片上實(shí)驗(yàn)室的新進(jìn)展
當(dāng)前,半導(dǎo)體集成技術(shù)終于轉(zhuǎn)向了90nm線寬工藝,開始進(jìn)入納米領(lǐng)域,預(yù)料今后將再發(fā)展65nm、45nm的細(xì)微加工技術(shù),人類擁有的細(xì)微加工技術(shù)將真正達(dá)到納米技術(shù)的水平。把這種納米技術(shù)應(yīng)用到生物化學(xué)領(lǐng)域目前極受關(guān)注。
何謂片上實(shí)驗(yàn)室
近年來,把科學(xué)的分析操作集成到像半導(dǎo)體集成電路那樣的幾個(gè)平方厘米的玻璃、硅或塑料等微型薄片上的研究正在蓬勃開展,這在美國叫做片上實(shí)驗(yàn)室(Lab-on-a-chip),在歐洲稱為MTAS(Micro Total Analysis Systems,微型綜合分析系統(tǒng))。它是指利用細(xì)微加工技術(shù)在玻璃或塑料基板上制作成溶液流動(dòng)的微小通道網(wǎng)絡(luò),在一只芯片上集成如在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行生化、化學(xué)操作和檢測。
由于其微小,必然具有樣本微量化、反應(yīng)與分析高速化等多種優(yōu)點(diǎn)。其方法雖各有不同,但就其根本目的來說,進(jìn)行的納米級的化學(xué)及生物高分子等的性質(zhì)和功能分析,或者對其人工合成與控制則是共通的。為此,今天已應(yīng)用了納米技術(shù)。
片上實(shí)驗(yàn)室與納米技術(shù)
關(guān)于應(yīng)用納米技術(shù)及反應(yīng)場微小的效果包括：①因擴(kuò)散而易于產(chǎn)生混合,即反應(yīng)場體積如為1/10,則擴(kuò)散時(shí)間將縮短為1/100;②提高每單位體積的表面積比,這可望熱的進(jìn)出及表面-液體間的相互作用(包含催化劑化學(xué)反應(yīng)等)高效化。③提高通道每單位截面積的周長比;由于壁面與液體的粘著力的影響比慣性力增加更大,故通道中的液體易形成層流。
目前主要是利用①、②效用研究通道中液體與液體界面化學(xué)處理,但如能通過納米表面結(jié)構(gòu)加工等納米技術(shù)進(jìn)行控制,則可望利用②的效用,開發(fā)固體、液體表面反應(yīng)高效化的反應(yīng)堆。此外,由于nm級的空間控制可實(shí)現(xiàn)微小空間的精密環(huán)境控制,故有可能發(fā)展如設(shè)計(jì)生物分子之類的制作技術(shù)。
此外,如考慮到nm大小的蛋白質(zhì)或其集合體(生物分子機(jī)械、生物納米機(jī))負(fù)有生命的功能,則必須測量單個(gè)分子或單分子機(jī)械的功能,直接觀察、操作這一測量的技術(shù)已在開發(fā)中。
片上實(shí)驗(yàn)室對染色體分析的必要性
包含人的遺傳基因信息的全部DNA信息(堿基系列)的人類染色體排序已接近完成。人類染色體計(jì)劃由于DNA排序技術(shù)的顯著進(jìn)展,將比預(yù)定期限更短成功實(shí)現(xiàn)(圖1)。人類已處于后染色體時(shí)代的起點(diǎn)。
