تطوير رقاقة إلكترونية تعمل بالهواتف الذكية لإجراء الاختبارات الطبية في المنزل

طور فريق بحثي تابع لجامعة مينيسوتا توين سيتيز، شريحة (ميكرو فلويديك) جديدة لتشخيص الأمراض التي تستخدم عدداً قليلاً من المكونات ويمكن تشغيلها لاسلكياً بواسطة هاتف ذكي.

يفتح هذا الابتكار الباب لإجراء فحوصات طبية منزلية أسرع وبأسعار معقولة، بحسب الدراسة التي نُشرت مجلة Nature Communications.

وتشير الدراسة إلى أن هذه الرقائق الدقيقة يمكنها دراسة ومعالجة السوائل على نطاق صغير جداً. أحد أكثر التطبيقات شيوعاً في هذا المجال هو تطوير تقنية (lab-on-a-chip)، أو القدرة على إنشاء أجهزة يمكنها تشخيص الأمراض من عينة بيولوجية صغيرة جداً من الدم أو البول، على سبيل المثال.

يمتلك العلماء بالفعل أجهزة محمولة لتشخيص بعض الحالات - اختبارات كوفيد-19 السريعة، على سبيل المثال. ومع ذلك، هناك عقبة كبيرة أمام هندسة رقائق تشخيصية أكثر تعقيداً يمكنها، على سبيل المثال، تحديد سلالة معينة من كوفيد-19 أو قياس المؤشرات الحيوية مثل الغلوكوز أو الكوليسترول، وهي حقيقة أنها تحتاج إلى الكثير من الأجزاء المتحركة.

تتطلب رقاقات كهذه مواد لإغلاق السائل بداخلها، ومضخات وأنابيب لمعالجة السائل، وأسلاك لتنشيط تلك المضخات، جميع المواد التي يصعب تقليصها إلى المستوى الجزئي. تمكن الباحثون في جامعة مينيسوتا توين سيتيز من إنشاء جهاز (ميكرو فلويديك) يعمل بدون كل تلك المكونات الضخمة.

يقول سانغ هيون أوه، الأستاذ في قسم الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات بجامعة مينيسوتا، "لقد حقق الباحثون نجاحاً كبيراً عندما يتعلق الأمر بتوسيع نطاق الأجهزة الإلكترونية، لكن القدرة على التعامل مع عينات السوائل لم تحقق التقدم المأمول".

ويضيف مؤلف الدراسة. "ليس من المبالغة أن يكون نظام مختبر الموائع الدقيقة المتطور على رقاقة يتطلب دراسة مكثفة للغاية. اعتقادنا كان، هل يمكننا التخلص من مادة الغطاء والأسلاك والمضخات تماماً وجعلها بسيطة؟".

تعمل العديد من تقنيات (lab-on-a-chip) عن طريق تحريك القطرات السائلة عبر رقاقة للكشف عن مسببات الأمراض الفيروسية أو البكتيريا داخل العينة.

كان الحل الذي توصل إليه باحثو جامعة مينيسوتا مستوحى من ظاهرة غريبة في العالم الواقعي، ألا وهي القطرات الطويلة من السائل التي تتشكل داخل الكأس نتيجة للتوتر السطحي الناجم عن التبخر.

باستخدام تقنية ابتكرها مختبر أوه في أوائل عام 2010، وضع الباحثون أقطاباً كهربائية صغيرة قريبة جداً من بعضها على شريحة بأبعاد (2 سم في 2 سم)، والتي تولد مجالات كهربائية قوية تسحب القطرات عبر الشريحة وتخلق "ساقاً" مماثلة من السائل إلى الكشف عن الجزيئات في الداخل.

نظراً لأن الأقطاب الكهربائية موضوعة بشكل وثيق معاً (مع مسافة 10 نانومتر فقط بينهما)، فإن المجال الكهربائي الناتج قوي جداً لدرجة أن الشريحة تحتاج فقط إلى أقل من فولت من الكهرباء لتعمل. سمح هذا الجهد المنخفض بشكل لا يصدق للباحثين بتنشيط شريحة التشخيص باستخدام إشارات اتصال المجال القريب من الهاتف الذكي، وهي نفس التقنية المستخدمة للدفع بدون تلامس في المتاجر.

هذه هي المرة الأولى التي يتمكن فيها الباحثون من استخدام هاتف ذكي لتنشيط القنوات الضيقة لاسلكياً بدون هياكل (ميكرو فلويديك)، مما يمهد الطريق لأجهزة تشخيص منزلية أرخص وأكثر سهولة في الوصول إليها.

ويشرح كريستوفر إرتسجارد، المؤلف الرئيسي للدراسة: "هذا مفهوم مثير للغاية وجديد، خلال الوباء، أعتقد أن الجميع أدرك أهمية التشخيص في المنزل والسريع ونقاط الرعاية. وهناك تقنيات متاحة، لكننا بحاجة إلى تقنيات أسرع وأكثر حساسية. مع التوسع والتصنيع عالي الكثافة، يمكن أن يجلب هذه التقنيات المتطورة إلى التشخيص في المنزل بتكلفة معقولة".

يعمل مختبر أوه مع شركة GRIP Molecular Technologies في مينيسوتا، التي تصنع أجهزة التشخيص في المنزل، لتسويق منصة الرقائق الدقيقة. تم تصميم الرقاقة لتكون لها تطبيقات واسعة لاكتشاف الفيروسات ومسببات الأمراض والبكتيريا وغيرها من المؤشرات الحيوية في العينات السائلة.

قال بروس باتن، مؤسس ورئيس شركة GRIP Molecular Technologies، لكي تكون ناجحاً تجارياً، يجب أن تكون التشخيصات المنزلية منخفضة التكلفة وسهلة الاستخدام. "تمكّننا حركة السوائل ذات الجهد المنخفض، مثل ما حققه فريق البروفيسور أوه، من تلبية هذين المطلبين. لقد كان من حسن حظ GRIP التعاون مع جامعة مينيسوتا في تطوير نظامنا الأساسي التكنولوجي. ربط البحث الأساسي والترجمة أمر بالغ الأهمية لتطوير خط أنابيب للمنتجات التحويلية المبتكرة ".

ليفانت نيوز_ medicalxpress