生物芯片無限希冀
生物芯片概念
生物芯片是一種把DNA、蛋白質、抗體、肽等生物分子或細胞固定到硅、玻璃、高分子、和金基板等固體表面上,通過固定化的生物分子、固化蛋白質(探針)等與其他化合物靶點相結合,生成并檢測其特異反應的芯片。它具有能以微量樣品實現(xiàn)大量快速檢測和分析的特點。在需要大量同時并行處理的后染色體時代的生物分子功能分析技術中,以DNA芯片為首的生物芯片技術是最為重要的。基本上,生物芯片是利用生物分子的固有功能來模仿生物功能的人工器件,它是一種誘發(fā)電信號又能進行電信號處理的設備。
生物芯片在遺傳基因功能分析領域已被廣泛采用。例如核酸密集固定化在基板上,能通過雜化作用來檢測互補排列存在的DNA芯片(DNA微陣列)和固定化蛋白質相互作用的蛋白質芯片等。生物芯片中目前研究最多的是DNA芯片,一般是利用它在某種條件與對照條件下分析遺傳基因發(fā)現(xiàn)量的差異。
蛋白質芯片是把DNA芯片上的核酸改為蛋白質而已。但因控制非特異的吸附以保持正確的主體結構和在大氣中的穩(wěn)定性問題,固定化技術頗為困難,故而目前不如DNA芯片普及。
此外,利用微細加工技術在硅、玻璃等基板表面上形成通路和電路,在微小空間里實現(xiàn)反應、分離、檢測等的設備,如片上實驗室、mTAS(微型完整分析系統(tǒng))、生物MEMS(微電子機械系統(tǒng))等都已實用。這些也都稱為生物芯片。
生物芯片的種類如表1所示。這些生物芯片隨著科學技術的發(fā)展,可望給遺傳基因研究新藥開發(fā)及醫(yī)療診斷等領域帶來巨大變化。生物芯片技術正以極快的速度發(fā)展,今后可望取得更大的進展。
據(jù)日本預測,世界生物芯片市場如圖1所示。2001年約為4.2億美元(DNA芯片3.7億美元,其余3200萬美元),預計到2005年將增長到9.32億美元,其間年均增長率22%,另外,預計到2010年將增長到66.94億美元,2001~10年的年均增長率更高,達到36%。
DNA芯片市場將在2006年以后出現(xiàn)突破,醫(yī)療現(xiàn)場應用是最重要的驅動力量。要達到這一水平,還必需提高DNA的生產(chǎn)率,同時降低價格。此后,由于價格的下降及應用的擴大,市場將會更快增長。
另一方面,DNA芯片之外的生物芯片大多尚處于研究開發(fā)階段,預計真正的實用化尚需時日。市場突破將晚于DNA芯片,大致將在2007年以后。不過,由于從日常健康管理到個體醫(yī)療、新藥開發(fā)等廣泛應用,預料市場將迅速擴大,2008年后的增長率將超過DNA芯片。
生物芯片的應用發(fā)展
