上海交通大学 生物技术与人类论文 ANGHAI JIAO TONG UNIVERSIT t 院（系)生物医学工程学院专业生物医学工程 姓名 梁敬禧 学号 5100809151
生物技术与人类论文 院（系） 生物医学工程学院 专业 生物医学工程 姓名 梁敬禧 学号 5100809151
生物芯片公司市场的发展现状 梁敬禧5100809151 摘要：随着科学的进步，现今社会对生物芯片的需求不断增加，本文针对生物芯片的应用，包括基因表 达水平的检测，基因诊断，药物筛选，个体化医疗，测序等进行讨论，并分析生物芯片公司市场的未来发 展状况。 关键词：生物芯片：单核苷酸多态性：基因序列 Review of current development situation on biological chip company market Liang Jingxi 5100809151 Abstracts:With the technology progresses day by day,the society unceasingly increases the demand of biological chip,this article analyzes the application of biological chip,such as gene expression level examination,gene diagnosis,medicine screening,individuation medical service,measured the foreword and so on will carry on the discussion.In addition,the future development condition of the biological chip company market is discussed. Key word:Biological chip;Single nucleotide polymorphism;Gene sequence 0.引言 的联系，但它们是完全不同的两种东西。生物芯片 生物芯片，又称DNA芯片或基因芯片，它们 并不等同于电子芯片，只是借用概念，它的原名叫 是DNA杂交探针技术与半导体工业技术相结合的 “核酸微阵列”，因为它上面的反应是在交叉的纵 结晶。该技术系指将大量探针分子固定于支持物上 列中所发生。 后与带荧光标记的DNA样品分子进行杂交，通过 生物芯片这一名词最早是在二十世纪八十年 检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品 代初提出的，当时主要指分子电子器件。它是生命 分子的数量和序列信息。生物芯片技术起源于核酸 科学领域中迅速发展起来的一项高新技术，主要是 分子杂交。所谓生物芯片一般指高密度固定在互相 指通过微加工技术和微电子技术在固格体芯片表 支持介质上的生物信息分子的微阵列杂交型芯片， 面构建的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、 阵列中每个分子的序列及位置都是己知的，并且是 蛋白质、DNA以及其他生物组分的准确、快速、 预先设定好的序列点阵。微流控芯片和液态生物芯 大信息量的检测。美国海军实验室研究员卡特等试 片是比微阵列芯片后发展的生物芯片新技术，生物 图把有机功能分子或生物活性分子进行组装，想构 芯片技术是系统生物技术的基本内容。 建微功能单元，实现信息的获取、贮存、处理和传 什么是生物芯片呢？简单说，生物芯片就是在 输等功能。用以研制仿生信息处理系统和生物计算 一块玻璃片、硅片、尼龙膜等材料上放上生物样品， 机，从而产生了"分子电子学"，同时取得了一些重 然后由一种仪器收集信号，用计算机分析数据结 要进展：如分子开关、分子贮存器、分子导线和分 果。人们可能很容易把生物芯片与电子芯片联系起 子神经元等分子器件，更引起科学界关注的是建立 来，虽然，生物芯片和电子芯片确实有着千丝万缕 了基于DNA或蛋白质等分子计算的实验室模型
生物芯片公司市场的发展现状 梁敬禧 5100809151 摘 要：随着科学的进步, 现今社会对生物芯片的需求不断增加, 本文针对生物芯片的应用, 包括基因表 达水平的检测, 基因诊断, 药物筛选, 个体化医疗, 测序等进行讨论, 并分析生物芯片公司市场的未来发 展状况。 关键词：生物芯片；单核苷酸多态性；基因序列 Review of current development situation on biological chip company market Liang Jingxi 5100809151 Abstracts: With the technology progresses day by day, the society unceasingly increases the demand of biological chip, this article analyzes the application of biological chip, such as gene expression level examination, gene diagnosis, medicine screening, individuation medical service, measured the foreword and so on will carry on the discussion. In addition, the future development condition of the biological chip company market is discussed. Key word: Biological chip; Single nucleotide polymorphism; Gene sequence 0. 引言 生物芯片，又称 DNA 芯片或基因芯片，它们 是 DNA 杂交探针技术与半导体工业技术相结合的 结晶。该技术系指将大量探针分子固定于支持物上 后与带荧光标记的 DNA 样品分子进行杂交，通过 检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品 分子的数量和序列信息。生物芯片技术起源于核酸 分子杂交。所谓生物芯片一般指高密度固定在互相 支持介质上的生物信息分子的微阵列杂交型芯片， 阵列中每个分子的序列及位置都是已知的，并且是 预先设定好的序列点阵。微流控芯片和液态生物芯 片是比微阵列芯片后发展的生物芯片新技术，生物 芯片技术是系统生物技术的基本内容。 什么是生物芯片呢？简单说，生物芯片就是在 一块玻璃片、硅片、尼龙膜等材料上放上生物样品， 然后由一种仪器收集信号，用计算机分析数据结 果。人们可能很容易把生物芯片与电子芯片联系起 来，虽然，生物芯片和电子芯片确实有着千丝万缕 的联系，但它们是完全不同的两种东西。生物芯片 并不等同于电子芯片，只是借用概念，它的原名叫 “核酸微阵列”，因为它上面的反应是在交叉的纵 列中所发生。 生物芯片这一名词最早是在二十世纪八十年 代初提出的，当时主要指分子电子器件。它是生命 科学领域中迅速发展起来的一项高新技术，主要是 指通过微加工技术和微电子技术在固格体芯片表 面构建的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、 蛋白质、DNA 以及其他生物组分的准确、快速、 大信息量的检测。美国海军实验室研究员卡特等试 图把有机功能分子或生物活性分子进行组装，想构 建微功能单元，实现信息的获取、贮存、处理和传 输等功能。用以研制仿生信息处理系统和生物计算 机，从而产生了"分子电子学"，同时取得了一些重 要进展：如分子开关、分子贮存器、分子导线和分 子神经元等分子器件，更引起科学界关注的是建立 了基于 DNA 或蛋白质等分子计算的实验室模型
生物芯片的应用领域很广，最大用途在于疾病 临床上，同样药物的剂量对病人甲有效可能对 检测，以下分别讨论。 病人乙不起作用，而对病人丙则可能有副作用。在 药物疗效与副作用方面，病人的反应差异很大。这 1.基因表达水平的检测 主要是由于病人遗传学上存在差异（单核苷酸多态 用基因芯片进行的表达水平检测可自动、快速 性，SNP),导致对药物产生不同的反应。如果利 地检测出成千上万个基因的表达情况。谢纳等人用 用基因芯片技术对患者先进行诊断，再开处方，就 外周血淋巴细胞的cDNA文库构建一个代表1046 可对病人实施个体优化治疗。另一方面，在治疗中， 个基因的cDNA微阵列，来检测体外培养的T细胞 很多同种疾病的具体病因是因人而异的，用药也应 对热休克反应后不同基因表达的差异，发现有5 因人而异。例如乙肝有较多亚型，HBV基因的多 个基因在处理后存在非常明显的高表达，11个基 个位点如S、P及C基因区易发生变异。若用乙肝 因中度表达增加和6个基因表达明显抑制。该结果 病毒基因多态性检测芯片每隔一段时间就检测一 还用荧光素交换标记对照和处理组及RNA印迹方 次，这对指导用药防止乙肝病毒耐药性很有意义。 法证实。在HGP完成之后，用于检测在不同生理、 病理条件下的人类所有基因表达变化的基因组芯 5.测序 片为期不远了。 基因芯片利用固定探针与样品进行分子杂交 产生的杂交图谱而排列出待测样品的序列，这种测 2.基因诊断 定方法快速而具有十分诱人的前景。研究人员用含 从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片 135000个寡核苷酸探针的阵列测定了全长为 杂交就可以得出标准图谱。从病人的基因组中分离 16.6kb的人线粒体基因组序列，准确率达99%。用 出DNA与DNA芯片杂交就可以得出病变图谱。通 含有48000个寡核苷酸的高密度微阵列分析了黑猩 过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNA 猩和人BRCAI基因序列差异，结果发现在外显子 信息。这种基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏 约3.4伙b长度范围内的核酸序列同源性在98.2%到 感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现 83.5%之间，提示了二者在进化上的高度相似性。 代化诊断新技术。 3.药物筛选 6.生物芯片市场 利用基因芯片分析用药前后机体的不同组织、 生物芯片的成熟和应用一方面将为下个世纪 器官基因表达的差异。如果再cDNA表达文库得到 的疾病诊断和治疗、新药开发、分子生物学、航空 的肽库制作肽芯片，则可以从众多的药物成分中筛 航天、司法鉴定、食品卫生和环境监测等领域带来 选到起作用的部分物质。还有，利用RNA、单链 一场革命：另一方面生物芯片的出现为人类提供了 DNA有很大的柔性，能形成复杂的空间结构，更 能够对个体生物信息进行高速、并行采集和分析的 有利与靶分子相结合，可将核酸库中的RNA或单 强有力的技术手段，故必将成为未来生物信息学研 链DNA固定在芯片上，然后与靶蛋白孵育，形成 究中的一个重要信息采集和处理平台。 蛋白质RNA或蛋白质DNA复合物，可以筛选特 生物芯片充分利用了生物科学、信息学等当今 异的药物蛋白或核酸，因此芯片技术和RNA库的 带头学科的成果，在医学、生命科学、环境科学等 结合在药物筛选中将得到广泛应用。 凡与生命活动有关的领域均有重大应用前景，它不 仅为人类认识生命的起源、遗传、发育与进化，为 4.个体化医疗 人类的疾病诊断、治疗和防治开辟全新的途径，为 生物大分子的全新设计和药物开发药物基因组学
生物芯片的应用领域很广，最大用途在于疾病 检测，以下分别讨论。 1. 基因表达水平的检测 用基因芯片进行的表达水平检测可自动、快速 地检测出成千上万个基因的表达情况。谢纳等人用 外周血淋巴细胞的 cDNA 文库构建一个代表 1046 个基因的 cDNA 微阵列，来检测体外培养的 T 细胞 对热休克反应后不同基因表达的差异，发现有 5 个基因在处理后存在非常明显的高表达，11 个基 因中度表达增加和 6 个基因表达明显抑制。该结果 还用荧光素交换标记对照和处理组及 RNA 印迹方 法证实。在 HGP 完成之后，用于检测在不同生理、 病理条件下的人类所有基因表达变化的基因组芯 片为期不远了。 2. 基因诊断 从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片 杂交就可以得出标准图谱。从病人的基因组中分离 出 DNA 与 DNA 芯片杂交就可以得出病变图谱。通 过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的 DNA 信息。这种基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏 感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现 代化诊断新技术。 3. 药物筛选 利用基因芯片分析用药前后机体的不同组织、 器官基因表达的差异。如果再 cDNA 表达文库得到 的肽库制作肽芯片，则可以从众多的药物成分中筛 选到起作用的部分物质。还有，利用 RNA、单链 DNA 有很大的柔性，能形成复杂的空间结构，更 有利与靶分子相结合，可将核酸库中的 RNA 或单 链 DNA 固定在芯片上，然后与靶蛋白孵育，形成 蛋白质-RNA 或蛋白质-DNA 复合物，可以筛选特 异的药物蛋白或核酸，因此芯片技术和 RNA 库的 结合在药物筛选中将得到广泛应用。 4. 个体化医疗 临床上，同样药物的剂量对病人甲有效可能对 病人乙不起作用，而对病人丙则可能有副作用。在 药物疗效与副作用方面，病人的反应差异很大。这 主要是由于病人遗传学上存在差异（单核苷酸多态 性，SNP），导致对药物产生不同的反应。如果利 用基因芯片技术对患者先进行诊断，再开处方，就 可对病人实施个体优化治疗。另一方面，在治疗中， 很多同种疾病的具体病因是因人而异的，用药也应 因人而异。例如乙肝有较多亚型，HBV 基因的多 个位点如 S、P 及 C 基因区易发生变异。若用乙肝 病毒基因多态性检测芯片每隔一段时间就检测一 次，这对指导用药防止乙肝病毒耐药性很有意义。 5. 测序 基因芯片利用固定探针与样品进行分子杂交 产生的杂交图谱而排列出待测样品的序列，这种测 定方法快速而具有十分诱人的前景。研究人员用含 135000 个寡 核苷 酸探 针的阵 列测 定了 全长为 16.6kb 的人线粒体基因组序列，准确率达 99%。用 含有48000个寡核苷酸的高密度微阵列分析了黑猩 猩和人 BRCA1 基因序列差异，结果发现在外显子 约 3.4kb 长度范围内的核酸序列同源性在 98.2%到 83.5%之间，提示了二者在进化上的高度相似性。 6. 生物芯片市场 生物芯片的成熟和应用一方面将为下个世纪 的疾病诊断和治疗、新药开发、分子生物学、航空 航天、司法鉴定、食品卫生和环境监测等领域带来 一场革命；另一方面生物芯片的出现为人类提供了 能够对个体生物信息进行高速、并行采集和分析的 强有力的技术手段，故必将成为未来生物信息学研 究中的一个重要信息采集和处理平台。 生物芯片充分利用了生物科学、信息学等当今 带头学科的成果，在医学、生命科学、环境科学等 凡与生命活动有关的领域均有重大应用前景，它不 仅为人类认识生命的起源、遗传、发育与进化，为 人类的疾病诊断、治疗和防治开辟全新的途径，为 生物大分子的全新设计和药物开发药物基因组学
研究提供了支撑平台，而且还使生命科学研究的思 维方式经历一场深刻变化，促使我们以一种综合、 全面、系统观点来研究生命现象。基因芯片技术具 有广泛适应性，可以推广到一般实验室，因此大大 促进了基因工业时代的到来。 在上海也有生物芯片市场，叫上海生物芯片 有限公司，位于浦东新区，该公司成立于2001年8 月，公司由上海创业投资有限公司、中科院上海生 命科学研究院、中科院上海微系统与信息技术研究 所、复旦大学、交通大学、上海第二医科大学附属 瑞金医院、上海第二军医大学附属东方肝胆医院、 国家人类基因组南方研究中心、上海博星基因芯片 有限公司、上海华冠生物芯片有限公司和上海复旦 张江生物医药股份有限公司等十一家发起单位共 同出资组建而成。2003年2月，公司被被国家计委 批准建设“生物芯片上海国家生物芯片工程中 心”，公司位于上海浦东张江高科技园区生物医药 产业基地，占地4万平方米。建筑面积近2万平方 米，总投资2.9亿元人民币。 公司和中心将以功能基因组为基础，开展生物 芯片应用技术研究和产品开发，建成基因芯片、蛋 白芯片、组织芯片以及微流体芯片实验室等一系列 生物芯片技术平台，通过融资、技术转让、参股、 产业合作、股权合作等多种形式和渠道，进行生物 芯片产业的扩大和集成，形成中国的生物芯片产业 化基地。 7.结语 目前，越来越多的研究机构和企业投入到生物 芯片这一领域，已经在基因测序、基因表达分析、 基因突变和多态性检测、转基因食品的检测、食品 中微生物的检测、临床医学、疫苗研制等众多领域 得到广泛的应用。虽然还有很多相关技术仍然制约 着生物芯片技术的快速发展，但是，随着各方面地 不断投入和相关技术的发展国外生命科学界、工 业界和医学界等都认为生物芯片将会给21世纪整 个人类生活带来一场“革命”，生物芯片产业将成 为下一个世纪最大的产业
研究提供了支撑平台，而且还使生命科学研究的思 维方式经历一场深刻变化，促使我们以一种综合、 全面、系统观点来研究生命现象。基因芯片技术具 有广泛适应性，可以推广到一般实验室，因此大大 促进了基因工业时代的到来。 在上海也有生物芯片市场， 叫上海生物芯片 有限公司，位于浦东新区, 该公司成立于 2001 年 8 月，公司由上海创业投资有限公司、中科院上海生 命科学研究院、中科院上海微系统与信息技术研究 所、复旦大学、交通大学、上海第二医科大学附属 瑞金医院、上海第二军医大学附属东方肝胆医院、 国家人类基因组南方研究中心、上海博星基因芯片 有限公司、上海华冠生物芯片有限公司和上海复旦 张江生物医药股份有限公司等十一家发起单位共 同出资组建而成。2003 年 2 月，公司被被国家计委 批准建设“生物芯片上海国家生物芯片工程中 心”，公司位于上海浦东张江高科技园区生物医药 产业基地，占地 4 万平方米。建筑面积近 2 万平方 米，总投资 2.9 亿元人民币。 公司和中心将以功能基因组为基础，开展生物 芯片应用技术研究和产品开发，建成基因芯片、蛋 白芯片、组织芯片以及微流体芯片实验室等一系列 生物芯片技术平台，通过融资、技术转让、参股、 产业合作、股权合作等多种形式和渠道，进行生物 芯片产业的扩大和集成，形成中国的生物芯片产业 化基地。 7. 结语 目前，越来越多的研究机构和企业投入到生物 芯片这一领域，已经在基因测序、基因表达分析、 基因突变和多态性检测、转基因食品的检测、食品 中微生物的检测、临床医学、疫苗研制等众多领域 得到广泛的应用。虽然还有很多相关技术仍然制约 着生物芯片技术的快速发展，但是，随着各方面地 不断投入和相关技术的发展,国外生命科学界、工 业界和医学界等都认为生物芯片将会给 21 世纪整 个人类生活带来一场“革命”，生物芯片产业将成 为下一个世纪最大的产业