生物芯片:一场检测的革命

发布日期:2016-11-08 浏览次数:969

系统化生物芯片和相关仪器设备的研制及应用项目日前荣获国家技术发明奖二等奖。该项目由清华大学和博奥生物有限公司暨生物芯片北京国家工程研究中心共同承 担。参与该项目的赵智贤博士指出,生物芯片是具有战略意义的前沿高新技术。这一新技术平台所具有的高通量、多参数及快速等特点,为生物和医药相关的生命科 学研究和应用领域带来了巨大冲击。   


方寸之间的微型实验室   一


滴血就能快速诊断甚至对治疗疾病发挥作用?这看上去似乎是天方夜谭,然而,这种美好的愿望正在变成现实,原因是生物芯片在检测领域正显示出广泛的应 用前景。   


赵智贤介绍,目前开展的遗传性耳聋研究表明,用传统的基因检测方法,一个基因需要一周来完成,排查多个基因需要耗时数周。现在,使用生物芯片只需要抽 一次血,约1毫升, 5个小时就能出结果。这为个体化医疗提供了可能。针对肝炎的研究发现,肝炎患者使用的药物拉米夫定耐药现象严重问题。有统计资料表明,第一年肝炎患者中耐 药的达到16%~30%,第3年会达到四成。生物芯片可以帮助医生快速检测,分析患者是否存在某一特定基因的突变和缺失,对用药种类或剂量进行个体化指 导。   


生物芯片可使疾病检测时间大大缩短,如分枝杆菌菌种鉴定,与传统方法需两周至4周相比,芯片仅用5个小时就可鉴定17种不同的分枝杆菌。对于结核分枝 杆菌的耐药检测,芯片则由传统的4周至8周降低到5个小时内,极大节约了检测成本和时间成本,使得合理用药和个体化治疗得到有力的技术支持。对于常见的自 身免疫性疾病,如红斑狼疮、干燥综合征等,都能进行快速有效的检测。   


据悉,去年12月,项目课题组已与解放军总医院、同仁医院、吉林大学第一医院等医院的多位专家联手推广相关技术。   


生物芯片到底是什么呢?有关专家解释说,就是在一枚邮票大小的玻片、硅片、塑料、尼龙膜等材料“点”上成千上万个生物样品,然后用专用扫描仪收集信 号,用计算机分析数据结果。形象地说, 生物芯片如同在方寸之间建立一个微型实验室,在此完成样品制备、生化反应和结果检测等实验全过程,可对生命体中的基因、蛋白、细胞和组织进行准确、快速和 大信息量的检测。生物芯片不仅丰富了生命科学的研究方式,而且为医学诊断和治疗、食品、农业和环保等诸多领域的技术发展开辟了新路。   


据了解,生物芯片最早展示威力是在2003年春天。SARS突然袭来,对SARS病毒的早期检测成为首要难题。博奥生物的科研人员承担了紧急的 SARS病毒检测基因芯片研发任务。当年4月26日凌晨,他们首次实现了对SARS样本的芯片检测和确认。该芯片能在患者发病3天后,检测到其血液和痰液 中痕量SARS病毒核酸的存在。这是国际上第一张SARS 病毒检测基因芯片。   


迈向中国“智”造的明天   


我国对生物芯片产业的支持始于本世纪初。在国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金和“863”重大专项的支持下,清华大学和博奥生物共同进行“系统 化生物芯片和相关仪器设备的研制及应用”项目研究,围绕疾病防治、药物开发、食品安全等国家重大需求,在基因、蛋白、细胞3个层次建立了系统化的生物芯片 技术平台,提出了新颖的生物芯片设计技术、加工制作技术、生物芯片相关样品制备技术、生物芯片检测技术4类关键创新技术,并研制了配套仪器和设备。   


该项目共计开发了11项自主创新产品,申请发明专利19项,其中两项获美国授权,6项获中国授权,4项获计算机软件著作权。该项目总体达到国际先进水 平,部分达到国际领先水平。   


赵智贤介绍,在芯片设计方面,项目组采用正向杂交法,构建了国际上精确度和通量均最高的HLA(人类白细胞抗原)基因芯片分型方法。研究人员利用生物 芯片高通量检测小分子化合物的方法,构建了国际上第一个高效兽药多指标芯片检测系统。他们提出了一种基于生物芯片检测核酸结合蛋白的方法,首次构建了酿酒 酵母全基因组水平的转录因子活性谱芯片和高通量的人源转录因子活性谱芯片。该项目开发了高通量无标记细胞活性检测芯片和自定位神经网络电生理信号检测芯 片。在芯片制作方面,该项目研制出了基于气压制动和微阀控制的新型微阵列芯片印制微喷样技术。在芯片检测方面,他们研制了扫描仪共焦成像光学系统和快速扫 描平台,设计了新颖的球形顶点支撑的万向平面调整结构。   


据了解,该项目还打破了生物芯片及配套仪器长期被国外垄断的局面,实现了中国“智”造的生物产品向发达国家的输出。 (本报记者 李天舒)




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