『大开眼界』黑科技来临！早期诊断癌症，成本不到7分钱

利用普通的喷墨打印机，斯坦福大学的生物工程师们造出了一款成本极低的“芯片”，它能快速准确地寻找到体液里游荡的癌细胞，将它们收集起来用于分析。这一突破对于卫生条件有限的偏远地区而言，有着极为重要的意义。

静电是为人所熟知的一种现象，也是物质匮乏年代，许多人的玩具之一：拿一支笔在脑袋上摩擦几下，笔上就好像有了魔力，能够让桌面上的纸片“跳舞”。

也许是受到了游戏的启发，斯坦福大学的一支团队制作了一款低成本的“生物芯片”。它能利用电荷特性，进行癌症早期诊断。这款芯片只需普通的喷墨打印机就能制造，成本仅需1美分，不到7分钱。它虽然廉价，但效果良好。在一项实验中，它成功将乳腺癌细胞从多种样品中分离出来。这个发明也发表在了《美国国家科学院院刊》上。

“就我们所知，有相似功能、相似成本和相似优势的工具还从未被报道过。” 本研究负责人，斯坦福大学的Ronald Davis教授说道。

研究负责人，斯坦福大学的Ronald Davis教授

“我平时用词很谨慎，”全球知名的生物学家Eric Topol教授评论道：“但我想说，它的的确确是个突破。”

昂贵：精准的代价

随着医学的发展，人类对疾病的认识已经上升到了微观的层面——当我们患病时，并非所有的细胞都会受到影响。为了更好了解疾病，医生们往往需要分离出特定受影响的细胞，以做进一步分析。

这一过程听上去简单，实际操作上却非常困难。这些生病的细胞和健康细胞相比，数量少得可怜。想要找到它们，科学家不得不为他们贴上标签，便于仪器检测。这就好像给超市里的商品打上条形码，机器一扫描，就知道这件商品的价钱。然而贴标签的过程漫长而痛苦——首先，并非所有的细胞能被贴上标签；其次，有些标签反而会影响细胞的特性，从而影响到后续的分析。能够不借助其他工具，利用细胞本身特性进行分离的系统，一直是科学家们梦寐以求的。

大约从15年前起，科学家们对细胞特性有了进一步的认识。他们意识到，不同的细胞往往有着不同的尺寸、形状、密度、甚至是电荷。针对这些不同的特性，科学家们造出了不少工具，生物芯片就是其中的佼佼者——利用微流体技术，这些芯片能从少量的血液或其他样品中分离出人体细胞、区分出细菌、甚至是挑选出蛋白或DNA分子。

Rahim Esfandyarpour教授在展示他的发明

然而，高新技术的缺陷也随之而来。生物芯片不仅昂贵，操作环境也极为苛刻——“这些工具总是需要干净的仪器室、复杂的仪器、以及经过专业训练的操作人员。整个流程需要几天，甚至是好几周。”本研究的第一作者Rahim Esfandyarpour教授不无遗憾地说道。

从生理实验室到喷墨打印机

这一次，斯坦福大学带来的发明出乎了所有人的医疗——利用随处可见的喷墨打印机，就可以制造复杂的生物芯片。

这一种芯片被称为FINP，即灵活、喷墨打印、纳米颗粒几个关键词的缩写。它看上去像是一块三明治，底部是硅制的小格，能够容纳体液样品；顶部是一层柔软的聚乙烯，上面用喷墨打印机直接打上了导电的颗粒；底部与顶部中间，是薄薄的一层绝缘层。

想要玩转静电，简单的喷墨打印机就能做到

听起来虽然有些复杂，但造它只需要简单的两步：第一，用户按照自己的需求，用任意矢量绘图软件（如Adobe Illustrator）设计出自己想要的芯片（你也可以下载别人的设计）；第二，利用喷墨打印机，将设计图打印在聚乙烯上。这样一来，只要通上电，芯片中就会产生特定的电场，挑选出带有不同电荷的细胞。

按照Esfandyarpour教授的统计，整个过程不超过20分钟。由于能够批量生产，每一个芯片的成本，只有1美分。

廉价科学，造福大众

也许有人问，只要1美分的这款芯片，使用起来真的靠谱吗？为了验证它的可靠性，研究团队拿乳腺癌细胞做了尝试。和普通细胞相比，癌细胞表面往往带有不同的电荷特性。通过操控芯片内的电场，混在样品中的乳腺癌细胞就好像被静电引得“翩翩起舞”的纸片一样，乖乖地跑到一个单独的小格中，并在那里聚集。而其他类型的细胞，则流往了不同的地方。

在电场的作用下，乳腺癌细胞会“自动”跑到单独的小格中

这对癌症患者来说意义非凡。在血液中，游离的肿瘤细胞往往是病发，或者癌症发生转移的先兆。获取这些肿瘤细胞，有望让科学家们更好了解转移性癌症的特性。这款设备有望快速找到这些细胞，拯救百姓的性命。

在另一项研究中，科学家们发现，这些芯片能准确地计算出免疫细胞的数量，准确度与价值10万美元的流式细胞仪相当。

这个发明让我们想到了不久前刷爆朋友圈的“纸片离心机”。利用两股绳、两张纸、两根木棍，同样来自斯坦福大学的工程师们开发出了一款效果可媲美专业离心机的装置。这款能在15分钟内分离出含有疟原虫的血细胞的设备，成本只有20美分，不到1.5元人民币。

纸片离心机在不久前刷爆了朋友圈

与之类似，本次成本只有1美分的生物芯片，也是这股“廉价科学”潮流中的重要一员。对于资源匮乏的地区以及发展中国家的居民来说，它有望极大提高他们的医疗诊断水平。

“我们相信这个发明能让资源匮乏地区和发展中国家的大量群体获得诊断工具。” Davis教授说道。

参考资料：

[1] Multifunctional, inexpensive, and reusable nanoparticle-printed biochip for cell manipulation and diagnosis

[2] This One-Cent Lab-on-a-Chip Can Diagnose Cancer and Infections

[3] 小玩具也能改善医疗，只要不到两块钱！

来源：康健新视野

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