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生物晶片帶你‘芯’遊生物界

2024-11-09 18:45:08

有一種神奇的技術,能夠幫助我們探索微觀世界,從數以萬計的分子中尋找疾病的線索,幫我們從基因層面認識生命,這就是生物晶片——一種將生物科學與高科技完美結合的創新工具。

(圖源《知識就是力量》雜誌)

電子晶片與生物晶片

當提到“晶片”,大多數人的第一反應往往是積體電路,即電子晶片,它是現代電子技術和資訊科技的核心。電子晶片是一種微型化的電子電路,透過將電晶體、電阻、電容和連線等電子元件整合在一塊半導體材料(通常是矽)上,實現特定的電子功能。

不同於電子晶片,生物晶片並不依賴電流或電訊號傳輸,它利用的是生物分子之間的特異相互作用,將本來需要在實驗室內進行的生化分析,整合到玻璃片、矽片、尼龍膜等載體上。而且,在面對電子晶片最大的剋星——液體時,生物晶片也能表現得如魚得水,甚至很多生物晶片上處理的樣品都是在液體中提取,或直接使用了血液、唾液等液體。

微縮實驗室

生物晶片就像一個微縮實驗室,它將以前需要科研人員在實驗室的瓶瓶罐罐裡完成的反應操作,都集中到小小的晶片上。透過它,人們可以快速完成基因、蛋白質等分子的檢測。

在生物晶片的使用過程中,科研人員需要在晶片表面精確地定位和固定生物分子,這就像是在一張微型地圖上,精準地放置數以萬計的地標;當待檢測的樣品(例如血液、組織等)與晶片接觸時,樣品中的生物分子就會與晶片上早已固定好的分子發生特異性結合,形成一個個生物訊號;透過能將生物訊號視覺化的特定檢測裝置,科研人員可以讀取這些訊號,從而分析出樣品中各種生物分子的資料。

例如,在基因晶片上,科研人員會放置成千上萬個基因探針,每個探針對應一個特定的基因序列。當加入經過標記的基因序列樣品時,這些基因序列就會與相應的探針結合,透過檢測標記訊號的有無和強度,就能得知樣品中各個基因序列的變異或表達水平等資訊。

全自動行動式DNA快速檢驗晶片(圖源《知識就是力量》雜誌)

神奇且多樣的生物晶片

不同型別的生物晶片能讓我們從不同分子層面更快速、深入地探索生命的奧秘,為醫學、生物學研究帶來更多便利和可能。目前,生物晶片主要包括以下幾個型別:

基因晶片:這種晶片就像一個小型的DNA圖書館,能快速檢測樣品中的DNA序列,還可以根據與參照序列比對的結果,來判斷一個人是否患有某種基因疾病以及適合何種藥物等。

現如今,我國很多地區都會藉助生物晶片,用基因篩查方式檢測新生兒是否攜帶藥物性耳聾基因。這種檢測操作非常簡單,可以快速出具結果,進而實現早發現、早干預。

微陣列晶片(圖源《知識就是力量》雜誌)

蛋白晶片:蛋白晶片可以檢測樣品中不同類的蛋白質,幫助科研人員瞭解細胞如何工作,甚至發明新藥物。

細胞晶片:細胞晶片可以培養和觀察細胞在不同條件下的反應,有助於研究細胞行為和疾病機制。

組織晶片:是一種特殊型別的生物晶片,將組織切片按照特定的方式固定在載體上,用來模擬和研究人體或動植物體內的組織和器官,可以幫助我們深入理解疾病的發生機制等。

微流控晶片(圖源《知識就是力量》雜誌)

生物晶片作為生物技術與微電子技術的結合體,實現了生物學研究的微型化、自動化和高通量化。它的發展,也使得生命科學研究和臨床應用達到了前所未有的精度和速度,推動了精準醫療、疾病早期診斷、藥物研發等領域的發展。

用於耳聾基因檢測的生物晶片(圖源《知識就是力量》雜誌)

展望未來,隨著微電子技術、奈米技術、材料科學等領域的發展,生物晶片技術將會繼續發揮“小晶片,大智慧”的優勢,為人類健康提供更大的幫助。

撰文 | 蘇曉

責任編輯 | 王佳璇 張麗涵

運營編輯 | 張麗涵

質量稽核 | 業蕾

❖ 來源:《知識就是力量》雜誌

《生物晶片探索微觀世界的生物實驗室》❖

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