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生物芯片是一類快速、、高通量的生物分析器件或集成化分析系統(tǒng)，包括微陣列芯片、微流控芯片、芯片實驗室以及相關(guān)的儀器和設(shè)備。它集合計算機(jī)、微電子、微機(jī)械、生物化學(xué)、分子生物學(xué)和生物信息學(xué)等技術(shù)，在一個微小的芯片表面或芯片內(nèi)部的微流體系統(tǒng)研究生物大分子之間或者生物大分子與其他化學(xué)小分子之間的反應(yīng)。
生物芯片能整合樣品制備、分子識別和反應(yīng)、信號檢測和信號放大等獨立的分析過程，使之連續(xù)化、平行化、集成化和微型化。生物芯片被認(rèn)為是當(dāng)今十分重要且具有戰(zhàn)略意義的前沿高新技術(shù)。它們不僅在功能基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)和毒理組學(xué)等領(lǐng)域研究中發(fā)揮了重要的作用，而且在疾病診斷和治療、新藥研究和開發(fā)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、食品安全、國防等領(lǐng)域中已經(jīng)顯示出了非常廣闊的應(yīng)用前景和巨大的商業(yè)市場。截至目前，共有13000多篇生物芯片相關(guān)論文發(fā)表，其中1000多篇發(fā)表在Cell、Nature、Science等學(xué)術(shù)刊物上。經(jīng)過了十多年的發(fā)展，生物芯片技術(shù)日趨成熟。其中技術(shù)較為成熟的微陣列芯片已經(jīng)大量進(jìn)入實用。
微流體芯片等技術(shù)正在逐漸成熟并開始被各領(lǐng)域應(yīng)用。同時，新世紀(jì)是大生命科學(xué)的世紀(jì)，功能基因組、蛋白質(zhì)組、代謝組等大科學(xué)研究計劃強(qiáng)力地推動了基于生物芯片的高通量生物分析技術(shù)和研究平臺的市場需求。
1生物芯片領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀以及趨勢
以生物芯片為核心的相關(guān)產(chǎn)業(yè)正在崛起。當(dāng)前主要把生物芯片相關(guān)產(chǎn)品分為DNA芯片及相關(guān)耗材、試劑盒，DNA芯片相關(guān)儀器類產(chǎn)品，軟件及相關(guān)服務(wù)；芯片實驗室相關(guān)產(chǎn)品；蛋白芯片及相關(guān)耗材、試劑盒，蛋白芯片相關(guān)儀器以及服務(wù)，特制以及其他生物芯片。
在DNA芯片及相關(guān)耗材方面，所有的DNA芯片公司都在盡可能地擴(kuò)大自有產(chǎn)品線以迎合更多客戶提出的不同需求，新型芯片密度也將會越來越高。例如美國昂飛（Affymetrix）公司提供的GeneChip®Mapping500KArraySet，覆蓋全基因組的500000SNPs，可得到數(shù)倍至數(shù)十倍的遺傳信息；病毒及細(xì)菌的基因組DNA芯片也已經(jīng)研制成功；各種全基因組DNA芯片如酵母、蠶、大鼠、小鼠、豬、魚、鳥以及人類的等等均已普遍應(yīng)用。2005年1月，美國FDA批準(zhǔn)羅氏公司的CYP450基因診斷芯片上市。CYP450基因診斷的結(jié)果將對心臟病、疼痛和癌癥的治療提供有價值的參考。這項技術(shù)也是基于昂飛公司的定制GeneChip系列和3000Dx儀器平臺。該診斷產(chǎn)品的批準(zhǔn)預(yù)示著更多的分子診斷產(chǎn)品將陸續(xù)得到認(rèn)可。荷蘭的Agendia公司也與Agilent公司合作開發(fā)以DNA芯片為基礎(chǔ)的診斷產(chǎn)品。不少大型診斷公司開始關(guān)注生物芯片市場，更多的制藥以及生物制藥公司也正在加大這方面的投入。
在DNA芯片相關(guān)儀器類產(chǎn)品方面，逐漸降低價格以及恰當(dāng)?shù)靥岣咦詣踊綄⒑艽蟪潭壬铣蔀榻窈笫袌錾蟽x器產(chǎn)品的走向。對于相關(guān)軟件的發(fā)展方向來說，主要包括兩個方面：一是尋求更有用的工具進(jìn)行整和，二是尋求更親和的界面。
其他方面來說，芯片實驗室被視為分子診斷領(lǐng)域的一個巨大的潛在市場。它將在疾病控制和預(yù)防，食品和環(huán)境安全，公an和國防等諸多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。還有，芯片服務(wù)的供應(yīng)商將竭盡所能滿足逐漸增長的客戶需求。目前客戶需求的服務(wù)主要包括掃描、雜交、靶標(biāo)制備、DNA芯片點樣、探針制備和核酸靶樣品制備。隨著業(yè)務(wù)的逐漸擴(kuò)大，服務(wù)供應(yīng)商將投資下一階段的新微陣列技術(shù)和儀器。另外，由于人類蛋白組太大以至于無法放到一張芯片上，許多公司將選擇小范圍的蛋白靶目標(biāo)以獲得研發(fā)的大回報。特制芯片技術(shù)也處于持續(xù)的發(fā)展變化當(dāng)中，產(chǎn)品多樣化將是下一代特制芯片的主要特點。該市場的主要驅(qū)動在于客戶*應(yīng)用的需求，其主要發(fā)展方向在于芯片中的芯片（arraytoarray）、基于孔板和磁珠等的多樣化技術(shù)，以及這些技術(shù)在高通量的基因突變篩選和疾病診斷中的應(yīng)用。
2國內(nèi)生物芯片領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
經(jīng)過國家近10年來特別是“十五”期間的強(qiáng)力資助，我國生物芯片研究已取得一定成果。國家科學(xué)技術(shù)部關(guān)于“功能基因組和生物芯片”重大專項研究中的生物芯片研究，近5年來在NatureBiotechnology、ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica、ClinicalChemistry、JournalofVirology等刊物上發(fā)表論文近20篇，申報了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的與感染性疾病和腫瘤相關(guān)的標(biāo)志基因簇和新基因753個，獲得了可用于病毒、細(xì)菌感染和腫瘤診治的標(biāo)志基因（簇）和靶向小分子干擾RNA分子等一批重要成果。“十五”期間共申請國內(nèi)356項，國外62項，其中國內(nèi)授權(quán)105項，國外授權(quán)8項。在國家科學(xué)技術(shù)部等單位的支持下，我國已主辦了3屆生物芯片技術(shù)論壇，累計參會人數(shù)超過千人，交流研究論文200余篇。
我國是世界上批準(zhǔn)生物芯片進(jìn)入臨床早的國家，比美國早近3年。迄今已有8個芯片及相關(guān)產(chǎn)品拿到了不同形式的新藥及醫(yī)療器械證書。“十一五”期間，國家對生物芯片及其相關(guān)儀器和試劑的研究開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展繼續(xù)給予了重點支持，在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）中專門設(shè)立了“生物芯片儀器和試劑”重點項目，目標(biāo)是瞄準(zhǔn)生物芯片的發(fā)展前沿和我國生物芯片儀器與試劑技術(shù)研發(fā)的需求，在“十五”的研發(fā)基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展多項具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)與產(chǎn)品，搶占行業(yè)發(fā)展的制高點，建立起具有競爭力的生物芯片儀器和試劑技術(shù)體系和品牌。
在微陣列芯片方面，目前已開發(fā)出肝炎病毒檢測芯片、呼吸道病原微生物檢測芯片、性傳播疾病病原體檢測芯片，并有多家單位正在進(jìn)行遺傳疾病診斷芯片、腫瘤評價芯片、心血管疾病診斷芯片的研發(fā)。生物芯片北京國家工程研究中心、國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局的部分單位、軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院、西北大學(xué)等單位已開始了用于食品檢測的生物芯片的研發(fā)工作，并已取得一些成果。細(xì)胞微陣列芯片和組織微陣列芯片的研發(fā)工作相對滯后，尚處于探索階段，但已有數(shù)篇研究論文在刊物上發(fā)表[6,7]，部分組織微陣列芯片的產(chǎn)品已開始為醫(yī)學(xué)研究服務(wù)。
在微流控芯片的制作和應(yīng)用方面，浙江大學(xué)、南京大學(xué)、清華大學(xué)、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、長春應(yīng)用化學(xué)研究所等單位均開展了研究并取得了可喜的成就[8,9]，尤其在毛細(xì)管電泳芯片方面。但是，在微流控芯片的模塊化、集成化方面還有很多工作要做。根據(jù)當(dāng)前微流控芯片的迅猛發(fā)展及其在生命科學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用的激烈競爭形勢，迅速開展微流控芯片的應(yīng)用基礎(chǔ)性研究已刻不容緩，我們有必要通過加強(qiáng)應(yīng)用基礎(chǔ)研究與開發(fā)，推出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的微流控分析芯片來滿足大部分中國市場的需求。
在生物芯片儀器類產(chǎn)品研發(fā)方面，在“十五”863計劃的支持下，以博奧生物有限公司暨生物芯片北京國家工程研究中心（以下簡稱“博奧生物”）為主的國內(nèi)相關(guān)公司已研制出與生物芯片配套的具有部分自主知識產(chǎn)權(quán)的生物芯片點樣儀、雜交儀、掃描儀等儀器產(chǎn)品并投放市場，產(chǎn)品已達(dá)到國外同類產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，同時具有高性價比，在國內(nèi)外市場上獲得了用戶的好評。2005年，這些產(chǎn)品在國內(nèi)的*已達(dá)到30%。為了滿足上述產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化、應(yīng)用推廣和出口創(chuàng)匯的需要，我國部分企業(yè)及其產(chǎn)品還獲得了標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的、ISO認(rèn)證、美國FDA備案、歐盟理事會（CE）認(rèn)證和中國食品藥品監(jiān)督管理局醫(yī)療器械證書，這些認(rèn)證使其中部分儀器產(chǎn)品得以直接出口到歐、美、亞、澳等四大洲。例如，博奧生物生產(chǎn)的LuxScanTM10K激光共焦掃描儀已有數(shù)十臺次出口到美國和歐洲、澳洲、亞洲的部分國家和地區(qū)，今年又與西班牙簽訂了總值過100萬美元、*自主研發(fā)的9套HLA分型系統(tǒng)的出口貿(mào)易合同。另外高層次的商業(yè)合作也已展開。去年，博奧生物與zui大的基因芯片公司——美國昂飛公司簽訂了共同投入、共同開發(fā)新品、共同開發(fā)市場和知識產(chǎn)權(quán)共享的戰(zhàn)略合作協(xié)議。今年已實現(xiàn)出口創(chuàng)匯上百萬美元。今年上海生物芯片公司與跨國制藥公司Merck也簽訂了微陣列芯片的服務(wù)合作協(xié)議。從耗材類產(chǎn)品來看，盡管競爭十分激烈，但博奧生物立足于自主研發(fā)，開發(fā)和生產(chǎn)出了與競爭對手產(chǎn)品性能相同的系列化基片產(chǎn)品，以及具有自主知識產(chǎn)權(quán)的蓋片，雜交盒和點樣液等，在很大程度上*整個中國生物芯片自主產(chǎn)品線的空缺，同時競爭力的價格也為進(jìn)一步開拓海外市場確立了基礎(chǔ)。
在臨床檢測方面，低密度的臨床檢測芯片將成為生物芯片進(jìn)入臨床的切入口。生物芯片技術(shù)的主要特點是高密度（多指標(biāo)檢測）和高通量（多樣品檢測），但實際上低密度生物芯片的檢測是近期生物芯片技術(shù)臨床應(yīng)用發(fā)展的熱點。其原因主要有兩點：一是雖然多數(shù)疾病的影響因素很多，但在診斷和鑒別診斷中的檢驗指標(biāo)并不一定要多，故低密度檢測芯片在大多數(shù)情況下可以滿足檢測需要；二是低密度芯片檢測的指標(biāo)少，檢測時各指標(biāo)間的相互影響小，在制作工藝、檢測結(jié)果上，能夠較好地保證重復(fù)性。相信在不遠(yuǎn)的將來，更多成熟的生物芯片產(chǎn)品可以從實驗室走入臨床常規(guī)檢測，臨床醫(yī)生可以借助生物芯片技術(shù)對許多疾病實現(xiàn)早期診斷和個體化診斷治療。
另外，我國在生物芯片產(chǎn)業(yè)的設(shè)計與發(fā)展方面非常重視與人民生活和健康相關(guān)的各種應(yīng)用技術(shù)和產(chǎn)品的開發(fā)。隨著國內(nèi)人民生活水平的逐漸提高以及健康意識的逐漸增強(qiáng)，快速、小巧和準(zhǔn)確性高的芯片實驗室系統(tǒng)終將成為家庭健康護(hù)理市場的主流，以滿足更多的需求。博奧生物在與健康領(lǐng)域相關(guān)的基因芯片、蛋白芯片、細(xì)胞芯片和微流體芯片技術(shù)的研究已達(dá)到或超過了水平。例如，其開發(fā)的自身免疫性疾病檢測、病原微生物檢測、食品安全檢測、HLA分型檢測（骨髓建庫分型）、健康篩查等與全民健康息息相關(guān)的諸多應(yīng)用型芯片技術(shù)已于西方發(fā)達(dá)國家。
3生物芯片產(chǎn)業(yè)所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)
隨著整個生命科學(xué)領(lǐng)域市場以及產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，包括中國在內(nèi)的生物芯片以及相關(guān)行業(yè)正面臨著的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。在臨床領(lǐng)域，美國FDA批準(zhǔn)*生物芯片診斷產(chǎn)品，將為其他芯片產(chǎn)品研制與開發(fā)帶來更大的驅(qū)動效力。在研發(fā)領(lǐng)域，高密度全基因組芯片已經(jīng)上市，為今后的間競爭帶來更大的挑戰(zhàn)。在產(chǎn)業(yè)化方面，商業(yè)用生物芯片價格將普遍下調(diào)，競爭將日趨激烈。商業(yè)用生物芯片質(zhì)量、客戶滿意程度以及可信程度將成為影響今后芯片服務(wù)的主要因素。生物芯片市場將出現(xiàn)更多的應(yīng)用領(lǐng)域，家庭市場、農(nóng)業(yè)、食品安全以及環(huán)境檢測可能占據(jù)更多的*。在其他產(chǎn)品以及應(yīng)用領(lǐng)域方面，中高通量的多元化芯片將更具競爭力。全自動的芯片實驗室產(chǎn)品增長勢頭強(qiáng)勁，將為今后的芯片市場格局帶來新的變化。蛋白芯片市場將持續(xù)增長。藥物安全評價以及生物標(biāo)志物檢測需要生物芯片的充分介入，其市場需求也將會持續(xù)增加。
總體而言，在研究方面，我國生物芯片的綜合學(xué)術(shù)水平與水平差距正在逐漸縮小，但在芯片各關(guān)鍵技術(shù)如輸運和標(biāo)記整合技術(shù)、新型生物芯片設(shè)計理論體系、集成化檢測技術(shù)等方面的基礎(chǔ)研究水平仍有待提高。在產(chǎn)業(yè)化方面，隨著國內(nèi)GDP和科研投入的逐年增長，在國內(nèi)外生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域需求的推動下，我國生物芯片的產(chǎn)業(yè)發(fā)展在面臨著巨大挑戰(zhàn)的同時，正面臨著良好的機(jī)遇。生物芯片技術(shù)正逐步走向整體化、系統(tǒng)化，相應(yīng)的配套試劑、儀器和軟件的研究越來越受到重視，我國生物芯片技術(shù)將在不遠(yuǎn)的將來與世界同行更強(qiáng)地同臺競爭，為國民生活質(zhì)量的提高，為人類的科技進(jìn)步和文明發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
（文章來源:中國醫(yī)藥生物技術(shù)作者：何鵬）（轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)網(wǎng)）
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