在家就能查血：MIT开发微型硅光芯片血液检测系统

来源：MIT News

美国有六成的人至少患有一种慢性疾病，四成的人患有两种或以上的慢性疾病。其中一些疾病，如甲状腺功能减退和炎症性疾病，需要患者定期监测特定的血液指标以管理病情。不幸的是，这通常意味着一系列繁琐的流程，包括预约、前往医院以及等待化验结果。

如今，SiPhox Health 正在通过一种基于硅光子芯片的新型血液检测技术，帮助患者及其医生在家中轻松管理疾病。这套系统的大小如同一台咖啡机，可精确检测 20 种不同的生物标志物。

这款基于芯片的设备尚未获得 FDA 批准，目前仅用于研究目的。然而，SiPhox 已通过获批的技术直接或通过其他医疗和健康机构为数千名慢性病患者提供邮寄式血液检测服务。公司希望其新系统能够尽快为每个有需要的家庭提供更快速的检测结果。

“很多血液检测没有完成，是因为太麻烦了，”SiPhox 创始人、前 MIT 研究员 Michael Dubrovsky 表示，“人们会跳过预定的血液检测，而医生有时也不会开检测单，因为他们知道这很不方便。这样一来，医生只能根据症状做出决策，而这对许多慢性疾病来说并不理想。”

Dubrovsky 与 SiPhox 联合创始人 Diedrik Vermeulen 在 MIT 从事光子芯片和激光技术研究时相识。他们将 SiPhox 的技术视为一系列设备向更小型、更具扩展性趋势迈进的最新案例，通过将复杂功能集成到芯片上实现突破。

“传统的生物实验室通常用大型仪器进行血液检测，这些仪器装满了光学器件、激光、镜头、镜子以及其他昂贵的组件，”Vermeulen 说，“我们并没有改变这些主要功能，而是将它们微型化到我们的芯片上，使其具有足够的可扩展性，可以直接运送到家中。这和计算机从一间房间大小逐渐缩小到芯片上的过程很相似。我们在血液检测领域做的就是这样的事情。”

带有电学特性的光子芯片

Dubrovsky 和 Vermeulen 于 2019 年通过 MIT 生态系统相识。当时，Vermeulen 在 MIT 的电子研究实验室硅光子学小组工作，而 Dubrovsky 则在 MIT 的微纳系统材料小组工作。

两人迅速就一种光学芯片的新方法产生了共鸣。

“我们提出了像印刷电路板那样设计光学芯片的想法，”Vermeulen 解释道，“电子芯片通常在一个电路板上整合多个芯片，而光学芯片通常用单一芯片完成所有工作。我们想将光学芯片组合成一种新的电路板形式。”

创始人们在 MIT 创业中心 Martin Trust Center 定期会面，完善他们的方法。2020 年 2 月，他们开始申请专利并接受 MIT 教授的指导。他们还加入了 START.nano 项目，该项目通过提供 MIT.nano 的实验室和设备，帮助早期公司加速创新。

生产传统硅芯片的激光器也可用于制造 SiPhox 的集成光子硅芯片。每个 1 毫米的芯片包含镜头、偏振器、调制器、分光器以及传统实验室系统中的其他光学组件，但 SiPhox 的芯片成本低廉到足以一次性使用。

正当创始人们决定芯片的首个应用方向时，新冠疫情爆发了。他们认为这是一个信号。

“我们决定专注于生物传感，其中一个芯片是一次性的，另一个是可重复使用的，”Vermeulen 说。

创始人们曾尝试用芯片检测传染病，但发现这项技术更适合高精度血液检测。

“我在 MIT 期间研究过大量可调谐激光器，而我们在 SiPhox 采用了一种稍微不同的方法，”Vermeulen 说，“我们将 MIT 学到的所有经验应用到全新的设计中。”

SiPhox 的芯片检测系统可与人们在家中用于采血的第三方手臂贴片配合使用。Dubrovsky 将这一系统比作 Nespresso 咖啡机，用户只需将胶囊放入机器并按下按钮即可。每个 SiPhox 的一次性盒式芯片包含一组光子免疫分析传感器，可检测特定的蛋白质或激素。

该系统包括一个仪表盘，患者或医生可以在家查看生物标志物数据。仪表盘还提供历史数据及相关生物标志物的教育内容。SiPhox 还使用大型语言模型解析第三方血液检测数据，使用户能够在同一仪表盘中追踪传统的血液检测结果。

由于这一方法采用了半导体激光器和硅芯片，创始人表示，仅需一个传统的芯片制造厂（fab）每月即可生产 10 亿块 SiPhox 芯片。

“我们的技术非常具有扩展性，因为它完全基于芯片，”Vermeulen 说，“规模化的方法有两种：一种是注塑成型，比如生产数十亿塑料杯；但如果想规模化一些非常复杂的东西，就必须把它放到硅芯片上。”

健康管理平台

创始人认为，他们的技术有可能让生物标志物追踪变得像刷牙一样简单。这对于需要定期血液检测以管理慢性疾病的数千万美国人来说意义重大。

“对于炎症性疾病患者，追踪炎症水平非常重要，因为他们可能会对药物产生耐药性，”Dubrovsky 说，“一旦症状发作，就很难逆转。这些症状可能非常痛苦，因此尽早发现非常重要。”

为获得 FDA 批准，SiPhox 计划在未来几个月开始研究。不过，其系统的准确性已被第三方验证，公司位于马萨诸塞州伯灵顿的工厂能够每月生产约 1 万个盒式芯片。

一旦获得 FDA 批准，SiPhox 计划与医疗系统、健康保险公司、雇主以及邮寄血液检测公司合作，帮助人们在家中追踪健康状况。

“我们可以为人们提供一种新的家庭医疗保健方式，”Vermeulen 说，“无论是针对慢性疾病还是其他情况，用户只需拥有我们的血液检测设备，任何时候需要通过血液检测支持的远程医疗时，他们都可以使用我们的设备。这就像苹果用户可以访问许多第三方服务提供的应用程序一样，SiPhox 用户也将可以使用建立在核心血液检测功能上的精选第三方服务。”

https://news.mit.edu/2024/siphox-brings-lab-testing-home-1114