近日,，美國(guó)《財(cái)富》雜志載文指出,，在20世紀(jì)科技史上有兩件事影響深遠(yuǎn)：一是微電子芯片，它是計(jì)算機(jī)和眾多家電的心臟，它改變了我們的經(jīng)濟(jì)和文化生活,，并已進(jìn)入每一個(gè)家庭,；另一件事就是生物芯片，它將改變生命科學(xué)的研究方式,，革新醫(yī)學(xué)診斷和治療,，極大地提高人口素質(zhì)和健康水平。有人認(rèn)為,，從某種意義上說(shuō),，如果20世紀(jì)屬于微電子芯片的話，21世紀(jì)則是生物芯片的時(shí)代,。
生物芯片應(yīng)用廣泛
生物芯片的技術(shù)來(lái)源可追溯到一個(gè)多世紀(jì)之前,，EdSouthern先生發(fā)現(xiàn)被標(biāo)記的核酸分子能夠與另一被固化的核酸分子配對(duì)雜交。這被看做是最早的生物芯片,。到上世紀(jì)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(jìn)行序列測(cè)定,。
真正意義上的生物芯片誕生于上世紀(jì)90年代初,，它是一種能對(duì)生物分子進(jìn)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(jì)算機(jī)芯片是為了制作計(jì)算機(jī)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(yīng)和結(jié)果檢測(cè)三步集成在一起的微型全分析系統(tǒng),，也稱(chēng)作芯片實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)。
生物芯片上集成有成千上萬(wàn)密集排列的分子微陣列,，通過(guò)自動(dòng)化的檢測(cè)軟件,，能夠在短時(shí)間內(nèi)分析大量的生物分子，使人們快速準(zhǔn)確地獲取樣品中的生物信息,，效率是傳統(tǒng)檢測(cè)手段的成百上千倍,。
根據(jù)應(yīng)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(shí)驗(yàn)室三大類(lèi)型：
基因芯片又稱(chēng)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(cè)的物質(zhì),，根據(jù)堿基互補(bǔ)的原理,，利用基因探針到基因混合物中識(shí)別特定基因。它將大量探針?lè)肿庸潭ㄓ谥С治锷?，然后與標(biāo)記的樣品進(jìn)行雜交,，通過(guò)檢測(cè)雜交信號(hào)的強(qiáng)度及分布來(lái)進(jìn)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(duì),，而是抗體與抗原結(jié)合的特異性即免疫反應(yīng)來(lái)檢測(cè)。蛋白質(zhì)芯片構(gòu)建的簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)室這是高度集成化的集樣品制備,、基因擴(kuò)增、核酸標(biāo)記及檢測(cè)為一體的便攜式生物分析系統(tǒng),，它的最終目的是實(shí)現(xiàn)生化分析全過(guò)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(fèi)時(shí),、不連續(xù),、不精確和難以重復(fù)的生物分析過(guò)程自動(dòng)化、連續(xù)化和微縮化,，屬未來(lái)生物芯片的發(fā)展方向,。
未來(lái)市場(chǎng)前景廣闊
生物芯片的成熟和應(yīng)用一方面將為本世紀(jì)的疾病診斷和治療、新藥開(kāi)發(fā),、分子生物學(xué),、航空航天、司法鑒定,、食品衛(wèi)生和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)革命,；另一方面則為人類(lèi)提供了能夠?qū)€(gè)體生物信息進(jìn)行高速、并行采集和分析的強(qiáng)有力的技術(shù)手段,，必將成為未來(lái)生物信息學(xué)研究中的重要信息采集和處理平臺(tái),。
目前，生物芯片市場(chǎng)增長(zhǎng)勢(shì)頭迅猛,。2000年,，全球生物芯片市場(chǎng)為120億美元；到2001年,，這一數(shù)額已上升到170億美元,。據(jù)預(yù)測(cè)，2005年全球生物芯片市場(chǎng)將達(dá)到200億美元,，僅美國(guó)用于基因組研究的芯片銷(xiāo)售額將達(dá)50億美元,。
有關(guān)專(zhuān)家認(rèn)為,，生物芯片將在以下四個(gè)方面具有廣闊的前景：
---藥物篩選和新藥開(kāi)發(fā)由于所有藥物(或獸藥)都是直接或間接地通過(guò)修飾、改變?nèi)祟?lèi)(或相關(guān)動(dòng)物)基因的表達(dá)及表達(dá)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(dá)或蛋白質(zhì)狀況(蛋白質(zhì)芯片)的能力,，利用芯片進(jìn)行大規(guī)模的藥物篩選研究可以省略大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)甚至臨床，縮短藥物篩選所用時(shí)間,，提高效率,，降低風(fēng)險(xiǎn)。
---中藥基因組學(xué)研究和我國(guó)的中藥現(xiàn)代化中藥基因組學(xué)的含義是通過(guò)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段結(jié)合傳統(tǒng)中藥理論和現(xiàn)代科學(xué)理論,，將中藥的藥性,、功能及主治與其對(duì)特定疾病相關(guān)基因表達(dá)調(diào)控的影響關(guān)聯(lián)起來(lái)，在分子水平上用現(xiàn)代基因組學(xué),，特別是功能或疾病基因組學(xué)的理論來(lái)詮釋傳統(tǒng)中藥理論及作用機(jī)理,。能夠做到這一點(diǎn)，將極大地推動(dòng)我國(guó)幾千年悠久深厚的中藥文化資源得到進(jìn)一步的挖掘,。
---疾病診斷基因芯片作為一種先進(jìn)的,、大規(guī)模、高通量檢測(cè)技術(shù),，應(yīng)用于疾病的診斷,，其優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：一是高度的靈敏性和準(zhǔn)確性；二是快速簡(jiǎn)便,；三是可同時(shí)檢測(cè)多種疾病,。
---環(huán)境保護(hù)及其他在環(huán)境保護(hù)上，基因芯片也有廣泛的用途,，一方面可以快速檢測(cè)污染微生物或有機(jī)化合物對(duì)環(huán)境,、人體、動(dòng)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(zhuān)家預(yù)測(cè),，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(jì)最大的產(chǎn)業(yè),。
產(chǎn)業(yè)化并非輕而易舉
目前,，國(guó)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(yīng)用目的也各不相同,。但是,，要使生物芯片研究成果順利實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化卻并非一樁簡(jiǎn)單的事情。
生物芯片技術(shù)研發(fā)難度大,，生產(chǎn)周期長(zhǎng),，成本高，因此難以形成規(guī)模,。美國(guó)雖然已有多個(gè)生物芯片上市公司,，產(chǎn)品也五花八門(mén)，但至今沒(méi)有一家公司的產(chǎn)品獲得美國(guó)醫(yī)療衛(wèi)生部門(mén)的認(rèn)證,。
據(jù)統(tǒng)計(jì),，目前我國(guó)生物芯片企業(yè)不少于50家，但獲得國(guó)家有關(guān)部門(mén)認(rèn)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(jià)格也較高。即使目前在此領(lǐng)域最具實(shí)力的美國(guó)Affymetrix公司,，其產(chǎn)品單價(jià)也高達(dá)上千美元,，難以向市場(chǎng)推廣。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,，未來(lái)生物芯片的最大市場(chǎng)是診斷試劑領(lǐng)域,。
盡管生物芯片的未來(lái)發(fā)展之路不平坦，但是有關(guān)專(zhuān)家在展望生物芯片的前景時(shí)說(shuō),，生物芯片在基因表達(dá)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(yīng)用前景,。生物芯片技術(shù)發(fā)展到今天不過(guò)短短幾年時(shí)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(xué)研究領(lǐng)域發(fā)揮出其非凡的作用,。
