小芯片玩转检测大乾坤

【前言】小芯片玩转检测大乾坤由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。那么，人们能否借鉴这种“一站式”购物的概念，让医疗诊断所需要的很多试验和分析在一块芯片上完成呢？最终，医生只需要病人的一滴血就能测出其体内是否有病毒或是否罹患癌症，而病人只需要在医生的手术室外等几分钟就可。实验室芯片应运而生。 速效测试并非新潮想法...

据英国《卫报》报道，实验室芯片（Lab-on-a-Chip）是近年来生物医学领域实验科学的一个重要理念，是生物芯片的一种，它是在硅或玻璃材质的基质上，利用微流体芯片技术，将大量微管道（相当于普通实验室的滴管、烧杯、试管等）、微反应器以及反应试剂集成为一个芯片，以最快的速度完成一般实验室所进行的生化分析。

目前，实验室芯片已用于高效能的筛检系统中，在DNA测序、基因制药、药效模拟及诊断分析上也极具发展潜力。

“一站式”芯片方便快捷

目前，当医生对病人进行诊断时，一般步骤是先用针扎入病人的身体，抽取几试管血；再给试管贴上标签，将其包好并送到医院的中央实验室内。随后，技术人员会取出血液，完成需要进行的各种各样的生物化学分析实验，写下结果，几周或更长时间后给病人提供一份报告。

这个过程进行得太慢，耗时太长，就好比以前人们购买东西，都需要东奔西走，到各个不同的地方采购所需要的商品，耗时又耗力。有鉴于此，精明的商家建立了很多“一站式”购物广场，将人们的基本所需集中在一起，免去了人们的奔波劳碌之苦，“一站式”购物广场也受到人们的欢迎，在各地鳞次栉比地出现。

那么，人们能否借鉴这种“一站式”购物的概念，让医疗诊断所需要的很多试验和分析在一块芯片上完成呢？最终，医生只需要病人的一滴血就能测出其体内是否有病毒或是否罹患癌症，而病人只需要在医生的手术室外等几分钟就可。实验室芯片应运而生。

速效测试并非新潮想法。比如，妊娠试验在家里就能完成；糖尿病患者也能通过使用一滴血来方便地测量其血糖浓度，但是，复杂的诊断仍然需要在实验室进行，而且需要技术人员参与。

英国纳米技术研究所的首席执行官马克·莫里森表示：“芯片实验室能快速地进行诊断、分析并很快提供实验结果。当某人罹患某种疾病急需尽快治疗时，这一点尤其有用。简单来说，芯片实验室就是有效地将诊断试验室工作人员或技术人员的工作微型化、集成化，以提高效率、节省时间。”

如果科学家们想知道血液样本中含有什么病毒，或者受伤战士血管中出现的不明化合物源于何种生物武器，只需要将一滴血滴在实验室芯片的一端，随后，芯片上经过精心布局的、精雕细琢的、功能各异的微管道会让组成血液的各个分子通过一系列纳米大小的化学和物理测试电路，对这些成分进行分析并给出结果。比如，英国阿尔伯塔大学的科学家们研制出的一款芯片可以揪出可能诱发很多癌症的染色体突变。

“跨界明星”用途广泛

这种实验室芯片可谓跨界明星，集纳米技术、生物技术以及微电子技术之大成，而且，它也并非只能用于医学，有科学家研发出这种芯片用于对污染物进行环境监测。同时，它也越来越多地应用于基础科学研究中，让曾经令人觉得枯燥乏味且冗长的基因检测或新材料的性能测试等工作变得更加方便快捷。

伦敦纳米技术中心的汤姆·杜克一直在研究一种能探测出血液样本中是否含有艾滋病病毒（HIV）的芯片。现在的HIV测试需要在大的实验室中由专业的技术人员进行，因此，如果想要测试那些资源贫乏、技术落后且艾滋病肆虐的国家和地区的居民是否感染了艾滋病，现有技术就有点鞭长莫及。

杜克研制出的芯片则简化了上述过程，现在，使用他研制出的传感器，只需要一滴血就能检测出人是否罹患艾滋病。首先，他将血液滴在该传感器的一端，传感器内的纳米硅支柱会将血液的各组成部分分开，并将血液组成部分中最大的部分（例如血液细胞和大的蛋白质）捕获。病毒粒子都会通过两个支柱之间的空隙“走”到传感器的另一端，在此处，它们会被“引诱”到一系列涂满了抗体的细小的悬臂梁上。从本质上而言，这些细小的悬臂梁就是纤细的跳水板，当有物体落于其上时会弯曲，科学家们通过让一束激光在其上反弹可以测量其弯曲的程度。弯曲程度越大，病毒就越多。杜克说：“该平台能用于检测出任何病毒或细菌。”

对基础生理学感兴趣的科学家们也为这些复杂的“迷你”实验室找到了用武之地。据国外媒体报道，2010年6月，美国哈佛大学的科学家们宣布，由哈佛大学、哈佛医学院以及波士顿儿童医院的科学家共同组织的主攻生物工程的研究机构哈佛韦斯研究所利用微型品制造技术与组织工程技术，将人类细胞与真空芯片结合，制造出了“一片”能够自由呼吸的人工肺。这枚大小如一片橡皮的装置模仿了肺脏最活跃的肺泡部分，并且能够完成将空气中的氧气混合至血液中的过程。科学家们表示，该人工肺片能够应用于实验中让科学家们理解肺部的基本功能。

“辛巴”芯片能“大海捞针”

除了便利性远远超出传统方法之外，实验室芯片还有几大优势。因为这种芯片非常灵敏，因此，科学家们需要的测试样本会更小，非常适合于人们测试大气中的微量气体或疾病最早期的状态。

在疾病还处于初期时，血液中化学标记的数量很少，标准测试法根本捕捉不到，因此，会让其成为漏网之鱼，耽误疾病的治疗。莫里森表示：“实验室芯片能让你在疾病还处于‘萌芽’阶段探测到它的迹象，随后，尽快开始治疗，越早治疗，成功的几率就越大。”

美国加州大学伯克利分校的伊凡·迪莫弗领导的科研团队设计出了一种名为“辛巴（好莱坞电影《狮子王》中主角的名字）”的芯片，其能够探测血液中的生物成分，能从400亿个成分中探测出一个。迪莫弗说：“这不啻于大海捞针。”这个自成一体的芯片能在10分钟内根据一滴血得出结果，不需要额外的试管，也不需要电源等。

应谨慎对待获得的数据

毫无疑问，实验室芯片技术会发展得越来越快，变得越来越便宜，而且，种类也会越来越繁多。

然而，该技术目前面临着几个问题。首先，与之相关的研究仍然处于萌芽阶段，也很昂贵，谁会用它呢？另外，尽管已经有几个实验室芯片将被用于测试个人对特定的基因疾病是否敏感，问题是谁有权查看这些信息呢？莫里森说：“作为一名科学家，我们扫描别人的身体，不放过疾病的任何蛛丝马迹，这样，医生们就能在疾病还处于襁褓期就开始对病人进行治疗。但是，这样来看有点不切实际。”

切合实际的替代办法是一定要非常小心谨慎地使用病人的遗传数据，这一点已经引起了科学界的重视和警觉，科学家们也在探讨谁有权获得和使用这些基因信息和医疗数据。不管如何，随着技术的不断进步，在硅和玻璃芯片上集成的这种微型实验室将是人类医学和研究领域的无价之宝。