一款受到《星艦迷航記》(Star Trek)三度儀(tricorder)啟發而且能針對癌癥或心臟病進行快速準確診斷的便攜設備即將實現。蘇格蘭科學家表示，他們開發的設備可望造福世界各地的人們，更快地獲得迅速準確的醫療診斷。

　　英國蘇格蘭格拉斯哥大學(University of Glasgow)的研究人員開發出一種新的“多度儀”(multicorder)，可配對手持式CMOS傳感器以及基于Android的智能手機或平板電腦應用程序(App)，用于測量患者體液樣本中的各種代謝物濃度，從而有助于簡化慢性心臟病和前列腺癌的檢測。

　　該設備具備同步快速檢測和量化多種代謝生物標記的能力，使其特別適用于心臟病發作、癌癥和中風等情況，在這些病發時能快速診斷對于有效治療極其關重要。

　　研究人員在其發表于《生物傳感器與生物電子》(Biosensors and Bioelectronics)期刊中的“單芯片同步測量多種疾病相關代謝物的整合型可攜式系統”(An integrated portable system for single chip simultaneous measurement of multiple disease associated metabolites.)一文中介紹，該CMOS芯片表面由一個被分為多個反應區的16?×?16像素數組組成(其實是4個獨立的微孔，每個微孔用于一種特定代謝物)，以同時檢測并量化來自血清或尿液等體液的4種代謝物。該設備能以任何Android平板電腦或智能手機進行操作，提供數據擷取、運算、可視化和電源等。

　　該設備能以任何Android手機或平板電腦進行操作（來源：University of Glasgow）

　　該論文的主要作者、格拉斯哥大學工程學院教授Samadhan Patil表示，“我們已經能夠用這種設備同步檢測和測量與心肌梗塞、心臟病和前列腺癌有關的多種代謝物了。該設備具備在早期階段追蹤疾病進展的潛力，非常適合醫生對病情發展的預后。”

　　內建芯片比指尖更小，并分為多個反應區（來源：University of Glasgow）

　　該研究計劃的首席研究員David Cumming補充說：“能夠精確測量代謝物的低成本手持式診斷設備，開啟了廣泛的醫學應用領域；隨著這一最新發展，讓我們更進一步將這樣的設備推向市場。這是一項令人興奮的突破，我們渴望繼續發展迄今所開發的技術。”

　　研究人員表示，這種手持式設備提供了代謝物組學(metabolomics)的民主化，使其得以從實驗室走出來，并為研究不同疾病的復雜途徑提供一種低成本的替代方案。

　　芯片細節

　　研究人員在文中介紹該芯片傳感器尺寸為3.4mm×3.6mm，采用艾邁斯半導體(ams) 350nm三阱(triple-well)工藝。該芯片采用Cadence Virtuoso軟件套件設計，搭載16×16傳感器像素數組，有效面積為1.6mm×1.6mm。

　　該CMOS芯片的有效面積(具有傳感器像素數組)表面由4個600??m?×?600??m x 1500??m (高)的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微塊加以保護。這些PDMS微塊具有兩種作用：作為犧牲材料，幫助塑造黑色環氧樹脂的微鑄件以制造微孔；其次，保護CMOS芯片的主動像素數組區域免受環氧樹脂的損壞或經由刮痕造成的物理損壞。這些PDMS微塊使用覆晶接合器(Semiconductor Equipment Corporation, Model 850)的輔助平移臺，小心地放置于主動像素數組的頂部。

　　(a) 搭載16?x?16傳感器像素數組的CMOS傳感器芯片 (b) 顯示單一傳感器像素的芯片放大圖

　　將環氧樹脂混合物小心地傾析在PDMS微塊周圍的CMOS芯片表面和接觸墊上。在最高溫度60°C過夜固化會導致環氧樹脂硬化。將約8mm高的透明塑料環放置在陶瓷芯片載體上的CMOS芯片周圍以形成反應細胞。使用黑色環氧樹脂的選擇性微腔鑄造制造出4個象限隔離壁。這些微孔具有移液管通道，這意味著它不需要微管或泵來處理液體，從而避免了復雜的液體處理程序。該方法還允許試劑與微孔瞬時混合，避免微管可能引入的流體行進延遲，以縮短測定時間。

　　單一傳感器像素的光學輪廓測量顯微照片顯示光電二極管