片上实验室的新进展
当前,半导体集成技术终于转向了90nm线宽工艺,开始进入纳米领域,预料今后将再发展65nm、45nm的细微加工技术,人类拥有的细微加工技术将真正达到纳米技术的水平。把这种纳米技术应用到生物化学领域目前极受关注。
何谓片上实验室
近年来,把科学的分析操作集成到像半导体集成电路那样的几个平方厘米的玻璃、硅或塑料等微型薄片上的研究正在蓬勃开展,这在美国叫做片上实验室(Lab-on-a-chip),在欧洲称为MTAS(Micro Total Analysis Systems,微型综合分析系统)。它是指利用细微加工技术在玻璃或塑料基板上制作成溶液流动的微小通道网络,在一只芯片上集成如在实验室进行生化、化学操作和检测。
由于其微小,必然具有样本微量化、反应与分析高速化等多种优点。其方法虽各有不同,但就其根本目的来说,进行的纳米级的化学及生物高分子等的性质和功能分析,或者对其人工合成与控制则是共通的。为此,今天已应用了纳米技术。
片上实验室与纳米技术
关于应用纳米技术及反应场微小的效果包括：①因扩散而易于产生混合,即反应场体积如为1/10,则扩散时间将缩短为1/100;②提高每单位体积的表面积比,这可望热的进出及表面-液体间的相互作用(包含催化剂化学反应等)高效化。③提高通道每单位截面积的周长比;由于壁面与液体的粘着力的影响比惯性力增加更大,故通道中的液体易形成层流。
目前主要是利用①、②效用研究通道中液体与液体界面化学处理,但如能通过纳米表面结构加工等纳米技术进行控制,则可望利用②的效用,开发固体、液体表面反应高效化的反应堆。此外,由于nm级的空间控制可实现微小空间的精密环境控制,故有可能发展如设计生物分子之类的制作技术。
此外,如考虑到nm大小的蛋白质或其集合体(生物分子机械、生物纳米机)负有生命的功能,则必须测量单个分子或单分子机械的功能,直接观察、操作这一测量的技术已在开发中。
片上实验室对染色体分析的必要性
包含人的遗传基因信息的全部DNA信息(碱基系列)的人类染色体排序已接近完成。人类染色体计划由于DNA排序技术的显著进展,将比预定期限更短成功实现(图1)。人类已处于后染色体时代的起点。
