普渡大学Birck纳米中心（BNC, 印第安纳州West Lafayette）的任务之一就是将微米及纳米技术与生物技术结合，为生物和医疗领域的难题设计全新的解决方案。这个占地面积为187,000平方英尺的中心竣工于2005年，拥有面积为25,000 平方英尺的Scifres纳米制造实验室，清洁级别为每立方英尺1、10和100个微颗粒，以及一些电子和生物材料表征实验室。在这里，来自不同学科的团队一起工作，涵盖了电子和生物工程、生物科学、食品科学和农业领域，共享设备并开发新的概念。其中一个非常有趣的领域是采用微电子和硅工艺加工基于芯片的诊断设备。
与硅工艺不同，自然界通常是用化学和生物自组装工艺自下而上地完成纳米及纳米以下尺度的生物实体（图1）。比如，病毒的尺寸在0.1 μm的量级或者更小，DNA的直径为2-3 nm。随着芯片图形大小逼近45 nm,“有可能制作与生物组元大小基本相同的结构，如蛋白质、病毒和DNA，”电子与计算机工程和生物医学工程教授以及BNC集成生物医学微/纳技术和应用中心（LIBN
A）主任Rashid Bashir这样介绍。他们的一项成果是就是制作出可以检测和探测单个分子探测器，其灵敏度比目前市面上所有的探测器高几个数量级。
利用已成熟的硅工艺制作这些诊断探测器，还具有可能大规模生产和缩减成本的优势。由于大肠杆菌和其他细菌向水供应场所和蔬菜种植区的传播，当前迫切需要利用操作简单的传感器对环境和食品生产场所进行及时检测，此外还有个人急救应用。
1. 硅芯片产业的进步使制作与生物组元（如蛋白质、病毒和DNA）相同尺度的探测器成为可能。
识别细菌
Bashir表示，在确定特殊细菌的存在方面，该工程与其他芯片上实验室工程不同，其特色之一就是采用了真正的多学科方法，功能和通用性都得到了提升。微流体器件一般具有横截面积很小的沟道——样品流过的沟道直径一般为几微米到几十微米。这种沟道几十分钟内可以处理几十到几百微升的流体。对于像饮用水测试这样的实际检测来说，目前的标准要求测试100 mL或更多的水样。如此多的样品需要花费数天的时间才能全部流过微流体芯片。LIBNA与具有生物医学工程和农业背景的合作者们一道开发了新型过滤设备，通过芯片浓缩放法将大体积流体浓缩为小体积流体。然后再将这些小体积流体注入芯片，在芯片中利用电子和机械过滤器进一步浓缩样品。
有种基于细菌和抗体的基本特征的微米级过滤方法，它利用电泳效应捕捉细菌。细菌拥有电学和介电特性，具有一定的介电常数。抗体是蛋白质，可以识别和捕获生长在其表面的特定细菌。将抗体固定在某一表面上，就可以识别和收集特定细菌。
电泳是指颗粒的移动，比如，位于交流电场中的目标细菌，当它与周围微粒的介电常数不同时，就会发生电泳。要使电泳发生，电场必须在空间上不均匀，在样品中形成不均匀的偶极子。然后形成一股净力（电泳力），这种力可用来浓缩或捕捉通过芯片微沟道流体中的细菌。抗体附于微沟道的内表面，用于捕获和识别目标细菌。
芯片中的细菌培养皿
快速探测活细菌是一个大难题。目前一般在装有琼脂的细菌培养皿中完成活细菌探测。细菌培养皿是一种培养基。细菌数量一般每20-40分钟翻一倍，需要几天的时间才能达到探测所需的菌落的细菌数量。LIBNA已发明一种降低探测下限、仅需少许细菌的方法，对细菌数目的要求减小了几个数量级。
生长期间，细菌会吸收特定的营养物质，如葡萄糖和糖类，分泌带离子化和酸性的排泄物。这些离子化的排泄物会导致培养基的电阻、电导和阻抗发生变化。根据这个原理，研究团队开发了芯片上的细菌培养基（图2），利用纳升体积沟道浓缩细菌后，这种培养基利用电极和微流体沟道监控芯片上的细菌生长。这种芯片检测电流的变化，将其看作时间的函数。一到两次重复周期后完成测试，将细菌生长时间从几天减少到20-60分钟。
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