近日，美国《财富》杂志载文指出，在20世纪科技史上有两件事影响深远：一是微电子芯片，它是计算机和众多家电的心脏，它改变了我们的经济和文化生活，并已进入每一个家庭；另一件事就是生物芯片，它将改变生命科学的研究方式，革新医学诊断和治疗，极大地提高人口素质和健康水平。有人认为，从某种意义上说，如果20世纪属于微电子芯片的话，21世纪则是生物芯片的时代。 生物芯片应用广泛 生物芯片的技术来源可追溯到一个多世纪之前，EdSouthern先生发现被标记的核酸分子能够与另一被固化的核酸分子配对杂交。这被看做是最早的生物芯片。到上世纪80年代，BainsW.等人将短的DNA片断固定到支持物上，借助杂交方式进行序列测定。 真正意义上的生物芯片诞生于上世纪90年代初，它是一种能对生物分子进行快速并行处理和分析的薄型固体器件。它只有指甲盖大小，材料一般为玻片、硅片、尼龙膜、塑料等。就像计算机芯片是为了制作计算机一样，生物芯片技术是为了制作能够把样品制备、生化反应和结果检测三步集成在一起的微型全分析系统，也称作芯片实验室系统。 生物芯片上集成有成千上万密集排列的分子微阵列，通过自动化的检测软件，能够在短时间内分析大量的生物分子，使人们快速准确地获取样品中的生物信息，效率是传统检测手段的成百上千倍。 根据应用领域的不同，生物芯片可以被划分为基因芯片、蛋白质芯片及芯片实验室三大类型： 基因芯片 ： 又称DNA芯片。它是在基因探针的基础上研制出的，所谓基因探针只是一段人工合成的碱基序列，在探针上连接一些可检测的物质，根据碱基互补的原理，利用基因探针到基因混合物中识别特定基因。它将大量探针分子固定于支持物上，然后与标记的样品进行杂交，通过检测杂交信号的强度及分布来进行分析。 蛋白质芯片 ：其原理与基因芯片基本相同，但它利用的不是碱基配对，而是抗体与抗原结合的特异性即免疫反应来检测。蛋白质芯片构建的简化模型为：选择一种固相载体，该载体可牢固地结合蛋白质分子(抗原或抗体)，从而形成蛋白质微阵列，即蛋白质芯片。 芯片实验室 ：这是高度集成化的集样品制备、基因扩增、核酸标记及检测为一体的便携式生物分析系统，它的最终目的是实现生化分析全过程全部集成在一片芯片上完成，从而使现有的许多烦琐、费时、不连续、不精确和难以重复的生物分析过程自动化、连续化和微缩化，属未来生物芯片的发展方向。 未来市场前景广阔 生物芯片的成熟和应用一方面将为本世纪的疾病诊断和治疗、新药开发、分子生物学、航空航天、司法鉴定、食品卫生和环境监测等领域带来一场革命；另一方面则为人类提供了能够对个体生物信息进行高速、并行采集和分析的强有力的技术手段，必将成为未来生物信息学研究中的重要信息采集和处理平台。 目前，生物芯片市场增长势头迅猛。2000年，全球生物芯片市场为120亿美元；到2001年，这一数额已上升到170亿美元。据预测，2005年全球生物芯片市场将达到200亿美元，仅美国用于基因组研究的芯片销售额将达50亿美元。 有关专家认为，生物芯片将在以下四个方面具有广阔的前景： 1. 药物筛选和新药开发 由于所有药物(或兽药)都是直接或间接地通过修饰、改变人类(或相关动物)基因的表达及表达产物的功能而生效，而芯片技术具有高通量、大规模、平行性地分析基因表达或蛋白质状况(蛋白质芯片)的能力，利用芯片进行大规模的药物筛选研究可以省略大量的动物实验甚至临床，缩短药物筛选所用时间，提高效率，降低风险。 2. 中药基因组学研究和我国的中药现代化 中药基因组学的含义是通过现代科学技术手段结合传统中药理论和现代科学理论，将中药的药性、功能及主治与其对特定疾病相关基因表达调控的影响关联起来，在分子水平上用现代基因组学，特别是功能或疾病基因组学的理论来诠释传统中药理论及作用机理。能够做到这一点，将极大地推动我国几千年悠久深厚的中药文化资源得到进一步的挖掘。 3.疾病诊断 基因芯片作为一种先进的、大规模、高通量检测技术，应用于疾病的诊断，其优点有以下几个方面：一是高度的灵敏性和准确性；二是快速简便；三是可同时检测多种疾病。 4.环境保护及其他 在环境保护上，基因芯片也有广泛的用途，一方面可以快速检测污染微生物或有机化合物对环境、人体、动植物的污染和危害，另一方面还可用于农业、商检、司法等领域。 专家预测，基因芯片及相关产业将取代微电子芯片产业，成为本世纪最大的产业。 产业化并非轻而易举 目前，国内外已出现许多从事生物芯片研究的公司，每家公司的芯片技术都各具特色，应用目的也各不相同。但是，要使生物芯片研究成果顺利实现产业化却并非一桩简单的事情。 生物芯片技术研发难度大，生产周期长，成本高，因此难以形成规模。美国虽然已有多个生物芯片上市公司，产品也五花八门，但至今没有一家公司的产品获得美国医疗卫生部门的认证。 据统计，目前我国生物芯片企业不少于50家，但获得国家有关部门认证的只有极少数。目前，70％~80％的生物芯片还只是用在研发上，离完全产业化还有一段不短的距离。由于研发成本高，其产品价格也较高。即使目前在此领域最具实力的美国Affymetrix公司，其产品单价也高达上千美元，难以向市场推广。业内人士认为，未来生物芯片的最大市场是诊断试剂领域。 尽管生物芯片的未来发展之路不平坦，但是有关专家在展望生物芯片的前景时说，生物芯片在基因表达谱分析、基因诊断、药物筛选及序列分析等诸多领域已呈现出广阔的应用前景。生物芯片技术发展到今天不过短短几年时间，随着研究的不断深入和技术的更加完善，它一定能够在生命科学研究领域发挥出其非凡的作用。 （转摘自《中国医药报》）
