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化学铅笔——将拯救生命的测试变得SoEasy


日期:2015-05-08 | 来源: | 点击数: 字体大小:【】 【】 【
内容摘要: 如果你曾坐在过医生的对面,你一定想知道她在记事本上写了些什么,答案也许很快就变成不仅仅是针对你病情的医疗记录,还可能是在制备即时诊断测试的化学制剂。

 

 如果你曾坐在过医生的对面,你一定想知道她在记事本上写了些什么,答案也许很快就变成不仅仅是针对你病情的医疗记录,还可能是在制备即时诊断测试的化学制剂。
最近《芯片上的实验室》杂志发表了一篇论文,是加州州立理工大学一研究团队的研发成果——试剂铅笔,它由特殊化学物质构成,只需在纸上轻轻一划,不同铅笔上的化学物质便可以发生反应。这个小组的灵感可能来自于他们作为化学工具的填色书,但他们基于化学反应过程的方法可以方便快捷地进行简单常见的诊断测试—例如糖尿病、 HIV 或者测试环境污染物。
该项目始于现有的纸质微流体技术。它利用纸的毛细效应将一些能够参加反应或者是能够检验离子是否存在的试剂小心的混合在一起,再滴加两种不同颜色的油墨到这张薄纸上时,就会很容易看到毛细效应的发生。当液体被纸吸取,颜色液滴扩散,相遇,并形成彩色的共混物。这样,两种或多种试剂便可以在一张纸上同水混合在一起。
在这项研发中,他们的独特之处是:所用的试剂并不是通过微滴进入到纸中。而是通过铅笔,也就是说,无需任何专业设备,任何人都可以仅仅通过使用铅笔就在纸上完成化学反应。
该小组通过研磨石墨混合物(是的,就是在普通铅笔中的石墨混合物),测试试剂和聚乙二醇(它有助于保持试剂在整个混合物中均匀分布,这同它用于牙膏成分的道理是一样的)制成试剂铅笔笔芯。并将其压缩成颗粒,安装在从大街上买来的自动铅笔上。
反应纸垫是利用蜡质墨水在滤纸上打印相互连接的小尺度空腔而制成的。试剂铅笔可在这些有空腔的区域内填充颜色— — 当水接触到纸,试剂溶解,但又被蜡状墨水限制,被迫扩散到另一种试剂铅笔划痕上,这样就发生反应。
现实问题的解决方案案例
研究小组将其用于代替通用糖尿病患者血糖水平的测试,包括化学溶液与针刺血液样本的反应,然后进行结果分析,展示出试剂铅笔技术巨大的潜在用途。
一支铅笔采用混合酶制作,一种是辣根过氧化物酶 (HRP) ,另一种是葡萄糖氧化酶 (葡萄糖)。第二个铅笔中含有ABTS 试剂。当葡萄糖与酶混合时,便产生反应,生成蓝色产物。跟传统的糖尿病滴管测试方法相比,其得到的结果相同。
如图,左边图像显示试剂通过液滴起反应。右图显示采用试剂铅笔的反应。最上面一行为试验开始阶段,最下面显示反应结果。在左侧区域,样品溶液与两种试剂一起进行反应。如图所示,通过对比有色产物可得到两种方法结果相同。
同时传统的测试需要大量培训,而这种铅笔—记录本测试工具无需任何技巧,仅仅需要将颜色填在线条之间——这显然是非常容易做到的。而且这种试剂极其稳定,虽然当它们处于液态时,会降解几天,限制试剂铅笔使用的场所和方式,但一旦制成铅笔它们在两个月后仍没有表现出丝毫的降解现象。
所以该铅笔工具套件具有明显的优势: 一套试剂铅笔,就像一盒彩笔,很容易携带,且不降解。这套工具可以进行特别的设计—反应混合液可以根据使用试剂多少来调整,而不需要制备复杂的溶液。目前能够使用的范围包括:监测环境污染物,进行远程诊断测试等,而作为小学化学的教学工具更不在话下。
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