什么是生物芯片？中国生物芯片面临3个关键问题

什么叫做生物芯片

通俗地说，生物芯片是指借助微加工和微电子技术，将数以万计、乃至百万计的特定序列的DNA片段（基因探针），有规律地排列固定于2cm2的硅片、玻片等支持物上，构成的一个二维DNA探针阵列，与计算机的电子芯片十分相似，所以被称为基因芯片，基因芯片的原型是80年代中期提出的。基因芯片的测序原理是 杂交测序方法，即通过与一组已知序列的核酸探针杂交进行核酸序列测定的方法，在一块基片表面固定了序列已知的靶 核苷酸的探针，当溶液中带有荧光标记的核酸序列TATGCAATCTAG，与基因芯片上对应位置的核酸探针产生互补匹配时，通过确定荧光强度最强的探针位置，获得一组序列完全互补的探针序列。据此可重组出靶核酸的序列，随着人类 基因组计划的逐步实施以及分子生物学相关学科的迅猛发展，越来越多的动植物、微生物基因组序列得以测定，基因序列数据正在以前所未有的速度迅速增长，然而 , 怎样去研究如此众多基因在生命过程中所担负的功能就成了全世界生命科学工作者共同的课题，为此，建立新型杂交和 测序方法以对大量的 遗传信息进行高效、快速的检测、分析就显得格外重要了。

生物芯片的分类

全球首个生物芯片产品问世虽然已有20多年的时间，但生物芯片分类方式仍没有完全统一的标准。比较常见的分类方式有3种，分别是按用途、作用方式和成分来分类，按用途分类，分为生物电子芯片即用于生物计算机等生物电子产品的制造，生物分析芯片即用于各种生物大分子、细胞、组织的操作以及生物化学反应的检测。生物电子芯片目前在技术和应用上并不十分成熟，一般情况下所指的生物芯片主要为生物分析芯片，按照作用方式分类，分为主动式芯片是指把生物实验中的样本处理纯化、反应标记及检测等多个实验步骤集成，通过一步反应就可主动完成，其特点是快速、操作简单，因此有人又将它称为功能生物芯片。主要包括微流体芯片和缩微芯片实验室，被动式芯片即各种微阵列芯片，是指把生物实验中的多个实验集成，但操作步骤不变，其特点是高度的并行性，目前的大部分芯片属于此类，由于这类芯片主要是获得大量的生物大分子信息，最终通过生物信息学进行数据挖掘分析，因此这类芯片又称为信息生物芯片，包括基因芯片、蛋白芯片、细胞芯片和组织芯片，按照成分分类，分为基因芯片又称DNA芯片（DNA chip）或DNA微阵列，是将cDNA或寡核苷酸按微阵列方式固定在微型载体上制成，蛋白质芯片是将蛋白质或抗原等一些非核酸生命物质按微阵列方式固定在微型载体上获得，芯片上的探针构成为蛋白质或芯片作用对象为蛋白质者统称为蛋白质芯片，细胞芯片是将细胞按照特定的方式固定在载体上，用来检测细胞间相互影响或相互作用，组织芯片是将组织切片等按照特定的方式固定在载体上，用来进行免疫组织化学等组织内成分差异研究。

我国的生物芯片发展现状

目前，我国生物芯片技术在研究开发和生产应用方面已经实现了跨越式发展，并具备了一定的产业化规模，制定行业标准就显得尤为重要，可以使生物芯片产业规范化管理得到有序发展，我国生物芯片研究始于1997-1998年间，尽管起步较晚，但是技术和产业发展迅速，实现了从无到有的阶段性突破，并逐步发展壮大，生物芯片已经从技术研究和产品开发阶段走向技术应用和产品销售阶段，在表达谱芯片、重大疾病诊断芯片和生物芯片的相关设备研制上取得了较大成就，2008年我国生物芯片市场约为1亿美元，并正以20%以上的速度增长，至2020年生物芯片市场将达到9亿美元，从2000年开始，国家就陆续投入了大笔资金对生物芯片的系统研发给予了支持，建立了北京国家芯片工程中心、上海国家芯片工程中心、西安微检验工程中心、天津生物芯片公司、南京生物芯片实验室等研发机构，为我国在这一新型高科技领域的自主创新和产业化能力奠定了坚实的基础，由此形成了以北京、上海两个国家工程研究中心为龙头，天津、西安、南京、深圳、哈尔滨等地50余家生物芯片研究机构和百余家生物芯片企业的蓬勃发展局面，形成了“北有博奥，南有博星”的企业格局。

中国生物芯片的3个关键问题

近年来，《十三五医疗器械科技创新专项规划》、《十三五生物技术创新专项规划》、《十三五生物产业发展规划》、《十三五国家战略性新兴产业发展规划》等政策的出台，持续为生物芯片的发展提供源源不断的动力，对于中国生物芯片工业来讲，关键问题有3个，首先是制作技术，芯片制作技术原理并不复杂，就制作涉及的每项技术而言，中国已具有实际能力，中国发展生物芯片的难点是如何实现各种相关技术的整合集成，第二是基因、蛋白质等前沿研究：除去制作技术外，关键就是芯片上放置的基因和蛋白质等物质了，最后是专利和产权，以生物芯片技术为核心的各相关产业正在全球崛起，一个不容忽视的问题就是专利和产权的问题，专家指出世界工业发达国家已开始有计划、大投入、争先恐后地对该领域知识产权进行跑马圈地式的保护。