2 注解
生医芯片可以为DNA的定序、人类各式疾病的检验、新药的筛检及开发、药物的定量释放控制,以及食物、环境检测等提供一个快速、精确、大量且自动化的操作平台。因此,使用生医芯片,可以完成传统生医检测上所无法达成的目标。例如目前的癌症检测方式,往往需要等到病人有相当程度的症状,甚至病入膏肓时,才能够检测出来;然而利用生医芯片的技术,可帮助医生在短短数分钟内,检测出初期的各种癌症,更可进一步了解病人的癌症遗传因子,以作先期的防范。
直接取自人体的生医检体,如血液、组织或体液等,如果所含的待检成分并不存在于外部的液体中时,就无法直接检验出来,必须将检体加以处理并分离出待检物,才可以进行检测。因此,检体处理与分离的自动化,是生医检测技术提升的首要目标。例如细胞内的DNA或蛋白质的检验,须先行将细胞破碎,取出胞内物质,再将所需检测的目标分离、纯化以利检测。若采传统方法,从细胞破碎分离至检体纯化,所使用的仪器设备不但占空间,需要的操作人力也相当可观。生医芯片则采完全自动化的操作方式,可节省大量的检体处理空间与人力。
由于生医检测是靠扩散与随机碰撞来达成生医反应,因此往往需经数小时至数日才能完成某一种检测,对于需要多种检测交叉比对的生医反应,处理过程就相当费时,又因为是由人来操作,不易精确定量。生医芯片能精确定量,且可同时平行处理大量检体,因此能大幅缩短检测时间。此外,借着外力或微流体系统的帮助,生医反应的速率可增加数倍至数百倍以上,因此使得传统上旷日费时的生医检体处理与反应时程得以大幅缩短。
当检体体积减少,反应面积与检体体积的比率相对增加,检体的反应速率可以加快。且生医芯片使用的检体量甚少,对于昂贵或微量的生医检体,利用生医芯片检测,可以以较少的量获得相同的检测结果,故可减少检测成本及检体用量,发挥生医反应的微量检测功能。一旦待检物含量过低时,可采用微量的检测技术,如光学干涉及表面电浆共振技术,或检体放大技术,如DNA聚合酶链锁反应技术,此种技术可将数量极少的DNA放大数十至数百万倍,能够大幅增加检测灵敏度。
从上述开发芯片的目的来看,生医芯片有朝一日必能将传统大型的生医实验室的功能,包括从试样准备到生医反应检测,缩小集中在一个芯片上。其所能达成的检测成果,不但在定量上优于传统方式,在速度及精确度上也颇占优势。是以此类芯片也称为实验室芯片(lab on a chip, LOC)或微全分析系统 (micro total analysis system, μTAS)。