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小咖啡環(huán)將用于檢測(cè)疾病

文章來(lái)源:醫(yī)藥經(jīng)濟(jì)報(bào)發(fā)布日期:2010-06-10瀏覽次數(shù):71713

咖啡環(huán)效應(yīng)

  將咖啡濺在桌上時(shí),稍稍留心液體蒸發(fā)后咖啡液滴留下的印記,會(huì)發(fā)現(xiàn)液滴周邊位置形成了一個(gè)比中間區(qū)域顏色要深很多的暗環(huán),這意味著在周邊位置沉積的咖啡小顆粒濃度比中間的濃度要高很多。這種不均勻沉積的現(xiàn)象被稱作“咖啡環(huán)效應(yīng)”。

  不僅是咖啡,許多溶有固體小顆粒物質(zhì)的溶液在液體蒸發(fā)后都會(huì)在邊界出現(xiàn)一個(gè)類似的暗環(huán)。美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校細(xì)胞控制研究所的研究小組提出,可以將這一生活中的常見(jiàn)現(xiàn)象與生物傳感技術(shù)相結(jié)合,用于檢測(cè)各種體液如唾液、血液等中的生物標(biāo)志以進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷,不過(guò),若要將這一想法實(shí)現(xiàn)于高靈敏度的生物檢測(cè),首先需要找到咖啡環(huán)效應(yīng)出現(xiàn)的小尺寸極限。

  咖啡環(huán)效應(yīng)之所以存在尺寸極限,是因?yàn)殡S著液滴尺寸的減小,液滴蒸發(fā)的速度會(huì)大大增加,而液滴內(nèi)顆粒的運(yùn)動(dòng)速度卻沒(méi)有發(fā)生那么快的變化,如果液滴的尺寸小到一定程度,液滴蒸發(fā)的速度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于顆粒運(yùn)動(dòng)速度,在液滴蒸發(fā)完之前,顆粒沒(méi)有足夠時(shí)間沉淀成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。這些來(lái)不及運(yùn)動(dòng)的小顆粒就會(huì)近乎均勻地沉積在整個(gè)液滴覆蓋的表面而非液滴的邊緣區(qū)域。
  
  用于生物檢測(cè)

  研究人員制作了一種特殊的格子結(jié)構(gòu)表面,相鄰格子因涂覆了不同涂層而具有不同的親疏水性,即表面不同位置保留液體或排斥液體的能力不同。利用這樣的結(jié)構(gòu)可以在表面上形成所需要尺寸的液滴。

  研究人員隨后嘗試將不同尺寸的乳膠顆粒溶解在水中進(jìn)行實(shí)驗(yàn),這些小顆粒的直徑在20~100納米之間,這正是通常生物傳感器所檢測(cè)的生物標(biāo)志小顆粒的尺寸。接著,他們將溶解了小顆粒的溶液滴到準(zhǔn)備好的平面上,傾斜表面使多余液體滑落后,親水表面的格子上就會(huì)形成所需要直徑的液滴。研究人員進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn),逐漸縮小液滴尺寸直到咖啡環(huán)效應(yīng)不再出現(xiàn)為止。對(duì)于溶解有100納米直徑的小顆粒溶液,當(dāng)液滴尺寸縮小到近10微米時(shí),咖啡環(huán)效應(yīng)不再出現(xiàn)。

  研究人員表示,人體的血液或唾液中包含有大量的微米納米尺度的分子或生物微粒,可以利用咖啡環(huán)效應(yīng)把它們沉積下來(lái)并利用相關(guān)的生物檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析和定量,而了解所謂咖啡環(huán)效應(yīng)出現(xiàn)的小可能尺寸,則有助于指導(dǎo)人們盡可能地縮小生物傳感器尺寸。這種檢測(cè)技術(shù)還有一個(gè)優(yōu)勢(shì),即整個(gè)檢測(cè)過(guò)程僅僅依賴于正常的蒸發(fā)過(guò)程,不需要消耗電能和其他復(fù)雜技術(shù),這將使得整個(gè)檢測(cè)設(shè)施非常廉價(jià)也便于制造。對(duì)于那些沒(méi)有足夠醫(yī)療設(shè)備的偏遠(yuǎn)地區(qū),這樣廉價(jià)又易于獲取的醫(yī)療裝置將對(duì)相關(guān)的醫(yī)療檢測(cè)有很大幫助。

  研究人員目前正利用研究所得的物理機(jī)制調(diào)整相關(guān)參數(shù),希望可以得到佳的實(shí)驗(yàn)條件組合,使咖啡環(huán)效應(yīng)用于生物檢測(cè)技術(shù)。