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各類生物晶片的工作原理及應用
1.樣品製備晶片 典型的樣品製備晶片包括三維結構過濾器、介電電泳(dielectrophoresis)晶片，它們可用於分離濃縮特定種類的細胞。 (a)細胞微過濾用分離晶片 微過濾用晶片是利用在矽片上刻出各種形狀的過濾通道，通道大小為幾個微米。然後，在矽片上黏合上一個玻璃蓋片而完成。如「血球晶片微過濾器」的工作原理是根據人白血球的尺寸比紅血球大的特點，使人外周血流過微過濾器時只讓血漿和尺寸較小的紅血球及血小板通過而攔截住尺寸較大的白血球。 (b)介電電泳分離晶片 處於同一交變電場中的不同種類細胞，由於它們的介電性質不同，所受的介電力方向的大小也將不同。對於兩種具有不同介電性質的細胞，可以藉由選擇適當的細胞懸浮液及所加電場頻率，使得它們的電極化能力分別大於或小於周圍懸浮液的電極化能力。這樣當它們處於不均勻電場中時，就會分別在各表面產生與所加電場相同或相反的電偶極矩、受正向和負向介電力的作用，而分別移到電場強度最強或最弱的不同區域。如利用此介電電泳晶片便可將細菌或病毐從血液檢體中分離出來。 細胞介電分離技術具有許多特點。第一，不需要抗體，因此，細胞不會在分離過程中，因抗體反應而發生生物性質改變。第二，所用交變電場對細胞的作用是“非破壞性”的。初步研究証明細胞經過這類電場作用後，其生長及分裂性質不會改變。第三，這類技術的使用靈活、電場強度、頻率、相位都容易調控，便於自動化。第四，該技術還可與其它方法結合使用，以達到最佳的細胞分離效果。 2.生物化學反應晶片 典型的生化反應晶片是核酸擴增反應晶片(PCR Chip)，它是在晶片表面運用微細加工技術刻蝕出反應槽，並在其底部或反面製作微型電極陣列或附加加熱器組。藉由調控施加於電極或加熱器組的電壓，使反應槽內的溫度可得到精確的控制，形成核酸擴增反應所需的溫度時間譜。由於其體積小、表面積大，反應槽的溫度可作迅速改變。因此，通常需數小時的PCR反應可在晶片上10分鐘完成。 3.檢測型晶片 (a)毛細管電泳晶片 毛細管電泳晶片的測序原理與普通毛細胞電泳測序原理相同。只是利用各種微細加工技術在矽片、玻璃或塑膠表面刻蝕成三維長槽的反應通道，並與另一平面材料黏合形成管道，同時使之陣列化。與常規毛細管電泳相比，毛細管電泳晶片具有更高的分析檢測速度。它可用突變檢測和DNA測序。隨著微加工技術和樣品處理技術的提升，毛細管電泳晶片將可成為高速、高通量的有力分析工具。 (b)親和結合型晶片 (DNA Chip, Protein Chip) DNA/Protein晶片是以DNA雜交或蛋白質專一結合特性為基礎，其工作步驟，如上述Microarray流程。 4. 縮微晶片實驗室 (Lab-on-a-Chip) 生物晶片發展的最終目標是要將樣品製備，化學反應到結果檢測的整個分析過程集成化在一個晶片上，以獲得所謂的微型全分析系統 (Micro total analytical system) 或新縮微晶片實驗室 (Lab-on-a-Chip)。目前已有科學家研製出此一裝置，能從混有大腸桿菌的血液檢品中成功地分離出細菌，在高壓電沖破細胞後，得到純化的DNA，再以另一塊電子增強的DNA雜交晶片分析証實所提取物是大腸桿菌的DNA。目前含有加熱器、微流量控制器、電子閥、電子光學和電子發光探測器的單一晶片已經研製出來了。 |
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