優(yōu)選答案什么是生物芯片？也許很多人還沒有聽說過這個(gè)東西，也許很多人會(huì)把它與電子芯片等半導(dǎo)體芯片聯(lián)系起來。我們可以知道的是，生物芯片在中國(guó)，已經(jīng)的的確確出現(xiàn)了一支初見規(guī)模的尖端科研隊(duì)伍。盡管它離普通百姓的日常生活還遠(yuǎn)，但可以預(yù)料在將來，生物芯片將隨著技術(shù)的成熟，如同現(xiàn)今的計(jì)算機(jī)芯片一樣，呈井噴狀 出現(xiàn)在人們生活的方方面面。隨著博奧生物有限公司等依附高校的企業(yè)和863計(jì)劃的推動(dòng)，我們國(guó)家無論在生物芯片專利上還是在科研領(lǐng)域的運(yùn)用上，都已經(jīng)形成了一定規(guī)模。 生物芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。 像花布一樣五彩斑斕的生物芯片。 核心概念在于集成 什么是生物芯片呢？簡(jiǎn)單說，生物芯片就是在一塊玻璃片、硅片、尼龍膜等材料上放上生物樣品，然后由一種儀器收集信號(hào)，用計(jì)算機(jī)分析數(shù)據(jù)結(jié)果。人們可能很容易把生物芯片與電子芯片聯(lián)系起來，其實(shí)，生物芯片和電子芯片有著千絲萬縷的聯(lián)系，但是完全不同的兩種東西。 “芯片的概念取之于集成的概念，如電子芯片的意思就是把大的東西變成小的東西，集成在一起?！敝袊?guó)生物芯片第一制造商，博奧生物的蛋白質(zhì)組學(xué)領(lǐng)域首席科學(xué)家楊衛(wèi)平博士介紹，“生物芯片也是集成，不過是生物材料的集成。”在目前常用的生物檢測(cè)中，一般的容器都是試管，如同我們?cè)诨瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室中所見，而生物芯片把這些試驗(yàn)縮小，濃縮到一張小小的模板上。 像實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)一樣，在生物芯片上檢查血糖、蛋白、酶活性等，是基于同樣的生物反應(yīng)原理?！靶酒皇且粋€(gè)載體。做什么東西、檢測(cè)什么，還是靠生物學(xué)家來完成。 所以生物芯片就是一個(gè)載體平臺(tái)?！皸钚l(wèi)平說。 而這個(gè)平臺(tái)的材料則有很多種，如硅，玻璃，膜（纖維素膜）等，還有一些三維結(jié)構(gòu)的多聚體，平臺(tái)上則密密麻麻地?cái)[滿了各種生物材料。 “就像一個(gè)棋盤一樣，”上海生物芯片有限公司基因部副總經(jīng)理韓俊松說，“比如19行乘以19列，非常整齊、有規(guī)律地排列，每個(gè)行列里擺著不同的生物材料，如核酸溶液，它們的每個(gè)點(diǎn)就像一個(gè)試管，發(fā)生不同的反應(yīng)?！薄捌鋵?shí)生物芯片并不等同于電子芯片，只是借用概念，它的原名叫‘核酸微陣列’，因?yàn)樗厦娴姆磻?yīng)是在交叉的縱列中所發(fā)生。”也就是說，原來要在很大的實(shí)驗(yàn)室中需要很多個(gè)試管的反應(yīng)，現(xiàn)在被移至一張芯片上同時(shí)發(fā)生了。 與電子芯片既遠(yuǎn)又近 電子芯片其實(shí)和生物芯片有著既遠(yuǎn)又近的關(guān)系?！八鼈兿嗤牡胤皆谟?，都用很小的元件，儲(chǔ)藏很大的信息量，輸入輸出也很大?！睏詈椴ㄕf。所謂的生物芯片輸出，就是在平方厘米大的芯片上，用特制的掃描儀掃出1百萬個(gè)化學(xué)分子的反應(yīng)信號(hào)，“一行一行地掃，小到0.5微米的地方也全部會(huì)被掃到，一百萬個(gè)反應(yīng)一個(gè)都不會(huì)漏。”從相同點(diǎn)來說，生物芯片就是“用電子方法生產(chǎn)，使用生物材料”的技術(shù)。 而兩者不同的地方則在于，因?yàn)椴牧鲜褂貌煌虼斯δ芤膊灰粯印?生物芯片最初產(chǎn)生的初衷還是伴隨著人類基因組工程而來的?！叭祟惢蚪M工程初衷是為了弄清人類為何會(huì)得癌癥，”楊說，“但即使在計(jì)劃完成之后，人類也還是沒有辦法解決癌癥根源，由此可見疾病比人類基因組計(jì)劃所想象的更復(fù)雜。”這時(shí)，生物芯片的提出就成了研究病理的強(qiáng)有力工具。目前國(guó)外在生物芯片的醫(yī)學(xué)應(yīng)用上主要還是對(duì)癌癥和藥物的研究。 生物芯片從上世紀(jì)90年代開始發(fā)展，一直屬于尖端科學(xué)，同樣參與了人類基因組的我國(guó)在這方面沒有落后，出現(xiàn)了不少研究生物芯片的廠商和科研機(jī)構(gòu)，并在國(guó)際上有了一定的影響。 最大用途在于疾病檢測(cè) “生物芯片將來是能像電腦芯片一樣大規(guī)模運(yùn)用的”。楊衛(wèi)平說，他稱生物芯片將來是不可代替的平臺(tái)，目前只是處于早期階段而已。 因?yàn)樾酒姆诸惛鶕?jù)檢測(cè)對(duì)象而分，所以有著很多不同的種類?！暗鞍踪|(zhì)芯片是在檢測(cè)模板上擺上蛋白質(zhì)，如抗體、抗原、酶類等蛋白質(zhì)，還有一種以檢測(cè)對(duì)象為蛋白質(zhì)的也叫蛋白質(zhì)芯片。 DNA芯片主要用于核酸的檢測(cè)，檢測(cè)DNA，RNA，小RNA等，小分子芯片比較特殊，是一些小的化學(xué)物品，如抗生素、農(nóng)藥等，這些在食品安全中非常重要，因?yàn)樗姆肿臃浅Ｐ?，但又不屬于蛋白質(zhì)，所以是根據(jù)檢測(cè)對(duì)象來劃分的?！皸钚l(wèi)平介紹道。 韓俊松表示，生物芯片會(huì)根據(jù)不同的需要擺上不同的材料，但目前生物芯片最大的用途還是疾病檢測(cè)方面。楊洪波也表示，目前生物芯片在農(nóng)業(yè)如改種、基因改造、畜種等領(lǐng)域上有很大的發(fā)展前途，同樣，在公共衛(wèi)生領(lǐng)域、食品安全檢測(cè)領(lǐng)域都有很大的發(fā)展空問。 目前在中國(guó)國(guó)內(nèi)，如清華大學(xué)等幾家單位辦的博奧生物和南開大學(xué)辦的天津生物芯片有限公司都屬于國(guó)內(nèi)頂尖的生物芯片公司。中國(guó)的生物芯片主要研發(fā)力量集中在與高校聯(lián)合的企業(yè)。 “中國(guó)的生物芯片，應(yīng)該來說是有成績(jī)的。”楊洪波說，在產(chǎn)業(yè)化的道路上，美國(guó)也先行掌握了最原始的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，“但是我們可以發(fā)展其他方面的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，比如每個(gè)不同的病菌單獨(dú)打出知識(shí)產(chǎn)權(quán)來，這樣才可以和外國(guó)交換?！睂ｎ}撰文/本報(bào)記者金煜 ■新知補(bǔ)丁 生物芯片 生物芯片的概念取之于集成的概念，電子芯片的意思就是把大的東西變成小的東西，集成在一起。目前常用的生物檢測(cè)都是些大的用品，大的試劑?？s小了之后，變成非常小的東西，如同電子材料、生物材料的集成，變成生物芯片。 芯片實(shí)驗(yàn)室 所謂實(shí)驗(yàn)室就是一種功能的集成。在普通實(shí)驗(yàn)室里，檢測(cè)、分析等是分成不同步驟進(jìn)行的，芯片實(shí)驗(yàn)室就是把所有的步驟聚在一起，也是有形的，只是把這些功能微縮到一個(gè)小的平臺(tái)上，生物檢測(cè)三大步驟樣品的處理、生物反應(yīng)、反應(yīng)的檢測(cè)之前由不同的機(jī)器做，最后才得出結(jié)果，而芯片實(shí)驗(yàn)室是把這三大步驟濃縮到一個(gè)平臺(tái)上做，對(duì)用戶來說無需知道中間步驟，是一個(gè)微型的自動(dòng)化的過程。這是目前全世界都在主攻的方向，我國(guó)也不落后。 ■對(duì)話 博奧生物楊衛(wèi)平博士 市場(chǎng)需求推動(dòng)生物芯片技術(shù)攻關(guān) 記者： 生物芯片應(yīng)該建立在許多學(xué)科基礎(chǔ)上吧？ 楊衛(wèi)平 ：綜合了很多學(xué)科，光、機(jī)、電、生物、化學(xué)、信息，主要是微加工技術(shù)。微電子技術(shù)是最早的原型，要在芯片上做各種各樣的槽、小的反應(yīng)區(qū)等，這需要微加工技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然不需要微加工技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)，每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)是一個(gè)試管，一般的試管可能是以毫升為單位的，芯片里面卻是以納升為單位的。比微電子技術(shù)更復(fù)雜，微電子技術(shù)還只是做一些晶體管、半導(dǎo)體等，相對(duì)來說比較成熟、而且只是在物理領(lǐng)域，而生物芯片則有生物反應(yīng)在里面。 除了微加工技術(shù)外，也離不開如化學(xué)、生命科學(xué)等學(xué)科。 記者： 我國(guó)政府似乎相當(dāng)重視生物芯片？ 楊衛(wèi)平： 是的。生物芯片這個(gè)領(lǐng)域非常新，在上世紀(jì)90年代中期以后才發(fā)展起來。我們國(guó)家的發(fā)展并不落后。 中國(guó)生物芯片產(chǎn)業(yè)化和計(jì)算機(jī)比還是小零頭，但是已經(jīng)開始在多個(gè)領(lǐng)域中運(yùn)用，如食品衛(wèi)生檢測(cè)，像雞蛋、豬肉中有沒有致病菌等，而像小分子研究是用于檢測(cè)有沒有抗生素的殘留等。在診斷方面我們也已經(jīng)有了運(yùn)用，如病原微生物，自身免疫性疾病等的檢查。但目前大多數(shù)的運(yùn)用主要還是在科研領(lǐng)域。 記者： 生物芯片有可能像計(jì)算機(jī)芯片一樣突然出現(xiàn)在老百姓生活中嗎？ 楊衛(wèi)平： 電子芯片可不是一下子就出來的，它發(fā)展了四十年，是一個(gè)慢慢發(fā)展的過程。在生物芯片目前的發(fā)展中，技術(shù)上是存在難度的，如何將單一指標(biāo)變成多指標(biāo)，在開放上、新產(chǎn)品推出上會(huì)有很多的困難，但這些困難不是不能解決的，市場(chǎng)有這個(gè)需求，會(huì)慢慢解決的，只是現(xiàn)在還處于早期階段。 多指標(biāo)檢測(cè)同時(shí)進(jìn)行，必然導(dǎo)致了成本的上升，因?yàn)閱蜗驒z測(cè)上，普通的檢測(cè)成本要低得多，多項(xiàng)指標(biāo)在普通檢測(cè)中，也會(huì)增加很多成本，所以作為一門新興的技術(shù)，特別在醫(yī)院的診斷市場(chǎng)上，大家的接受和認(rèn)識(shí)需要一段過程。不過我相信隨著需求的增加，大家會(huì)逐步接受多指標(biāo)檢測(cè)，從而使人們對(duì)疾病的監(jiān)控越來越精確。