咖啡污漬與先進醫療檢測之間的關聯引起了研究人員的注意。加州大學伯克利分校的研究團隊開發了一種新的家庭診斷技術，利用咖啡環效應的物理原理顯著提升快速檢測的靈敏度。
咖啡或紅酒污漬通常在邊緣留下比中心更深的環，這一現象被稱為「咖啡環效應」。當液滴蒸發時，會將顆粒向外推，集中在邊緣。
該團隊意識到，可以利用這一自然過程來集中檢測樣本中的疾病標記，使其更易於檢測。最終研發出一種低成本、易於使用的設備，其靈敏度是目前家庭 COVID-19 檢測的 100 倍，未來可能在 12 分鐘內檢測出危及生命的疾病，如敗血症和前列腺癌。
這項創新結合了「咖啡環效應」、等離子納米顆粒及 AI 驅動的應用程式，能夠檢測單一液滴中的微量疾病生物標記。當樣本乾燥時，目標蛋白質會集中在環的邊緣，然後添加特殊的納米顆粒，這些顆粒會與這些蛋白質結合，並形成可視或通過智能手機識別的光模式。
加州大學伯克利分校的博士畢業生 Kamyar Behrouzi 表示：「這種簡單而有效的技術可以在傳統診斷方法的短時間內提供高度準確的結果。我們的研究為更具成本效益和可及性的診斷鋪平了道路，特別是在資源有限的環境中。」
該快速檢測設備利用等離子納米顆粒，這些微小顆粒與光的互動方式獨特。用戶首先將一滴液體（例如鼻腔或頰部拭子的樣本）放置在膜上。隨著液滴的乾燥，任何與疾病相關的蛋白質會自然向外邊緣聚集，形成濃縮的咖啡環圖案。
接著添加第二滴液體，這次包含經特殊設計的納米顆粒，這些顆粒旨在與疾病生物標記結合。如果生物標記存在，顆粒會聚集成改變膜上光反射模式的圖案，這一變化可以用肉眼觀察或通過 AI 驅動的智能手機應用程式檢測到。
研究的主要作者 Liwei Lin 表示：「我們能夠檢測到的一個關鍵蛋白質是敗血症的生物標記，這是一種對細菌感染的危及生命的炎症反應，可能在 50 歲以上的人身上迅速發展。每小時都至關重要，但培養細菌以確定感染來源可能需要幾天。我們的技術可以幫助醫生在 10 到 15 分鐘內檢測敗血症。」
研究人員已開發出一款原型家庭檢測套件，類似於現有的家庭 COVID 檢測，包含 3D 打印的組件以幫助用戶準確放置樣本和等離子液滴。
Lin 表示：「在 COVID-19 大流行期間，我們依賴家庭檢測來了解自己是否感染。我希望我們的技術能使人們更輕鬆和方便地定期篩查如前列腺癌等疾病，而無需離開家。」
研究結果已發表在《Nature Communications》期刊上。
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