2011-8-12 來源:中國(guó)聚合物網(wǎng)
關(guān)鍵詞：注塑 芯片 分析化學(xué)
【導(dǎo)讀】芯片實(shí)驗(yàn)室（Lab-on-a-chip）或稱微全分析系統(tǒng)（Miniaturized Total Analysis System,µ-TAS）是指把生物和化學(xué)等領(lǐng)域中所涉及的樣品制備、生物與化學(xué)反應(yīng)、分離檢測(cè)等基本操作單位集成或基本集成一塊幾平方厘米的芯片上，用以完成不同的生物或化學(xué)反應(yīng)過程，并對(duì)其產(chǎn)物進(jìn)行分析的一種技術(shù)。它是通過分析化學(xué)、微機(jī)電加工（MEMS）、計(jì)算機(jī)、電子學(xué)、材料科學(xué)與生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和工程學(xué)等交叉來實(shí)現(xiàn)化學(xué)分析檢測(cè)即實(shí)現(xiàn)從試樣處理到檢測(cè)的整體微型化、自動(dòng)化、集成化與便攜化這一目標(biāo)。
移動(dòng)微流體芯片有望從根本上改觀疾病防治工作
據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，美國(guó)哥倫比亞大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)副教授薩繆爾-賽亞與其合作者開發(fā)出一種基于微流體的便攜式診斷設(shè)備。這種芯片實(shí)驗(yàn)室設(shè)備能夠完成之前在實(shí)驗(yàn)室才能進(jìn)行的生化檢測(cè)項(xiàng)目，具有成本低、耗時(shí)短、體積小、結(jié)果易辨讀的特點(diǎn)，有望使偏遠(yuǎn)落后地區(qū)的疾病防治工作發(fā)生根本性的改觀。相關(guān)論文發(fā)表在7月31日出版的《自然•醫(yī)學(xué)》雜志上。
這種檢驗(yàn)設(shè)備的核心是一種被稱為mChip的移動(dòng)微流體芯片，這種芯片通過注塑的方式成形，芯片成本大約為1美元，整套設(shè)備成本在100美元左右。
在過去的四年里，賽亞與哥倫比亞大學(xué)的梅爾曼公共衛(wèi)生學(xué)院以及三名當(dāng)?shù)胤钦M織人員使用這種技術(shù)為盧旺達(dá)的數(shù)百名居民提供了醫(yī)療診斷服務(wù)。
該裝置可方便地帶往缺乏醫(yī)療機(jī)構(gòu)的偏遠(yuǎn)地區(qū)，只需針刺指尖的血樣即可運(yùn)行，且不易受到操作人員失誤的影響。15分鐘內(nèi)就可以得到測(cè)試結(jié)果，對(duì)新生兒同樣有效。這大大降低了患者接受檢驗(yàn)的時(shí)間，同時(shí)也為醫(yī)務(wù)工作者帶來了極大便利。此外，研究人員還開發(fā)出了一種信用卡大小的一次性診斷設(shè)備，能夠在幾分鐘內(nèi)給出基于血液的檢測(cè)結(jié)果。
賽亞表示，這種技術(shù)有望幫助盧旺達(dá)的那些就醫(yī)不便的居民遠(yuǎn)離艾滋病和性傳播疾病的危險(xiǎn)。他說：“對(duì)這些地區(qū)的人們來說，傳染病的診斷非常重要。當(dāng)你來到這些村莊的時(shí)候，你或許隨身攜帶了大量藥物，但你卻不知道患者在哪里以及應(yīng)該采取什么樣的治療方法，所以真正的挑戰(zhàn)仍然在于診斷。我們的想法是開發(fā)出一種方便、實(shí)用檢測(cè)裝置，而不是強(qiáng)迫他們?nèi)メt(yī)療機(jī)構(gòu)抽血而后再讓他們花上好幾天的時(shí)間等待測(cè)試結(jié)果�！�
賽亞和同事們同時(shí)還在進(jìn)行生物化學(xué)、分子生物學(xué)、微細(xì)加工、微流體、材料化學(xué)以及組織生物學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的研究。此前，借助與上述移動(dòng)微流體芯片類似的技術(shù)，他們還開發(fā)出了一種專門針對(duì)前列腺癌的移動(dòng)微流體芯片并于2010年在歐洲進(jìn)行了臨床應(yīng)用。
由光刻、硅膠到注塑、塑料的變革
微流體技術(shù)起源于以光刻硅為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體工業(yè)。為了降低成本、擴(kuò)大使用范圍，人們必須群球新的材質(zhì)和制造方法，包括金屬蝕刻、沉積法、粘接、軟微影、導(dǎo)向器、電鍍、注塑、壓花玻璃、陶瓷等。
移動(dòng)微流體芯片mChip
賽亞將他的研究成果發(fā)表在《自然•醫(yī)學(xué)》雜志上并對(duì)mChips芯片作了詳細(xì)介紹，該芯片由賽亞的實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)克拉羅斯診斷公司(Claros Diagnostics Inc.)共同研發(fā)。6月22日,Claros獲得美國(guó)“流動(dòng)配送體系和方法”專利，存儲(chǔ)和配送方法是微流體系統(tǒng)中眾所周知的一項(xiàng)挑戰(zhàn)，這一專利的取得將對(duì)公司的存儲(chǔ)和配送方法提供更全面的保護(hù)。
Claros說這種專利技術(shù)允許多種試劑同時(shí)被儲(chǔ)存并在高度控制下自動(dòng)配送,使產(chǎn)品進(jìn)行多元化的分析鑒定。該專利先前已在日本,澳大利亞,加拿大等地被允許使用,并有望在更多的地區(qū)得到應(yīng)用。
Claros已經(jīng)成功推廣了血液定量測(cè)試產(chǎn)品,該產(chǎn)品可用一種特殊的mChip檢測(cè)前列腺癌,這一方法于2010年在歐洲獲得批準(zhǔn)使用。蛋白免疫測(cè)定法檢測(cè)作為一種工具可用來測(cè)試感染性疾病、癌癥、免疫性疾病及其他種類的疾病。歷史上,這些復(fù)雜的測(cè)試只能由訓(xùn)練有素的科學(xué)家使用大型實(shí)驗(yàn)室的昂貴的設(shè)備才能進(jìn)行,不僅增加了檢測(cè)成本，也延長(zhǎng)了患者的等待時(shí)間。
【結(jié)語】最近的發(fā)展表明，正如四十年前微電子技術(shù)在信息科學(xué)的發(fā)展中引發(fā)一場(chǎng)革命一樣，芯片實(shí)驗(yàn)室將在未來的發(fā)展中對(duì)分析科學(xué)乃至整個(gè)科學(xué)技術(shù)以及相關(guān)的產(chǎn)業(yè)界將產(chǎn)生相似的作用。計(jì)算機(jī)芯片使計(jì)算微型化，而芯片實(shí)驗(yàn)室使實(shí)驗(yàn)室微型化，因此，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域它可以使珍貴的生物樣品和試劑消耗降低到微升甚至納升級(jí)，而且分析速度成倍提高，成本成倍下降；在化學(xué)領(lǐng)域它可以使以前需要在一個(gè)大實(shí)驗(yàn)室花大量樣品、試劑和很多時(shí)間才能完成的分析和合成，將在一塊小的芯片上花很少量樣品和試劑以很短的時(shí)間同時(shí)完成大量實(shí)驗(yàn)；在分析化學(xué)領(lǐng)域，它可以使以前大的分析儀器變成平方厘米尺寸規(guī)模的分析儀，將大大節(jié)約資源和能源。
芯片實(shí)驗(yàn)室由于排污很少，所以也是一種“綠色”技術(shù)，注塑科技與這一新興領(lǐng)域的結(jié)合，定將開辟出生命科學(xué)一片嶄新的天空，造福于人類的醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)。