當前這場與時間賽跑的新型冠狀病毒肺炎（Covid-19，以下簡稱：新冠病毒）世界“戰疫”，激發了全球科技公司的努力和協作。

2020年3月21日，美國食品藥品監督管理局（Food and Drug Administration, FDA）緊急授權加利福尼亞Cepheid公司銷售一種快速檢測新冠病毒的新方法。Cepheid由Kurt Petersen、Allen Northrup等人創立于1996年，以其將基于微流控芯片的聚合酶鏈反應（PCR）分析設備商業化而在MEMS領域聞名于世。對于Cepheid來說，這已經不是其第一次迅速應對生物（病毒/細菌）威脅。在2001年美國發生炭疽恐怖襲擊之后，Cepheid便率先向美國郵政（U.S. Postal Service）提供了一種快速檢測炭疽的方案，并且至今仍在使用。

目前所有新冠病毒測試方案的核心都是實時逆轉錄聚合酶鏈反應（實時RT-PCR）分析技術。簡單來說，實時RT-PCR利用熱循環擴增患者拭子樣本中存在的DNA，然后通過熒光檢測來搜尋病毒的特定基因組。

因此，這種測試首先需要了解病毒的基因組。中國科學家于2020年1月10日首次發表了對新冠病毒完整基因組測序的關鍵工作。病毒基因組確定了以后，一支德國研究小組僅花了7天時間便發布了第一個也是目前世界衛生組織（WHO）正在采用的用于測試患者樣本的檢測方法?，F在還有其它可能更快、更經濟的病毒檢測方法正在研究，例如抗體檢測或CRISPR-Cas13檢測等。

傳統PCR需要數小時才能完成熱循環并得到檢測結果。此外，由于患者拭子樣本中的病毒載量可能較低，限制了DNA擴增，從而有可能導致大量假陰性。在應對傳染性疾病暴發時，測試必須又快（理想的是在患者等待的幾分鐘內就能完成）又準確，以防止陽性患者被漏檢，為其它健康人群帶來不必要的風險。

MEMS技術可以為PCR提供兩個重要優勢：縮小尺寸，以及微流控集成。MEMS加熱器和反應腔室的熱質量很小，因此可以顯著加速熱-冷循環，并在數分鐘內迅速得到檢測結果。這種用于樣本和試劑處理的微流控集成已經實現了大規模應用的新技術，例如數字PCR（dPCR）。

數字PCR方法利用微流體通道將患者的樣本分成很多微孔陣列或微滴乳液（后者稱為液滴數字PCR或ddPCR），獲得多個單獨的樣本。然后，對這些微量樣本進行并行PCR處理，聚合后獲得樣本中目標分子的總數。這種微觀并行處理顯著提高了檢測下限，從而提高了測試結果的準確性。

用于數字PCR的微流控腔室陣列

在2020年3月6日發表的一項由湖北自然科學基金資助的研究中，證明了與傳統PCR相比，基于MEMS和微流控的PCR技術在檢測新冠病毒中的優勢。在這項研究中，液滴數字PCR（ddPCR）和傳統PCR一起用于測試患者樣本。初步研究的結果表明（尚待進一步臨床驗證），ddPCR的新冠病毒檢測閾值比傳統PCR閾值低500倍。這一結果意味著，在患者樣本中病毒載量可能較低的情況下，與傳統PCR相比，ddPCR更有可能準確檢測出陽性患者。

MEMS PCR芯片的開發始于1990年代初。勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory）的Allen Northrup研究小組于1993年發表了第一篇有關硅基PCR芯片的論文，該芯片最終于1996年許可給了Cepheid。數十年來，有關如何利用MEMS材料和方法制造新穎PCR芯片以及由硅、玻璃甚至塑料基材制成微型整體分析系統（uTAS）的研究一直在持續進行。

Northrup等人在勞倫斯利弗莫爾國家實驗室開發的第一款MEMS硅基PCR芯片（左），后來許可給了Cepheid；現在的Cepheid測試盒（右）（來源：Northrup MA, Ching MT, White RM, Watson RT, “DNA amplification in a microfabricated reaction chamber,” Transducers 1993, Yokohama, Japan. pp. 924–926.）

據麥姆斯咨詢報道，現在，學術研究人員正致力于利用微加工方法開發高度集成的低成本系統，特別是針對即時檢測應用。韓國電子通訊研究院（ETRI）和Genesystem的一支研究團隊開發了一種低成本的手持式PCR原型系統，該系統具有聚酰亞胺腔室和微型加熱器以及用于結果光學讀出的集成CMOS圖像傳感器。

便攜式PCR原型剖面示意圖（左），包括腔室、加熱模塊和集成CMOS圖像傳感器；以及集成測試盒（右）（來源：DS Lee, OR Choi, and YJ Seo, “A Handheld and Battery-Powered Realtime Microfluidic PCR Amplification Device,” Transducers 2019, Berlin, Germany pp. 1063-1065.）