如果你曾经在医生办公室等待抽血，你可能希望有一种方法能够不使用针头获得相同的信息。然而，尽管20世纪有诸多医学突破，检测分子的最佳方法仍然是通过液体，例如血液。然而，芝加哥大学的最新研究可能有一天会暂停针刺。一组科学家宣布他们创造了一种小型便携设备，可以收集和检测空气中的分子——这一突破为许多医学和公共健康领域带来了希望。
研究人员设想，这种被称为ABLE的设备可以在医院或公共场所检测空气中的病毒或细菌，改善新生儿护理，或允许糖尿病患者从呼吸中读取葡萄糖水平。整个设备的尺寸仅为四英寸乘八英寸。
“这个项目是我们追求的最令人兴奋的事业之一，”芝加哥大学的教授Bozhi Tian说，他是论文的资深作者之一。“有很多潜在应用。我们很高兴看到它的实现。”
该研究于5月21日发表在《自然化学工程》上。
**将空气转变为液体**
几十年来，我们在空气中检测分子的能力一直落后于在液体中检测同一分子的能力。因此，我们在医生办公室的血液测试，以及糖尿病患者每天常常经历的针刺检查。即使是你可能进行的家庭COVID测试，也都涉及添加液体滴。
“我们可以用手机拍照或录音，但我们没有类似的技术来了解空气化学，”该研究的第一作者Jingcheng Ma说，他曾是芝加哥大学的博士后研究员，现在是圣母大学的助理教授。
部分问题在于稀释。在空气中，你要寻找的粒子——例如几种漂浮的病毒——可能少得令人惊讶，只有万分之一。这对检测器来说是一项艰巨的任务，直到现在，这需要大型的昂贵设备。
一组芝加哥大学的科学家开始通过寻找将空气变成液体的方法来解决这个问题，从而使读数更简单。
该团队设计了一个多部件系统。首先，一个泵将空气吸入以进行读数。接下来，一个加湿器增加水蒸气，一个微型冷却系统降低温度。这使得空气凝结成液滴——任何相关粒子悬浮其中。液滴滑下一个特别设计的超光滑表面，并汇集到一个小储存器中。
从那里，检测器可以轻松检测液体中分子的浓度，利用现有的、便于获取的液体检测设备。
当他们组装设备时，他们并不确定是否能够捕获一些易挥发的分子类型，被称为“挥发性”分子。
早期的一个概念验证，Ma使用一杯咖啡作为测试。他将一口蒸汽化的咖啡吹入系统，看看它是否能够成功收集和检测。当液体凝结出来时，他甚至不需要进行测试就知道它成功了——液体散发出咖啡的独特香气。
在进一步的测试中，他们发现可以成功检测呼吸中的葡萄糖水平，检测空气中的大肠杆菌，并检测到肠道健康不佳的小鼠笼中的炎症标志物。
他们将该系统命名为ABLE，代表空气生物标志物定位引擎。
**新能力**
Tian表示，该研究的最初灵感来自他多年前对芝加哥大学Comer儿童医院Stephen Family新生儿重症监护室的访问，那是他与早期轨迹科学中心不断深化工作的一个部分。中心创始人Erika Claud教授希望有一种方法能够在不抽血或其他侵入性方法的情况下对她的小患者进行检测。
Claud是新生儿医学的科室主任，也是儿科的Stephen Family教授，现在希望能够利用这一新开发的技术。
“早产儿是我们在医学上照顾的最脆弱和脆弱的患者之一，”她说。“这一技术的承诺是，我们将能够无创性地跟踪新识别的生物标志物，以优化这些婴儿的护理。”
研究人员还可以想象许多其他用途。但有一个挑战——轻松检测空气中分子的能力如此新颖，以至于科学家们甚至尚不知道需要寻找哪些分子。
例如，研究小组目前正在与一位治疗炎性肠病的医生合作。很可能你可以检测到IBD患者呼吸中的炎症标志物，但它们首先需要被分类。
该团队还希望改进设计并进一步小型化，使其可穿戴。
最后，Ma是一个具有热流体背景的机械工程师，他对揭示新的物理原理的潜在影响感到兴奋。
“这项工作可能会启动许多关于这些空气杂质如何影响相变行为的新研究，新的物理原理可以用于许多应用，”他说。
芝加哥大学的科学家Megan Laune、Pengju Li、Jing Lu、Jiping Yue、Yueyue Yu、Jessica Cleary、Kaitlyn Oliphant和Zachary Kessler也是这项研究的共同作者。
研究人员正在与Polsky创业与创新中心及早期轨迹科学中心合作。
