小身材大智慧 微縮在芯片上的生化實(shí)驗室

　　疾病早期診斷對于降低醫療成本的作用相當巨大，作為體外診斷的一個(gè)分支，“芯片實(shí)驗室”很好地解決了疾病診斷中的方便、經(jīng)濟、快速等諸多問(wèn)題，被IBM評為將在未來(lái)五年內改變世界的五大創(chuàng )新之一。

　　在許多科幻電影和特工電影中，我們常常能看到一些可以植入到人體中的小芯片，用來(lái)增強人體機能、監控個(gè)體行為甚至可以作為嘀嘀一響就把人炸成粉的殺人武器，比如這樣的：

　　這樣的：

　　甚至這樣的：

　　而當無(wú)人駕駛汽車(chē)、完虐人類(lèi)圍棋高手的AlphGo等等以前只能在科幻電影中見(jiàn)到的“未來(lái)科技”逐一出現在了我們現實(shí)生活中的時(shí)候，這樣的“小身材有大智慧”的智能芯片似乎也能夠夢(mèng)想照進(jìn)現實(shí)了。

　　事實(shí)上，如今已經(jīng)有這么一些“芯片實(shí)驗室(Lab-on-a-chip)”出現了，并且其發(fā)展速度是非?？斓?，全世界至少有30多個(gè)包括麻省理工學(xué)院(MIT)、斯坦福大學(xué)和加州大學(xué)等在內的重要實(shí)驗室正從事著(zhù)這一領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)和研究工作。

　　什么是“芯片實(shí)驗室”?

　　顧名思義，你可以把這個(gè)概念理解成將一個(gè)實(shí)驗室微縮到一張小小的芯片上，也就是說(shuō)在這樣的指甲蓋大小級別的地方實(shí)現實(shí)驗室那樣的功能。芯片實(shí)驗室是把基本的生化操作單位集成或基本集成一塊幾平方厘米的芯片上，用以完成不同的生物或化學(xué)反應過(guò)程，并對其產(chǎn)物進(jìn)行分析的一種技術(shù)，它還有一個(gè)更常用的名字叫做微流控芯片，或者換一種說(shuō)法就是微流控芯片的最終形態(tài)。

　　沒(méi)錯，您可以把它理解成一張可以完成實(shí)驗室工作的芯片，但是稍微開(kāi)一下腦洞就能想到，以我們今天科技發(fā)展的尿性來(lái)看，芯片實(shí)驗室能做到的肯定不僅如此，而且相比于基因芯片和蛋白質(zhì)芯片等，它具有更廣泛的功能和應用場(chǎng)景。

　　舉兩個(gè)栗子

　　1、檢測疾病風(fēng)險基因

　　兩年前英國倫敦帝國理工學(xué)院的克里斯·圖馬佐教授開(kāi)發(fā)了一種帶有USB插頭可以做DNA檢測的微芯片，他用這樣的芯片來(lái)檢測一個(gè)人患某種疾病的風(fēng)險。該芯片功能專(zhuān)一，比如其中一種只能檢測糖尿病風(fēng)險，而另一種只能發(fā)現心臟病風(fēng)險基因，但是根據在芯片中預置的基因序列的不同，芯片可以實(shí)現的疾病易感因素是非常廣泛的。

　　被檢測者不需要花費高昂的價(jià)格去專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗室中做檢測，并且等待幾個(gè)星期來(lái)拿到結果，而只需要花費低至20美元的價(jià)格，在30分鐘內就可以查清楚自己是否攜帶有某種疾病的風(fēng)險基因。

　　因為這項發(fā)明，圖馬佐教授還在2014年獲得了歐洲專(zhuān)利局授予的“年度發(fā)明人”稱(chēng)號。

　　2、輔助疾病的早期診斷

　　今年2月份斯坦福大學(xué)的一群科研人員發(fā)表了一篇技術(shù)研究論文，描述了他們開(kāi)發(fā)出的一款成本只需要1美分、制造時(shí)間只需要20分鐘的“芯片實(shí)驗室”，它可以處理小容量的細胞樣本進(jìn)行化驗分析，來(lái)幫助進(jìn)行一些疾病的早期診斷。

　　相比于傳統的流式細胞儀檢測機，這樣的芯片實(shí)驗室的制造成本和時(shí)間低了好幾個(gè)數量級，廉價(jià)又高效的優(yōu)勢將大大加快醫學(xué)診斷的普及。

　　市場(chǎng)和前景預測

　　IBM Research 每年都會(huì )對未來(lái)5年內將改變人類(lèi)生活的5項創(chuàng )新進(jìn)行預測，而今年給出的這份“5 in 5”表單中，芯片實(shí)驗室的名字赫然在列。

　　IBM Research寫(xiě)道：

　　5年內，新的醫療芯片實(shí)驗室將成為用來(lái)檢測健康狀況的納米技術(shù)探測器，在我們的體液中追蹤疾病的線(xiàn)索，幫助疾病的早期診斷。這樣的技術(shù)將把一個(gè)全面的生物化學(xué)實(shí)驗室檢測疾病的過(guò)程全部微縮到一塊小小的單硅芯片上。

　　由于芯片實(shí)驗室在醫療健康和藥物開(kāi)發(fā)中有著(zhù)越來(lái)越廣泛的應用，尤其是在即時(shí)診斷中的應用，其全球市場(chǎng)預計將快速增長(cháng)。

　　Transparency Market Research (TMR)報告預計，2016年至2024年間，全球芯片實(shí)驗室市場(chǎng)的年復合增長(cháng)率為10.7%，按照這一速度，2024年的全球市場(chǎng)規模將從2016年的38.8億美元達到87億美元。其中北美、歐洲仍將處于領(lǐng)先地位，但是有著(zhù)巨大人口基數和不斷高速發(fā)展的技術(shù)的推動(dòng)，亞太地區將表現出更大的增長(cháng)態(tài)勢，預計年復合增長(cháng)率可以達到12.3%。

　　在產(chǎn)品方面，全球芯片實(shí)驗室市場(chǎng)可分為試劑、儀器和耗材等三個(gè)方面。其中，儀器在收入方面占據主導地位。2016年，由于微流體產(chǎn)品在行業(yè)中的高接受度，該細分市場(chǎng)占據了45%的市場(chǎng)份額。除此之外，試劑和耗材的增長(cháng)也將不落下風(fēng)。

　　生物分析技術(shù)的小型化不僅讓消費者，也讓生產(chǎn)廠(chǎng)商和服務(wù)商嘗到了巨大的甜頭，因此對于芯片實(shí)驗室的設計要求將會(huì )更加嚴格。