西亚试剂：全新的快速诊断技术——生物芯片

作者：老米  2001年12月29日

一、实验室诊断技术发展

十九世纪末临床上开始使用细菌学和血清学检查法，医疗诊断又多了一项实验室诊断技术。一个多世纪来，实验室诊断技术及其诊断仪器发生了飞跃变化，从19世纪的血球蛋白计数到20世纪末的免疫测定技术，从细菌纯培养技术到现在的基因检测，实验室诊断在现代医学中发生越来越起到了不可替代的作用。由于医生、病人对医疗诊断快速性有效性的迫切要求，长期以来科学家们一直在寻找便捷的实验室诊断方法。六、七十年代出现的直接荧光抗体法和气液相色谱法被认为是代替细菌纯培养技术从而作为是对快速实验室诊断技术的有效探索，大约在70年代中期，偶然发现一种在航天技术中使用的自动化仪器可以用来测定尿液中的细菌，开创了体液诊断新路。此后，一物多用的自动化仪器不断增多，新型的免疫学和血清学方法不断出现，体液分析技术发展迅速，使实验室快速诊断技术成为可能。用于实验室快速诊断的方法包括物化方法的气、液相色谱技术、电泳技术和放射测量法以及自动化生化检测技术，免疫方法中的放射免疫测定法、酶联免疫吸附试验、免疫荧光技术和免疫胶体金技术等，20世纪末，PCR技术的发展使人类开展基因分析的工作大为简化。随着生物技术和计算机技术的高速发展，快速诊断技术有了更加先进的技术手段如基因芯片、蛋白质芯片和芯片实验室等，专家们预见，在今后一段时间内，生物芯片诊断技术将独领风骚。

二、快速诊断技术集大成者——生物芯片

        只要微量的样品，就可以在几个小时内对疾病进行检测，这就是生物芯片将要对疾病诊断发起的技术变革。20世纪90年代初开始实施的人类基因组计划（HGP）取得了人们当初意料不到的巨大进展，而由此也诞生了一项类似于计算机芯片技术的新兴生物高技术———生物芯片。严格来说，基因芯片的概念在80年代初就已经在SBH(sequencing by hybridization)提了出来。90年代初以美国为主开始进行的各种生物芯片的研制，短短10年间，芯片技术获得了迅速发展。目前国外已有十几家专业从事DNA芯片研究的公司，其代表公司为以光蚀刻技术为代表的Affymetrix公司、采用喷墨印刷技术的Incyte公司等等。国内清华大学、复旦大学等的一些实验室也在开展这一工作。

    生物芯片主要是指通过微加工和微电子技术在固体芯片表面构建微型生物化学分析系统，以实现对生命机体的组织、细胞、蛋白质、核酸、糖类以及其他生物组分进行准确、快速、大信息量的检测。目前常见的生物芯片分为三大类：即基因芯片（Genechip，DNAchip，DNA microarray）、蛋白芯片（Proteinchip）、芯片实验室（Lab－on－a－chip）或称微流控芯片（microfluid）等。生物芯片主要特点是高通量、微型化和自动化。生物芯片上高度集成的成千上万密集排列的分子微阵列，能够在很短时间内分析大量的生物分子，使人们能够快速准确地获取样品中的生物信息，检测效率是传统检测手段的成百上千倍。使用基因芯片分析人类基因组，可找出癌症、糖尿病由遗传基因缺陷引起疾病的致病的遗传基因。生物医学研究人员可以在数秒钟内鉴定出导致癌症的突变基因。借助一小滴测试液，医生们能很快检测病菌对人体的感染。利用基因芯片分析遗传基因，可以使糖尿病的确诊率达到50％以上。生物芯片在疾病检测诊断方面具有独特的优势，它可以在一张芯片上同时对多个病人进行多种疾病的检测。仅用极小量的样品，在极短时间内，向医务人员提供大量的疾病诊断信息，这些信息有助于医生在短时间内找到正确的治疗措施。对肿瘤、糖尿病、传染性疾病、遗传病等常见病和多发病的临床检验及健康人群检查，具有十分重要的应用价值。

三、国内外基因芯片研究动态

生物芯片技术突然崛起引起了世界各国的广泛关注和重视。美国是生物芯片技术最为领先的国家。Affymetrix公司是生物芯片技术的开拓者，早在80 年代末即开始研究光引导的原位合成技术，这一技术导致了第一代生物芯片的诞生。美国政府自1998年正式启动生物芯片计划以来，已有美国国立卫生研究院、能源部、国防部、司法部等政府机构，斯坦福大学、MIT、阿尔贡实验室等著名科研机构，以及Affymetrix 、Hyseq、Nanogen、 Incyte、 Caliper等著名生物芯片技术公司参与该项计划。在过去的十年里，美国在这一领域共投入了近20亿美元，目前第一代生物芯片已进入实用化、产业化阶段，如Affymetrix公司1998年生产出带有13.5万个基因探针的芯片，最近又推出了有40万个探针的芯片。这些芯片可用于检测爱滋病毒抗药性突变以及癌症中P53基因的突变。根据报告统计，，Affymetrix、Apogent和GeneMachines 当前控制着73％的芯片市场份额。

世界各国也纷纷加大投入，英国剑桥大学、欧亚公司正在从事该领域的研究。世界大型制药公司尤其对基因芯片技术感兴趣，都已建立了或正在建立自己的芯片设备和技术。以生物芯片为核心的相关产业正在全球崛起，目前美国已有10多家生物芯片公司股票上市，平均每年股票上涨75％。专家统计：全球目前生物芯片工业产值为10亿美元左右，预计今后5年之内，生物芯片的市场销售可达到200亿美元以上。

我国是从1997年才开始对生物芯片有所了解，正式进入生物芯片研究领域是在1998年，现有20多家科研机构及公司从事生物芯片的开发，主要有清华大学生物芯片中心、上海联合基因科技集团、军事医学科学院、第一军医大学、第四军医大学、东南大学、复旦大学、中科院上海冶金所、中科院上海细胞所、浙江大学等。2000年初国内从事生物芯片技术研究的多家单位联合成立了国家生物芯片技术中心。在第一代芯片研制开发方面，我国已取得一系列的科研成果，如陕西超群公司的SP—GC200型芯片，已获生产批号，可用于乙肝、丙肝病毒以及新生儿疾病的检测；第四军医大学研制了2个大类8个品种20多个规格的生物芯片和芯片阅读机，用于胃病、肝炎、性病等疾病诊断；联合基因公司与第一军医大学合作，在表达谱芯片研制上已达到世界先进水平，并且在广州成功实现了大规模生产，计划到今年年底生产200万片，明年生产1000万片以上。清华大学生物芯片中心已成功研制出电磁式生物芯片，表明我国在第二代生物芯片的研制上，与发达国家基本保持同步。目前，国内从事生物芯片产业化开发并且已经取得重要进展的企业主要包括上海联合基因科技集团、上海博星基因芯片有限公司、博华基因芯片技术有限公司、北京博奥生物芯片有限公司、深圳微芯生物工程公司、广州功能基因组有限公司、西安高科实业股份公司基因生命科技分公司和陕西超群科技股份公司、浙江江南生物科技有限公司以及上海博德基因开发有限公司与广东肇庆星湖生物科技股份有限公司合资组建的一家生物芯片公司。其中以北京博奥生物芯片有限公司和上海联合基因科技集团规模较大，上海联合基因科技集团目前正准备与帕卡德公司磋商以加强其在生物芯片领域的合作。港台方面，也有香港城市大学已经开发了用于检测的(1)地中海贫血（一种遗传病）；(2)肺结核杆菌及其耐药性（传染病）(3)白血病（癌症）生物芯片。台湾晶宇生物科技公司已研发出肠病毒检验生物芯片。以上资料由西亚试剂：http://www.xiyashiji.com/提供

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