我还记得去年在看可穿戴健康设备的时候，心中突发奇想，「现在都有监测心率、运动状态和血糖水平的可穿戴设备了，要是人体的基因突变状况可以连续实时监测的话，那该有多好哇。」以我有限的智商，我能想到的应用包括，癌症的早期筛查和治疗后监测。要是真可以这样的话，患者可以时刻掌握自己的健康状态。那真是妙不可言。

当然，我一直觉得那仅仅是个美好的幻想而已。没想到，竟让加州大学圣迭戈分校的Ratnesh Lal团队实现了。科学家们用他们的研究论文再一次给我上了一课：「梦想还是要有的，万一实现了呢！」6月13日，Lal团队的研究成果刊登在《美国科学院学报》上(1)。

Ratnesh Lal教授

实际上Lal研发的这个设备检测的内容跟23andMe一样，都是检测人体特定的基因突变位点（SNPs）。尽管目前科学家对大部分的SNPs的作用还不是很清楚，但是科学家也已经找到了跟癌症、糖尿病、心脏疾病、神经性疾病、自体免疫和炎性疾病等有关的特殊SNPs。Lal教授就是研发了一款可以实时检测跟疾病相关SNPs的可植入芯片。

这款芯片的结构也很简单，就是将可以找到特殊SNP的探针固定到石墨烯场效应晶体管（field-effect transistor，FET）上，一旦跟疾病有关的特定SNP出现，探针就会捕获它们，电信号就在这一瞬间产生了。然后芯片会把信号发送到手机上，提醒用户体内出现跟疾病相关的基因突变了。这个时候，我们就该放下手中的活，去医院做进一步的检查了。

仅从原理上看，这个设备除了在将来会具备实时监测并发送信号的功能之外，与传统的DNA芯片似乎没有太大区别。实际上，这个设备远没有这么简单，它的功夫全体现在细节上。细细数来，它具备现在SNPs检测设备不具备的三大优势。

首先，与传统DNA芯片的单链探针不同，Lal教授研发的这款芯片是双链探针，只是在探针和芯片的连接处，有一段儿是单链。那些人就要问了，这双链探针怎么捕捉游离的DNA啊？Lal教授对这个特殊的探针做了改造，那条固定在石墨烯场效应晶体管上的链是正常的链，可以捕获携带特殊SNP的DNA片段；探针上另一条链较短，而且经过改造，与正常链结合的比较松，当携带特殊SNP的DNA片段从下面开始跟探针结合的时候，那个短链就会自动脱落。据Lal教授介绍，这种设计可以大大地避免探针抓错对象，大幅提高检测的准确性。

长度为47nt的双链探针，靠近石墨烯场效应晶体管的部分有7nt单链。后面是目标基因片段结合探针的过程

其次，将探针连接到石墨烯场效应晶体管上这一设计，将探针捕捉携带特殊SNP的DNA片段这一过程，成功的转换成电信号。这可是DNA动力学与高分辨率电信号有史以来第一次结合在一起。就是这个结合创造了奇迹，促使利用手机监测体内特定基因突变成为可能。

最后，双链探针还有个巨大的好处。就是可以把探针设计的很长。学过生物的都知道，探针越长，检测的结果越准确。前段时间韩春雨老师发现的NgAgo基因编辑技术，就是因为引导部分比CRISPR长了一点，准确性就一下子提高了上千倍。因为Lal教授使用的是双链探针，所以探针本身不会结合，这样探针的长度就可以大大地延长。据Lal教授论文报道，他们用过47个碱基的探针，这可是检测SNPs历史上最长的探针了。毋庸置疑，这个芯片的准确性又大大提高了。

靶向DNA片段结合前（左），靶向DNA片段结合后（右）

本研究论文的共同第一作者Preston Landon表示，当前检测SNPs需要复杂的设备，而且过程相对较慢，费用较高。他们研发的这个芯片相对简单、快速、价格低廉，更厉害之处在于，可以配合手机一起使用，实时监测体内特殊基因突变情况。

据Lal教授介绍，目前他们的研究还处于早期阶段，但是他们已经向基因突变实时监测，并将突变状况发送到手机上迈出了第一步。接下来他们会进一步优化技术，并给芯片添加无线连接和传输功能。时机成熟，他们会将芯片带入临床，并开展液体活检试验。