縮微晶片

縮微晶片也被稱為縮微晶片實驗室，簡稱LOC。它是通過採用類似積體電路製作過程中半導體光刻加工的縮微技術，把樣品製備、生化反應和檢測分析等複雜、不連續的過程全部集成到晶片上，使其連續化和微型化，構建成所謂的縮微實驗室。

簡介

縮微晶片也被稱為縮微晶片實驗室（laboratory on a chip），簡稱LOC。它是通過採用類似積體電路製作過程中半導體光刻加工的縮微技術，把樣品製備、生化反應和檢測分析等複雜、不連續的過程全部集成到晶片上，使其連續化和微型化，構建成所謂的縮微實驗室(microlab)。這與當年將數間房屋大小的計算機機縮微成現在筆記本式計算機有異曲同工之妙。

基本組成

生物晶片的微加工製造是套用微電子工業和半導體製造業中一些比較精細的加工工藝，如光學掩模刻技術、反應離子刻蝕、微注入模塑和聚合膜澆注法等，在玻璃、塑膠、矽片等材料上加工出用於生物樣品分離、反應的微米尺寸的微細結構，如樣品過濾器、微量反應室、微泵、微閥門等。在上述結構表面進行必要的化學處理後，可在其上進行生物化學反應和分析。

生物樣品的分析通常包括樣品製備、生物化學和分子生物學反應、結果檢測和數據處理等過程。將其中一個步驟或幾個步驟微型化集成到同一晶片上，就能夠獲得具有特殊功能的生物晶片；如用於樣品製備的過濾分離晶片、介電電泳晶片和細柱式DNA萃取晶片；用於生物化學反應的生物晶片，主要是套用大量擴增、複製樣品的PCR技術，包括帕爾帖電熱PCR晶片、薄膜多晶矽加熱套內置式PCR晶片、恆溫區間連續流PCR晶片；將樣品製備和擴增反應集成的壩式微過濾晶片；用於基因突變檢測和基因表達的毛細管電泳晶片、寡核苷酸探針晶片、雜交測序晶片、DNA微陣列晶片和用於藥物篩選的高通量微米反應池晶片等。

套用研究

科學實驗意義

縮微晶片實驗室的核心技術是在晶片上含有DNA樣品製備、純化與檢測等微電子結構。由於其具有精密的微電子製備和檢測系統，不僅所需樣品量大為減少，而且靈敏度提高，因而可以快速、精確地完成從樣品製備到反應結果顯示的全部分析過程，可以有效克服人工操作的實驗誤差，系統穩定性能極佳。人們可以在一個封閉的系統內快速完成從原始樣品到測試結果的全部實驗步驟，進一步結合衛星傳輸和網路生物信息學的技術資源，真正實驗高通量、一體化、移植性的“未來型掌上實驗室”的構想。

疾病診斷

許多感染性疾病的及時確診、準確治療和正確預後，往往需要從全血中分離出特異的微生物作為必要的證據，這一過程既費時又難以確保精確性和重複性。我國旅美學者程京博士領導的一個課題組首先成功地將半導體生物電晶片用於分離和提純全血樣品中的DNA/RNA，接著再在另一個電子增強的生物電晶片上進行診斷性分析。整個過程是，在所構建的生物電晶片1cm2的區域內含有25個可定址的微電陣列，將大腸桿菌E.coli污染的血液標本點樣於第一個晶片上，向其施以適當能量的高頻交流電（AC）信號，當紅細胞和白細胞被清洗掉後，細菌就殘留在25個電極之上。用電子學的方法溶解被晶片“俘獲”的細菌，使其釋放DNA和RNA，並通過蛋白酶K消化將其純化，然後將DNA和RNA傳送到第2個具有電子活性的晶片上，通過特異性的DNA/RNA雜交反應，確定微晶片上含有的細菌種類和數量。臨床醫生利用這種裝置可以在2～3分鐘內完成檢驗工作，方便、快捷而準確。將這種裝置改進後，就可以準確快速地大量篩查遺傳性、家族性、地方性、流行性和癌性疾病。

毒理學研究

美國國立環境衛生科學研究所（NIEHS）的科學家們親近開發了一種毒晶片晶片（ToxChip）。它是一種cDNA序列，可以使科學家們同時檢測數以千計的基因表達情況，因而將繁瑣的實驗過程簡化為日常操作。對毒理學研究人員來說，這種工具提供了更有效地監督環境中對DNA有害因素的方法，可大大有助於環保工作的進行。