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采用GaN LED的便携式DNA分析仪

导读: 现在,英国的研究人员正尝试通过使用光电科技来拓宽DNA分析应用领域。在Hull大学和集成光学中心(CIP)的一个联合研究项目中,研究小组得到了工程学和物理科学研究委员会资助的72.1万英镑(137万美元),他们计划在一个集成化的模块中率先使用高亮度LED来探测DNA片段。如果此方法成功,那么便携式的

作者:Jon Cartwright

在当今社会,DNA分析的重要性毋庸置疑。就拿上个月发生的案例来说:英国伦敦一位名叫Damilola Taylor的十岁男孩,他在2000年被人杀害,涉嫌杀害的两兄弟直到前不久才绳之以法,而关键证据就是一个凶手鞋由系难撸飧鲋ぞ荻怨呷司僦ぶ凉刂匾?

现在,英国的研究人员正尝试通过使用光电科技来拓宽DNA分析应用领域。在Hull大学和集成光学中心(CIP)的一个联合研究项目中,研究小组得到了工程学和物理科学研究委员会资助的72.1万英镑(137万美元),他们计划在一个集成化的模块中率先使用高亮度LED来探测DNA片段。如果此方法成功,那么便携式的DNA分析仪器在现场就可为办案警员提供基因信息,从而带来法庭科学的革命。

目前,DNA分析是一种极不方便的分析手段,让很多人望而却步。证据必须带到实验室进行初步审查,然后对可能的样品证据做艰苦而又复杂的分析处理,其中包括基因片段与聚合酶链反应的放大。最后一步,使用电泳法分离放大的基因片段,根据分子的尺寸和形状不同,施加电场进行有选择的分离。剩下的片段就能用DNA描述出证据样品的“指纹”。

图.目前DNA分析使用的是复
杂和繁琐的实验室手段,但
英国的研究人员希望使用GaN
基的LED开发一种可以在数分
钟内鉴别基本人体特征(例
如性别和种族)的便携式DN
A分析仪器。


除了费时之外,在把证据样品转移到实验室的过程中有潜在的被污染的危险。CIP希望开发的是将用一个鞋盒大小的仪器完成各个阶段的工作,同时消除了时间滞后和样品污染的可能性,同时它也要一个自动的探测台来输出基因分析结果,整个过程可不用人为的干预。

CIP的项目负责人Steve Oliver介绍,类似仪器将为警察配置使用,它的价格会足够的便宜,届时可在数分钟内就能排查嫌疑人。“虽然它不能告诉你罪犯的姓名和地址,但却让你知道是否是人类所为、肤色、性别等信息。”

该项目被分为两个部分,生物部分将由Hull团队进行,而另一个部分即DNA片段的电泳分离以及光学探测工作将由CIP承担。

Oliver解释说,“就CIP而言,光学探测部分会比较复杂,我们的思路是先给这些DNA贴上不同颜料的标签,根据颜料的混合情况,就可以断定DNA是什么。”

一旦DNA片段被标定出来,就可以使用它所吸收对应波长的光标定颜料,光可以更长波长的光再次发射,从而激发出荧光,然后荧光信号过滤并被导入到光学探测器和数据处理系统。

对这些颜料颜色的探测需相关零部件满足两个标准:成本低和可靠性高。假设仪器可以工作了,判断该分析仪成功与否的唯一途径是:是否可以在日常工作中将其带至现场使用。纵然CIP可以在实验室中制造出特殊的光源系统,但这会非常娇气和昂贵,因此研究团队着眼使用商业化的LED光源。

Oliver解释到:“我们不愿意先设计一个系统然后再为其安装一个合适的光源,至少我们希望在第一步就能面向商业化。”

如果被标定的DNA片段吸收波长在400-500纳米范围内的可见光,那么毫无疑问GaN基LED将是备选的光源。这些光源可以设计成阵列,每一个对应不同的颜料颜色,或者是更可取的情况:分析仪只用一个超高亮度的LED和若干滤光镜,去覆盖所有所需的波长。

CIP在光通讯领域很有功底,这将使其开发滤光系统、实现产品的小型化等方面有坚实的基础,但是DNA分析却在它的视野之外。

Oliver解释说:“虽然我们对微流体有浓厚兴趣,但是到目前为止相关器件仍然很简单;我们正试图利用一些集成的技术,将之应用在该领域。毕竟,以前我们在生物科学领域并没有任何经验。”
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