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生物芯片:一場檢測的革命

發布日期:2016-11-08 瀏覽次數:1482

系統化生物芯片和相關儀器設備的研制及應用項目日前榮獲國家技術發明獎二等獎。該項目由清華大學和博奧生物有限公司暨生物芯片北京國家工程研究中心共同承 擔。參與該項目的趙智賢博士指出,生物芯片是具有戰略意義的前沿高新技術。這一新技術平臺所具有的高通量、多參數及快速等特點,為生物和醫藥相關的生命科 學研究和應用領域帶來了巨大沖擊。   


方寸之間的微型實驗室   一


滴血就能快速診斷甚至對治療疾病發揮作用?這看上去似乎是天方夜譚,然而,這種美好的愿望正在變成現實,原因是生物芯片在檢測領域正顯示出廣泛的應 用前景。   


趙智賢介紹,目前開展的遺傳性耳聾研究表明,用傳統的基因檢測方法,一個基因需要一周來完成,排查多個基因需要耗時數周。現在,使用生物芯片只需要抽 一次血,約1毫升, 5個小時就能出結果。這為個體化醫療提供了可能。針對肝炎的研究發現,肝炎患者使用的藥物拉米夫定耐藥現象嚴重問題。有統計資料表明,第一年肝炎患者中耐 藥的達到16%~30%,第3年會達到四成。生物芯片可以幫助醫生快速檢測,分析患者是否存在某一特定基因的突變和缺失,對用藥種類或劑量進行個體化指 導。   


生物芯片可使疾病檢測時間大大縮短,如分枝桿菌菌種鑒定,與傳統方法需兩周至4周相比,芯片僅用5個小時就可鑒定17種不同的分枝桿菌。對于結核分枝 桿菌的耐藥檢測,芯片則由傳統的4周至8周降低到5個小時內,極大節約了檢測成本和時間成本,使得合理用藥和個體化治療得到有力的技術支持。對于常見的自 身免疫性疾病,如紅斑狼瘡、干燥綜合征等,都能進行快速有效的檢測。   


據悉,去年12月,項目課題組已與解放軍總醫院、同仁醫院、吉林大學第一醫院等醫院的多位專家聯手推廣相關技術。   


生物芯片到底是什么呢?有關專家解釋說,就是在一枚郵票大小的玻片、硅片、塑料、尼龍膜等材料“點”上成千上萬個生物樣品,然后用專用掃描儀收集信 號,用計算機分析數據結果。形象地說, 生物芯片如同在方寸之間建立一個微型實驗室,在此完成樣品制備、生化反應和結果檢測等實驗全過程,可對生命體中的基因、蛋白、細胞和組織進行準確、快速和 大信息量的檢測。生物芯片不僅豐富了生命科學的研究方式,而且為醫學診斷和治療、食品、農業和環保等諸多領域的技術發展開辟了新路。   


據了解,生物芯片最早展示威力是在2003年春天。SARS突然襲來,對SARS病毒的早期檢測成為首要難題。博奧生物的科研人員承擔了緊急的 SARS病毒檢測基因芯片研發任務。當年4月26日凌晨,他們首次實現了對SARS樣本的芯片檢測和確認。該芯片能在患者發病3天后,檢測到其血液和痰液 中痕量SARS病毒核酸的存在。這是國際上第一張SARS 病毒檢測基因芯片。   


邁向中國“智”造的明天   


我國對生物芯片產業的支持始于本世紀初。在國家杰出青年科學基金、國家自然科學基金和“863”重大專項的支持下,清華大學和博奧生物共同進行“系統 化生物芯片和相關儀器設備的研制及應用”項目研究,圍繞疾病防治、藥物開發、食品安全等國家重大需求,在基因、蛋白、細胞3個層次建立了系統化的生物芯片 技術平臺,提出了新穎的生物芯片設計技術、加工制作技術、生物芯片相關樣品制備技術、生物芯片檢測技術4類關鍵創新技術,并研制了配套儀器和設備。   


該項目共計開發了11項自主創新產品,申請發明專利19項,其中兩項獲美國授權,6項獲中國授權,4項獲計算機軟件著作權。該項目總體達到國際先進水 平,部分達到國際領先水平。   


趙智賢介紹,在芯片設計方面,項目組采用正向雜交法,構建了國際上精確度和通量均最高的HLA(人類白細胞抗原)基因芯片分型方法。研究人員利用生物 芯片高通量檢測小分子化合物的方法,構建了國際上第一個高效獸藥多指標芯片檢測系統。他們提出了一種基于生物芯片檢測核酸結合蛋白的方法,首次構建了釀酒 酵母全基因組水平的轉錄因子活性譜芯片和高通量的人源轉錄因子活性譜芯片。該項目開發了高通量無標記細胞活性檢測芯片和自定位神經網絡電生理信號檢測芯 片。在芯片制作方面,該項目研制出了基于氣壓制動和微閥控制的新型微陣列芯片印制微噴樣技術。在芯片檢測方面,他們研制了掃描儀共焦成像光學系統和快速掃 描平臺,設計了新穎的球形頂點支撐的萬向平面調整結構。   


據了解,該項目還打破了生物芯片及配套儀器長期被國外壟斷的局面,實現了中國“智”造的生物產品向發達國家的輸出。 (本報記者 李天舒)




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