存在的问题 - 生物芯片

　　存在的问题

　　对于中国生物芯片工业来讲。关键问题有3个：

　　（1）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。

　　（2）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。如果制作用于检测核苷酸多态性以诊断某种遗传病，或者用于基因测序，那么芯片探针上一般放置的是有8个碱基的寡核苷酸片段，基因芯片和蛋白质芯片则相应放置的是基因标志性片段EST（表达序列标签）、全长基因或蛋白质。因此制作生物芯片首先要解决的是DNA探针、基因以及蛋白质的尽可能全面和快速地收集问题。

　　（3）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。中国国家工程研究中心主任程京教授说：“就生物芯片领域而言，目前全世界都在‘跑马圈地’，专利和自主产权比什么都重要。我们不能再像计算机芯片那样受制于人。”现在，科学家、企业家和金融界已经联起手来，组成了结构上更为合理、运作上更具可操作性的商业运行构架，通过全球定位布局，建立产权结构清晰的公司．为生物芯片在中国的产业化奠定良好基础。

　　分类

　　生物芯片虽然只有10多年的历史，但包含的种类较多，分类方式和种类也没有完全的统一。

　　根据用途分类

　　（1）生物电子芯片：用于生物计算机等生物电子产品的制造。

　　（2）生物分析芯片：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。

　　前一类目前在技术和应用上很不成熟，一般情况下所指的生物芯片主要为生物分析芯片。

　　根据作用方式分类

　　（1）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（microftuidic chip）和缩微芯片实验室（lab on chip，也叫“芯片实验室”，是生物芯片技术的高境界）。

　　（2）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。

　　根据固定在载体上的物质成分分类

　　（1）基因芯片（gene chip）：又称DNA芯片（DNA chip）或DNA微阵列（DNA microarray），是将cDNA或寡核苷酸按微阵列方式固定在微型载体上制成。

　　（2）蛋白质芯片（protein chip或protein microarray）：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。

　　（3）细胞芯片（cell chip）：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。

　　（4）组织芯片（tissue chip）：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。

　　芯片实验室　　（5）其他：如芯片实验室（Lab on chip），用于生命物质的分离、检测的微型化芯片。现在，已经有不少的研究人员试图将整个生化检测分析过程缩微到芯片上，形成所谓的“芯片实验室”（Lab on chip）。芯片实验室是生物芯片技术发展的最终目标。它将样品的制备、生化反应到检测分析的整个过程集约化形成微型分析系统。由加热器、微泵、微阀、微流量控制器、微电极、电子化学和电子发光探测器等组成的芯片实验室已经问世，并出现了将生化反应、样品制备、检测和分析等部分集成的芯片）。“芯片实验室”可以完成诸如样品制备、试剂输送、生化反应、结果检测、信息处理和传递等一系列复杂工作。这些微型集成化分析系统携带方便，可用于紧急场合、野外操作甚至放在航天器上。例如可以将样品的制备和PCR扩增反应同时完成于一块小小的芯片之上。再如Gene Logic公司设计制造的生物芯片可以从待检样品中分离出DNA或RNA，并对其进行荧光标记，然后当样品流过固定于栅栏状微通道内的寡核苷酸探针时便可捕获与之互补的靶核酸序列。应用其自己开发的检测设备即可实现对杂交结果的检测与分析。这种芯片由于寡核苷酸探针具有较大的吸附表面积，所以可以灵敏地检测到稀有基因的变化。同时，由于该芯片设计的微通道具有浓缩和富集作用，所以可以加速杂交反应，缩短测试时间，从而降低了测试成本。

　　主要特点

　　高通量

　　微型化

　　自动化

　　载体材料及要求

　　作为载体必须是固体片状或者膜、表面带有活性基因，以便于连接并有效固定各种生物分子。目前制备芯片的固相材料有玻片、硅片、金属片、尼龙膜等。目前较为常用的支持材料是玻片，因为玻片适合多种合成方法，而且在制备芯片前对玻片的预处理也相对简单易行。

　　载体种类

　　玻璃片、PVDF膜、聚丙烯酰氨凝胶、聚苯乙烯微珠、磁性微珠。

　　点样机

　　生物样品的制备

　　分离纯化、圹增、获取其中的蛋白质或DNA、RNA并用荧光标记， 才能与芯片进行反应。用DNA芯片做表达谱研究时，通常是将样品先抽提MRNA，然后反转录成CDNA。同时掺入带荧光标记的dCTP或dUTP。