用玩具制造尖端设备

2009-10-23 02:52:17
2006年，米歇尔•凯恩（Michelle Khine）来到崭新的加州大学美熹德校区，渴望建立她的第一个实验室。她正在测试微小的充满液体的管道，希望能设计出以微型芯片为基础的诊断测试盒，这是一门叫做“微流体”的学科。问题在于，先前她用来制造微流体芯片的专门设备花费超过10万美元——她手头并没有这笔钱。“我是一个很没有耐心的人，”目前是加州大学尔湾分校助理教授的凯恩说，“我想找到一个迅速把一切建立起来的方法。”
她绞尽脑汁寻找快速的应急设计，凯恩想起了她最喜欢的儿童玩具：Shrinky Dinks（儿童使用塑料纸印照片的玩具——译注），大块的塑料薄膜可以用颜料或油墨上色，然后在热炉子里收缩。“我想，如果我能用特定的方法把（设计）印出来，然后让它们收缩，我就能制作出适合微流体大小的管道，”她说。
为了测试她的想法，她在AutoCAD里匆匆设计了一个通道，用激光打印机在Shrinky Dink的材料上打印出来，并把结果放到一个烤箱里。由于塑料收缩，表面的油墨粒子聚集到一起，形成小的褶皱。这正是凯恩想要的效果。当她把一种叫做聚二甲基硅氧烷（PDMS）的聚合体倒在冷却的Shrinky Dink的表面，由于油墨硬化，油墨的褶皱在表面形成微小的通道。她把PDMS从Shrinky Dink的模具里拿走，瞧：一个微流体装置完成了，花的钱比一顿快餐还少。
凯恩开始在她的实验中使用这种芯片，但是她没有立刻把她的烤箱视作一种突破。“我认为这事儿应该缓一缓，直到我们拥有适当的设备，”她说。但是，当她就这个技术发表了一篇短文后，全世界科学家的回应潮水般涌来。“我不知道人们会这么感兴趣，”凯恩说。
与此同时，她也要面对相当的质疑。批评者想知道，你究竟怎样用一个玩具制造出通常要有高端的硅元素来造的尖端设备？“人们要么喜欢它，要么嘲笑我，”凯恩说。她赶忙指出Shrinky Dink微流体不是十全十美的——例如，油墨会从打印机中溅出，使得完成的通道有轻微的不平整。
不过，这样的小瑕疵对大多数的应用来说不成问题。而凯恩已经找到了一个克服更严重困难的方法：PDMS能吸收蛋白质，摆脱了敏感测试的结果。她已经开始直接用Shrinky Dinks制作芯片，通过注射器的尖端把设计刻到塑料上。随着塑料的收缩，通道变得更窄更深——对微流体来说是完美的。她甚至能够通过把几个刻过的Shrinky Dinks融在一起，制作出三维的芯片。整个过程，从设计到完成芯片，只要几分钟。
凯恩计划用她的芯片来检测各种医疗条件，希望廉价便携式的设备有朝一日能用来诊断HIV及其他临床传染病。她还发现了，通过在含有浅井而非通道的Shrinky Dink设备上培养干细胞，她能诱导它们变成心脏肌肉细胞。这样的工具也许能让研究者试着培养这样的细胞用于组织移植，以更密切地控制该过程。
加州量化生命药学研究院（the California Institute for Quantitative Biosciences）副主任道格拉斯•克劳福德（Douglas Crawford）看到了凯恩方法中的优点。“米歇尔的技术更好、更快、更廉价——它能把微流体原型制作送入每个实验室，”他说。
最近，凯恩在Shrinky Dinks上打印了金属模式。随着塑料收缩，金属变形形成浅井，凯恩认为这可以收集阳光；这一发现可以使得太阳能电池更高效。“我们还远没有把这项技术推倒极限，”她说。
（文章来自麻省理工科技商评）【21世纪网】本文网址：http://www.21cbh.com/HTML/2009-10-23/150809.html