采用GaN LED的便攜式DNA分析儀

在當今社會(huì )，DNA分析的重要性毋庸置疑。就拿上個(gè)月發(fā)生的案例來(lái)說(shuō)：英國倫敦一位名叫Damilola Taylor的十歲男孩，他在2000年被人殺害，涉嫌殺害的兩兄弟直到前不久才繩之以法，而關(guān)鍵證據就是一個(gè)兇手鞋由系難擼飧鮒ぞ荻怨呷司僦ぶ涼刂匾?

現在，英國的研究人員正嘗試通過(guò)使用光電科技來(lái)拓寬DNA分析應用領(lǐng)域。在Hull大學(xué)和集成光學(xué)中心（CIP）的一個(gè)聯(lián)合研究項目中，研究小組得到了工程學(xué)和物理科學(xué)研究委員會(huì )資助的72.1萬(wàn)英鎊（137萬(wàn)美元），他們計劃在一個(gè)集成化的模塊中率先使用高亮度LED來(lái)探測DNA片段。如果此方法成功，那么便攜式的DNA分析儀器在現場(chǎng)就可為辦案警員提供基因信息，從而帶來(lái)法庭科學(xué)的革命。

目前，DNA分析是一種極不方便的分析手段，讓很多人望而卻步。證據必須帶到實(shí)驗室進(jìn)行初步審查，然后對可能的樣品證據做艱苦而又復雜的分析處理，其中包括基因片段與聚合酶鏈反應的放大。最后一步，使用電泳法分離放大的基因片段，根據分子的尺寸和形狀不同，施加電場(chǎng)進(jìn)行有選擇的分離。剩下的片段就能用DNA描述出證據樣品的“指紋”。

圖.目前DNA分析使用的是復
雜和繁瑣的實(shí)驗室手段，但
英國的研究人員希望使用GaN
基的LED開(kāi)發(fā)一種可以在數分
鐘內鑒別基本人體特征（例
如性別和種族）的便攜式DN
A分析儀器。

除了費時(shí)之外，在把證據樣品轉移到實(shí)驗室的過(guò)程中有潛在的被污染的危險。CIP希望開(kāi)發(fā)的是將用一個(gè)鞋盒大小的儀器完成各個(gè)階段的工作，同時(shí)消除了時(shí)間滯后和樣品污染的可能性，同時(shí)它也要一個(gè)自動(dòng)的探測臺來(lái)輸出基因分析結果，整個(gè)過(guò)程可不用人為的干預。

CIP的項目負責人Steve Oliver介紹，類(lèi)似儀器將為警察配置使用，它的價(jià)格會(huì )足夠的便宜，屆時(shí)可在數分鐘內就能排查嫌疑人?！半m然它不能告訴你罪犯的姓名和地址，但卻讓你知道是否是人類(lèi)所為、膚色、性別等信息?！?

該項目被分為兩個(gè)部分，生物部分將由Hull團隊進(jìn)行，而另一個(gè)部分即DNA片段的電泳分離以及光學(xué)探測工作將由CIP承擔。

Oliver解釋說(shuō)，“就CIP而言，光學(xué)探測部分會(huì )比較復雜，我們的思路是先給這些DNA貼上不同顏料的標簽，根據顏料的混合情況，就可以斷定DNA是什么?！?

一旦DNA片段被標定出來(lái)，就可以使用它所吸收對應波長(cháng)的光標定顏料，光可以更長(cháng)波長(cháng)的光再次發(fā)射，從而激發(fā)出熒光，然后熒光信號過(guò)濾并被導入到光學(xué)探測器和數據處理系統。

對這些顏料顏色的探測需相關(guān)零部件滿(mǎn)足兩個(gè)標準：成本低和可靠性高。假設儀器可以工作了，判斷該分析儀成功與否的唯一途徑是：是否可以在日常工作中將其帶至現場(chǎng)使用?？v然CIP可以在實(shí)驗室中制造出特殊的光源系統，但這會(huì )非常嬌氣和昂貴，因此研究團隊著(zhù)眼使用商業(yè)化的LED光源。

Oliver解釋到：“我們不愿意先設計一個(gè)系統然后再為其安裝一個(gè)合適的光源，至少我們希望在第一步就能面向商業(yè)化?！?

如果被標定的DNA片段吸收波長(cháng)在400-500納米范圍內的可見(jiàn)光，那么毫無(wú)疑問(wèn)GaN基LED將是備選的光源。這些光源可以設計成陣列，每一個(gè)對應不同的顏料顏色，或者是更可取的情況：分析儀只用一個(gè)超高亮度的LED和若干濾光鏡，去覆蓋所有所需的波長(cháng)。

CIP在光通訊領(lǐng)域很有功底，這將使其開(kāi)發(fā)濾光系統、實(shí)現產(chǎn)品的小型化等方面有堅實(shí)的基礎，但是DNA分析卻在它的視野之外。

Oliver解釋說(shuō)：“雖然我們對微流體有濃厚興趣，但是到目前為止相關(guān)器件仍然很簡(jiǎn)單；我們正試圖利用一些集成的技術(shù)，將之應用在該領(lǐng)域。畢竟，以前我們在生物科學(xué)領(lǐng)域并沒(méi)有任何經(jīng)驗?！?