智能手机将开启生物医学领域下一个应用平台

2017-03-11  来自: 西安天和实验室设备有限公司 浏览次数:263

    智能手机是否只能用于通讯、娱乐?如今,随着智能化时代的到来,手机已经不单单是用于通讯和娱乐了,便携式实验室以及增设检验检测功能使得手机变得更为强大,搭载在手机上的智能设备,正刷新着以往的研究成果。

细菌的耐药性检测
    耐药细菌的生存能力极强,对抗生素的抵抗能力很高,由于不少偏远地区缺乏专业的设备和技术人员检测细菌的药物敏感性,导致像肺炎、败血症等高致死率疾病频频发生。为此一个来自 UCLA 的团队开发了一种低成本的简易手机附件,能够自动检测细菌的耐药性。
    据悉,该附件将手机与 96 孔板连接在一起,通过 LED 灯照亮样品,再借助手机摄像头扫描检测样品在不同浓度的抗生素药物下造成的透光率的改变,最后将照片发送到远程服务器进行抗生素敏感性检测,大约 1 分钟后检测结果将回传至手机中。
    根据 UCLA Herry Samueli 工程和应用工程学院电气工程及生物工程系教授 Aydogan Ozcan 透露,这种新型检测方式能够在广泛的区域内进行实验室级别的检验,因此极其适用于那些医疗资源匮乏的地区。

便携式手机实验室 

    针对癌症的检测曾是一项十分复杂的工作,为了能够快速得到检测结果,美国华盛顿州立大学的 Lei Li 以及他的研究团队开发出了一种低成本的便携手机实验室,据说能够同时分析多种样品来准确捕获一种癌症生物标志物,并给出实验室检测结果。
    该实验室主要由智能手机以及一种能够检测人白细胞介素 -6 的八通道智能手机光谱仪组成。相比一般的手机光谱仪,Li 团队开发出的这种多通道光谱仪利用一种常见的被称作酶联免疫吸附测定(ELISA)的比色测试方法一次能够检测高达 8 种不同的样品,其中 ELISA 将抗体和颜色变化鉴定为疾病标志物。
    Li 表示:该设备能够让 8 种不同的样品进行同样的测试,或者将一种样品放到 8 个不同的孔中进行 8 种不同的测试,大幅度提高产品检测的效率,且准确率高达 99%。
  
手机显微镜检测皮肤癌
    全球大约每年都会出现 200 万以上的皮肤癌患者,为了帮助部分缺乏高性能显微镜的偏远地区完成对皮肤样品的癌变检测,来自德克萨斯大学休斯顿健康科学中心的研究人员基于手机研制出了一种简易显微镜。
    该手机显微镜主要由智能手机以及 3mm 的球透镜组成,研究人员利用该设备对 1021 份样本载玻片进行了分析,结果显示,这种智能手机显微镜对基底细胞癌的检出率高达 95.6%,对鳞状细胞癌的检出高达 89%。
    综合来看,目前该设备主要适用于对非黑色素瘤皮肤癌患者进行检测,准确率高达 90%,而针对黑色素瘤皮肤癌患者的准确率只有 60%,还需要更深入的研究来增强智能手机的检测率。但无论如何,移动端设备在皮肤癌领域已展现出了极强的潜力,未来或许还能作用于更多其他的疾病检测。

手机定量检测核酸分子
    检测疾病分子标记物的方法十分复杂且成本高昂,往往需要在实验室中进行,大大降低了诊断效率。美国加州理工学院化学与化学工程系 Rustem Ismagilov 教授及其团队正在开发一种现场即时检测的诊断技术,能够借助手机摄像头完成定量检测。
    该技术使用了一种被称为 SlipChip 的微流体技术平台,研究者将特殊的化学指示剂放入到 SlipChip 设备的微孔中,经过等温扩增反应后,依据发生的是阳性反应还是阴性反应,微孔会相应地改变颜色。例如用来对样品中的 HCV RNA 分子进行计数,那么含有这种 RNA 分子的微孔因该分子在反应期间会被扩增而变成蓝色,而不含这种 RNA 分子的微孔将保持紫色。
    随后用户只需要利用手机拍下整个反应结果,再根据某种比率测量方式进行加工,就能将手机摄像头检测到的颜色转化为一种明确的阳性和阴性读出值。


预防糖尿病足溃疡
    糖尿病患者往往需要定期检查以监控足溃疡的形成,其症状主要表现为脚部结构变形、承压过大以及血液供应能力差等方面,全球共有近 1.3 亿人受到不同程度的影响,严重者将面临截肢风险。但溃疡通常只有在形成后才能被检测到,这不仅需要耗费大量的治疗时间,同时也给患者带来了更大的经济负担。为了能够提前感知患者形成足溃疡的可能性,来自以色列耶路撒冷希伯来大学的 Danny Bavli 及其团队开发出了一款被称为 SenseGO 的智能可机洗袜子。
    SenseGO 拥有数十个经过微加工的压力传感器,患者由于姿势不正确、结构变形或不合脚的鞋子导致的脚部承压变化都会被记录为电信号,并传递到智能手机上的相关应用程序中,有系统计算出患者是否有出现足溃疡的风险。Danny Bavli 表示:“通过这样一种简单有效的预防方式,我们就能够显著降低糖尿病患者的治疗压力。”
  
手机 DNA 扫描显微镜
    来自加州大学洛杉矶分校 Howard Hughes 医学院的 Aydogan Ozcan 研究团队研发出了一种新型手机配件,能将智能手机当做 DNA 扫描显微镜使用。
    根据 Ozcan 的介绍,这是一款光学配件,或者说是一个小型的 3D 打印盒,里面包括镜头,滤镜,支架和激光器二极管等零部件,能够测量比人类发丝还要细 50000 倍的 DNA 的大小与成像。手机应用利用摄像头扫描 DNA 分子,并将数据信息传递至远程服务器完成测量,最后返还测量结果,整个过程据说不到 10 秒钟。
    相比贵而笨重的传统显微镜,围绕智能手机诞生的新型 DNA 检测技术不仅节省成本,也进一步推动了远程医疗与移动医疗的发展步伐。

诊断 HIV 和梅毒
    像 HIV 和梅毒以及前面提到的癌症等疾病类型往往具有较长的潜伏期,等到彻底爆发再去治疗显然为时已晚,如果能有一种简单方便,随时随地都能进行疾病检测的产品无疑会大幅度降低这类疾病的危险程度。
    来自哥伦比亚大学的研究人员联合研发了一种低成本的智能手机适配器,只需要 15 分钟就能完成对 HIV 和梅毒的诊断。他们将一个达到实验室标准的完整免疫检测程序移植到了该配件中,这种适配器能够复制基于实验室的酶联免疫吸附测定(ELISA)的所有机械、光学和电子功能,由手机供电。测试产生的数据将会通过手机音频接口发送到手机内存。
    根据研发团队的测试,他们对该配件进行了三重免疫检测:同时检测 HIV 抗体,梅毒螺旋体特异性抗体和针对梅毒的非螺旋体抗体。15 分钟后的测试结果与实验室检测结果的对比现实,适配器的 HIV ELISA 和快速血浆反应(梅毒筛选实验)的灵敏度达到 92~,特异性达到 79%-,与目前临床的算法需求一致。
    相比实验室中动辄上万美元的检测设备,该适配器轻便小巧功耗低,制造成本仅约 34 美元,同时根据对相应病患的调查,97% 的患者愿意使用此类设备。

移动设备将成为生物医疗新接口
    虽说上述的各项研究成果还有部分没有正式投入使用,且相比实验室层面的功能还具有明显的局限性,但它们都或多或少地反映出了消费类电子产品与实验室级别医学检测项目结合的雏形。智能手机已经成为互联网乃至金融、电商、娱乐等行业的接口,生物医疗领域似乎也正在面临同样的变革。尤其在国外,这样的趋势已经变得越发明显,人们更倾向于使用手机应用实现医疗保健功能,移动医疗企业的数量正在逐渐增加,服务项目也变得更加丰富,未来或许远程医疗和移动医疗的概念将快速普及,实体医疗机构也将面临转型。
  

(来源:粹客网)
文章链接:中国化工仪器网


关键词: 科技   生物医学领域        

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