埃博拉(Ebola)在全球死亡病例已经上万,其生物安全等级为4级(艾滋病和SARS为3级,级数越大防护越严),而埃博拉病毒的测试,则和电子医疗设备的发展息息相关。

传统上,埃博拉病毒需要在病毒爆发地采集血液样品,冷藏运送到4级生物安全实验室中,利用逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)检测病毒的存在。

近日,Pavel Neuzil教授的团队利用MEMS技术设计了一款手掌大的实时PCR仪,尺寸约为100 mm × 60 mm × 33 mm,重量不超过80克。

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图:Pavel Neuzil教授团队研制的便携式实时PCR仪。

该款PCR仪可对埃博拉病毒进行快速检测,整个分析过程中血液用量仅为100 nL,用时不超过37分钟,驱动电压12V。

原理与创新点

仪器的反应芯片是利用MEMS微细加工工艺制作而成的,在超疏水的芯片表面放置样品和矿物油,从而形成一个密封的虚拟反应腔室(VRC)。

Pavel Neuzil教授给出了该仪器的内部模块图,芯片中的微型加热器可以实现对腔室内微量样品(100 nL)的快速加热和冷却,加热和冷却速率可以达到20 °C/s。

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“这个设备不只是可以检测埃博拉病毒,我们使用埃博拉病毒测试只是为了证明设备的能力。”Neuzil教授表示。该款仪器理论上可以检测任何DNA或RNA。

“我们的愿景应用包括护理诊断点、现场应用、小诊所、或者学校教育工具。我认为它的突破性特点在于其小尺寸和低成本。”Neuzil教授指出,“我们的实时PCR没有任何竞争对手,这是世界上最小的实时PCR。”

另外,不仅设备便宜,而且每次检测的成本低于1人民币。

“我们也没有做任何妥协,不像有些研究人员使用LAMP系统,我们的设备是一个完全的实时PCR系统。”他强调。该设备快速的反应时间,对于40个PCR周期只需10分钟。

商业化之路

该团队目前已经在不同的地方生产过该芯片,包括新加坡(Institute of Bioengineering and Nanotechnology, Institute of Microelectronics)、荷兰(MESA Institute in Twente)和美国(NIST at Gaithersburg,MD)。

“我们使用两种工艺,2微米线宽与采用光学步进曝光机的0.5微米线宽。”Neuzil教授透露。

为了进一步降低成本,未来该团队也会考虑在中国制造自己的产品。“我们之前在新加坡申请的专利(覆盖全球范围)。我们计划至少在中国申请一个专利来保护自己的设计。”Neuzil透露。

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图:Pavel Neuzil教授。

Neuzil教授目前是来自西北工业大学“千人计划”的一名学者,但他不认为学术背景会影响产品的推广,事实上该新创公司的CEO Ying Xu有在S&P500美国公司超过15年的经验。

“我认为关键的挑战在于,我们在中国开始一个生物医学技术的业务,包括缺乏对中国有关法规和当地市场需求,以及当地人做生意方法、等领域的深入了解。”Neuzil教授指出。

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