新發明助力醫學診斷平民化，攜帶型紙泵只要幾毛錢

來自北卡羅來納大學生物醫學工程系的研究人員發明了一種非常便宜的紙泵，這是一種攜帶型微流體裝置，以毛細管原理作驅動力，有可能為一系列生物醫藥工具的開發打開打開一扇大門。

圖中展示的就是紙泵或稱為「液壓電池」（"hydraulic battery），其以0.6μL/min的恆定速率通過簡單的微通道泵送流體。每幅照片拍攝時間間隔12分鐘。該技術可用於開發攜帶型現場診斷工具等新興技術。

微流體裝置的容積不足1微升——比一滴眼淚還小，它能操控微量流體的流動行為，這種器件有望應用於生物醫學診斷以及藥物測試。

「攜帶型微流體裝置長期面臨的一個問題，就是如何降低製造成本，使其能快速走出實驗室，進入現實應用階段。」北卡大學醫學工程專業副教授Glenn Walker指出，他也是本研究項目所發表論文的聯合通訊作者。「實驗室使用的電動泵和連接管道不便於攜帶，相對而言，這種裝置最大的特點就是其便攜性，它使新應用的開發成為可能，例如，可現場使用的診斷工具。」

目前，Walker和他的同伴們已經開發出微流體裝置的新形式，不僅能泵送流體，而且可對流體施加實質性的控制，例如，可以停止和重新啟動、控制流速及控制運行時間等。

工作原理

研究人員將他們的紙泵系統稱作「液壓電池」，但它不需要任何電力。相反，「電池」從毛細管作用中獲取泵送的動力。難以想像，這一裝置竟是一項古老技術發出的「新芽」，這裡所說的古老技術就是「紙」的應用，所以，Walker團隊開發的泵價格更為低廉，一個液壓電池泵的成本就幾毛錢，極具成本優勢。

如果你曾經用一張紙巾吸收溢出物，那就說明你見識過毛細管現象。概括地說，毛細管現象就是液體因表面張力的作用，有被吸入狹小空間的趨勢。而對於液壓電池來說，那就是水或水性液體（例如血液）有被吸入到紙張中的微孔的趨勢。

「我們的系統使用的是125微米厚的紙，和頭髮絲差不多，」Walker說。「毛細作用將液體吸入紙中，通過改變紙的形狀，我們能夠控制裝置的吸入液體量，以及進行的速度。」

通過對紙張進行簡單切割，可以在二維尺度上改變形狀。也可以通過多個泵的彼此堆疊，形成不同的三維結構。不同的堆疊方法能夠創建更複雜的流動剖面，這取決於你要把泵用到什麼地方。

技術優勢

儘管還有其他手段能使泵送液體的微流體裝置便攜化，但Walker認為他的團隊開發的紙泵具有幾個顯著的優點。

「我們的液壓電池體積小、重量輕、價格便宜，便於連接到設備中，且適合一次性使用，」Walker說。「此外，這種紙泵可以被保存以供後續評估，例如進行二次運行，對現場診斷開展實驗室測試。」

研究人員已對紙泵技術提出了專利申請，並對這項技術在公共衛生和推進基礎研究方面的作用持非常樂觀的態度，目前正在尋找行業合作夥伴來幫助其進入市場。

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