【導讀】芯片實驗室（Lab-on-a-chip）或稱微全分析系統(tǒng)（Miniaturized Total Analysis System,µ-TAS）是指把生物和化學等領域中所涉及的樣品制備、生物與化學反應、分離檢測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反應過程，并對其產物進行分析的一種技術。它是通過分析化學、微機電加工（MEMS）、計算機、電子學、材料科學與生物學、醫(yī)學和工程學等交叉來實現化學分析檢測即實現從試樣處理到檢測的整體微型化、自動化、集成化與便攜化這一目標。
移動微流體芯片有望從根本上改觀疾病防治工作
據美國物理學家組織網報道，美國哥倫比亞大學生物醫(yī)學工程學副教授薩繆爾-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備。這種芯片實驗室設備能夠完成之前在實驗室才能進行的生化檢測項目，具有成本低、耗時短、體積小、結果易辨讀的特點，有望使偏遠落后地區(qū)的疾病防治工作發(fā)生根本性的改觀。相關論文發(fā)表在7月31日出版的《自然•醫(yī)學》雜志上。
這種檢驗設備的核心是一種被稱為mChip的移動微流體芯片，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的梅爾曼公共衛(wèi)生學院以及三名當地非政府組織人員使用這種技術為盧旺達的數百名居民提供了醫(yī)療診斷服務。
該裝置可方便地帶往缺乏醫(yī)療機構的偏遠地區(qū)，只需針刺指尖的血樣即可運行，且不易受到操作人員失誤的影響。15分鐘內就可以得到測試結果，對新生兒同樣有效。這大大降低了患者接受檢驗的時間，同時也為醫(yī)務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備，能夠在幾分鐘內給出基于血液的檢測結果。
賽亞表示，這種技術有望幫助盧旺達的那些就醫(yī)不便的居民遠離艾滋病和性傳播疾病的危險。他說：“對這些地區(qū)的人們來說，傳染病的診斷非常重要。當你來到這些村莊的時候，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、實用檢測裝置，而不是強迫他們去醫(yī)療機構抽血而后再讓他們花上好幾天的時間等待測試結果�！�
賽亞和同事們同時還在進行生物化學、分子生物學、微細加工、微流體、材料化學以及組織生物學等相關領域的研究。此前，借助與上述移動微流體芯片類似的技術，他們還開發(fā)出了一種專門針對前列腺癌的移動微流體芯片并于2010年在歐洲進行了臨床應用。
由光刻、硅膠到注塑、塑料的變革
微流體技術起源于以光刻硅為基礎的半導體工業(yè)。為了降低成本、擴大使用范圍，人們必須群球新的材質和制造方法，包括金屬蝕刻、沉積法、粘接、軟微影、導向器、電鍍、注塑、壓花玻璃、陶瓷等。
移動微流體芯片mChip
賽亞將他的研究成果發(fā)表在《自然•醫(yī)學》雜志上并對mChips芯片作了詳細介紹，該芯片由賽亞的實驗室和美國克拉羅斯診斷公司(Claros Diagnostics Inc.)共同研發(fā)。6月22日,Claros獲得美國“流動配送體系和方法”專利，存儲和配送方法是微流體系統(tǒng)中眾所周知的一項挑戰(zhàn)，這一專利的取得將對公司的存儲和配送方法提供更全面的保護。
Claros說這種專利技術允許多種試劑同時被儲存并在高度控制下自動配送,使產品進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)得到應用。
Claros已經成功推廣了血液定量測試產品,該產品可用一種特殊的mChip檢測前列腺癌,這一方法于2010年在歐洲獲得批準使用。蛋白免疫測定法檢測作為一種工具可用來測試感染性疾病、癌癥、免疫性疾病及其他種類的疾病。歷史上,這些復雜的測試只能由訓練有素的科學家使用大型實驗室的昂貴的設備才能進行,不僅增加了檢測成本，也延長了患者的等待時間。
【結語】最近的發(fā)展表明，正如四十年前微電子技術在信息科學的發(fā)展中引發(fā)一場革命一樣，芯片實驗室將在未來的發(fā)展中對分析科學乃至整個科學技術以及相關的產業(yè)界將產生相似的作用。計算機芯片使計算微型化，而芯片實驗室使實驗室微型化，因此，在生物醫(yī)學領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，而且分析速度成倍提高，成本成倍下降；在化學領域它可以使以前需要在一個大實驗室花大量樣品、試劑和很多時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間同時完成大量實驗；在分析化學領域，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。
芯片實驗室由于排污很少，所以也是一種“綠色”技術，注塑科技與這一新興領域的結合，定將開辟出生命科學一片嶄新的天空，造福于人類的醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)。