便宜芯片监测艾滋病毒


  测量病毒量(viral load),或艾滋病毒在血液中的浓度,这是一项技术,医生用来监测艾滋病毒治疗的有效性。病毒量高峰就是警告药物失效或有耐药性,这可能表明,病人需改用不同的药物。但在资源贫乏条件下,这种监测是昂贵的,而且设备笨重。有一种新的微流控芯片,设计者是加州理工学院(Caltech)吕斯泰姆•伊斯马基洛夫(Rustem Ismagilov)的实验室,这就可以监测艾滋病毒的病毒量和其他病毒感染,更便宜也更便捷,这一技术也可用于其他类型的基因测试。

  病毒量测量常常是采用PCR(聚合酶链反应:polymerase chain reaction),这是一种标准的实验室工具,需要复制DNA或RNA样品很多次。有一个更新的方法,称为数字PCR,可获得更精确的计数。使用微流体技术,这种样品首先被分割为许多微小电位阱,每个电位阱可容纳的不超过一个分子。分子随后被放大,就会产生一个简单的是或否的信号,每个电位都是这样。

  “这些方法的瓶颈是你需要的测量要有很大的动态范围,”伊斯马基洛夫说。例如,HIV病毒量可以从每毫升50个到一百万个分子不等。要测试来衡量它,就必须能够处理大量的分子,而且要足够敏感,计算稀有分子。通常情况下,要实现这样的敏感度,就需要稀释样品,扩散到越来越多的电位阱,确保每个电位阱不超过一个分子。伊斯马基洛夫说,这样数量庞大的电位阱太繁琐,不容易分析。同时,样品不可能被扩散得如此之薄,以致于很难有分子被遗漏。

  这项技术依赖于滑片芯片(SlipChip),这是一种简单的微流体装置,就是伊斯马基洛夫开发的。两个重叠的玻璃或塑料载片,注入流体样品,然后稍作旋转,分离这种流体,形成电位。旋转也可以使某些电位接触,这样就可以进行化学反应。

  最近有两篇论文,是在《分析化学》和《美国化学学会杂志》上,伊斯马基洛夫和他的同事们描述了这种设计的数学,它可用于测试病毒量,既有艾滋病毒也有丙型肝炎(hepatitis C)。这种芯片可设计进行多个检测,或测量多个样品,伊斯马基洛夫说,这就增加了它的灵活性。目前,其他设备也需要,用于其他阶段的PCR准备和分析,但研究人员的最终目标,是用一个芯片来处理所有这些步骤。