生物處理器
生物晶元這一概念出現在上個世紀80年代初期,當時有人提出通過微電子技術和生物技術相結合,製作出具有生物活性的微結構的構想。但是由於加工技術等相關科技手段的限制,直到90年代, 生物晶元技術才取得長足的進步。
生物晶元是現代微加工技術和生物科技相結合的產物,是通過光刻或者生物分子自組裝技術,在平板載體內部或者表面製作出的可以完成一定生物反應功能的微裝置。根據用途不同,生物晶元主要分為兩大類,一類是生物電子晶元,用於生物計算機等生物電子產品的製造。另一類是生物分析晶元,用於各種生物大分子,細胞組織的操作以及生物化學反應檢測。在生命科學儀器范疇討論的通常是後面一類晶元,本文也只以這類晶元作為討論對象。生物分析晶元按功能微結構在載體上分布的不同又可以分為二維分析晶元和三維分析晶元。二維分析晶元依賴固定在載體表面的生物分子完成生化反應檢測。最常見的二維晶元是二維陣列晶元(Microarray),包括基因晶元、蛋白晶元和其它微陣列晶元。基因晶元是目前發展最為成熟的生物晶元,通過表面上固定的高密度DNA探針(現在單片基因晶元上的探針總數已達數十萬個)與待測溶液中互補DNA片斷的雜交反應來識別未知樣品。根據用途的不同,基因晶元又可以分為測序晶元,表達晶元等等。三維晶元又稱晶元實驗室(1ab On a chip,LOAC),是在載體內部加工微通道、樣品池、反應倉、以及各種控制和檢測元件的具有一定空間結構的微晶元。三維晶元種類比較多,常見的有微電泳晶元、三維陣列晶元、PCR晶元等等。
二維晶元相對比較簡單,容易加工,檢測技術也比較成熟,現在已經逐步產業化。三維晶元相對比較復雜,還主要處於研究階段。但是由於二維晶元通常需要體積龐大的輔助檢測工具, 因而在晶元上可以整合控制和檢測結構的三維晶元相對更有發展的空間。最完整的晶元實驗室可以完成樣本的預處理、分離、稀釋、混合、化學反應、檢測以及產品的提取,它們也可以稱為微全分析系統(μ-TAS)。與傳統的生物分析工具相比,生物晶元可以在載體表面集成成千上萬的分子探針,在單一晶元中完成從樣本的預處理、分離、稀釋、混合、化學反應、檢測到產物提取的全過程。因而生物晶元可以大大提高檢測速度和分析效率、減少樣本試劑消耗、排除人為干擾、防止污染以及高度自動化。