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微流體晶片與蛋白質晶片

生物體的生命現象是透過蛋白質來呈現的,各種不同的蛋白質則輾轉來自於去氧核醣核酸(DNA)及遺傳物質訊息核醣核酸(RNA)的表達。

這裡面包含了生物體的所有遺傳基因,所以要了解生物的奧祕,當然得從儲存基因的DNA或RNA下手才行。

DNA是一種線狀的巨大分子,由四種不同的核草酸排列而成,並且是以二條線狀分子靠鹼基對將特定的一組核草酸相互結合,而形成一個雙股螺旋狀結構。

如果我們有一小段DNA,事先將這段DNA上的分子加以放射處理或做螢光標誌來當作探針,一旦它上面的鹼基序列與待測DNA序列或訊息RNA形成互補時,兩者即可經由鹼基對吸引而結合,此一過程稱為雜交反應,此時待測DNA就會連上標誌,借助標誌上的螢光即可加以觀察。

第一代生物晶片DNA微陣列晶片即一般所稱的生物晶片(biochip),自一九九○年代初期完成商品化,並由艾菲量測(Affymetrix)公司推出以來,對生化分析造成了革命性的影響。

DNA微陣列晶片是利用微機電技術,將不同序列且已預為標記的核草酸片段,分別植入晶片中數以萬計小至微米見方的格子內,再與待檢測的核草酸片段進行雜交配對。利用各鹼基對間的特定對應關係,藉由顯微鏡成像技術觀察,即可從探針上已知排序的DNA片段推測已成功接合的待測核草酸片段的排序。

利用DNA的檢測工作,通常需經過數個操作步驟才能完成。傳統的陣列式儀器,需藉助具有機械手臂的模組操作微量滴管,並在不同的試劑或樣品容器之間來回移動,以完成檢測步驟。

靠著第一代生物晶片的幫助,許多生物如稻米、老鼠、人類的基因排序已陸續被解碼;此外,生物晶片的開發也朝著快速、單一化操作、大分子量分析以及高科技方向發展。第二代生物晶片為了簡化操作程序,於是開發出微流體晶片。

微流體晶片的特點是將檢測程序中所需利用的種種元件,如混合反應槽、加熱反應槽、分離管道,與偵測容槽等,都集中在同一晶片上製作,再藉由外加電壓所產生的電滲流,或利用微小化幫浦或離心力等方式,驅動樣品或試劑在各元件間相連的微管道中移動,以完成檢測。這種一體成型的多功能晶片,也稱之為「實驗室平台晶片」(lab-on-a-chip)。此外,由於人類基因圖譜的定序工作已告完成,下一階段的生化分析技術發展重點,將轉向「蛋白質體」的鑑定工作。蛋白體是細胞受到外在環境的改變,而表達出的數千種特定的蛋白質產物。

這些產物的種類與細胞原有的DNA序列,有著密不可分的關係。

因此微陣列式的蛋白質晶片,也成為下一個晶片技術研發的重點。

以下介紹兩種已經完成商品化的新型生物晶片,即安捷倫(Agilent)公司的微流體晶片,與吉歐米克斯(Zyomyx)公司的微陣列蛋白質晶片的工作原理與基本應用。

 

關鍵字: #晶片 #流體