生物芯片 迎面走来的新朋友 [复制链接]

第5版(科技)
专栏：

迎面走来的新朋友
　　本报记者 贾西平
　　半导体芯片的表弟
　　提起芯片，人们自然想到半导体芯片。家里的计算机、洗衣机、电视机和电冰箱中都离不开它。半导体芯片看上去像一块大大泡泡糖，只不过是被坚硬的塑料封装起来的，里边是一块硅片，硅片上排列着人眼几乎无法分辨的千千万万个元器件。仅仅几年前，人们还把移动电话机叫“大砖头”，因为它太笨重，转眼间手机已小得像一个打火机了。这个变化就是其中的半导体芯片越做越小而功能越来越强的缘故。60年代小规模集成电路刚刚进入工业化生产时，一块芯片上只能集成一二十个元器件，而今天，一块指甲大小的芯片却能集成上亿个元器件。不要小看这个变化，正是它给人类带来了新技术革命。
　　言归正传，介绍生物芯片。生物芯片与半导体芯片虽然结构与用途大相径庭，但外观很相似，都是一个小方块，上面密密麻麻排列着人眼无法分辨的物质，并且都会对人类社会活动产生重大影响，所以我们估且将人类的这一位新朋友称作半导体芯片的表弟吧。
　　生物技术发展的产物
　　1990年，美国科学家发起绘制人类基因组图谱的工程，参与的科学家除美国外，还来自欧洲、亚洲许多国家，我国科学家去年正式加入这一工程，承担了一定的工作量。这项工程预计耗资30亿美元，最终将在2003年绘制出人体10万（也有人说14万）个基因图谱，揭开30亿个碱基对的密码，弄清全部基因的位置、结构和功能。这项工作数据处理量非常大，要动用世界上最先进的计算机来进行基因的排序、收集和分析。科学家们发现，如果对10万个基因、30亿个碱基对逐一进行分析研究，不仅工作量太大，而且有许多重复劳动，于是就设想将基因的片断放在芯片上，一个芯片上可以集成成千上万个基因片段，这样科学家们就能对基因成批地进行处理，研究效率将会大大提高。
　　中国工程院院士侯云德教授介绍说，生物芯片是将成千上万个大量的生命活动相关的大分子样品，包括DNA和蛋白质，借鉴于半导体技术，集成在一块数平方厘米的载体片上，进行化学反应，并将检测数据进行分析处理的一种崭新技术。其最突出的特点是通过一次反应，可以得到数千至数万个不同信息。随着人类等生物基因组工程的完成，基因诊断技术将发挥愈来愈重要的作用，生物芯片的应用将导致疾病诊断发生质的飞跃，即由个别疾病的诊断发展成为全面和整个疾病谱的诊断。
　　诱人的应用前景
　　尽管目前生物芯片还只是一个初生的婴儿，但在发达国家已开始进入商业化，并展现出诱人的前景。
　　据《科学时报》报道，清华大学生物芯片研究与开发中心主任程京博士对生物芯片的应用作了这样的描绘：用生物芯片制作的具有不同用途和全功能缩微芯片实验室可使分析过程全自动化，分析速度可成千上万倍地提高，而且体积小、重量轻、便于携带。我们今后可以通过自己拥有的个人化验室，在地球上任何地方，随时对自己的身体健康状况进行监测，并通过环球通信系统将结果传回到居住地的家庭医生处，通过其分析，开出医嘱，再立即传回给我们。可以设想，届时通过医学互联网，不但可以作远程诊断，还可以作远程手术和其他治疗。缩微芯片实验室的出现将会给分子生物学、疾病诊断和治疗、新药开发、农作物育种和改良、司法鉴定、食品卫生监督等领域带来一场革命。
　　上海细胞生物学研究所研究员胡赓熙说，生物芯片在医学诊断、农业、环保以至军事上具有巨大的应用潜力。生物芯片可能会像计算机那样从各个方面影响人类的生活方式。我们计划发展一种可同时进行多种肿瘤（包括肝癌、肺癌、乳腺癌、胃癌、前列腺癌等高发肿瘤）早期诊断的生物芯片，在患者还没有明显身体不适时进行普查。这可以极大地提高肿瘤病人的生存率，并产生巨大的市场。
　　侯云德教授介绍说，目前已进入实用阶段的DNA生物芯片主要是DNA和蛋白质微阵列芯片。常用的有两种格式，一是采用影印石版术在原位合成寡核苷酸微阵列芯片，在1．6平方厘米的玻片上阵列65000—400000个DNA寡核苷酸，代表9000个基因；另一种是cDNA微阵列芯片，在3．6平方厘米玻片上有10000个点，代表10000个基因。在美国，生物芯片技术已经商业化，Affymetrix公司拥有40000个人类基因，而Incyte公司拥有30000个人类基因。1999年Affymetrix的产品目录上，基因芯片表达分析的产品有21种；医用基因芯片的产品有10种；基因芯片设备产品有17种；基因芯片软件有22种；用于基因分型的基因芯片产品2种；还有操作基因芯片的服务、支撑和培训系统。Incyte公司的基因表达微阵列芯片产品有12种。这说明了生物芯片的产业化进程十分迅速。
　　科学家们预测，以生物芯片为核心的各相关产业将在全球崛起，世界工业发达国家已开始大投入、争先恐后地、有计划地对此领域中的知识产权进行跑马圈地式的保护。在今后5年之内，应用生物芯片的市场销售将达到200亿美元左右。
　　有关我国生物芯片的研制情况，中国生物工程开发中心研究员徐新来说，我国生物芯片研究起步于1997年，比国外晚了几年，但近年来发展较快。清华大学、军事医学科学院、东南大学、上海细胞所、上海冶金所等科研单位已开始了这方面的研究，并陆续产生了一批高水平成果。记者从有关方面获悉，科技部正在与国家计委就组建我国生物芯片研究开发中心进行磋商，目前已有初步方案。可以预计，不久的将来，生物芯片这位人类的新朋友将造福于我国人民。
　　采用DNA芯片分析人不同组织中编码基因表达的差异情况。
DNA芯片，左为寡核甙酸微阵列，右为cDNA微阵列。（附图片）