IMEC實(shí)現(xiàn)1小時(shí)完成小型自動(dòng)基因檢測(cè)的芯片方案

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

以前的全自動(dòng)基因檢測(cè)裝置大都是大型裝置，大多采取將檢體送到專門的檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析的方法。因此，檢測(cè)結(jié)果要等待數(shù)天到1周左右的時(shí)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(gè)小時(shí)即可完成檢測(cè)，因此在臨床現(xiàn)場(chǎng)，醫(yī)生可當(dāng)場(chǎng)對(duì)患者用藥及發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)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(shí)現(xiàn)該芯片而新開發(fā)的必要技術(shù)大致有以下三項(xiàng)：

1、高速PCR技術(shù)

進(jìn)行基因診斷時(shí)，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(gè)小時(shí)。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(shí)還實(shí)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(shí)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(shí)別SNP時(shí)，需要使用在電極上固定有識(shí)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(shí)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(shí)別SNP。

3、使用導(dǎo)電性聚合物致動(dòng)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(dòng)器，實(shí)現(xiàn)了通過移動(dòng)隔膜來輸送液體的隔膜泵。該聚合物致動(dòng)器可產(chǎn) 生最大超過300個(gè)大氣壓的壓力，能夠在微流路中輕松實(shí)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(dòng)。此外還實(shí)現(xiàn)了可用電池驅(qū)動(dòng)的低電壓 (1.5V)工作。