在硅片上实现DNA分析鉴定

　　以片上DNA(lab-on-chip)实验室形式的微电子机械系统，或者MEMS技术，开始在微生物样本快速分析的仪器中扮演越来越重要的角色。系统的片上实验室组件集成了电子、机械和生物单元，并采用微流体技术来改善鉴定速度、便利性、以及实现重要临床诊断的经济性。

　　由于采用IC技术，MEMS技术具有非常大吸引力，因为可以利用精确控制的工艺，实现器件的大批量并行且精确的重复生产；这种工艺技术与生产硅芯片所开发出来的技术是相同的。事实上，今天面向系统的微电子技术使得能够一个芯片上集成包括机械传感器和接口电路的整个系统。

　　在ST公司，MEMS技术被利用来比较DNA样本，以发现病原体，并快速、简单并且低成本地进行其他的临床诊断。这种技术可用于其他领域中的很多应用，包括兽医、食品控制和生物预防。而目前这样的分析只能在分子生物实验室和诊断中心进行，实现成本很高，并且需要大量的设备。

　　这种新方法的核心是基于MEMS的一次使用的盒子(cartridge)，它作为片上DNA实验室。使用最初为喷墨打印机开发的微流体技术，称为In-Check的盒子，其包含一系列置于硅片中的微反应室。在分析期间，通道被一种未知的DNA样本和DNA原生引物(primer)所填充，它通过一种称为聚合酶链反应(PCR)的工艺用来将样本生长，或 “放大”到一个可以使用的数量。PCR工艺能从一个包含少量DNA??段的小样本开始，将片段复制成数百万个相同的片段。与现在的方法相比，这种方法具有非常大的优势，现在的方法通常需要很大的样本数，而采集和提取这样大的样本量需要很高的成本。

　　对于PCR工艺来说，很重要的是利用内置到硅片中的电子加热单元，它对通道加热，在三个精确的温度之间对DNA混合物进行循环加热。然后，放大的DNA样本被移交到生物芯片的检测区，它包括已知——而且可能匹配的DNA??段。通过用一个激光灯照射电极可以发现DNA的匹配，可以观察到它们发出荧光。(为进一步使工艺自动化，还重新*估了电化学机制，而不是光检测机制)。便携式光读取器连接到一台电脑，在几秒钟的时间内就能分析出微阵列(几个独特DNA序列的微型化阵列)。

　　每次测试都使用同一芯片，这种测试的运行通常不到一小时，因为ST的In-Check平台使用一种微阵列，每个测试可以*估多个不同的DNA??段，具有高度的可再生测试结果。桌面温度控制系统可以支持最多5个盒子。In-Check的灵敏度取决于应用、DNA??段的长度以及样本准备方法。

　　所有的化学反应都发生在生物芯片上，因为装它的盒子是一次性的，因此这种方法与传统的仪器相比，不易于出现交叉感染的风险。同样，因为系统使用非常少的高成本化学试剂，因此其成本并不是很高。除了芯片装载的盒子，系统还采用了一套仪器，其中包括控制器和指导操作人员通过几个关键步骤的阅读器。

　　就测试结果的精度和速度来说，与传统的诊断方法相比，生物芯片表现出了很重要的好处。利用生物芯片，只需要几分钟就可以得到结果，而不是几个小时甚至若干天，而某些时候，传统的*培育方法可能需要大约一周的时间才能获得有用的结果。生物芯片可以达到的精度也比传统的方法高，对于医药应用来说，相关的某些积极意义如医生将能及时地开处方，并进行针对性的治疗。就疾病传播抑制来说，其意义更加重大。

　　一个实例是，来自Mobidiag的诊断设备，新的片上实验室可以对于脓血症引起的*进行基于DNA的检测，它运行在ST 的In-Check平台上。In-Check平台利用病原体板来识别十个脓血症引起的病原体，以及来自阳性血液培养样本的抗甲氧苯青霉素的葡萄状球菌aureus。诊断分析或化验被用于优化抗生素治疗，结合革兰氏染色法的结果，即一种区分*种类的完全根据经验比较的方法。这样一来，高准确性和快速的结果将减少抗生素的滥用风险，帮助医生尽可能早地选择正确的治疗方法。目前正在进行临床实验，而最终的产品包括经认证的控制、化验优化和诊断报告软件将后续发布。

　　ST还与Veredus实验室合作开发快速的需求点诊断功能，将使卫生工作者快速发现禽流感*类别以及其他的流感类别。使用ST的IN-Check平台，Veredus正在开发一种专门用于辨别一个病人是感染了H5N1禽流感*，还是A或B型流感，只需要一个测试，而不会像现在那样需要若干次测试。