一支验孕棒“告诉”你什么是微流控!杭电副教授对此很有研究,能让部分医疗检测设备家庭化

杭+新闻 2021-03-11 16:28:00 5.7w阅

通讯员 程振伟

实习生 王泽英

记者 张向瑜

新冠疫情在全球爆发,核酸检测设备的体积和速度引起广泛关注。让医疗检测设备小型化、便携化,并加速检测速度,成为医学发展重要方向。而微流控研究就是致力于让医疗检测设备小型化。杭州电子科技大学王骏超副教授,一直从事这方面的研究,近日他又有了新突破,有望解决部分医疗检测设备小型化、家庭化难题。

一支验孕棒“告诉”你微流控的原理

什么是微流控?作为专业术语,对大众来说的确有些“生僻”。但其实,生活中有不少应用就是体现了它的原理,比如验孕棒。

一般来说,想检测是否已经怀孕,可以到医院去通过大型医疗设备验血、尿液等检测。而验孕棒这一微流控反应体,则实现了居家便利化自我检测。女性将极少量尿液放到验孕棒试纸上,试纸就是一款基于纸张的微流控芯片,尿液进入微流控,通过生化反应,通过判断试纸出现单线或双线解码出女性是否已孕。

再来看王骏超副教授的研究。近日,他在该领域的旗舰期刊《Lab on a Chip》(《芯片实验室》)上发表的封面论文“Predicting the fluid behavior of random microfluidic mixers using convolutional neural networks”(基于卷积神经网络预测随机微流控混合器的流体特性),有望为微流控芯片设计找到“捷径”,从而打开医疗检测设备小型化芯片设计制造的“快捷之门”。

此论文也是王骏超等人时隔一年后第二篇该杂志的封面论文,并在近日得到英国皇家化学学会中文官微头条推介。

技术专业但与老百姓的健康息息相关

微流控的英文名为microfluidic chip,也是一种芯片。

“微流控芯片做液体检测,优势是液体样本量变小了,反应体芯片也很小,流体在微米级别大小会变得更可控。流体到达微流控里的反应区,经过小型阀门的控制,发生生化反应,传感器件会解码液体里隐藏的信息,也就是医疗检测所要达到的结论,比如新冠阴性、阳性,是否病毒感染等等。”王骏超形象地介绍说。

王骏超发表在《芯片实验室》上的封面论文,最大的创新点在于,大幅提升了微流控芯片仿真速度。芯片设计需要有EDA(电子设计自动化)软件设计工具,而此项被认为是中国集成电路产业“卡脖子中的卡脖子”。微流控芯片设计也需要EDA设计工具,一般被称为MEDA,而王骏超通过芯片结构矩阵化,换句话说是“对芯片结构拍照”,将流体力学问题转化为“图像识别问题”,相比传统微流控芯片仿真设计速度可以提到到51600倍,从而大幅缩短微流控芯片设计时间。

“这样一来,就可以减少设计研发成本,从而有力推动微流控芯片的广泛应用。”王骏超认为,微流控在医疗检测设备小型化、家庭化上“会有前途”,随着微流控应用扩大,家庭里通过微型检测设备DIY检测唾液、汗液、尿液,可以在家里获取身体健康信息。 

据了解,该论文的共同第一作者是杭电自动化学院张乃音老师,杭电电子信息学院的陈金凯老师、苏国东老师,清华大学计算机系的姚海龙教授等为该论文的共同作者。


编辑 杨俏颖

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