1247年（我國南宋理宗淳祜七年），時任湖南提點刑獄兼大使行府參議官的宋慈編寫完結《洗冤集錄》，這是世界歷史上第一本以逝世方法體系修改的法醫學作品。

《洗冤集錄》開頭曰：“事莫大于人命，罪大莫于死刑，殺人者抵法故無恕，施刑失當心則難安，故成指定獄全憑死傷檢驗。倘檢驗不真，死者之冤未雪，生者之冤又成，因一命而殺兩命數命，仇報相循慘何底止。”故法醫最重要的工作便是提供醫學上的證據，協助檢察官、辦案者找出司法案件的真相，還原事實，保障死傷者的人權。

在現代，隨著科學技能的開展，法醫學已經成為一個復雜的開放系統，積極地吸收著來自數學、物理學、化學、生物學、心理學以及計算機科學與工程的常識，集現代科學技能體系于大成。特別是DNA檢測技術的開展和應用，為法醫學帶來了一場技能革命。

1985年英國Leicester大學遺傳學部教授A.J.Jeff reys發現并建立了DNA指紋圖的查驗辦法，于當年成功地判定了一宗英國移民糾紛案件。經過對遺傳物質DNA的序列多態性及長度多態性的查驗,即可實現個別辨認及親權判定，該技術正在成為當前法醫證據判定最主要的技術手段，被廣泛地運用于刑事犯罪偵辦和親權爭議處理。

《中國測試》2017年7月刊發的《法醫DNA快速查驗研究進展》，為國家重點研發課題和公安部技能研究方案項目內容，就國內外法醫DNA-STR快速查驗的研究進展和效果，別離從快速提取、快速擴增、快速設備、快速試劑與快速設備相結合四大方面臨有關DNA快速查驗概略的技能辦法和試驗原理進行了充分說明和舉例證明，并對該行業在快速查驗辦法的挑選提出清晰的建議。

法醫DNA快速查驗技能是目前研討的熱門，首要應用于個體識別和親子鑒定范疇。該文分別從快速提取，快速擴增，快速設備，微流控芯片，全自動DNA分型檢測設備方面臨現有DNA快速查驗的技術方法，試驗原理進行充分說明和舉例論證，一起對該行業在快速查驗辦法的挑選問題上提出明確的主張——選用強抑制力的緩沖系統，高效酶并結合快速擴增程序完成快速PCR檢測技術，一起提出芯片化DNA檢測的完成方法，指出國產的便攜式全自動快速檢測儀器是未來開展的首要方向。

微流控芯片技術又稱微全分析系統（miniaturized total analytical system，μTAS），是把生物、化學、醫學分析過程的樣品制備、反應、分離、檢測等基本操作單元集成到一塊微米尺度的芯片上，自動完成分析全過程。由于它在生物、化學、醫學等領域的巨大潛力，已經發展成為一個生物、化學、醫學、流體、電子、材料、機械等學科交叉的嶄新研究領域。近年來諸多學者基于微流控芯片技術的角度，對涉及快速檢驗芯片DNA提取、芯片PCR擴增、毛細管芯片電泳及集成式芯片均進行了深入的研究。

在芯片DNA提取技術方面，國內研究最多的是以二氧化硅微球為載體的固相提取，它是M48磁珠法和硅珠法提取DNA的微型化。原理如下：以二氧化硅微球、磁性微球等介質作為DNA的固相載體，首先采用高離子鹽液進行DNA吸附、有機溶劑洗脫，最后使用低離子緩沖液洗脫DNA。如2010年Duarte[21]報道了基于固相萃取原理的玻璃材質DNA提取芯片，如圖 1所示，腔室的大小1.5 cm×1.4 mm×200 μm，以確保預提取的DNA溶液量恒定；在磁場作用下整個腔室充滿磁性微球和鹽酸胍（GuHCl），整個裝置完成DNA的提取和純化。Cady等[22]也報道了基于固相萃取原理的DNA提取芯片，硅珠、sol-gel等固相載體填充于芯片中，實現了血樣等的DNA提純。陳興等[23]驗證了在多孔氧化硅芯片和普通芯片上進行DNA提取實驗，多孔氧化硅芯片提取DNA的效率更高。目前各種聚合物基底如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）等由于價格低廉、加工方便已經被成功用于DNA提取系統。如2007年劉慣超等[24]制作的塑料基（PMMA）的DNA提取芯片表明:經過溶膠涂漬、在內表面制作二氧化硅層的芯片能夠實現從血液中提取DNA。王聿佶等[25]采用PDMS（聚二甲基硅氧烷）芯片，能對生物樣品中的DNA進行有效快速提取，并且在30 min內完成PCR產物的提純。國外還有報道基于pH誘導的靜電吸附DNA提取，基于UV活化的聚碳酸酯表面的DNA提取[26]，基于納米多孔過濾膜的DNA提取。

芯片PCR擴增與普通PCR擴增儀相比，擴增速度有明顯優勢。普通臺式PCR擴增儀的產物擴增管升降溫度總是遠遠滯后于擴增儀腔本身的溫度，而芯片PCR則具有明顯優勢。Heidi Giese報導對比普通臺式PCR儀器和微流控芯片使用SpeedSTAR試劑對樣本進行擴增，普通臺式PCR儀器擴增所用時間為145.1 min，芯片PCR的擴增所用時間為19.6 min，遠遠快于普通臺式PCR儀器。采用升降溫速率性能佳的PCR擴增儀可以明顯縮短PCR的擴增時間，同樣，提高芯片溫度控制是實現芯片PCR快速擴增的關鍵，代表性的研究有Hagan等以非接觸的紅外加熱方式進行熱循環擴增，結合SpeedSTARTDNA聚合酶，僅在45 min內完成就完成了16個STR位點在微芯片上的擴增。Mathies小組[30]則以接觸式溫度控制方式實現芯片上PCR的快速擴增，同時證明了芯片PCR-CE的可行性。此外微機電技術和溫度傳感器等方面的研究也證明了可以縮短芯片PCR擴增時間。

普通臺式PCR儀器與芯片PCR的擴增對比

芯片毛細管電泳具有進樣量少，靈敏度高，分析速度快等特點，非常適合法醫DNA-STR的快速檢驗。毛細管電泳芯片由于尺寸小，可施加較大場強，所以在幾秒鐘內就可完成對樣品的分離，微陣列毛細管電泳芯片可實現高通量檢測則成為目前學者研究的熱點。2002年Emrich CA等[31]報道的將高通量384孔毛細管陣列微電泳芯片集成在半徑僅為8 cm的圓盤上，7 min內實現了同時對384份樣品的檢測；2006年Yeung等制作的高通量96孔毛細管陣列微電泳芯片可在30 min內同時實現96個樣本檢驗，這些均進一步顯示了微芯片技術在DNA-STR快速分析方面的巨大潛力和優勢。為了防止樣品間發生交叉污染，降低成本，可以構建一次性的塑料材質的微整列電泳平臺。

集成式芯片是當前微流控芯片研究的核心，如Hagan等[29]將DNA提取和RCR擴增集于一塊芯片上，通過采用固相提取，使用快速啟動DNA聚合酶及紅外加熱方式，在45 min內完成了口腔拭子的提取和PCR擴增；Roux等[33]將芯片PCR擴增和電泳檢測集成在一次性的塑料芯片上，通過非接觸式紅外加熱方法僅在7 cm芯片上完成了電泳分離；季旭等[34]研制的一種集成PCR反應室與毛細管電泳CE的生物芯片，將硅片上制造的通過電阻加熱的凹槽作為擴增池，在擴增池下游設計制造毛細管電泳系統，并通過紫外光等檢測器判斷結果，從而實現了樣品擴增、電泳分離和紫外光檢測的單片集成。Liu等將特定DNA模板的純化、PCR擴增、進樣以及電泳全集成于一張微流控芯片上，并可在3 h內實現對樣本DNA的檢驗（如圖 3所示），該全集成芯片原理結構為兩個完全相同的分析系統在4 in（1 in=2.54 cm）玻璃晶片上形成對稱的雙峰，每個分析系統包括聚二甲基硅氧烷（PDMS）微泵和兩個PDMS微型閥用于流體控制，首先通過4 cm長的珠捕獲結構用于DNA分叉通道系統模板的捕獲。圖 3（b）為加熱器和電阻溫度檢測器（RTD），用于控制250 nL PCR室的擴增。圖 3（c）為500 mm長的雙T通道錐形結構，用于控制PCR的純化和進樣，24 cm和14 cm長的通道用于CE分離，同時這兩個系統共享陽極、陰極，進一步節省了芯片的使用空間。文獻[36]在2014年將全集成芯片技術成功應用于對模擬犯罪現場樣本檢材的檢驗。全過程包括制備特殊酶的反應液用于DNA的提取，采用紅外非接觸式控溫技術完成PCR擴增和高分辨的電泳分離方法在2 h內完成了對樣本的準確分型，并與傳統方法分型結構一致。

全集成芯片原理結構

1.微流控芯片DNA提取條件的優化

對提取進液量進行篩選，包括提取過程中的水，NaOH，HCL以及最后沖洗的水和TE緩沖液的體積，通過控制變量法，分別設置不同的體積梯度和停留時間，進行自動化提取，按照正常的擴增體系，并同時設置陽性對照和空白對照進行比較確定出最佳進液量；對于提取進液的管道可以設置多種不同的長度并運行自動化提取流程，提取后取出芯片上的載體物質進行常規的PCR擴增并檢測，通過比較不同長度管道的擴增效果確定出最佳管道長度。

2.微流控芯片PCR擴增與優化

對芯片PCR材料進行生物相容性驗證是芯片PCR正常擴增的前提，因為一般芯片的結構是兩種以上的材料通過鍵和組成，在此過程中可能會有抑制物釋放出來從而影響后續的PCR擴增。直接將芯片的原材料剪取小塊，放入擴增體系，加陽性標準品，擴增檢測，同時設立不添加原材料的陽性對照，3個重復；分別用高溫浸泡的芯片材料和去離子水配置PCR反應體系進行擴增檢測，同時設置正常去離子水為陽性對照，3個重復；用去離子水沖洗鍵合芯片材料3次，配置PCR反應體系進行擴增檢測，同時設置正常去離子水為陽性對照，3個重復；對提取裝置最后的沖洗水進行研究，配置PCR反應體系進行擴增檢測，同時設置正常去離子水為陽性對照，3個重復，對以上結果進行比較，如果熒光信號基本無差異則相容性良好。

微流控芯片PCR的實現重點在于對芯片材料屬性的研究和芯片擴增體系的優化兩部分。首先了解芯片的基本結構，一般芯片腔室的實際溫度和PCR擴增儀顯示的溫度有較大差別，所以需進行芯片溫度校準，以保證規定時間內有足夠的退火溫度和延伸時間；由于芯片材料的不同，即使對芯片PCR沒有抑制作用，但是由于芯片比表面系數的增加，對蛋白酶的吸附逐漸增加，以及載體的存在，吸附會更明顯，所以通常對芯片進行預處理，使內壁和反應體系隔絕，可以采用一定濃度的BSA、PEG進行芯片涂布預處理。微流控芯片對PCR某些成分的吸附，會影響PCR的擴增效果，通過對擴增體系中不同反應液的分析和濃度調節，盡量改善擴增效果。采用控制變量法，分別對不同成分設置濃度梯度，進行擴增檢測，并且同時設立常規檢測進行比較；操作者可在擴增體系中加入不同濃度梯度的BSA、PEG，并設立常規陽性對照，3個重復進行比較，從而確定出最佳擴增體系。

綜上，縮短對樣本DNA提取，擴增，純化，電泳檢測中任意環節所消耗的時間均可實現不同程度的法醫DNA的快速檢驗。國內外成熟的方法是使用商品化的提取試劑，快速試劑，或是通過將快速試劑與性能好的快速擴增設備，電泳設備相結合來實現。但是本文認為直接PCR會因為樣本中各種潛在的未知抑制物影響酶的活性，缺乏定量步驟會影響DNA的分型結果，所以使用商業化直擴試劑盒時，要嚴格按照試劑盒所規定的樣本量進行實驗。目前DNA-STR快速檢驗主要適用于常規檢材，但對于一些疑難檢材，混合樣品，以及高度降解的檢材的使用仍然是個嚴峻的挑戰，但是要明確：快速檢驗的目的主要是協助公檢法處理一些棘手和特殊的案件，如處理案件性質惡劣但必需在極其有限時間需要得到分型結果。雖然國外商業化的3種便攜式的全自動快速檢驗儀器已經上市，但普遍存在的問題是檢測成本過高，并且不能自主選擇樣本數，國內普及困難。全集成微流控芯片技術是目前快速檢驗研究的核心，即使芯片的適用具有一定的樣本選擇性，并且芯片結構復雜，成本高，但是國內的研究面臨的主要瓶頸是如何開發配套的軟件來分析自制的微芯片的電泳結果。法醫DNA快速檢驗需從檢測樣本數目的自主選擇、再檢測樣本能力以及疑難，混合樣本的角度出發，研制出我國國產的便攜式全自動快速檢測儀器，并實現推廣普及。