采用GaN LED的便攜式DNA分析儀

在當(dāng)今社會(huì)，DNA分析的重要性毋庸置疑。就拿上個(gè)月發(fā)生的案例來說：英國倫敦一位名叫Damilola Taylor的十歲男孩，他在2000年被人殺害，涉嫌殺害的兩兄弟直到前不久才繩之以法，而關(guān)鍵證據(jù)就是一個(gè)兇手鞋由系難擼飧鮒ぞ荻怨呷司僦ぶ涼刂匾?

現(xiàn)在，英國的研究人員正嘗試通過使用光電科技來拓寬DNA分析應(yīng)用領(lǐng)域。在Hull大學(xué)和集成光學(xué)中心（CIP）的一個(gè)聯(lián)合研究項(xiàng)目中，研究小組得到了工程學(xué)和物理科學(xué)研究委員會(huì)資助的72.1萬英鎊（137萬美元），他們計(jì)劃在一個(gè)集成化的模塊中率先使用高亮度LED來探測(cè)DNA片段。如果此方法成功，那么便攜式的DNA分析儀器在現(xiàn)場(chǎng)就可為辦案警員提供基因信息，從而帶來法庭科學(xué)的革命。

目前，DNA分析是一種極不方便的分析手段，讓很多人望而卻步。證據(jù)必須帶到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行初步審查，然后對(duì)可能的樣品證據(jù)做艱苦而又復(fù)雜的分析處理，其中包括基因片段與聚合酶鏈反應(yīng)的放大。最后一步，使用電泳法分離放大的基因片段，根據(jù)分子的尺寸和形狀不同，施加電場(chǎng)進(jìn)行有選擇的分離。剩下的片段就能用DNA描述出證據(jù)樣品的“指紋”。

圖.目前DNA分析使用的是復(fù)
雜和繁瑣的實(shí)驗(yàn)室手段，但
英國的研究人員希望使用GaN
基的LED開發(fā)一種可以在數(shù)分
鐘內(nèi)鑒別基本人體特征（例
如性別和種族）的便攜式DN
A分析儀器。

除了費(fèi)時(shí)之外，在把證據(jù)樣品轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室的過程中有潛在的被污染的危險(xiǎn)。CIP希望開發(fā)的是將用一個(gè)鞋盒大小的儀器完成各個(gè)階段的工作，同時(shí)消除了時(shí)間滯后和樣品污染的可能性，同時(shí)它也要一個(gè)自動(dòng)的探測(cè)臺(tái)來輸出基因分析結(jié)果，整個(gè)過程可不用人為的干預(yù)。

CIP的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Steve Oliver介紹，類似儀器將為警察配置使用，它的價(jià)格會(huì)足夠的便宜，屆時(shí)可在數(shù)分鐘內(nèi)就能排查嫌疑人。“雖然它不能告訴你罪犯的姓名和地址，但卻讓你知道是否是人類所為、膚色、性別等信息?！?

該項(xiàng)目被分為兩個(gè)部分，生物部分將由Hull團(tuán)隊(duì)進(jìn)行，而另一個(gè)部分即DNA片段的電泳分離以及光學(xué)探測(cè)工作將由CIP承擔(dān)。

Oliver解釋說，“就CIP而言，光學(xué)探測(cè)部分會(huì)比較復(fù)雜，我們的思路是先給這些DNA貼上不同顏料的標(biāo)簽，根據(jù)顏料的混合情況，就可以斷定DNA是什么。”

一旦DNA片段被標(biāo)定出來，就可以使用它所吸收對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光標(biāo)定顏料，光可以更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光再次發(fā)射，從而激發(fā)出熒光，然后熒光信號(hào)過濾并被導(dǎo)入到光學(xué)探測(cè)器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

對(duì)這些顏料顏色的探測(cè)需相關(guān)零部件滿足兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：成本低和可靠性高。假設(shè)儀器可以工作了，判斷該分析儀成功與否的唯一途徑是：是否可以在日常工作中將其帶至現(xiàn)場(chǎng)使用?？v然CIP可以在實(shí)驗(yàn)室中制造出特殊的光源系統(tǒng)，但這會(huì)非常嬌氣和昂貴，因此研究團(tuán)隊(duì)著眼使用商業(yè)化的LED光源。

Oliver解釋到：“我們不愿意先設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)然后再為其安裝一個(gè)合適的光源，至少我們希望在第一步就能面向商業(yè)化?！?

如果被標(biāo)定的DNA片段吸收波長(zhǎng)在400-500納米范圍內(nèi)的可見光，那么毫無疑問GaN基LED將是備選的光源。這些光源可以設(shè)計(jì)成陣列，每一個(gè)對(duì)應(yīng)不同的顏料顏色，或者是更可取的情況：分析儀只用一個(gè)超高亮度的LED和若干濾光鏡，去覆蓋所有所需的波長(zhǎng)。

CIP在光通訊領(lǐng)域很有功底，這將使其開發(fā)濾光系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的小型化等方面有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，但是DNA分析卻在它的視野之外。

Oliver解釋說：“雖然我們對(duì)微流體有濃厚興趣，但是到目前為止相關(guān)器件仍然很簡(jiǎn)單；我們正試圖利用一些集成的技術(shù)，將之應(yīng)用在該領(lǐng)域。畢竟，以前我們?cè)谏锟茖W(xué)領(lǐng)域并沒有任何經(jīng)驗(yàn)。”