生物芯片 - 概述

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关键词

微阵列、生物传感器、基因组分析、临床试验、微反应器。

简介

生物芯片是一组缩小的微阵列，放置在坚固的基底上，允许同时执行许多实验，从而在更短的时间内获得高通量。该设备包含数百万个传感器元件或生物传感器。

这些不是电子设备。生物芯片可以被认为是一种微反应器，可以检测特定的分析物，例如酶、蛋白质、DNA、生物分子或抗体。生物芯片，一种生物微阵列设备，已被广泛研究和开发，以实现大规模的基因组、蛋白质组和功能基因组分析。

由于成本低、通量高和小型化的优势，这项技术具有巨大的潜力，可以成为临床研究、诊断、药物开发、毒理学研究和临床试验患者选择的重要而强大的工具。生物芯片的表面积不超过指甲盖，可以在几秒钟内执行数千种生物反应，例如解码基因。

生物芯片的工作原理

生物芯片的工作主要包括以下步骤。

• 操作员通过无线电信号产生低功率电磁场。
• 固定的生物芯片被激活。
• 激活的芯片通过无线电信号将识别码反向传输给操作员。
• 读取器增强接收到的代码，将其转换为数字形式，最后在 LCD 上显示。

生物芯片的组成部分

应答器

应答器有两种类型，即有源应答器和无源应答器。这是一种无源应答器，这意味着它不包含任何自身的能量或电池，而在无源中，它在操作员通过给予其低电荷激活它之前不处于活动状态。该应答器由四个部分组成，例如天线线圈、计算机微芯片、玻璃胶囊和调谐电容器。

• 计算机微芯片存储一个唯一的识别 (UID) 号码，其长度从 10 位到 15 位不等。
• 天线线圈非常小，原始，并且这种类型的天线用于发送和接收来自扫描仪或读取器的信号。
• 调谐电容器的充电可以使用操作员发送的小信号（即 1/1000 瓦）来完成。
• 玻璃胶囊容纳天线线圈、电容器和微芯片，它由生物相容材料（即钠钙玻璃）制成。

读取器

读取器包括一个称为“激励器”的线圈，它通过无线电信号形成电磁场。它提供激活生物芯片所需的能量（<1/1000 瓦）。读取器带有接收线圈，用于接收从激发的植入生物芯片发送回的 ID 号码或传输代码。

生物芯片的类型

DNA 微阵列

DNA 微阵列或 DNA 生物芯片是一组固定在坚固表面上的微小 DNA 点。每个 DNA 标记包含称为探针的皮摩尔基因。通过识别荧光团或化学发光标记的靶标来观察和计数探针-靶标杂交，以确定靶标中核酸序列的相对数量。

微流控芯片

微流控生物芯片或芯片实验室是传统生化实验室的一种选择，并且正在改变多种应用，例如 DNA 分析、分子生物学程序、蛋白质组学（称为蛋白质的研究）和疾病诊断（临床病理学）。这些芯片通过使用数千个组件变得越来越复杂。

蛋白质微阵列

蛋白质微阵列或蛋白质芯片方法是为了大规模地找出蛋白质的功能。蛋白质微阵列用于平行跟踪多种蛋白质。它们自动化、快速、经济、非常灵敏，并且消耗的样品量少。这种芯片背后的技术对于 DNA 微阵列来说非常容易开发，DNA 微阵列已成为最常用的微阵列。

优点

一些优点如下

• 生物芯片用于挽救病人。
• 体积小，功能强大且速度快。
• 生物芯片可用于查找失踪人员。
• 生物芯片可用于单独识别人员。
• 生物芯片可以在几秒钟内执行数千种生物反应。

缺点

除了优点之外，还存在一些缺点，如下所示

• 生物芯片价格昂贵。
• 生物芯片引发了个人隐私的危险问题。
• 生物芯片标志着人类自由和自尊的终结。
• 每个人都有可能变成受控的人。
• 生物芯片可以在未经他们干预的情况下固定在人体内。

应用

• 使用这种芯片，我们可以追踪世界上任何地方的人或动物。
• 该芯片用于存储和更新个人信息，例如医疗、财务和人口统计信息。
• 生物芯片导致安全的电子商务系统。
• 这些芯片有效地恢复了医疗、现金、护照等的记录。
• 生物芯片可应用于医疗领域，作为血压传感器、葡萄糖检测仪和氧气传感器。

结论

生物芯片速度快、准确、小型化，预计将成为经济上有利的属性，使其类似于计算机芯片。人们期望看到超小型化的加速趋势，可能涉及全新的介质，以及不仅能够分析遗传物质，还能够分析其他类型生物分子的能力增强。

生物芯片及其应用的市场在几个核心研究领域有所增长。由于潜在的应用非常广泛，无论是在研究领域还是在临床应用领域，生物芯片的潜在市场都将非常巨大，成为其持续发展的强大驱动力。