生物芯片（biochip）技術(shù)廣泛應(yīng)用于基因組學(xué)與蛋白質(zhì)組學(xué)的科學(xué)研究、臨床疾病診斷、新藥研發(fā)、司法鑒定和食品安全等領(lǐng)域。2012年12月，我國(guó)發(fā)布了《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，明確提到加快發(fā)展包含生物芯片在內(nèi)的新興技術(shù)，推動(dòng)我國(guó)體外診斷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；2017年5月，我國(guó)發(fā)布了《“十三五”生物技術(shù)創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃》，在“顛覆性技術(shù)”專欄中明確提及要發(fā)展微流控芯片，推動(dòng)生物檢測(cè)技術(shù)向微量、痕量、單分子、高通量等方向發(fā)展。

一、生物芯片技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀

1、生物芯片分類

全球首個(gè)生物芯片產(chǎn)品問世雖然已有20多年的時(shí)間，但生物芯片分類方式仍沒有完全統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。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。

（1）用途分類

生物電子芯片：用于生物計(jì)算機(jī)等生物電子產(chǎn)品的制造。

生物分析芯片：用于各種生物大分子、細(xì)胞、組織的操作以及生物化學(xué)反應(yīng)的檢測(cè)。生物電子芯片目前在技術(shù)和應(yīng)用上并不十分成熟，一般情況下所指的生物芯片主要為生物分析芯片。

（2）作用方式分類

主動(dòng)式芯片：是指把生物實(shí)驗(yàn)中的樣本處理純化、反應(yīng)標(biāo)記及檢測(cè)等多個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟集成，通過一步反應(yīng)就可主動(dòng)完成。其特點(diǎn)是快速、操作簡(jiǎn)單，因此有人又將它稱為功能生物芯片。主要包括微流體芯片（microfluidic chip）和縮微芯片實(shí)驗(yàn)室（lab on chip，也叫“芯片實(shí)驗(yàn)室”，是生物芯片技術(shù)的高境界）。

被動(dòng)式芯片：即各種微陣列芯片，是指把生物實(shí)驗(yàn)中的多個(gè)實(shí)驗(yàn)集成，但操作步驟不變。其特點(diǎn)是高度的并行性，目前的大部分芯片屬于此類。由于這類芯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(xué)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析，因此這類芯片又稱為信息生物芯片。包括基因芯片、蛋白芯片、細(xì)胞芯片和組織芯片。

（3）成分分類

基因芯片（genechip）：又稱DNA芯片（DNA chip）或DNA微陣列（DNA microarray），是將cDNA或寡核苷酸按微陣列方式固定在微型載體上制成。

蛋白質(zhì)芯片（proteinchip或protein microarray）：是將蛋白質(zhì)或抗原等一些非核酸生命物質(zhì)按微陣列方式固定在微型載體上獲得。芯片上的探針構(gòu)成為蛋白質(zhì)或芯片作用對(duì)象為蛋白質(zhì)者統(tǒng)稱為蛋白質(zhì)芯片。

細(xì)胞芯片（cellchip）：是將細(xì)胞按照特定的方式固定在載體上，用來檢測(cè)細(xì)胞間相互影響或相互作用。

組織芯片（Tissuechip）：是將組織切片等按照特定的方式固定在載體上，用來進(jìn)行免疫組織化學(xué)等組織內(nèi)成分差異研究。

2、全球生物芯片專利區(qū)域分布情況

從1997-2016年全球生物芯片專利公開量主要國(guó)家/地區(qū)分布情況（圖1）可以看出，居前三位的分別為美國(guó)、日本和中國(guó)，美國(guó)有5667個(gè)專利族，日本排名第二（5223個(gè)專利族），中國(guó)以2706個(gè)專利族名列第三，韓國(guó)位列第四（1230個(gè)專利族）。

圖1 全球生物芯片專利公開量主要國(guó)家/ 地區(qū)分布情況

數(shù)據(jù)來源：Derwent Innovation

全球生物芯片相關(guān)專利公開量居前三位的研發(fā)機(jī)構(gòu)分別為日本的Seiko Epson Corp（SHIH-C），中國(guó)的Shanghai BiowindowGene Dev Inc.（SHAN-N）和BodeGene Dev Co.， Ltd. Shanghai（BODE-N），經(jīng)查詢SHAN-N和BODE-N這兩家公司實(shí)際上是一家機(jī)構(gòu)，即上海博德基因開發(fā)有限公司，為聯(lián)合基因科技集團(tuán)下屬企業(yè)，將兩者合并處理之后，共計(jì)2625個(gè)專利族。值得一提的是，除了SHIH-C一家遙遙領(lǐng)先外，其他研發(fā)機(jī)構(gòu)的專利公開量相差并不是太大。在中國(guó)公開的專利研發(fā)機(jī)構(gòu)中，國(guó)內(nèi)的上海博德基因開發(fā)有限公司、復(fù)旦大學(xué)、浙江大學(xué)、上海博容基因開發(fā)有限公司和博道基因技術(shù)有限公司位列前五名。

二、生物芯片應(yīng)用領(lǐng)域

1、生物制藥領(lǐng)域

各大藥廠和生物技術(shù)公司將會(huì)使用基因芯片發(fā)現(xiàn)篩選新藥等。采用基因芯片技術(shù)，可以大大加快人類基因組計(jì)劃的工作進(jìn)度，其可用于基因測(cè)序、基因表達(dá)檢測(cè)和新的遺傳標(biāo)志等，這對(duì)尋找新的功能基因、尋找新的藥物作用靶點(diǎn)和開發(fā)新的基因藥物具有重要意義。新藥在實(shí)驗(yàn)階段要通過人體安全性實(shí)驗(yàn)，就必須觀察藥物對(duì)人基因表達(dá)的影響，由于并不知道藥物對(duì)哪一種基因起作用，因此需對(duì)已知所有或一定范圍內(nèi)的基因表達(dá)進(jìn)行檢測(cè)，采用基因芯片技術(shù)可以迅速而準(zhǔn)確地完成這一任務(wù)。

2、醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域

在優(yōu)生方面：目前已知有600多種遺傳疾病與基因有關(guān)。婦女在妊娠早期用DNA芯片做基因診斷，可以避免許多遺傳疾病的發(fā)生。

在疾病診斷方面：由于大部分疾病與基因有關(guān)，而且往往與多基因有關(guān)，因而，利用DNA芯片可以尋找基因與疾病的相關(guān)性，從而研制出相應(yīng)的藥物，提出新的治療方法。

在移植方面：應(yīng)用于器官移植、組織移植、細(xì)胞移植方面的基因配型，如HLA分型。

病原體診斷：細(xì)菌和病毒鑒定、耐藥基因的鑒定等。

在環(huán)境對(duì)人體的影響方面：已知花粉過敏等人體對(duì)環(huán)境的反應(yīng)都與基因有關(guān)。若對(duì)與環(huán)境污染相關(guān)的200多個(gè)基因進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，將對(duì)生態(tài)環(huán)境控制及人類健康有重要意義。

在法醫(yī)學(xué)方面：DNA芯片比早先的DNA指紋鑒定更進(jìn)一步，它不僅可做基因鑒定，而且可以通過DNA中包含的生命信息描繪生命體的外貌特征。這種檢驗(yàn)常用于災(zāi)難事故后鑒定尸體身份以及鑒定父母和子女之間的血緣關(guān)系。

3、食品安全領(lǐng)域

（1）基因芯片在食品中致病病原體的檢測(cè)

基因芯片技術(shù)可以對(duì)多指標(biāo)并行檢測(cè)，同時(shí)檢測(cè)多種病毒以及病毒的多種亞型，是目前病毒檢測(cè)的熱點(diǎn)研究方法。

（2）基因芯片在食源性病毒方面的檢測(cè)

北京出入境檢疫檢驗(yàn)局搭建了植物源性食品中植物病毒、早害基因芯片檢測(cè)技術(shù)平臺(tái)，在國(guó)內(nèi)首次用于植物病毒早害檢疫，該技術(shù)成本低，僅為標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)體系的7%，突破了基因芯片的應(yīng)用瓶頸，并實(shí)現(xiàn)了高通量的快速檢測(cè)。

（3）基因芯片在轉(zhuǎn)基因食品檢測(cè)中的應(yīng)用

2007年，天津出入境檢驗(yàn)檢疫局采用目前已商品化的七種轉(zhuǎn)基因作物基因組核酸的純化試劑盒，可同時(shí)完成對(duì)多種作物、多種基因的檢測(cè)，鑒于已商品化的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品涉及多個(gè)基因，因此，應(yīng)用基因芯片技術(shù)建立高通量檢測(cè)方法在檢測(cè)中具有明顯優(yōu)勢(shì)。

三、生物芯片市場(chǎng)前景

1、全球生物芯片市場(chǎng)前景

從全球范圍來看，生物芯片市場(chǎng)的發(fā)展主要受生物芯片技術(shù)驅(qū)動(dòng)。2016年4月，美國(guó)市場(chǎng)調(diào)研公司BCC Research發(fā)布的《全球生物芯片市場(chǎng)調(diào)查報(bào)告》顯示，2014年全球生物芯片產(chǎn)品市場(chǎng)已達(dá)39億美元，并預(yù)計(jì)2015-2020年，將以31.6%的年復(fù)合增長(zhǎng)率快速發(fā)展，從2015年的47億美元，增長(zhǎng)到2020年的184億美元。2016年8月，Grand View Research 公司預(yù)測(cè)，到2024年全球生物芯片市場(chǎng)總值將達(dá)到258億美元，其中DNA芯片約占總值的三分之一，其發(fā)展動(dòng)力主要來源于新藥開發(fā)過程中的基因組學(xué)與蛋白質(zhì)組學(xué)的研究及相應(yīng)的產(chǎn)品開發(fā)。

目前，北美地區(qū)占據(jù)了全球生物芯片市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，而亞太地區(qū)自2016年起進(jìn)入快速發(fā)展階段，預(yù)計(jì)中國(guó)和印度將成為亞太地區(qū)增長(zhǎng)最快的生物芯片市場(chǎng)。個(gè)性化醫(yī)療、快速診斷、藥物開發(fā)和生命科學(xué)研究的興起，研發(fā)投入的增加，群眾醫(yī)療保健意識(shí)的提高，推動(dòng)了全球生物芯片市場(chǎng)的發(fā)展。但制造生物芯片所涉及的高成本可能會(huì)給全球生物芯片市場(chǎng)帶來挑戰(zhàn)。在全球生物芯片市場(chǎng)中表現(xiàn)較好的企業(yè)主要有Affymetrix公司、Illumina公司、GE Healthcare公司、Aglient公司和Roche NimbleGen 公司等。

2、中國(guó)生物芯片市場(chǎng)前景

中國(guó)生物芯片研究始于20世紀(jì)90年代，2008年我國(guó)生物芯片市場(chǎng)約為1億美元，之后以超過20%的速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2020年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到9億美元。市場(chǎng)的快速發(fā)展主要得益于基因組學(xué)與蛋白質(zhì)組學(xué)的科學(xué)研究、慢性疾?。ㄈ绨┌Y）的診斷、產(chǎn)前篩查檢測(cè)、中藥物種鑒定、農(nóng)作物育種、司法鑒定、食品檢測(cè)等因素。

單就狹義的生物芯片技術(shù)而言，我國(guó)與世界先進(jìn)水平的差距不大，但應(yīng)用到民用市場(chǎng)的生物芯片，我國(guó)在配套的各種試劑、耗材、儀器和分析軟件，特別是芯片點(diǎn)樣儀器及自動(dòng)化反應(yīng)儀器等方面嚴(yán)重滯后。未來支撐生物芯片的基礎(chǔ)核心技術(shù)（例如：表面化學(xué)技術(shù)、點(diǎn)樣或片上合成技術(shù)、高精密度機(jī)械技術(shù)、圖像識(shí)別、數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)）的發(fā)展是生物芯片技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)。政府可通過融資、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、參股、產(chǎn)業(yè)合作、股權(quán)合作等多種形式和渠道，進(jìn)行生物芯片技術(shù)和個(gè)體化醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的擴(kuò)大和集成，形成先進(jìn)的生物芯片技術(shù)和個(gè)體化醫(yī)療產(chǎn)業(yè)集群，政府在該產(chǎn)業(yè)群中需做好市場(chǎng)引導(dǎo)和服務(wù)工作，通過各種政府平臺(tái)吸引各類生物芯片技術(shù)開發(fā)團(tuán)隊(duì)、臨床個(gè)體化醫(yī)療應(yīng)用團(tuán)隊(duì)、投融資團(tuán)隊(duì)、市場(chǎng)營(yíng)銷團(tuán)隊(duì)、SFDA注冊(cè)團(tuán)隊(duì)、管理團(tuán)隊(duì)等集中到該產(chǎn)業(yè)群中。

四、小結(jié)

生物芯片是一門實(shí)用性極強(qiáng)的技術(shù)，因此技術(shù)的發(fā)展需要以應(yīng)用為導(dǎo)向。要推動(dòng)生物芯片技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)打通轉(zhuǎn)化應(yīng)用的三個(gè)重要環(huán)節(jié)（需求用戶，研究團(tuán)隊(duì)，推廣企業(yè)），形成良性循環(huán)。在國(guó)家大力發(fā)展轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)和大健康產(chǎn)業(yè)的大背景下，生物芯片依靠其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)占據(jù)著良好的發(fā)展空間，成為生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)中有巨大發(fā)展前景的一個(gè)分支。(生物谷Bioon.com）

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