松下和比利时微电子研究中心(IMEC)共同开发了一种全自动小基因检测芯片,可以在一小时内对其进行测试。
该芯片可以使用几升血液来检测诸如SNP(单核苷酸多态性)之类的遗传信息。
SNP是指在不同个体的基因组中存在不同类型的碱基。
通过检测SNP,可以诊断遗传疾病的存在与否以及未来遗传疾病的风险,并可以确定与该疾病有关的基因。
以前的大多数全自动基因检测设备都是大型设备,并且大多数采用将样品发送到专业检测机构进行分析的方法。
因此,要花几天到一周的时间才能知道测试结果。
这次开发的芯片是不同的。
仅需1个小时即可完成测试,包括预处理过程。
因此,在临床现场,医生可以就患者的用药情况和患病风险做出判断。
这次开发的芯片整合了从少量血液中提取和扩增DNA的功能,以执行SNP判断。
具体地,将运输血液和液体药物的超小型泵,DNA提取和扩增部分,高精度滤膜和高灵敏度传感器集成在约9cm 2的芯片上。
为实现该芯片而新开发的必要技术大致如下。
(1)使用导电聚合物致动器的超小型高压泵。
通过在硅衬底上层压聚合物膜,已经开发了可以在层压方向上极大地膨胀和收缩的聚合物致动器,以通过移动隔膜来实现输送。
隔膜泵用于液体。
聚合物致动器可以产生超过300个大气压的最大压力,并且可以轻松实现溶液的运动,包括将液体注入到高精度过滤膜中以在微流路中筛选DNA。
另外,实现了可由电池驱动的低电压(1.5V)操作。
(2)当将高速PCR技术用于遗传诊断时,必须从DNA上去除含有SNP的区域,并将其增加到一定量。
通常,使用一种称为PCR(聚合酶链反应,聚合酶链反应)的方法来扩增DNA。
但是,原始的PCR方法需要2个小时来扩增DNA。
因此,研究人员使用具有良好导热性的硅基板,优化了隔离周围热量的方法,提高了温度上升和下降的温度跟随性,并且还意识到了少量液体会引起PCR反应的结构。
通过这些措施,扩增DNA所需的时间减少到少于15分钟。
(3)高精度,高灵敏度的电化学传感器electrically电识别SNP时,必须使用价格昂贵的带有人工DNA的特殊电极,用于固定在电极上进行识别。
使用新开发的传感器,不需要将人工DNA固定在电极上,并且可以以溶解在少量(约0.5μl)化学溶液中的状态电识别SNP。