的设备包括一个微流体通道,通过该通道,少量抽取的血液流过覆盖有生物制剂的传感平台,所述生物制剂与血液,泪液和尿液等体液中的目标生物标志物结合 - 从而触发电子纳米电路,表明它们的存在。

该设备的核心创新之一是能够在其微流体通道中分离血浆和全血。血浆携带疾病生物标志物,因此有必要将其分离以增强“信噪比”以实现高度准确的测试。独立设备可在两分钟内分析血液样本,无需外部设备。

“我们的方法以毫微微级浓度检测靶向疾病生物分子,其小于纳米甚至微微尺度,并且类似于在星系团中寻找行星。电流传感技术的浓度限制在千倍以上。使用纳米级平台使我们能够识别这些较低水平的疾病,“Nunna说,并补充说,”通过将血浆与血液分离,我们能够集中疾病生物标志物。

Nunna现在是哈佛医学院的博士后研究员,在那里他正在扩展他在微流体平台方面的专业知识,将他们用于医学院系主任研究员和讲师Su Ryon Shin进行的器官芯片研究。开发3D生物打印的类器官的医学 - 由结构化水凝胶内的培养细胞组成的人造器官 - 用于医学实验。

“我主要负责开发微流体装置,该装置将自动化生物打印3D器官的过程,这些器官将被整合到芯片中用于多种目的。例如,我的任务是开发一个自动化平台,用于长期药物疗效和毒性分析,以追踪肝癌和心脏生物标志物。我将整合微流体生物传感器与肝癌和心脏芯片模型进行连续监测,“他说。

通过测量注射药物的3D生物打印器官分泌的生物标志物浓度,我们可以研究药物对几种器官的影响而不会伤害活体患者。创造人造器官使我们能够自由地进行实验。“

他补充说,在路上,哈佛大学的工作可能会应用于再生医学。“目标是开发功能齐全的3D生物打印的类器官和临床相关的3D组织,以解决移植中供体短缺的问题。”

Nunna说他在哈佛医学院的研究将扩展他对可编程微流体和精确电化学传感技术的了解,将反过来帮助他推进他的生物芯片技术。目标是一种简单,标准的癌症诊断分析,避免了传统的复杂诊断步骤。

Lee和Nunna一直与Weill Cornell Medicine和Hackensack Medical Center的肿瘤学家合作,以确定临床应用。按照目前的设计,该装置将提供血液样本中癌症抗原的定性和定量结果,提供有关癌症存在和严重程度的信息。他说,他们的下一步将是扩大平台,使用针刺刺获的单一血液样本来检测多种疾病。

“尽管医疗保健技术被认为是一种快速发展的技术,但仍有许多未满足的需求需要解决。在早期阶段诊断潜在的致命疾病是挽救生命和改善患者治疗结果的关键,“他补充说,”医疗保健技术需求巨大,包括可在医生办公室提供即时结果的通用诊断平台和其他护理点设置。“

Nunna是Abonics,Inc。的联合创始人兼首席研究科学家,该公司是由Lee组建的一家创业公司,将其设备商业化。他被任命为李的共同发明人,获得了三项已发布的生物芯片专利和另外六项专利,这些专利正由美国专利商标局审核。他们的技术得到了美国国家科学基金会I-Corps项目和新泽西州健康基金会(NJHF)的资金支持,这是一家非盈利性公司,支持新泽西州的顶级生物医学研究和健康相关教育项目。

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