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松下研發出1小時即可完成檢測的基因檢測芯片

   2025-12-08 日經技術在線693

  松下與比利時微電子研究中心(IMEC)共同開發出了1小時即可完成檢測的全自動小型基因檢測芯片。該芯片可利用數μL血液來檢測SNP(Single Nucleotide Polymorphism,單核苷酸多性態)等基因信息。SNP是指不同個體的基因組存在不同種類的堿基,通過檢測SNP,可診斷有無遺傳病及將來患遺傳病的危險率,并可確定與疾病相關的基因。

 

  以前的全自動基因檢測裝置大都是大型裝置,大多采取將檢體送到專門的檢測機構進行分析的方法。因此,檢測結果要等待數天到1周左右的時間才能得知。而此次開發的芯片則不同,包括前處理工序在內只需1個小時即可完成檢測,因此在臨床現場,醫生可當場對患者用藥及發病風險做出判斷。

  此次開發的芯片集成了從微量血液中提取并放大DNA,進行SNP判斷的功能。具體而言,在約9cm2的芯片上集成了輸送血液及藥液的超小型泵、DNA提取及放大部分、高精度濾膜以及高靈敏度傳感器等。

  為實現該芯片而新開發的必要技術大致有以下三項。

  (1)使用導電性聚合物致動器的超小型高壓泵

  通過在硅基板上層積聚合物薄膜,開發出了可在層積方向大幅伸縮的聚合物致動器,實現了通過移動隔膜來輸送液體的隔膜泵。該聚合物致動器可產生最大超過300個大氣壓的壓力,能夠在微流路中輕松實現包括向篩選DNA的高精度濾膜注入液體在內的溶液移動。此外還實現了可用電池驅動的低電壓(1.5V)工作。

  (2)高速PCR技術

  進行基因診斷時,需要從DNA上取出含SNP的區域,并使其增至一定數量,一般使用名為PCR(Polymerase Chain Reaction,聚合酶鏈式反應)的方法來放大DNA,但是,原來的PCR法放大DNA需要2個小時。因此,研究人員使用導熱性好的硅基板,優化了隔離周圍熱量的手段,提高了升降溫的溫度追隨性,同時還實現了通過小液量來引起PCR反應的構造。通過這些措施將放大DNA所需要的時間縮短到了15分鐘以內。

  (3)高精度、高靈敏度的電化學傳感器

  以電氣方式識別SNP時,需要使用在電極上固定有識別用人造DNA的昂貴的特殊電極。此次憑借新開發的傳感器,無需在電極上固定識別用人造DNA,能夠以溶解在微量(約0.5μL)藥液中的狀態,電氣性地識別SNP。

 

 
標簽: 基因檢測
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