2019-09-27 05:47:01
NIST顺应潮流新技术可以改善生物技术精准医学

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美国国家标准技术研究院(NIST)的研究人员开发了一种光学系统,该系统可以精确地测量极少量的液体(每分钟小至十亿分之一升(纳升))的流量。

以这样的速度,一公升的水需要大约190年才能排出。 (一滴水含有50,000纳升)。新的测量结果是对NIST团队在2018年报告的技术的重大改进。

在新兴的微流体领域,精确地测量和控制微小的流速已变得至关重要,这包括微量药物的输送,少量液体的制备,微滴的形成以及监测营养物质流向的生物技术研究。细胞。在治疗癌症和其他疾病时,药物输送泵每分钟向血液中的分配量仅为几十纳升(nL)。该流量必须非常精确,以使患者获得的总剂量恰好是医生所规定的剂量。

低流速还可以根据混合物通过凝胶或其他介质的速度,将混合物分离为其化学成分。

这种新方法依靠单个激光照射在流经微通道的液体中的光敏分子上,该微通道是一根与人类头发直径差不多的硅胶管或管。激光与分子的相互作用取决于液体的流速。

如果流体相对快速地流过微通道,则激光只会使光敏分子发光或发出荧光。但是对于液体流动较慢并因此要长时间暴露在激光下的液体而言,情况则更为复杂:在一定量的光撞击分子后,它们会燃烧掉并且不再发出荧光。因此,流动越慢,熄灭的光敏分子越多,荧光越暗。

该团队通过将测量值与已建立的不需要激光的流量计记录的更高流量率的测量值进行比较来校准测量值。

格雷格·库克西(Greg Cooksey),保罗·帕特罗恩(Paul Patrone)及其NIST同事以及马里兰州日耳曼敦市蒙哥马利学院的一名NIST暑期本科生研究员在最近一期的《分析化学》中报告了这一发现。该研究是在《 Physical Review Applied》论文上进行的,该论文描述了该方法的理论证明。

新方法的主要优点是流量测量与流体流经的通道的大小和形状无关。新方法是由NIST团队开发的先前系统的分支,该系统需要了解通道的几何形状和激光强度,从而增加了测量的不确定性。

新方法足够灵敏,可以确定对于给定的实验设置可以实际测量到的最慢的流速。低于此速率,粒子在各个方向(扩散)的随机运动会混淆粒子有序流动的测量。

可以与扩散区分开的最低流速是0.2 nL,或每分钟200万亿分升。精确确定此极限(称为零流量)使研究人员可以比测量的流量更精确地控制流量。 NIST小组现在正在试验使用更大的分子,它们扩散得更慢,通道更窄,以增强区分普通流量和随机扩散的能力。

研究小组还报告说,它可以控制每分钟2 nL的流速,不确定性仅为5%。

Cooksey说,这种测量方法为衍生技术提供了一些潜在的机会,并可能使微流体设备的制造商开发出新一代的流量传感器。该小组已就该技术提交了专利申请。总体而言,更好的流量测量可以提高化学传感仪器的精度和药物输送设备的安全性。

测量低流速的新方法与NIST的关键程序之一“芯片上的NIST”直接相关。该计划旨在开发一套精确的,基于量子的测量技术,旨在几乎随时随地部署,而制造商不必在将传感器或其他设备运送到NIST进行校准的情况下停止生产。新的微流量测量系统可以帮助分配精确数量的NIST on Chip技术中使用的微流体。

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