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手機鏡頭和LED,能照相攝影,還能做生物分子檢測。

手機鏡頭和LED,能照相攝影,還能做生物分子檢測。Credit: Jamie McCaffrey@Flickr CC BY 2.0

智慧手機生醫產品

因為智慧手機的各種硬體功能提升和各種App的發展,已經成就不少生醫新創公司,這類型的公司大多是設計外掛的硬體元件和其搭配的App來做醫療的檢測,而硬體上,大多就是高解析度的攝影鏡頭和無線傳輸的運用。我們已經見到的開發產品,從中耳炎檢測眼底攝影量體溫、觀察痣的變化、到心跳和心電圖量測,甚至血糖檢測、HIV病毒的快速篩檢等。手機的生醫應用概念,多在疾病診斷和觀察,或者輔助醫療,像是幫助視障的App或者整合醫療雲端系統,另外就是將實驗室的東西小型化,而應用最為廣泛的就是手機的鏡頭。

手機光學檢測

講到鏡頭,當然就是光學檢測了。事實上,在實驗室也有不少光學概念的醫療檢測設備,那麼有沒有機會改造手機的光學功能來做醫療檢測呢?德國「漢諾瓦大學」(University of Hanover)開發了一種光纖感測器,可加裝在智慧型手機上做生物分子檢測,包含懷孕檢測和血糖監測…等等,感測器測得的資料可由手機軟體即時顯示。只要搭配週全的設計,可以檢測任何體液,像是血液、尿液、唾液、汗水,甚至我們呼出來的空氣。而手機的GPS系統,能將使用者定位,在檢測完成後,軟體也能將資料連線到藥局或醫院,以方便醫院或藥局及時提供醫療協助。

表面電漿共振

這個手機改造的光纖感測器,運用的正是「表面電漿共振」技術(surface plasmon resonance, SPR),也就是當固定的光束照到金屬薄片,大多數的光線會反射,而有一小部份的會被薄板表面的電子吸收,產生共振。當這個薄板和待測液體接觸,根據待測物體折射光線的能力,也就隨之改變光譜上顯示被吸收頻帶的大小和位置。如此,可以在金屬薄片加入一些特殊元素,來偏移待測分子或氣體所造成的折射現象,科學家就能根據反射的頻譜來了解待測物的成份。以下影片有「表面電漿共振」(surface plasmon resonance, SPR)的介紹,很常見於不需要標記(lab-free)的各領域生物分子檢測。

應用於手機的設計

那怎麼把這個量測套件設計到手機上呢?首先要做的就是小型化,光源的部份就是手機的LED燈,而反射光的接收器當然就是攝影鏡頭了,另外還需要上面提到的有金屬薄片的感測器,和放置待測樣本的容器;另外,根據光源、手機攝影鏡頭和樣本及感測器的位置,需要光纖來做光線的導引。所以開發團隊設計了直徑400um的光纖,上面塗佈銀金屬,光纖兩端磨成45度的斜面,然後一端連結到攝影機,另一端則和LED燈連接,並且在攝影機端加上繞射光柵,以將入射和折射的光線分開。(點這裡看圖片)

目前這個產品開發,已經初步完成雛型,並且測試過不同濃度的甘油,結果和實驗室大型檢測機台不相上下,但價錢和體積卻少了非常多。未來這個產品需要更多測試,來驗證它的穩定和準確度,同時也需要將整套設計成一個模組,便於拆裝讓各式樣手機都適用。

Point of care

手機的醫學診斷發明,可說是「point of care」概念最好例子。那麼,有以智慧手機為平台而開發的治療型產品嗎?

文章參考:The Optical Society
圖片來源:Jamie McCaffrey@Flickr  CC BY 2.0


作者簡介

BioMeder

生醫人網摘的編輯。熱愛創新和用腦袋的事物,堅持文章一定要有邏輯性,藉由追蹤報導生醫領域的創新和應用來傳播知識。