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  • 生物芯片:本世紀最大的產業

    上一篇 / 下一篇  2008-01-04 13:32:04/ 個人分類:現代分析技術

    生物芯片:本世紀最大的產業

      據人民網-市場報(李衛紅):生物芯片的技術來源追朔到一個多世紀之前,EdSouthern先生發現被標記的核酸分子能夠與另一被固化的核酸分子配對雜交。因此,Southernblot可被看做是最早的生物芯片。在八十年代,BainsW.等人就將短的DNA片斷固定到支持物上,借助雜交方式進行序列測定。但基因芯片從實驗室走向工業化卻是直接得益于探針固相原位合成技術和照相平板印刷技術的有機結合以及激光共聚焦顯微技術的引入。它使得合成、固定高密度的數以萬計的探針分子切實可行,而且借助激光共聚焦顯微掃描技術使得可以對雜交信號進行實時、靈敏、準確的檢測和分析。

       何為生物芯片   

       生物芯片是將生命科學研究中所涉及的不連續的分析過程(如樣品制備、化學反應和分析檢測),利用微電子、微機械、化學、物理技術、計算機技術在固體芯片表面構建的微流體分析單元和系統,使之連續化、集成化、微型化。生物芯片技術有四大要點:芯片方陣的構建、樣品的制備、生物分子反應和信號的檢測。

       生物芯片的主要類型   

       生物芯片技術是一種高通量檢測技術,它包括基因芯片、蛋白芯片及芯片實驗室三大領域。   

       1、基因芯片(Genechip)又稱DNA芯片(DNAChip)。它是在基因探針的基礎上研制出的,所謂基因探針只是一段人工合成的堿基序列,在探針上連接一些可檢測的物質,根據堿基互補的原理,利用基因探針到基因混合物中識別特定基因。它將大量探針分子固定于支持物上,然后與標記的樣品進行雜交,通過檢測雜交信號的強度及分布來進行分析。   

       2、蛋白質芯片與基因芯片的基本原理相同,但它利用的不是堿基配對而是抗體與抗原結合的特異性即免疫反應來檢測。蛋白質芯片構建的簡化模型為:選擇一種固相載體能夠牢固地結合蛋白質分子(抗原或抗體),這樣形成蛋白質的微陣列,即蛋白質芯片。   

       3、芯片實驗室為高度集成化的集樣品制備、基因擴增、核酸標記及檢測為一體的便攜式生物分析系統,它最終的目的是實現生化分析全過程全部集成在一片芯片上完成,從而使現有的許多煩瑣、費時、不連續、不精確和難以重復的生物分析過程自動化、連續化和微縮化,屬未來生物芯片的發展方向。

       生物芯片的應用前景展望   

       生物芯片的成熟和應用一方面將為本世紀的疾病診斷和治療、新藥開發、分子生物學、航空航天、司法鑒定、食品衛生和環境監測等領域帶來一場革命;另一方面生物芯片的出現為人類提供了能夠對個體生物信息進行高速、并行采集和分析的強有力的技術手段,故必將成為未來生物信息學研究中的一個重要信息采集和處理平臺。   

       關于生物芯片的市場狀況,到2001年,全世界生物芯片的市場已達170億美元,用生物芯片進行藥理遺傳學和藥理基因組學研究所涉及的世界藥物市場每年約1800億美元。在最近的5年之內,應用生物芯片的市場銷售將達到200億美元左右。根據專家統計:全球目前生物芯片工業產值最近5年的市場銷售可達到200億美元以上。到2005年,僅美國用于基因組研究的芯片銷售額將達50億美元,2010年有可能上升為400億美元。這還不包括用于疾病預防及診治及其它領域中的基因芯片,這部分預計比基因組研究用量還要大上百倍。因此,基因芯片及相關產品產業將取代微電子芯片產業,成為本世紀最大的產業。

       我國生物芯片的市場前景   

       1、藥物篩選和新藥開發:由于所有藥物(或獸藥)都是直接或間接地通過修飾、改變人類(或相關動物)基因的表達及表達產物的功能而生效,而芯片技術具有高通量、大規模、平行性地分析基因表達或蛋白質狀況(蛋白質芯片)的能力,芯片作大規模的藥物篩選研究可以省略大量的動物試驗甚至臨床,縮短藥物篩選所用時間,提高效率,降低風險。   

       2、中藥基因組學研究和我國的中藥現代化:中藥基因組學的含義是通過現代科學技術手段結合傳統
    中藥理論和現代科學理論,將中藥的藥性、功能及主治與其對特定疾病相關基因表達調控的影響關聯起來,在分子水平上用現代基因組學,特別是功能或疾病基因組學的理論來詮釋傳統中藥理論及作用機理。能夠做到這一點,將極大地推動我國幾千年悠久深厚的中藥文化資源得到進一步的發展和弘揚。   

       3、疾病診斷:基因芯片作為一種先進的、大規模、高通量檢測技術,應用于疾病的診斷,其優點有以下幾個方面:一是高度的靈敏性和準確性;二是快速簡便;三是可同時檢測多種疾病。   

       4、環境保護及其他:在環境保護上,基因芯片也廣泛的用途,一方面可以快速檢測污染微生物或有機化合物對環境、人體、動植物的污染和危害,同時還可用于農業、商檢、司法等領域的實用化芯片開發出來。

       將生物芯片的產業化

       1、制造技術:基因芯片從實驗室走向工業化卻是直接得益于探針固相原位合成技術和照相平板印刷技術的有機結合以及激光共聚焦顯微技術的引入。它使得合成、固定高密度的數以萬計的探針分子切實可行,而且借助激光共聚焦顯微掃描技術使得可以對雜交信號進行實時、靈敏、準確的檢測和分析。芯片技術原理并不復雜,就其制作涉及的每項技術而言,我國已具有實際能力。芯片如何實現各種相關技術的整合集成,是我國發展生物芯片的難點。   

       2、基因、蛋白質等前沿研究:對生物芯片工業來講,除去制作技術外,關鍵就是芯片上放置的基因和蛋白質等物質了。如果制作用于檢測某人核苷酸多態性以診斷某種遺傳病,或者用于基因測序,那么芯片探針上一般放置的是有8個堿基的寡聚核苷酸片段,基因芯片和蛋白質芯片則相應放置的是基因標志性片段EST(可表達的基因標志性cDNA序列片段,可以通過對mRNA的雙端尾側的幾百個堿基進行測序得到)、全長基因或蛋白質。因此制作生物芯片首先要解決的是DNA探針、基因以及蛋白質的盡可能全面和快速的收集問題。

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    TAG: 基因生物芯片

     

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