生物芯片（7）                         

发信人: teddy (沈小聪聪), 信区: Bioinformatics
标  题: 生物芯片（7）
发信站: 北大未名站 (2001年03月14日16:02:53 星期三), 站内信件

发信人: Teddy (real), 信区: Electronics
标  题: 芯片上的实验室──超微型实验室集成制造技术(转载)
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【 原文由 Teddy 所发表 】

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。
。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10?00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。
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