生物芯片無(wú)限希冀

2004年6月A版

生物芯片概念

　　生物芯片是一種把DNA、蛋白質(zhì)、抗體、肽等生物分子或細胞固定到硅、玻璃、高分子、和金基板等固體表面上，通過(guò)固定化的生物分子、固化蛋白質(zhì)(探針)等與其他化合物靶點(diǎn)相結合，生成并檢測其特異反應的芯片。它具有能以微量樣品實(shí)現大量快速檢測和分析的特點(diǎn)。在需要大量同時(shí)并行處理的后染色體時(shí)代的生物分子功能分析技術(shù)中，以DNA芯片為首的生物芯片技術(shù)是最為重要的?；旧?，生物芯片是利用生物分子的固有功能來(lái)模仿生物功能的人工器件，它是一種誘發(fā)電信號又能進(jìn)行電信號處理的設備。

　　生物芯片在遺傳基因功能分析領(lǐng)域已被廣泛采用。例如核酸密集固定化在基板上，能通過(guò)雜化作用來(lái)檢測互補排列存在的DNA芯片(DNA微陣列)和固定化蛋白質(zhì)相互作用的蛋白質(zhì)芯片等。生物芯片中目前研究最多的是DNA芯片，一般是利用它在某種條件與對照條件下分析遺傳基因發(fā)現量的差異。

　　蛋白質(zhì)芯片是把DNA芯片上的核酸改為蛋白質(zhì)而已。但因控制非特異的吸附以保持正確的主體結構和在大氣中的穩定性問(wèn)題，固定化技術(shù)頗為困難，故而目前不如DNA芯片普及。

　　此外，利用微細加工技術(shù)在硅、玻璃等基板表面上形成通路和電路，在微小空間里實(shí)現反應、分離、檢測等的設備，如片上實(shí)驗室、mTAS(微型完整分析系統)、生物MEMS(微電子機械系統)等都已實(shí)用。這些也都稱(chēng)為生物芯片。

　　生物芯片的種類(lèi)如表1所示。這些生物芯片隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，可望給遺傳基因研究新藥開(kāi)發(fā)及醫療診斷等領(lǐng)域帶來(lái)巨大變化。生物芯片技術(shù)正以極快的速度發(fā)展，今后可望取得更大的進(jìn)展。

　　據日本預測，世界生物芯片市場(chǎng)如圖1所示。2001年約為4.2億美元(DNA芯片3.7億美元，其余3200萬(wàn)美元)，預計到2005年將增長(cháng)到9.32億美元，其間年均增長(cháng)率22%，另外，預計到2010年將增長(cháng)到66.94億美元，2001~10年的年均增長(cháng)率更高，達到36%。

　　DNA芯片市場(chǎng)將在2006年以后出現突破，醫療現場(chǎng)應用是最重要的驅動(dòng)力量。要達到這一水平，還必需提高DNA的生產(chǎn)率，同時(shí)降低價(jià)格。此后，由于價(jià)格的下降及應用的擴大，市場(chǎng)將會(huì )更快增長(cháng)。

　　另一方面，DNA芯片之外的生物芯片大多尚處于研究開(kāi)發(fā)階段，預計真正的實(shí)用化尚需時(shí)日。市場(chǎng)突破將晚于DNA芯片，大致將在2007年以后。不過(guò)，由于從日常健康管理到個(gè)體醫療、新藥開(kāi)發(fā)等廣泛應用，預料市場(chǎng)將迅速擴大，2008年后的增長(cháng)率將超過(guò)DNA芯片。

生物芯片的應用發(fā)展

　　生物芯片產(chǎn)業(yè)包括芯片制造的“硬件”部分與安放什么作為試樣(內容)及用芯片來(lái)干什么(應用)的“軟件”部分。

　　生物芯片的主要應用以遺傳基因診斷、新藥開(kāi)發(fā)及臨床診斷最為引人注目。疾病的遺傳基因分析對疾病的早期發(fā)現及早期治療非常重要，今后對遺傳基因診斷會(huì )越來(lái)越高。此外，隨著(zhù)表示個(gè)人差異的所謂SNP(Single Nucleotide Polymorphism——單核苷多態(tài)性)分析的迅速推廣，基于個(gè)人的SNP信息的新藥開(kāi)發(fā)及施行符合個(gè)人差異的個(gè)體醫療同樣是最重要的應用領(lǐng)域。

　　同時(shí)，對各種疾病從SNP遺傳變異的檢測到過(guò)去必須花費很長(cháng)時(shí)間培養的病原菌的檢測等都有了可能。

　　在生物芯片硬件產(chǎn)業(yè)中，由染色體分析和芯片技術(shù)獲得的大量DNA及蛋白質(zhì)信息再經(jīng)高速精確處理后的生物信息數據，對未來(lái)個(gè)體醫療將有巨大影響。生物芯片診斷試劑的開(kāi)發(fā)涉及多種領(lǐng)域，一旦開(kāi)發(fā)成功，效果極大。隨著(zhù)為弄清人種間、民族間遺傳差異研究的進(jìn)行，有必要開(kāi)發(fā)檢測物定人群的特有信息技術(shù)。估計在不久的將來(lái)，醫療費用中大約20%將是診斷費用，因而DNA芯片和蛋白質(zhì)芯片將是一個(gè)很大的市場(chǎng)。

　　DNA芯片要能廣泛采用，現行價(jià)格還太高。誰(shuí)要能開(kāi)發(fā)出廉價(jià)的芯片制造技術(shù)，誰(shuí)就將取得主導權。另一方面，軟件及內容部分也將成為今后的巨大挑戰。

預計今后將對生物芯片市場(chǎng)產(chǎn)生影響的技術(shù)包括：

　　很有希望的市場(chǎng)領(lǐng)域首先是片上實(shí)驗室與mTAS；其次是蛋白質(zhì)芯片；第三是特殊應用的生物芯片；第四為DNA芯片，尤其是已有DNA芯片的應用。為了推廣應用DNA芯片及蛋白質(zhì)芯片進(jìn)行診斷或對食品、化學(xué)物質(zhì)作出評價(jià)，必須隨著(zhù)芯片硬件技術(shù)進(jìn)步把價(jià)格降下來(lái)，而后確定診斷與評價(jià)芯片上是什么樣的排列(即內容)。

　　預期今后幾年內，從對全部遺傳基因排列的大規模篩選到幾個(gè)試樣為靶的簡(jiǎn)易篩選的各種生物芯片技術(shù)應用都很廣，并可望由此形成外部計測設備等的巨大市場(chǎng)。未來(lái)生物芯片發(fā)展前途無(wú)量?！?及泉)