松下研发出1小时即可完成检测的基因检测芯片

2013-02-20 07:00 · pobee

1小时即可完成检测的全自动小型基因检测芯片由松下与比利时微电子研究中心(IMEC)共同研发出,能利用数μL血液来检测SNP等基因信息,从而诊断有无遗传病及将来患遗传病的危险率,并可确定与疾病相关的基因。

松下与比利时微电子研究中心(IMEC)共同开发出了1小时即可完成检测的全自动小型基因检测芯片。该芯片可利用数μL血液来检测SNP(Single Nucleotide Polymorphism,单核苷酸多性态)等基因信息。SNP是指不同个体的基因组存在不同种类的碱基,通过检测SNP,可诊断有无遗传病及将来患遗传病的危险率,并可确定与疾病相关的基因。


以前的全自动基因检测装置大都是大型装置,大多采取将检体送到专门的检测机构进行分析的方法。因此,检测结果要等待数天到1周左右的时间才能得知。而此次开发的芯片则不同,包括前处理工序在内只需1个小时即可完成检测,因此在临床现场,医生可当场对患者用药及发病风险做出判断。

此次开发的芯片集成了从微量血液中提取并放大DNA,进行SNP判断的功能。具体而言,在约9cm2的芯片上集成了输送血液及药液的超小型泵、DNA提取及放大部分、高精度滤膜以及高灵敏度传感器等。

为实现该芯片而新开发的必要技术大致有以下三项。

(1)使用导电性聚合物致动器的超小型高压泵

通过在硅基板上层积聚合物薄膜,开发出了可在层积方向大幅伸缩的聚合物致动器,实现了通过移动隔膜来输送液体的隔膜泵。该聚合物致动器可产生最大超过300个大气压的压力,能够在微流路中轻松实现包括向筛选DNA的高精度滤膜注入液体在内的溶液移动。此外还实现了可用电池驱动的低电压(1.5V)工作。

(2)高速PCR技术

进行基因诊断时,需要从DNA上取出含SNP的区域,并使其增至一定数量,一般使用名为PCR(Polymerase Chain Reaction,聚合酶链式反应)的方法来放大DNA,但是,原来的PCR法放大DNA需要2个小时。因此,研究人员使用导热性好的硅基板,优化了隔离周围热量的手段,提高了升降温的温度追随性,同时还实现了通过小液量来引起PCR反应的构造。通过这些措施将放大DNA所需要的时间缩短到了15分钟以内。

(3)高精度、高灵敏度的电化学传感器

以电气方式识别SNP时,需要使用在电极上固定有识别用人造DNA的昂贵的特殊电极。此次凭借新开发的传感器,无需在电极上固定识别用人造DNA,能够以溶解在微量(约0.5μL)药液中的状态,电气性地识别SNP。