什麼叫做生物晶片
通俗地說,生物晶片是指藉助微加工和微電子技術,將數以萬計、乃至百萬計的特定序列的DNA片段(基因探針),有規律地排列固定於2cm2的矽片、玻片等支持物上,構成的一個二維DNA探針陣列,與計算機的電子晶片十分相似,所以被稱為基因晶片,基因晶片的原型是80年代中期提出的。基因晶片的測序原理是雜交測序方法,即通過與一組已知序列的核酸探針雜交進行核酸序列測定的方法,在一塊基片表面固定了序列已知的靶核苷酸的探針,當溶液中帶有螢光標記的核酸序列TATGCAATCTAG,與基因晶片上對應位置的核酸探針產生互補匹配時,通過確定螢光強度最強的探針位置,獲得一組序列完全互補的探針序列。據此可重組出靶核酸的序列,隨著人類基因組計劃的逐步實施以及分子生物學相關學科的迅猛發展,越來越多的動植物、微生物基因組序列得以測定,基因序列數據正在以前所未有的速度迅速增長,然而,怎樣去研究如此眾多基因在生命過程中所擔負的功能就成了全世界生命科學工作者共同的課題,為此,建立新型雜交和測序方法以對大量的遺傳信息進行高效、快速的檢測、分析就顯得格外重要了。
生物晶片的分類
全球首個生物晶片產品問世雖然已有20多年的時間,但生物晶片分類方式仍沒有完全統一的標準。比較常見的分類方式有3種,分別是按用途、作用方式和成分來分類,按用途分類,分為生物電子晶片即用於生物計算機等生物電子產品的製造,生物分析晶片即用於各種生物大分子、細胞、組織的操作以及生物化學反應的檢測。生物電子晶片目前在技術和應用上並不十分成熟,一般情況下所指的生物晶片主要為生物分析晶片,按照作用方式分類,分為主動式晶片是指把生物實驗中的樣本處理純化、反應標記及檢測等多個實驗步驟集成,通過一步反應就可主動完成,其特點是快速、操作簡單,因此有人又將它稱為功能生物晶片。
主要包括微流體晶片和縮微晶片實驗室,被動式晶片即各種微陣列晶片,是指把生物實驗中的多個實驗集成,但操作步驟不變,其特點是高度的並行性,目前的大部分晶片屬於此類,由於這類晶片主要是獲得大量的生物大分子信息,最終通過生物信息學進行數據挖掘分析,因此這類晶片又稱為信息生物晶片,包括基因晶片、蛋白晶片、細胞晶片和組織晶片,按照成分分類,分為基因晶片又稱DNA晶片(DNAchip)或DNA微陣列,是將cDNA或寡核苷酸按微陣列方式固定在微型載體上製成,蛋白質晶片是將蛋白質或抗原等一些非核酸生命物質按微陣列方式固定在微型載體上獲得,晶片上的探針構成為蛋白質或晶片作用對象為蛋白質者統稱為蛋白質晶片,細胞晶片是將細胞按照特定的方式固定在載體上,用來檢測細胞間相互影響或相互作用,組織晶片是將組織切片等按照特定的方式固定在載體上,用來進行免疫組織化學等組織內成分差異研究。
我國的生物晶片發展現狀
目前,我國生物晶片技術在研究開發和生產應用方面已經實現了跨越式發展,並具備了一定的產業化規模,制定行業標準就顯得尤為重要,可以使生物晶片產業規範化管理得到有序發展,我國生物晶片研究始於1997-1998年間,儘管起步較晚,但是技術和產業發展迅速,實現了從無到有的階段性突破,並逐步發展壯大,生物晶片已經從技術研究和產品開發階段走向技術應用和產品銷售階段,在表達譜晶片、重大疾病診斷晶片和生物晶片的相關設備研製上取得了較大成就,2008年我國生物晶片市場約為1億美元,並正以20%以上的速度增長,至2020年生物晶片市場將達到9億美元,從2000年開始,國家就陸續投入了大筆資金對生物晶片的系統研發給予了支持,建立了北京國家晶片工程中心、上海國家晶片工程中心、西安微檢驗工程中心、天津生物晶片公司、南京生物晶片實驗室等研發機構,為我國在這一新型高科技領域的自主創新和產業化能力奠定了堅實的基礎,由此形成了以北京、上海兩個國家工程研究中心為龍頭,天津、西安、南京、深圳、哈爾濱等地50餘家生物晶片研究機構和百餘家生物晶片企業的蓬勃發展局面,形成了「北有博奧,南有博星」的企業格局。
中國生物晶片的3個關鍵問題
近年來,《十三五醫療器械科技創新專項規劃》、《十三五生物技術創新專項規劃》、《十三五生物產業發展規劃》、《十三五國家戰略性新興產業發展規劃》等政策的出臺,持續為生物晶片的發展提供源源不斷的動力,對於中國生物晶片工業來講,關鍵問題有3個,首先是製作技術,晶片製作技術原理並不複雜,就製作涉及的每項技術而言,中國已具有實際能力,中國發展生物晶片的難點是如何實現各種相關技術的整合集成,第二是基因、蛋白質等前沿研究:除去製作技術外,關鍵就是晶片上放置的基因和蛋白質等物質了,最後是專利和產權,以生物晶片技術為核心的各相關產業正在全球崛起,一個不容忽視的問題就是專利和產權的問題,專家指出世界工業發達國家已開始有計劃、大投入、爭先恐後地對該領域智慧財產權進行跑馬圈地式的保護。