近日,，美國《財富》雜志載文指出，在20世紀科技史上有兩件事影響深遠：一是微電子芯片,，它是計算機和眾多家電的心臟,，它改變了我們的經(jīng)濟和文化生活，并已進入每一個家庭,；另一件事就是生物芯片,，它將改變生命科學的研究方式，革新醫(yī)學診斷和治療,，極大地提高人口素質(zhì)和健康水平,。有人認為，從某種意義上說,，如果20世紀屬于微電子芯片的話,，21世紀則是生物芯片的時代。 生物芯片應用廣泛 生物芯片的技術(shù)來源可追溯到一個多世紀之前,，EdSouthern先生發(fā)現(xiàn)被標記的核酸分子能夠與另一被固化的核酸分子配對雜交,。這被看做是最早的生物芯片。到上世紀80年代,，BainsW.等人將短的DNA片斷固定到支持物上,，借助雜交方式進行序列測定?！ ? 真正意義上的生物芯片誕生于上世紀90年代初,，它是一種能對生物分子進行快速并行處理和分析的薄型固體器件。它只有指甲蓋大小,，材料一般為玻片,、硅片、尼龍膜,、塑料等,。就像計算機芯片是為了制作計算機一樣,，生物芯片技術(shù)是為了制作能夠把樣品制備、生化反應和結(jié)果檢測三步集成在一起的微型全分析系統(tǒng),，也稱作芯片實驗室系統(tǒng),。 生物芯片上集成有成千上萬密集排列的分子微陣列，通過自動化的檢測軟件,，能夠在短時間內(nèi)分析大量的生物分子,，使人們快速準確地獲取樣品中的生物信息，效率是傳統(tǒng)檢測手段的成百上千倍,。 根據(jù)應用領(lǐng)域的不同,，生物芯片可以被劃分為基因芯片、蛋白質(zhì)芯片及芯片實驗室三大類型： 基因芯片 ： 又稱DNA芯片,。它是在基因探針的基礎(chǔ)上研制出的，所謂基因探針只是一段人工合成的堿基序列,，在探針上連接一些可檢測的物質(zhì),，根據(jù)堿基互補的原理，利用基因探針到基因混合物中識別特定基因,。它將大量探針分子固定于支持物上,，然后與標記的樣品進行雜交，通過檢測雜交信號的強度及分布來進行分析,。 蛋白質(zhì)芯片 ：其原理與基因芯片基本相同,，但它利用的不是堿基配對，而是抗體與抗原結(jié)合的特異性即免疫反應來檢測,。蛋白質(zhì)芯片構(gòu)建的簡化模型為：選擇一種固相載體,，該載體可牢固地結(jié)合蛋白質(zhì)分子(抗原或抗體)，從而形成蛋白質(zhì)微陣列,，即蛋白質(zhì)芯片,。 芯片實驗室 ：這是高度集成化的集樣品制備、基因擴增,、核酸標記及檢測為一體的便攜式生物分析系統(tǒng),，它的最終目的是實現(xiàn)生化分析全過程全部集成在一片芯片上完成，從而使現(xiàn)有的許多煩瑣,、費時,、不連續(xù)、不精確和難以重復的生物分析過程自動化,、連續(xù)化和微縮化,，屬未來生物芯片的發(fā)展方向。 未來市場前景廣闊 生物芯片的成熟和應用一方面將為本世紀的疾病診斷和治療,、新藥開發(fā),、分子生物學、航空航天、司法鑒定,、食品衛(wèi)生和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域帶來一場革命,；另一方面則為人類提供了能夠?qū)€體生物信息進行高速、并行采集和分析的強有力的技術(shù)手段,，必將成為未來生物信息學研究中的重要信息采集和處理平臺,。 目前，生物芯片市場增長勢頭迅猛,。2000年,，全球生物芯片市場為120億美元；到2001年,，這一數(shù)額已上升到170億美元,。據(jù)預測，2005年全球生物芯片市場將達到200億美元,，僅美國用于基因組研究的芯片銷售額將達50億美元,。 有關(guān)專家認為，生物芯片將在以下四個方面具有廣闊的前景： 1. 藥物篩選和新藥開發(fā) 由于所有藥物(或獸藥)都是直接或間接地通過修飾,、改變?nèi)祟?或相關(guān)動物)基因的表達及表達產(chǎn)物的功能而生效,，而芯片技術(shù)具有高通量、大規(guī)模,、平行性地分析基因表達或蛋白質(zhì)狀況(蛋白質(zhì)芯片)的能力,，利用芯片進行大規(guī)模的藥物篩選研究可以省略大量的動物實驗甚至臨床，縮短藥物篩選所用時間,，提高效率,，降低風險。 2. 中藥基因組學研究和我國的中藥現(xiàn)代化 中藥基因組學的含義是通過現(xiàn)代科學技術(shù)手段結(jié)合傳統(tǒng)中藥理論和現(xiàn)代科學理論,，將中藥的藥性,、功能及主治與其對特定疾病相關(guān)基因表達調(diào)控的影響關(guān)聯(lián)起來，在分子水平上用現(xiàn)代基因組學,，特別是功能或疾病基因組學的理論來詮釋傳統(tǒng)中藥理論及作用機理,。能夠做到這一點，將極大地推動我國幾千年悠久深厚的中藥文化資源得到進一步的挖掘,。 3.疾病診斷 基因芯片作為一種先進的,、大規(guī)模、高通量檢測技術(shù),，應用于疾病的診斷,，其優(yōu)點有以下幾個方面：一是高度的靈敏性和準確性；二是快速簡便,；三是可同時檢測多種疾病,。 4.環(huán)境保護及其他 在環(huán)境保護上,，基因芯片也有廣泛的用途，一方面可以快速檢測污染微生物或有機化合物對環(huán)境,、人體,、動植物的污染和危害，另一方面還可用于農(nóng)業(yè),、商檢,、司法等領(lǐng)域。 專家預測,，基因芯片及相關(guān)產(chǎn)業(yè)將取代微電子芯片產(chǎn)業(yè),，成為本世紀最大的產(chǎn)業(yè)。 產(chǎn)業(yè)化并非輕而易舉 目前,，國內(nèi)外已出現(xiàn)許多從事生物芯片研究的公司,，每家公司的芯片技術(shù)都各具特色，應用目的也各不相同,。但是,，要使生物芯片研究成果順利實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化卻并非一樁簡單的事情。 生物芯片技術(shù)研發(fā)難度大,，生產(chǎn)周期長，成本高,，因此難以形成規(guī)模,。美國雖然已有多個生物芯片上市公司，產(chǎn)品也五花八門,，但至今沒有一家公司的產(chǎn)品獲得美國醫(yī)療衛(wèi)生部門的認證,。 據(jù)統(tǒng)計，目前我國生物芯片企業(yè)不少于50家,，但獲得國家有關(guān)部門認證的只有極少數(shù),。目前，70％~80％的生物芯片還只是用在研發(fā)上,，離完全產(chǎn)業(yè)化還有一段不短的距離,。由于研發(fā)成本高，其產(chǎn)品價格也較高,。即使目前在此領(lǐng)域最具實力的美國Affymetrix公司,，其產(chǎn)品單價也高達上千美元，難以向市場推廣,。業(yè)內(nèi)人士認為,，未來生物芯片的最大市場是診斷試劑領(lǐng)域。 盡管生物芯片的未來發(fā)展之路不平坦,，但是有關(guān)專家在展望生物芯片的前景時說,，生物芯片在基因表達譜分析,、基因診斷、藥物篩選及序列分析等諸多領(lǐng)域已呈現(xiàn)出廣闊的應用前景,。生物芯片技術(shù)發(fā)展到今天不過短短幾年時間,，隨著研究的不斷深入和技術(shù)的更加完善，它一定能夠在生命科學研究領(lǐng)域發(fā)揮出其非凡的作用,。 （轉(zhuǎn)摘自《中國醫(yī)藥報》）
