Biology 版 (精华区)

发信人: cameran (竹晨), 信区: Biology
标  题: 芯片实验室
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年07月29日13:11:04 星期天), 站内信件

芯片实验室
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　　　生物芯片的微加工制造是应用微电子工业和半导体制造业中一些比较精细的加工
工艺， 如光学掩模刻技术、反应离子刻蚀、微注入模塑和聚合膜浇注法等，在玻璃、塑
料、硅片等材料上加工出用于生物样品分离、反应的微米尺寸的微细结构，如样品过滤
器、微量反应室、微泵、微阀门等。在上述结构表面进行必要的化学处理后，可在其上
进行生物化学反应和分析。
　　生物样品的分析通常包括样品制备、生物化学和分子生物学反应、结果检测和数据
处理等过程。将其中一个步骤或几个步骤微型化集成到同一芯片上，就能够获得具有特
殊功能的生物芯片：如用于样品制备的过滤分离芯片、介电电泳芯片和细柱式DNA萃取芯
片；用于生物化学反应的生物芯片，主要是应用大量扩增、复制样品的PCR技术，包括帕
尔帖电热PCR芯片、薄膜多晶硅加热套内置式PCR芯片、恒温区间连续流PCR芯片；
将样品制备和扩增反应集成的坝式微过滤芯片； 用于基因突变检测和基因表达的毛细管
电泳芯片、寡核苷酸探针芯片、杂交测序芯片、DNA微阵列芯片和用于药物筛选的高通量
微米反应池芯片等。
　　缩微芯片实验室的核心技术是在芯片上含有DNA样品制备、纯化与检测等微电子结构
。由于其具有精密的微电子制备和检测系统，不仅所需样品量大为减少，而且灵敏度提
高，因而可以快速、精确地完成从样品制备到反应结果显示的全部分析过程，可以有效
克服人工操作的实验误差，系统稳定性能极佳。目前，含有加热器、微泵微阀、微流量
控制器、电子化学和电子发光探测器的芯片已经研制出来，同时也出现了将样品制备、
化学反应和分析检测部分结合的芯片。相信包含全部实验过程的缩微芯片实验室将很快
出现，人们可以在一个封闭的系统内快速完成从原始样品到测试结果的全部实验步骤，
进一步结合卫星传输和网络生物信息学的技术资源，真正实现高通量、一体化、移动性
的“未来型掌上实验室”的构想。
<-!以下相关报道来自e800b2b.com->
芯片上的实验室──超微型实验室集成制造技术
美国普杜大学的研究人员弗雷德·雷尼尔已开发出一种将化学实验室的专用仪器缩微 在
芯片上的技术。芯片上的仪器缩小到常规仪器的千分之一甚至百万分之一。
这项设计已由普杜大学和波士顿的PerSeptive生物系统公司申请专利。这项成果使科 学
家能在一块硅片上堆积几十个或几百个“实验室”，每个“实验室”都能进行复杂 的化
学分析，从而可减少很多化学和医学分析的费用，并提高效率。雷尼尔化学教授 （也是
PerSeptive公司创建之一和技术主管）说：“我们现在已能借助一块芯片进行化学分析
，同时进行大量的实验。你现在不是有一个化学实验室进行实验或化学分析，而是能够
同时有许多实验室进行实验。”
在血液和组织样品的临床分析以及医学研究和新药开发中，常用色谱分析和电泳来把 混
合物分离成为纯化学成分。在标准的色谱分析中，在填满了浸有某种化合物的各种 颗粒
的试管或层析柱中倒入待分离溶液，溶液通过时其不同成分被具有不同亲合性的颗粒吸
收，从而被分离成一系列区段，每个区段含有一种纯净物质。雷尼尔发明的超微实验室
即是基于上述原理，它可用于毛细色谱分析和毛细电泳分析。与常规实验室所不同的只
是实验室的大小和制造方法。
超微实验室中的液道和超微“颗粒”的制作采用半导体制造技术中的光刻法和化学蚀刻
法。实验室的化学反应器只有一粒微尘大小，层析柱细如人发。在液道两端施加电压后
，样液就在芯片上流动。雷尼尔采用了独特的液道微型正交“颗粒”制作方法， 在层析
柱上按照单片式结构蚀刻出单一部件，其所起的作用与常规层析柱中使用的颗粒材料相
同，它们使微型实验室能进行较复杂的操作。
尽管芯片上的实验室很小，但却能用很少的样液（几分之一滴）进行精确测量。雷尼尔
说：“常规实验室需采用微升量的样液，我们只需皮升量，用量减少到百万分之 一。尽
管样液如此少，但测量精度仍可达到百分之几的水平。”
由于超微实验室没有运动或机加工部件，与常规实验室设备相比，结构要简单得多，制
造费用也非常低。例如，一台标准的液泵装置和层析柱需花费15,000美元，但一个芯片
的制造费只有400美元，而且在一个芯片上能排列1000个微型实验室。“这正是微型装置
的美妙之处。用微型制造方法，构造大批实验室与构造一个实验室一样容易，因为它们
是作为一个部件在硅片上一次蚀刻出来的。”
以低成本制造一些专用仪器，再把大量的这类仪器组合在一起的技术，对临床分析和药
物开发等科学领域将产生重要影响。这项新技术在医药实验室方面将大有用武之地。在
医药实验室中，科学家要分析成千上万的天然化合物和合成化合物，以发现新药候选者
。此外，在临床应用上也非常有意义，如医生办公室，在那里，医务人员能利用超微实
验室进行诊断工作。微型实验室还可设计成类似妊娠试剂盒进行简单的诊断，相当实用
。
这种超微实验室不能用于产品提纯，因为其微小体积限制了其样液量，而标准色谱仪则
能被用于提纯人类生长激素之类的产品。然而它专门用于分析，其效果确实妙不可 言。

据称，这种实验室集成芯片将在三至五年内问世，届时，物理学家和医务人员将能利用
这种芯片进行目前在专门实验室进行的化学分析。
<-责任编辑：林郁->

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欲讯秋情众莫知, 喃喃负手叩东篱。
孤标傲世偕谁隐，一样花开为底迟？
圃露庭霜何寂寞，鸿归蛩病可相思？
休言举世无谈者，解语何妨片语时。

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