微接觸印刷技術取得新進展：未來疾病診斷將更便捷！

導讀

醫療診斷技術正走向更簡單、更廉價、更便攜，微流控生物測定器件已成為疾病診斷一項重要選擇，而微接觸印刷技術又是微流控器件的一項重要加工技術。最近，日本沖繩科學技術大學院大學的研究人員開發出一種新的列印步驟，改進了傳統的微接觸印刷技術。

關鍵字

微流控技術、納米、醫學

背景

醫學界的技術創新趨勢一直都是更準確、更簡單、更快速、更廉價、更便攜，不斷改善治療效果，提升病人醫療體驗，降低醫療成本。對此，筆者過去曾在多篇文章中都有過介紹，相關文章整理到在醫療電子創新專題和生物感測器與晶元實驗室專題兩個專題中。

通過以往的相關介紹，對於醫學技術發展趨勢的把握，我們不難得出：微流控生物測定器件已成為疾病診斷的優選工具之一。臨床醫生利用這種診斷工具，可測量出病人生物樣本（例如血樣）中的疾病生物標誌物的濃度，再基於樣本中的生物標誌物濃度和正常水平的對比，推斷出疾病的可能性。

為檢測生物標誌物濃度，病人生物樣本需在含有生物感受器（bioreceptors）的表面上進行傳遞。這種生物感受器也被稱為「捕捉生物標誌物」的分子，附著於某種材料的表面之上。然後，研究人員可以記錄生物標誌物的充裕度，並判斷這種水平是否正常，以及是否達到診斷標準。

然而這些器件的效率依賴於附著的生物感受器的功能性和完整性，固定這些生物感受器，並且不引起任何損害，是一項極具挑戰性的工作。過去二十年以來，微接觸印刷技術使用橡皮圖章固定生物感受器，已經成為進行各種化驗的一種魯棒方法，且具有多項應用。

（圖片來源：OIST）

目前，這種方法也存在缺點，特別是在納米級（蛋白質和DNA所處的級別）應用時。在納米級別，目前這種嚴苛而精心設計的技術對於器件會產生一定危害，無論是扭曲圖章或者是損害生物感受器，所以其產出的數據對於診斷和其他方面的應用來說有些難以管理。

創新

針對上述問題，最近日本沖繩科學技術大學院大學（OIST）的研究人員開發出一種新的列印步驟，改進了傳統的微接觸印刷技術。他們將相關論文發表於《分析師》雜誌。

（圖片來源：OIST）

技術

對於這種微接觸印刷技術，我們先看看論文的第一作者、OIST 微/生物/納流控部件方向的博士研究生 Shivani Sathish 是如何解釋的：

「你需要一枚圖章、一些墨水和一個表面，然後你就可以在這個表面上創作你的圖案，就這麼簡單。」

• 組成

圖章由聚二甲硅氧烷組成，它是一種柔性的固體，類似於我們日常所用的橡皮圖章；墨水是由硅和含氧分子也稱為「APTES」所組成的溶液；而表面則是由玻璃。

• 步驟

首先，研究人員將圖章塗上墨水，然後將它按在玻璃上，然後在短暫接觸後移除；結果在玻璃（一種棋盤般的區域，具有或者不具有APTES）之上，就會形成APTES圖案層；下一步，這種含有一個或者多個微流體通道的微流控器件經過配置後，引導流體通過特殊路徑，通過玻璃圖案密封起來；最後，這種生物感受器與微流體通道內的APTES區域，以化學的方法連接起來。

（圖片來源：OIST）

這種系統現在正準備用於疾病的診斷分析。為了開展這種化驗，來自於患者的液體樣本流過玻璃上的微流體器件。如果出現相關疾病的生物標誌物，分子將「粘在」含有生物感受器的區域。

價值

APTES溶液重點優勢是其化學過程的便捷性。Sathish 女士解釋道：

「根據你感興趣的生物感受器，你只需要選擇適當的化學過程將分子和APTES關聯起來。」

換句話說，一枚圖章可以用於準備一次化驗，它有能力固定各種不同的生物感受器，也就是說一枚圖章可以讓多個測試和診斷在單個表面上進行。這個功能將有利於診斷複雜疾病，例如癌症，因為這些疾病通常需要多個測試檢測多種標誌物，從而提高診斷效果。

在他們的研究中，Sathish 女士和同事們開發出一種改良技術，能夠製造出最優的疾病診斷器件，可用於納米級。在這裡，他們首選使用溶於水的APTES組成的墨水，對於APTES的納米特徵進行圖案化，與嚴苛的化學物質相比，它消除了圖章溶脹的現象。

在對於APTES進行圖案化和連接微流控器件之後，他們將生物感受器固定到玻璃表面之上，以此作為整個過程的最後一步。因為將連接生物感受器作為最後一步，研究人員避免了將它們暴露於極端和破壞性條件。

然後，他們通過進行試驗捕捉生物標誌物：白細胞介素6和人類c反應蛋白（這兩種生物質通常在身體處於炎症時升高），展示了最終器件的功效。

未來

這項研究的領導者、OIST 教授 Amy Shen 說：

「最終的目標是創造定點照護器件。」

Sathish 女士繼續補充說：

「如果你讓生物感受器預先固定在微流控器件中，你將可以在需要的時候使用它們。最終，我們希望患者能夠在家進行診斷，而無需複雜的臨床團隊診斷你的樣本。」

參考資料

【1】https://www.oist.jp/news-center/news/2017/6/29/miniature-technology-big-hope-disease-detection

【2】Shivani Sathish et al, Microcontact printing with aminosilanes: creating
biomolecule micro- and nanoarrays for multiplexed microfluidic
bioassays, The Analyst (2017). DOI: 10.1039/C7AN00273D

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