用于法医混合生物物证自动化DNA提取的集成式微系统研究

Biological mixtures are often encountered in forensic caseworks and the amount of such samples submitted to forensic labs is increasing. Therefore, how to efficiently and automatically obtain each individual’s DNA profile from a mixture has become a hot research topic in the forensic community. Based on our previous study of chip-based flow cytometry and various micro total analysis systems for forensic STR analysis, this proposal will develop a micro total analysis system that can automatically separate targeted cells and extract DNA from forensic biological mixtures at a low cost by integrating cell fluorescence labeling, flow cytometry and DNA extraction functions together on a single microfluidic device. The DNA samples extracted using this microsystem are suitable for the analysis using conventional DNA typing techniques. By optimizing sample collection, recovery and pretreatment methods, as well as the process of on-chip sample operation, the aim of this study is to realize efficient sorting of common cell types in mixture evidence, such as sperms, mucosa epithelial cells, and white blood cells, and DNA extraction in 1-2 hours. This new technology will significantly improve forensic laboratories’ capability of analyzing biological mixture evidence in the future.

在刑事检案中常常会遇到混合生物检材，而且这类样品数量有逐年上升的趋势。如何高效、自动化地获得混合样品中不同供者的DNA 分型图谱是目前法医DNA 检验领域研究的难点。本项目在前期研发的流式细胞分选芯片和各种类型的用于法医DNA 检验的微型全分析系统的基础上，拟基于微流控技术自主研制用于混合生物检材中细胞分离和DNA 提取的微型全分析系统。该系统将细胞的荧光标记、流式细胞分选和细胞DNA 提取功能集成在一块微流控芯片上，实现混合生物样品中目标细胞的自动化和低成本的DNA 提取，所得到的DNA 适用于常规法医DNA 分析。通过优化样品收集、回收和预处理方法，以及芯片上的操作流程，本项目的目标是使系统能够在1-2 个小时内完成对精子细胞、粘膜上皮细胞和白细胞等常见细胞的处理操作。这项研究成果将会极大地提升公安机关对混合生物物证进行DNA 检验的技术能力。

在刑事检案中常常会遇到混合生物检材，而且这类样品数量有逐年上升的趋势。如何高效、自动化地获得混合样品中不同供者的DNA分型图谱是目前法医DNA检验领域研究的难点。在过去一年主任基金的资助下， 本项目开展了流式细胞分选芯片的研究、流式细胞检测控制系统的开发、和自动化DNA提取芯片的研发等工作，取得的主要成果包括：开发了一款基于压电驱动的流式细胞分选芯片，实现了对细胞的高速分选；同时完成了用于该芯片控制与检测的仪器系统，该系统包括荧光及散射光信号检测模块、流体控制模块、实时信号处理模块和压电陶瓷驱动模块等。与此同时，本项目还成功开发了一种基于滤纸的快速DNA提取微流控芯片，实现了从血样、干血片等样品中自动化的完成核酸提取的操作。此外，在该提取芯片上还成功实现了核酸提取与PCR扩增功能的集成。该项目今后总的目标是基于微流控技术自主研制用于混合生物检材中细胞分离和DNA提取的微型全分析系统。我们开发的基于微流控芯片的流式细胞分选系统是整体目标的核心部分，而DNA提取扩增芯片的开发为今后细胞分选系统功能的扩展打下了基础。这项研究成果将会极大地提升公安机关对混合生物物证进行DNA检验的技术能力。