新型实验室单芯片能发现早期癌症因子

IBM 旗下的IBM Research设计了一种微流体实验室单芯片(microfluidic lab-on-a-chip)，能分离出尺寸微小到只有20纳米(nm)的物质粒子；如果研发成功，这种芯片甚至能在恶性肿瘤开始生长之前就侦测出癌症征 兆。IBM正与美国西奈山伊坎(The Mount Sinai Ichan School of Medicine)医学院合作进行这项研究。

IBM 纳米生物科技(Nanobiotechnology)实验室科学家暨IBM旗下Thomas J Watson 研究中心的芯片制造专家Josh Smith (下方视频)表示：“这个概念是利用流体样本──如血液或尿液──进行诊断，以非常非常高的精细度分离出样本内的物质成份；很多研究的分离程度是在细胞层级，但我们的分离精细度可再高出二至三个层级(100~1,000倍)，突破极限达到真正的纳米等级，可分离出例如胞外体(exosome)、DNA、蛋 白质(protein)等等有趣的物质。”

Youtube视频链接：https://www.youtube.com/watch?v=3tGPJHCvbDU

那些次细胞(sub-cellular)等级的超微小成份是在细胞癌变之前成形，因此有潜力能让医疗人员在恶性肿瘤出现之前就诊断出癌症征兆；目前IBM能 分离出微小至20纳米的物质，而一般人类细胞的尺寸是10微米(micron)，因此能预先警示癌症。在过去，医疗人员得等到癌症细胞开始变异为肿瘤，才能透过目前的实验室设备侦测到。

而IBM的实验室单芯片不只能支持癌症早期侦测，根据合作进行研究的西奈山医院医疗专家表示，该单芯片也比目前的医疗检验方法快速许多，能让定点医疗照护 (point-of-care)检测设备变得可携带、更容易使用，而且所需的流体样本量更少，不需要抽一整管血液、只需要几滴。IBM的目标是为目前的流 体分离器添加所有必要的电子组件，好让那些医疗设备能执行完整的实验室等级分析，而且精细度可达到纳米等级。

IBM 表示，其高精细度生物解析成果来自于创新的确定性侧向位移(deterministic lateral displacement，DLD)方法，并非强迫物质通过不同尺寸的筛孔(sieve)──这会因为走走停停的过程减缓物质的流动──而是建立一个以不 同间距柱状物组成的区域(类似弹珠台游戏)，让流体通过时速度不会减缓。

尺寸较小的物质在通过柱状物数组时会直接受重力吸引，而尺寸越来越大的物质会自然流向两侧，直到它们吻合不对称排列、间隙尺寸更大的柱状物(如下方视频)。目前其DLD纳米分级数组的尺寸是2公分(cm)见方，能撷取从个别分子到整个细胞的不同尺寸物质。

Youtube视频链接：https://www.youtube.com/watch?v=OhEMommbAio

未来IBM的目标是多元化可分离的物质粒子类型，改善其精确度并开始将之导入现实世界的应用；而西奈山医学院将展开首次筛检前列腺癌的试验。像是尺寸约 20~140纳米的胞外体──传递脂质的细胞外囊泡(vesicles)──以及蛋白质、细胞之间的RNA cargo等等从血液、唾液或尿液提取出的物质，都能被用来做为诊断、预测癌症的生物标记；透过检验其尺寸、表面蛋白质以及核酸承载物(nucleic acid cargo)，就能判断细胞的健康程度。

编译：Judith Cheng

本文授权编译自EE Times，版权所有，谢绝转载

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