IMEC实现1小时完成小型自动基因检测的芯片方案

松下与比利时微电子研究中心(IMEC)共同开发出了1小时即可完成检测的全自动小型基因检测芯片。该芯片可利用数μL血液来检测SNP(Single Nucleotide Polymorphism，单核苷酸多性态)等基因信息。SNP是指不同个体的基因组存在不同种类的碱基，通过检测SNP，可诊断有无遗传病及将来患遗传病的危险率，并可确定与疾病相关的基因。

以前的全自动基因检测装置大都是大型装置，大多采取将检体送到专门的检测机构进行分析的方法。因此，检测结果要等待数天到1周左右的时间才能得知。而此次开发的芯片则不同，包括前处理工序在内只需1个小时即可完成检测，因此在临床现场，医生可当场对患者用药及发病风险做出判断。

此次开发的芯片集成了从微量血液中提取并放大DNA，进行SNP判断的功能。具体而言，在约9cm2的芯片上集成了输送血液及药液的超小型泵、DNA提取及放大部分、高精度滤膜以及高灵敏度传感器等。

为实现该芯片而新开发的必要技术大致有以下三项：

1、高速PCR技术

进行基因诊断时，需要从DNA上取出含SNP的区域，并使其增至一定数量，一般使用名为PCR(Polymerase Chain Reaction，聚合酶链式反应)的方法来放大DNA，但是，原来的PCR法放大DNA需要2个小时。因此，研究人员使用导热性好的硅基板，优化了隔离 周围热量的手段，提高了升降温的温度追随性，同时还实现了通过小液量来引起PCR反应的构造。通过这些措施将放大DNA所需要的时间缩短到了15分钟以 内。

2、高精度、高灵敏度的电化学传感器

以电气方式识别SNP时，需要使用在电极上固定有识别用人造DNA的昂贵的特殊电极。此次凭借新开发的传感器，无需在电极上固定识别用人造DNA，能够以溶解在微量(约0.5μL)药液中的状态，电气性地识别SNP。

3、使用导电性聚合物致动器的超小型高压泵

通过在硅基板上层积聚合物薄膜，开发出了可在层积方向大幅伸缩的聚合物致动器，实现了通过移动隔膜来输送液体的隔膜泵。该聚合物致动器可产 生最大超过300个大气压的压力，能够在微流路中轻松实现包括向筛选DNA的高精度滤膜注入液体在内的溶液移动。此外还实现了可用电池驱动的低电压 (1.5V)工作。