什么是生物芯片？产业链和相关公司介绍

1 什么是生物芯片

人类基因组计划的开展，电子信息科学与生物化学学科融合不断深入，诞生了生物芯片产业。目前生物芯片成为国际前沿技术领域的研究热点，也是国家战略新兴技术的一部分。

生物芯片指的是高密度固定在互相支持介质上的生物信息分子(如基因片段、DNA 片段或多肽、蛋白质、糖分子、组织等)的微阵列杂交型芯片(micro-arrays)，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。

生物芯片是能够并行快速处理多个生物样品对其所包含的各种生物信息进行解析的微型器件，具有低成本、自动化、微型化的特征。它的加工运用了半导体产业熟练的光刻技术和微机系统加工中所采用的各种方法，其所处理和分析的对象是生物样品。

2 生物芯片的分类

根据生物芯片的结构及工作原理，可以将其分为两类。

第一类是由生物材料微阵列(Microarray)构成的芯片，包括 DNA 芯片(Gene chip)、蛋白质芯片(Protein chip)、细胞芯片(Cell chip)、组织芯片(Tissue chip)，这类芯片以亲和结合技术为核心，在芯片表面固定一系列可寻址的识别分子阵列为结构特征。

第二类是以各种微结构为基础的微流控芯片(Microfluidics chip)又称为芯片实验室(Lab-on-a-chip)，是由早期的微全分析系统(Miniaturized Total analysis Systems, u-TAS)发展而来，主要以分析化学与分析生物化学为基础，以微机电加工技术为依托，以微管道网络为结构特征，涉及将采样、预处理、加试剂、反应、分离和检测等集成在微芯片上进行的新技术-微流体技术。这类芯片的代表有毛细管电泳芯片、PCR 反应芯片、介电电泳芯片等。该技术具有集成性、速度快、高通量、能耗低、物耗少、污染小、廉价、安全等优点。因此微流控分析系统在微型化、集成化和便携化方面的优势为其在生物医学研究、药物合成筛选、环境监测与保护、卫生检疫、司法鉴定、生物试剂监测等众多领域的应用提供了极为广阔的前景。

3 生物芯片技术发展史

1959年微电子机械系统(MEMS)诞生;1962年首款微型压力传感器面世;1975年首款硅片气相色谱芯片诞生;1990年微全分析系统概念被提出，应用在毛细管电泳上;1992年安捷伦等知名仪器公司研发毛细管电泳的生物芯片问世;1993年首个核苷酸生物芯片诞生;1994年首届国际微全分析系统学术会议在荷兰举行;1995年首家生物芯片技术公司诞生，斯坦福大学布朗(P.Brown)实验室发明了第一块以玻璃为载体的基因微矩阵芯片;1996年运用了照相平板印刷、计算机、半导体、激光共聚焦扫描、穿核苷酸合成及荧光标记探针杂交等多学科技术创造了世界上第—块商业化的生物芯片;1998年磁流控芯片快速族版复制法PDMS被提出;1999年首台生物芯片芯片商品化仪器问世;2000年软光刻实现芯片上微阀、微泵。

2001年《Lab on a Chip》(芯片实验室)杂志创刊;2002年北京举行了首届全国微全分析系统会议;2003年微流控被福布斯杂志评为影响人类未来15件最重要的发明之一;2004年美国Business 2.0杂志将芯片实检室列为改变未来的七大技术之一;2009年中国科学家在微流控芯片领域发表的论文数已居世界第二;2012年三位美国科学家获得了美国专利与商标办公室(USPTO)授予的一项关于量子级神经动态计算芯片专利;2014年美国Affymetrix公司的芯片产品CytoScan DxAssay获得美国FDA批准，用于与染色体异常相关的先天性疾病检测

4 生物芯片产业链

中国生物芯片产业链分为上游原材料行业、中游制造行业、下游应用市场。上游原材料包括芯片基片、点样样品、探针制备等;中游制造行业主要产品是基因芯片诊断试剂盒和基因芯片相关仪器，市场占比分别是86%和14%;下游应用市场主要为医疗机构、家庭、第三方诊断外包机构等。

5 生物芯片公司

(1)Affymetrix 昂飞公司：昂飞(Affymetrix)公司是提供基因芯片相关产品和解决方案的开拓者。从 1996 年开始昂飞正式销售商用基因芯片，同年在美国纳斯达克(NASDAQ)上市，公司总市值超过 30 亿美元｡此后，Affymetrix 公司的 GeneChip 技术一直为分子生物研究领域的行业标准｡

(2)Agilent安捷伦公司：安捷伦是 ICT 巨人惠普分离出来的子公司。20 世纪 90 年代中期，安捷伦与昂飞合作，为昂飞公司制造生物芯片外围扫描配套设备。1999 年安捷伦自主开发生物分析系统及产品，与昂飞公司由供应商关系变成了直接竞争对手。而安捷伦自主开发的生物芯片产品利用惠普在打印技术领域的优势，制造出新一代生物芯片产品。

(3)罗氏公司：1986 年弗里兹·霍夫迈·罗氏在瑞士巴塞尔成立罗氏(Roche)公司。罗氏是以研发为核心的医疗业佼佼者，是全球最大的生物医药公司。

(4)博奥生物芯片有限责任公：2000年8月，经国务院批示、国家计委批复，由清华控股有限公司等四家股东共同出资，组建成立了北京奥生物芯片有限责任公司暨生物芯片北京国家工程研究中心。

(5)上海生物芯片有限公司：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、原上海第二医科大学附属瑞金医院、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。

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