存在的問題 - 生物芯片

　　存在的問題

　　對于中國生物芯片工業(yè)來講。關(guān)鍵問題有3個：

　　（1）制作技術(shù)：芯片制作技術(shù)原理并不復(fù)雜，就制作涉及的每項技術(shù)而言，中國已具有實際能力，中國發(fā)展生物芯片的難點是如何實現(xiàn)各種相關(guān)技術(shù)的整合集成。

　　（2）基因、蛋白質(zhì)等前沿研究：除去制作技術(shù)外，關(guān)鍵就是芯片上放置的基因和蛋白質(zhì)等物質(zhì)了。如果制作用于檢測核苷酸多態(tài)性以診斷某種遺傳病，或者用于基因測序，那么芯片探針上一般放置的是有8個堿基的寡核苷酸片段，基因芯片和蛋白質(zhì)芯片則相應(yīng)放置的是基因標(biāo)志性片段EST（表達(dá)序列標(biāo)簽）、全長基因或蛋白質(zhì)。因此制作生物芯片首先要解決的是DNA探針、基因以及蛋白質(zhì)的盡可能全面和快速地收集問題。

　?。?）專利和產(chǎn)權(quán)：以生物芯片技術(shù)為核心的各相關(guān)產(chǎn)業(yè)正在全球崛起，一個不容忽視的問題就是專利和產(chǎn)權(quán)的問題。專家指出世界工業(yè)發(fā)達(dá)國家已開始有計劃、大投入、爭先恐后地對該領(lǐng)域知識產(chǎn)權(quán)進(jìn)行跑馬圈地式的保護(hù)。中國國家工程研究中心主任程京教授說：“就生物芯片領(lǐng)域而言，目前全世界都在‘跑馬圈地’，專利和自主產(chǎn)權(quán)比什么都重要。我們不能再像計算機(jī)芯片那樣受制于人?！爆F(xiàn)在，科學(xué)家、企業(yè)家和金融界已經(jīng)聯(lián)起手來，組成了結(jié)構(gòu)上更為合理、運作上更具可操作性的商業(yè)運行構(gòu)架，通過全球定位布局，建立產(chǎn)權(quán)結(jié)構(gòu)清晰的公司．為生物芯片在中國的產(chǎn)業(yè)化奠定良好基礎(chǔ)。

　　分類

　　生物芯片雖然只有10多年的歷史，但包含的種類較多，分類方式和種類也沒有完全的統(tǒng)一。

　　根據(jù)用途分類

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

　　（2）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。

　　前一類目前在技術(shù)和應(yīng)用上很不成熟，一般情況下所指的生物芯片主要為生物分析芯片。

　　根據(jù)作用方式分類

　?。?）主動式芯片：是指把生物實驗中的樣本處理純化、反應(yīng)標(biāo)記及檢測等多個實驗步驟集成，通過一步反應(yīng)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芯片。主要包括微流體芯片（microftuidic chip）和縮微芯片實驗室（lab on chip，也叫“芯片實驗室”，是生物芯片技術(shù)的高境界）。

　?。?）被動式芯片：即各種微陣列芯片，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。

　　根據(jù)固定在載體上的物質(zhì)成分分類

　　（1）基因芯片（gene chip）：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（protein chip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。

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

　?。?）組織芯片（tissue chip）：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。

　　芯片實驗室　?。?）其他：如芯片實驗室（Lab on chip），用于生命物質(zhì)的分離、檢測的微型化芯片?，F(xiàn)在，已經(jīng)有不少的研究人員試圖將整個生化檢測分析過程縮微到芯片上，形成所謂的“芯片實驗室”（Lab on chip）。芯片實驗室是生物芯片技術(shù)發(fā)展的最終目標(biāo)。它將樣品的制備、生化反應(yīng)到檢測分析的整個過程集約化形成微型分析系統(tǒng)。由加熱器、微泵、微閥、微流量控制器、微電極、電子化學(xué)和電子發(fā)光探測器等組成的芯片實驗室已經(jīng)問世，并出現(xiàn)了將生化反應(yīng)、樣品制備、檢測和分析等部分集成的芯片）?！靶酒瑢嶒炇摇笨梢酝瓿芍T如樣品制備、試劑輸送、生化反應(yīng)、結(jié)果檢測、信息處理和傳遞等一系列復(fù)雜工作。這些微型集成化分析系統(tǒng)攜帶方便，可用于緊急場合、野外操作甚至放在航天器上。例如可以將樣品的制備和PCR擴(kuò)增反應(yīng)同時完成于一塊小小的芯片之上。再如Gene Logic公司設(shè)計制造的生物芯片可以從待檢樣品中分離出DNA或RNA，并對其進(jìn)行熒光標(biāo)記，然后當(dāng)樣品流過固定于柵欄狀微通道內(nèi)的寡核苷酸探針時便可捕獲與之互補(bǔ)的靶核酸序列。應(yīng)用其自己開發(fā)的檢測設(shè)備即可實現(xiàn)對雜交結(jié)果的檢測與分析。這種芯片由于寡核苷酸探針具有較大的吸附表面積，所以可以靈敏地檢測到稀有基因的變化。同時，由于該芯片設(shè)計的微通道具有濃縮和富集作用，所以可以加速雜交反應(yīng)，縮短測試時間，從而降低了測試成本。

　　主要特點

　　高通量

　　微型化

　　自動化

　　載體材料及要求

　　作為載體必須是固體片狀或者膜、表面帶有活性基因，以便于連接并有效固定各種生物分子。目前制備芯片的固相材料有玻片、硅片、金屬片、尼龍膜等。目前較為常用的支持材料是玻片，因為玻片適合多種合成方法，而且在制備芯片前對玻片的預(yù)處理也相對簡單易行。

　　載體種類

　　玻璃片、PVDF膜、聚丙烯酰氨凝膠、聚苯乙烯微珠、磁性微珠。

　　點樣機(jī)

　　生物樣品的制備

　　分離純化、壙增、獲取其中的蛋白質(zhì)或DNA、RNA并用熒光標(biāo)記， 才能與芯片進(jìn)行反應(yīng)。用DNA芯片做表達(dá)譜研究時，通常是將樣品先抽提MRNA，然后反轉(zhuǎn)錄成CDNA。同時摻入帶熒光標(biāo)記的dCTP或dUTP。