На главную страницу AlgoNet В сотрудничестве с ZDNet
АРХИВ СТАТЕЙ 2004-4-29 на главную / новости от 2004-4-29
AlgoNet.ru
поиск

 

Место для Вашей рекламы!

 

Все новости от 29 апреля 2004 г.

Микросхемы для анализа биологических субстанций

Компании Infineon Technologies и MetriGenix разработали биочип FlowThru (FTC) на основе пористого кремния, который дает возможность выполнять анализ биологических материалов, используя при этом ничтожно малые количества вещества.

Кристалл состоит из миниатюрных камер, сформированных в кремнии. В них помещаются образцы исследуемого биологического вещества. Одновременно можно выполнять сотни и даже тысячи анализов.

В отличие от обычных подобных устройств, у которых чувствительные элементы составляют двумерную поверхность, в новом приборе они выполнены в виде трехмерного массива микроканалов.

FTC сделан из кремния, а не из стекла и имеет трехмерную, а не плоскую структуру из тончайших микроканалов, которые идут от поверхности внутрь прибора. Благодаря специальному процессу травления удается сформировать на 1 см2 кристалла около 1 млн. таких каналов диаметром в 10 мкм.

Примерно 100 таких каналов требуется для анализа молекулы одного типа, причем одновременно выполняется анализ от 100 до 400 молекул, которыми обычно бывают части гена.

Особенность FTC технологи состоит в том, что исследуемые молекулы и реагенты многократно прокачиваются через микроканалы в кристалле, в результате чего скорость гибридизации молекул ДНК многократно ускоряется, так как более не зависит от медленной диффузии молекул в реагенте, что имеет место в планарных микросхемах.

Анализ выполняется в несколько шагов. Сначала на группах микроканалов помещаются заранее известные последовательности ДНК, которые связываются со стенками каналов. Затем маркированные биотином исследуемые образцы многократно прокачиваются через каналы туда и обратно.

Этот процесс и называется процедурой прокачки (flow-thru). При этом только образцы, совпадающие с известными участками ДНК, закрепившимися на стенках каналов, связываются с ними, а не совпадающие — вымываются из них.

Сам анализ выполняется при помощи хромолюминесценции. Она выполняется таким образом: в кристалл добавляется энзим, который отрывает биотин от образцов, в результате чего генерируется световой сигналы.

Они регистрируются фотоприемником на приборах с зарядовой связью (ПЗС) и считываются компьютером, в результате чего получается матрица из светящихся и темных точек. Анализ их распределения позволяет определить, что за отрезки ДНК были в исходном материале.

Преимущества технологии FTC вытекают из высокой степени связывания образцов со стенками каналов, их большой площади и большого отношения сигнал/шум. Применение систем на новых кристаллах, позволит ускорить анализы активных субстанций и удешевить разработку лекарств.

Уже выпущена система 4D, FTC-биочипы, системы гибридизации и анализа, а также программы управления и оценки результатов. Кристаллы помещены в корпус, через который подаются образцы и реагенты.

Кроме того, исследовательское отделение компании Infineon продемонстрировало биочип Neuro-Chip для анализа деятельности клеток которые могут регистрировать сигналы от живых нервных клеток, например от отдельных нейронов без проникновения в них, что позволят сделать существенный шаг вперед в изучении функций мозга и распространения нервных сигналов.

Пространственное разрешение новой микросхемы и плотность размещения чувствительных элементов повышено на порядок по сравнению с существующими в настоящее время приборами. Кроме FTC чипов компания Infineon разработала Neuro-чипы,

Кристалл размером около четверти квадратного сантиметра содержит 128 х128 миниатюрных датчиков диаметром от 100 до 250 мкм, декодеров строк и столбцов, усилителей сигналов и драйверов вывода данных.

Плотность размещения датчиков более чем в 300 раз превышает плотность их размещения в конкурирующих приборах, использующих, например, металлические контакты на стекле для подключения к нервным клеткам.

Декодер столбцов периодически выбирает одни из 128 столбцов массива. Каждая из 128 строк соединена с усилителем считывания, выходы которых в свою очередь подключены к выходным драйверам через 16 мультиплексоров. 16 драйверов вывода выдают ток, направляемый в преобразователи ток—напряжение, расположенные на внешней печатной плате. И, наконец, выходные напряжения через буфера передаются через 16 аналогоцифровых преобразователей в измерительную систему ПК для обработки.

Размер Neuro-Chip, включая схемы для усиления сигналов и площадки для контактов составляет 5,2 x 6,5 мм. В производстве используется стандартная КМОП-технология, но с несколькими дополнительными операциями для формирования емкостных датчиков считывания сигналов с клеток.

Основная трудность состояла в разработке усилителей, которые должны усиливать очень малые сигналы, генерируемые клетками. В зависимость от типа клетки, пиковое напряжение составляет от 5 до 100 мВ. Для измерения таких малых сигналов с плотного массива датчиков специально для этого кристалла была разработана технология их калибровки.

А. Л.

 

← март 2004 20  21  22  23  26  27  28  29  30 май 2004 →
Реклама!
 

 

Место для Вашей рекламы!