IMEC實現(xiàn)1小時完成小型自動基因檢測的芯片方案

松下與比利時微電子研究中心(IMEC)共同開發(fā)出了1小時即可完成檢測的全自動小型基因檢測芯片。該芯片可利用數(shù)μL血液來檢測SNP(Single Nucleotide Polymorphism，單核苷酸多性態(tài))等基因信息。SNP是指不同個體的基因組存在不同種類的堿基，通過檢測SNP，可診斷有無遺傳病及將來患遺傳病的危險率，并可確定與疾病相關(guān)的基因。

以前的全自動基因檢測裝置大都是大型裝置，大多采取將檢體送到專門的檢測機構(gòu)進(jìn)行分析的方法。因此，檢測結(jié)果要等待數(shù)天到1周左右的時間才能得知。而此次開發(fā)的芯片則不同，包括前處理工序在內(nèi)只需1個小時即可完成檢測，因此在臨床現(xiàn)場，醫(yī)生可當(dāng)場對患者用藥及發(fā)病風(fēng)險做出判斷。

此次開發(fā)的芯片集成了從微量血液中提取并放大DNA，進(jìn)行SNP判斷的功能。具體而言，在約9cm2的芯片上集成了輸送血液及藥液的超小型泵、DNA提取及放大部分、高精度濾膜以及高靈敏度傳感器等。

為實現(xiàn)該芯片而新開發(fā)的必要技術(shù)大致有以下三項：

1、高速PCR技術(shù)

進(jìn)行基因診斷時，需要從DNA上取出含SNP的區(qū)域，并使其增至一定數(shù)量，一般使用名為PCR(Polymerase Chain Reaction，聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng))的方法來放大DNA，但是，原來的PCR法放大DNA需要2個小時。因此，研究人員使用導(dǎo)熱性好的硅基板，優(yōu)化了隔離 周圍熱量的手段，提高了升降溫的溫度追隨性，同時還實現(xiàn)了通過小液量來引起PCR反應(yīng)的構(gòu)造。通過這些措施將放大DNA所需要的時間縮短到了15分鐘以 內(nèi)。

2、高精度、高靈敏度的電化學(xué)傳感器

以電氣方式識別SNP時，需要使用在電極上固定有識別用人造DNA的昂貴的特殊電極。此次憑借新開發(fā)的傳感器，無需在電極上固定識別用人造DNA，能夠以溶解在微量(約0.5μL)藥液中的狀態(tài)，電氣性地識別SNP。

3、使用導(dǎo)電性聚合物致動器的超小型高壓泵

通過在硅基板上層積聚合物薄膜，開發(fā)出了可在層積方向大幅伸縮的聚合物致動器，實現(xiàn)了通過移動隔膜來輸送液體的隔膜泵。該聚合物致動器可產(chǎn) 生最大超過300個大氣壓的壓力，能夠在微流路中輕松實現(xiàn)包括向篩選DNA的高精度濾膜注入液體在內(nèi)的溶液移動。此外還實現(xiàn)了可用電池驅(qū)動的低電壓 (1.5V)工作。