研究人员创造了一种低成本、高度自动化的设备——“基因微实验室”

在新冠疫情肆虐期间，传染病专家和一线医务工作者都一直在寻求对该病毒进行更快、更廉价和更可靠的检测方式。就在近日，美国斯坦福大学（Stanford University）的研究人员创造了一种低成本、高度自动化的设备——“基因微实验室”，可以在短短半小时内就得到结果。

据悉，该发明利用了所谓的“芯片实验室”技术（Lab-on-a-chip）和被称为CRISPR的尖端基因编辑技术。研究参与者、斯坦福大学机械工程教授Juan G.Santiago解释称，“微实验室实际上是一种只有信用卡一半大小的微流控芯片，包含了一个比人类头发宽度还小的复杂的网络通道。”

所谓芯片实验室（Lab-on-a-chip）技术是指把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、生物与化学反应、分离检测等基本操作单位，集成或基本集成在一块几平方厘米的芯片上，用以完成不同的生物或化学反应过程，并对其产物进行分析的一种技术。而CRISPR基因编辑技术，自问世以来就被誉为“上帝的手术刀”，可以精确定位并切断DNA上的基因位点，关闭某个基因或引入新的基因片段，让失去希望的病人重获治愈的可能。

该研究论文于11月4日被发表在了《美国国家科学院院刊》（Proceedings of The National Academy of Sciences）上。该研究的第一作者Ashwin Ramachandran指出：“我们的测试可以相对快速地识别活性感染，且成本较低。它也不像许多测试那样依赖抗体，而且只证明某人是否患有此病，而不是他们目前是否受到感染。”

这种微实验室测试利用了这样一个事实：像SARS-COV-2这样的冠状病毒，无论走到哪里都会以RNA链的形式留下微小的基因指纹。如果在拭子样本中存在冠状病毒的RNA，则样本采集者即被感染。

研究人员还指出，在整个测试过程中，电场也起着至关重要的作用，它可以帮助集中所有重要成分（目标DNA、CRISPR酶和荧光探针）集中到一个比人类头发宽度还小的空间里，大大增加了它们相互作用的机会。

“我们的芯片是独一无二的，它利用电场从样本中纯化核酸，并加速化学反应，让我们知道它们的存在。”Santiago表示。

据了解，该团队仅用了大约5000美元的预算就制造出了这款设备。目前，DNA扩增步骤必须在芯片之外进行，但Santiago预计，在几个月内，他的实验室将把所有步骤整合到一个芯片中，并称其芯片的优势在于测试时间短（30分钟）、成本低。

研究人员还说称，他们的技术不仅可以用于检测新冠病毒，还可以用于检测其他有害微生物的存在，比如食物或水样中的大肠杆菌，或者血液中的结核病和其他疾病。

“如果我们想检测一种不同的疾病，我们只需在电脑上设计合适的核酸序列，然后通过电子邮件将其发送给合成RNA的商业制造商。待他们寄回一小瓶这种分子，就可以完全重新配置对一种新疾病的检测。”Ramachandran说。

据了解，斯坦福大学的研究人员正在与福特汽车公司合作，以进一步整合这些步骤，并将他们的原型开发成可销售的产品。

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