第一情报 ---生物与医药

医疗器械技术发展:生物芯片技术

供稿人:ISTIS  供稿时间:2006-8-21   关键字:生物芯片  
生物芯片则是在很小几何尺度的表面积上,装配一种或集成多种生物活性,仅用微量生理或生物采样,即可以同时检测和研究不同的生物细胞、生物分子和DNA的特性,以及它们之间的相互作用,获得生命微观活动的规律。
 
生物芯片可以分为蛋白质芯片(生物分子芯片)、基因芯片(即DNA芯片)和芯片实验室等几类,都具有集成、并行和快速检测的优点。
 
生物芯片技术已成为21世纪生物医学工程的前沿科技,生物芯片产业也在不断壮大,2001年,全球生物芯片的市场已达170亿美元,比1998年增长16倍,最近5年之内,应用生物芯片的市场销售将达到200亿美元左右,2010年有可能上升为400亿美元。美国近20年间在生物芯片的R&D投入约20亿美元。
 
新兴的生物芯片技术层出不穷,生物芯片的应用领域也在不断扩展。
 
蛋白质芯片的发展经历了约十年的时间,现已出现了相对成熟的技术,如瑞典的BIACORE单元芯片,我国中科院力学所的多元蛋白质光学芯片和美国的SELDI质谱芯片等。它们的共同特点都是将生物分子作为配基,固定在固体芯片表面或表面微单元上,以单一、或面阵、或序列式。利用生物分子间的特异结合的自然属性,待测分子与配基分子在芯片表面会形成生物分子复合物。然后,检测此复合物的存在与否,达到对蛋白质的探测、识别和纯化的目的。以上不同技术的差异仅在探测方法的不同。BIACORE技术利用表面等离子体共振技术检测芯片,进行单一蛋白质检测;多元蛋白质光学芯片是光学成象法,可以同时检测多种混合的蛋白质;SELDI技术则采用质谱法,以时间顺序检测序列蛋白质。
 
蛋白质芯片由于在基础研究和技术实现方面尚有诸多难题,因此其商业化步子还很小,据称美国加州Ciphergen生物系统公司已有产品投放市场,而英国的Cambridge Antibody Technology也在利用蛋白质芯片从事研究、诊断和药物发现工作。
 
随着人类基因工程的发展,基因芯片(DNA芯片)技术得到迅速的发展。DNA芯片是根据DNA双螺旋原理而发展的核酸链间分子杂交的技术。DNA芯片技术可以快速分析大量的基因信息,从而使生物医学工作者可以研究并收集基因表达和变异信息。目前国内外已有公司生产并销售的DNA芯片有两类,一类是在芯片上原位合成待测的寡核苷酸,再与荧光标记的DNA探针放在一起,当DNA探针杂交到寡核苷酸阵列上后,互补序列通过荧光扫描确定。该寡核苷酸阵列格式可用于检测变异,在基因中定位目标区域,和基因表达的研究,以及确定基因功能。另一类DNA芯片利用微量点样技术在芯片上制作互补DNA(cDNA)阵列,再与荧光标记的DNA探针杂交。cDNA阵列格式用于快速筛选。
 
基因芯片是生物芯片研究中最先实现商品化的产品。美国的Affymetrix公司是世界上最有影响的基因芯片开发制造商,已开发全套的生物芯片技术相关产品。Affymetrix以其拥有专利的寡聚核苷酸原位光刻合成技术,年产各类寡聚核苷酸基因芯片达到几十万张,占据了表达谱基因芯片科研市场的一半以上,成为为数极少的已经盈利的生物芯片公司。
 
芯片实验室(LOC)为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,它最终的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,是未来生物芯片的发展方向。
 
Frost&Sullivan市场调查公司指出,芯片实验室正快速发展,其商业应用前景非常广阔。LOC具有精确、灵活、方便使用等优点,在诊断领域中有很大的影响力,特别是集中式的实验室分析和即时检验。目前,这种诊断的世界市场为250亿美元,因此LOC有很大发展的潜力,是医疗器械中的明日之星。市场调研公司NanoMarkets预测,以纳米器械作为医疗解决方案的技术将在2009年达到13亿美元,并在2012年增加到250亿美元,其中以芯片实验室最具发展潜力,市场增长率最快。

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