生物晶元發展

⑴ 哪種生物晶元技術發展前景好

生命科學是21的前沿學科，生物技術將給未來的能源危機帶來曙光··· ···

⑵ 生物晶元技術的發展歷史

自從1996年美國Affymetrix公司成功的製作出世界上首批用於葯物篩選和實驗室試驗用的生物晶元，並製作出晶元系統，此後世界各國在晶元研究方面突飛猛進，不斷有新的突破。美國的Hyseq公司、Syntexi公司、Nanogen公司、Incyte公司及日本、歐洲各國都積極開展DNA晶元研究工作；摩托羅拉、惠普、IBM等跨國公司也相繼投以巨資開展晶元研究。1998年12月Affymefrix公司和Molecular Dynamics公司宣布成立基因分析協會（genetic analysis technology consortium）以制定一個統一的技術平台生產更有效而價廉的設備，與此相呼應，英國的Amershcem?Pharmacia?Biotechnology公司也在同一天宣布將提供部分掌握的技術以推動這項技術的應用。美國晶元技術召開了兩次會議，柯林頓總統在會上高度贊賞和肯定該技術，將晶元基因技術看作是保證一定橫健康的指南針。預計在今後5年內生物晶元銷售可達200～300億美元；據預測，在21世紀，生物晶元對人類的影響將可能超過微電子晶元。
我國在生物晶元研究方面剛剛起步，1998年10月，中科院將基因晶元列為「九五」特別支持項目，利用中科院在微電子技術、生化技術、物理檢測技術方面的優勢，組織跨所、跨學科合作。在微陣列晶元和基於MEBS的晶元方面有大突破，在DNA晶元設計、基本修飾、探針固定、樣品標記、雜交和檢測等方面的技術有較大進展，已研製出肝癌基因差異表達晶元、乙肝病毒多態性檢測晶元、多種惡性腫瘤病毒基因晶元等有一定實用意義的基因晶元和DNA晶元檢測儀樣機。中科院上海冶金所等開發重大傳染性疾病的診斷晶元及檢測設備，如HBV、HCV、TB三種基因診斷晶元。上海細胞所正在進行人類全套基因組的c?DNA陣列和微陣列制備，為我國科研所和開發提供了一個技術平台，並使之產業化。同時，清華、復旦、東南大學、北京軍事醫學科學院、華東理工大學、第一軍醫大學等單位都在積極進行晶元研究，現已有部分產品問世。

⑶ 基因晶元的發展歷史

俄羅斯科學院恩格爾哈得分子生物學研究所和美國阿貢國家實驗室（ANL）的科學家們最早在文獻中提出了用雜交法測定核酸序列（SBH）新技術的想法。當時用的是多聚寡核酸探針。幾乎與此同時英國牛津大學生化系的Sourthern等也取得了在載體固定寡核苷酸及雜交法測序的國際專利。在這些技術儲備的基礎上，1994年在美國能源部防禦研究計劃署、俄羅斯科學院和俄羅斯人類基因組計劃1000多萬美元的資助下研製出了一種生物晶元，並用於檢測盡地中海病人血樣的基因突變，篩選了一百多個外地中海貧血已知的突變基因。這種生物晶元的基因解碼速度比傳統的Sanger和MaxaxGilbert法快1000倍，是一種有希望的快速測序方法。 搶先發展技術，盡快佔領市場是市場經濟競爭中取得勝利的信條。生物晶元目前正處於激烈的技術競爭狀態中。Packard儀器公司發展的是診斷用的以凝膠為基礎的中等密度的晶元。而Affymetrix公司則已成功地應用了光導向平板印刷技術直接在矽片上合成寡核苷酸點陣的高密度晶元而領先於晶元分析領域。該公司與惠普公司合作開發出專用的能掃描40萬點點陣的基因晶元掃描儀，同時又開發出同時可平行通過幾塊晶元的流路工作站和計算機軟體分析系統。組合成一套較完整的晶元製造、雜交、檢測掃描和數據處理系統。不久GenralScanningInc與製造點樣頭的Telechem公司和製造機械手的Cartesian公司研製的300型（兩激光）4000型和5000型（四激光）激光共聚掃描儀和相應的分析軟體，構成一套用戶可任意點樣製作晶元的工作系統。
歐洲各公司也不甘落後，紛紛投入競爭，例如GeneticCo．UK研製出QBot點樣器，Q-Pix克隆挑揀儀及Q－Fill制晶元設備。Sequenom則推出250位點的Spectrochip並採用質譜法測讀結果，而德國腫瘤研究所則用就位合成的肽核酸低密度（8cm×12cm片上1000個點）的作表達譜及診斷用的探針晶元。如今，DNA晶元已經在基因序列分析、基因診斷、基因表達研究、基因組研究、發現新基因及各種病原體的診斷等生物醫學領域表現出巨大的應用前景。
1997年世界上第一張全基因組晶元——含有6166個基因的酵母全基因組晶元在斯坦福大學Brown實驗室完成，從而使基因晶元技術在世界上迅速得到應用。

⑷ 生物晶元技術的技術前景

基因晶元用途廣泛，在生命科學研究及實踐、醫學科研及臨床、葯物設計、環境保護、農業、軍事等各個領域有著廣泛的用武之地。這些無疑將會產生巨大的社會和經濟效益。有著廣泛的經濟、社會及科研前景。因此，國際上一些著名的政治家，投資者和科學家均看好這一技術前景。認為基因晶元以及相關產品產值有可能超過微電子晶元，成為下一世紀最大的高技術產業，具有巨大的商業潛力。 1、高密度晶元的批量制備技術：利用平面微細加工技術，結合高產率原位DNA合成技術，制備高密度晶元是重要的發展趨勢。
2、高密度基因晶元的設計將會成為基因晶元發展的一個重要課題，它決定基因晶元的應用和功能。利用生物信息學方法，根據被檢測基因序列的特徵和檢測要求，設計出可靠性高，容錯性好，檢測直觀的高密度晶元是決定其應用的關鍵。
3、生物功能物質微陣列晶元的研製：發展高集成度的生物功能單元的微陣列晶元，特別是發展蛋白質、多肽、細胞和細胞器、病毒等生物功能單元的高密度自組裝技術，研製和開發有批量制備潛力的生物晶元制備技術。
基因晶元可為研究不同層次多基因協同作用提供手段。這將在研究人類重大疾病的相關基因及作用機理等方面發揮巨大的作用。人類許多常見病如腫瘤、心血管病、神經系統退化性疾病、自身免疫性疾病及代謝性疾病等均與基因有密切的關系。
生物晶元能為現代醫學發展提供強有力的手段，促進醫學從「系統、血管、組織和細胞層次」（第二階段醫學）向「DNA、RNA、蛋白質及其相互作用層次」（第三階段醫學）過渡，使之盡快進入實際應用。
DNA晶元技術可用於水稻抗病基因的分離與鑒定。水稻是中國的主要糧食作物，病害是提高水稻產量的主要限制因素。利用轉基因技術進行品種改良，是目前最經濟有效的防治措施。而應用這一技術的前提是必須首先獲得優良基因克隆，但目前具有專一抗性的抗病基因數量有限，限制了這一技術的應用。而基因晶元用於水稻抗病相關基因的分離及分析，可方便的獲取抗病基因，產生明顯的社會效益。
在醫葯設計、環境保護、農業等各個領域，基因晶元均有很多用武之地，成為人類造福自身的工具。 美國總統柯林頓在1998年1月對全國的演講中指出「未來十二年，基因晶元將為我們一生中的疾病預防指點迷津」。1998年6月27日華盛頓郵報在報道Motorola進入基因晶元領域時，認為這將造福於子孫後代。美國「Fortune」雜志在1997年3月重點介紹了基因晶元技術，論述了未來產業化的前景，該文預測「在2005年僅僅在美國用於基因組研究的晶元銷售額將達約50億美元，2010年有可能上升為400億美元」。這還不包括用於疾病預防及診治以及其它領域中的基因晶元，這部分預計比基因組研究用量還要大上百倍。
由於生物晶元的重大意義和巨大的商業潛力，北美和歐洲許多國家的政府和公司投入大量人力物力來推動此項研究工作。如美國的國立衛生研究院、商業部高技術署、國防部、司法部和一些大公司以及風險投資者投入了數億美元的巨資。基因晶元以及相關產品產業有可能成為下一世紀最大的高技術產業之一。

⑸ 生物晶元的世界發展

進入21世紀，隨著生物技術的迅速發展，電子技術和生物技術相結合誕生了半導體晶元的兄弟——生物晶元，這將給我們的生活帶來一場深刻的革命。這場革命對於全世界的可持續發展都會起到不可估量的貢獻。
生物晶元技術的發展最初得益於埃德溫·邁勒·薩瑟恩（Edwin Mellor Southern）提出的核酸雜交理論，即標記的核酸分子能夠與被固化的與之互補配對的核酸分子雜交。從這一角度而言，Southern雜交可以被看作是生物晶元的雛形。弗雷德里克·桑格（Fred Sanger）和吉爾伯特（Walter Gilbert）發明了現在廣泛使用的DNA測序方法，並由此在1980年獲得了諾貝爾獎。另一個諾貝爾獎獲得者卡里·穆利斯（Kary Mullis）在1983年首先發明了PCR，以及後來在此基礎上的一系列研究使得微量的DNA可以放大，並能用實驗方法進行檢測。
生物晶元這一名詞最早是在二十世紀八十年代初提出的，當時主要指分子電子器件。它是生命科學領域中迅速發展起來的一項高新技術，主要是指通過微加工技術和微電子技術在固格體晶元表面構建的微型生物化學分析系統，以實現對細胞、蛋白質、DNA以及其他生物組分的准確、快速、大信息量的檢測。美國海軍實驗室研究員卡特（Carter） 等試圖把有機功能分子或生物活性分子進行組裝，想構建微功能單元，實現信息的獲取、貯存、處理和傳輸等功能。用以研製仿生信息處理系統和生物計算機，從而產生了"分子電子學"，同時取得了一些重要進展：如分子開關、分子貯存器、分子導線和分子神經元等分子器件，更引起科學界關注的是建立了基於DNA或蛋白質等分子計算的實驗室模型。
進入二十世紀九十年代，人類基因組計劃(Human Genome Project，HGP)和分子生物學相關學科的發展也為基因晶元技術的出現和發展提供了有利條件。與此同時，另一類"生物晶元"引起了人們的關注，通過機器人自動列印或光引導化學合成技術在矽片、玻璃、凝膠或尼龍膜上製造的生物分子微陣列，實現對化合物、蛋白質、核酸、細胞或其它生物組分准確、快速、大信息量的篩選或檢測。
●1991年Affymatrix公司福德（Fodor）組織半導體專家和分子生物學專家共同研製出利用光蝕刻光導合成多肽；
●1992年運用半導體照相平板技術，對原位合成制備的DNA晶元作了首次報道，這是世界上第一塊基因晶元；
●1993年設計了一種寡核苷酸生物晶元；
●1994年又提出用光導合成的寡核苷酸晶元進行DNA序列快速分析；
●1996年靈活運用了照相平板印刷、計算機、半導體、激光共聚焦掃描、寡核苷酸合成及熒游標記探針雜交等多學科技術創造了世界上第一塊商業化的生物晶元；
●1995年，斯坦福大學布朗（P．Brown）實驗室發明了第一塊以玻璃為載體的基因微矩陣晶元。
●2001年，全世界生物晶元市場已達170億美元，用生物晶元進行葯理遺傳學和葯理基因組學研究所涉及的世界葯物市場每年約1800億美元；
●2000-2004年的五年內，在應用生物晶元的市場銷售達到200億美元左右。
●2005年，僅美國用於基因組研究的晶元銷售額即達50億美元，2010年有可能上升為400億美元，這還不包括用於疾病預防及診治及其它領域中的基因晶元，部分預計比基因組研究用量還要大上百倍。因此，基因晶元及相關產品產業將取代微電子晶元產業，成為21世紀最大的產業。
●2004年3月，英國著名咨詢公司弗若斯特·沙利文(Frost & Sulivan)公司出版了關於全球晶元市場的分析報告《世界DNA晶元市場的戰略分析》。報告認為，全球DNA生物晶元市場每年平均增長6.7%，2003年的市場總值是5.96億美元，2010年將達到93.7億美元。納儂市場（NanoMarkets）調研公司預測，以納米器械作為解決方案的醫療技術將在2009年達到13億美元，並在2012年增加到250億美元，而其中以晶元實驗室最具發展潛力，市場增長率最快。
●2012年12月，三位美國科學家獲得了美國專利與商標辦公室（ US PTO）授予的一項關於量子級神經動態計算晶元專利，該晶元功能強大，能夠通過高速非標准運算模擬解決問題，將為未來量子計算領域的發展起到巨大的推動作用。該電腦晶元是生物過程和物理過程的結合，通過模仿生物系統在介面界面運用突觸神經元連接並反饋學習，有潛力賦予計算機超強的運算能力和超快的速度，可廣泛運用於軍用和民用領域，而該專利則涉及生產該電腦晶元的幾種不同途徑。

⑹ 生物晶元中的組織晶元的市場前景如何

目前，已有多種不同功能的生物晶元問世，這將為生命科學的研究、疾病診斷和治療、新葯的開發、農作物的改良和育種、環境檢測等領域帶來一場革命，特別是在遺傳病、腫瘤疾病、感染性疾病及其他一些疑難疾病的診斷中已經取得重大突破。
前瞻產業研究院《中國生物晶元行業發展前景與投資戰略規劃分析報告前瞻》顯示，我國生物晶元研究始於1997-1998年間，盡管起步較晚，但是技術和產業發展迅速，實現了從無到有的階段性突破，並逐步發展壯大，生物晶元已經從技術研究和產品開發階段走向技術應用和產品銷售階段，在表達譜晶元、重大疾病診斷晶元和生物晶元的相關設備研製上取得了較大成就。2008年我國生物晶元市場約為1億美元，並正以20%以上的速度增長，至2020年生物晶元市場將達到9億美元。

⑺ 生物晶元技術的研究背景

原定於2005年竣工的人類30億鹼基序列的測定工作（Human Genome Project，基因組計劃）由於高效測序儀的引入和商業機構的介入已經完成。怎樣利用該計劃所揭示的大量遺傳信息去探明人類眾多疾病的起因和發病機理，並為其診斷、治療及易感性研究提供有力的工具，則是繼人類基因組計劃完成後生命科學領域內又一重大課題。現在，以功能研究為核心的後基因組計劃已經悄然走來，為此，研究人員必需設計和利用更為高效的硬軟體技術來對如此龐大的基因組及蛋白質組信息進行加工和研究。建立新型、高效、快速的檢測和分析技術就勢在必行了。這些高效的分析與測定技術已有多種，如DNA質譜分析法，熒光單分子分析法，雜交分析等。其中以生物晶元技術為基礎的許多新型分析技術發展最快也最具發展潛力。早在1988年，Bains等人就將短的DNA片段固定到支持物上，以反向雜交的方式進行序列測定。當今，隨著生命科學與眾多相關學科（如計算機科學、材料科學、微加工技術、有機合成技術等）的迅猛發展，為生物晶元的實現提供了實踐上的可能性。生物晶元的設想最早起始於80年代中期，90年代美國Affymetrix公司實現了DNA探針分子的高密度集成，即將特定序列的寡核苷酸片段以很高的密度有序地固定在一塊玻璃、硅等固體片基上，作為核酸信息的載體，通過與樣品的雜交反應獲取其核酸序列信息。生物晶元由於採用了微電子學的並行處理和高密度集成的概念，因此具有高效、高信息量等突出優點。

⑻ 未來生物晶元前景如何

人類基因組計劃是人類為了認識自己而進行的一項偉大而影響深遠的研究計劃。目前的問題是面對大量的基因或基因片斷序列如何研究其功能，只有知道其功能才能真正體現HGP計劃的價值--破譯人類基因這部天書。後基因組計劃、蛋白組計劃、疾病基因組計劃等概念就是為實現這一目標而提出的。生物信息學將在其中扮演至關重要的角色。生物晶元技術就是為實現這一環節而建立的，使對個體生物信息進行高速、並行採集和分析成為可能，必將成為未來生物信息學研究中的一個重要信息採集和處理平台，成為基因組信息學研究的主要技術支撐。生物晶元作為生物信息學的主要技術支撐和操作平台，其廣闊的發展空間就不言而喻。
在實際應用方面，生物晶元技術可廣泛應用於疾病診斷和治療、葯物基因組圖譜、葯物篩選、中葯物種鑒定、農作物的優育優選、司法鑒定、食品衛生監督、環境檢測、國防等許多領域。它將為人類認識生命的起源、遺傳、發育與進化、為人類疾病的診斷、治療和防治開辟全新的途徑，為生物大分子的全新設計和葯物開發中先導化合物的快速篩選和葯物基因組學研究提供技術支撐平台，這從我國99年3月國家科學技術部剛起草的《醫葯生物技術「十五」及2015年規劃》中便可見一斑：規劃所列十五個關鍵技術項目中，就有八個項目（基因組學技術、重大疾病相關基因的分離和功能研究、基因葯物工程、基因治療技術、生物信息學技術、組合生物合成技術、新型診斷技術、蛋白質組學和生物晶元技術）要使用生物晶元。生物晶元技術被單列作為一個專門項目進行規劃。總之，生物晶元技術在醫學、生命科學、葯業、農業、環境科學等凡與生命活動有關的領域中均具有重大的應用前景。

⑼ 生物晶元的中國發展是怎樣的

基因晶元用途廣泛，在生命科學研究及實踐、醫學科研及臨床、葯物設計、環境保護、農業、軍事等各個領域有著廣泛的用武之地。這些無疑將會產生巨大的社會和經濟效益。有著廣泛的經濟、社會及科研前景。因此，國際上一些著名的政治家，投資者和科學家均看好這一技術前景。認為基因晶元以及相關產品產值有可能超過微電子晶元，成為下一世紀最大的高技術產業，具有巨大的商業潛力。 1、高密度晶元的批量制備技術：利用平面微細加工技術，結合高產率原位DNA合成技術，制備高密度晶元是重要的發展趨勢。
2、高密度基因晶元的設計將會成為基因晶元發展的一個重要課題，它決定基因晶元的應用和功能。利用生物信息學方法，根據被檢測基因序列的特徵和檢測要求，設計出可靠性高，容錯性好，檢測直觀的高密度晶元是決定其應用的關鍵。
3、生物功能物質微陣列晶元的研製：發展高集成度的生物功能單元的微陣列晶元，特別是發展蛋白質、多肽、細胞和細胞器、病毒等生物功能單元的高密度自組裝技術，研製和開發有批量制備潛力的生物晶元制備技術。
基因晶元可為研究不同層次多基因協同作用提供手段。這將在研究人類重大疾病的相關基因及作用機理等方面發揮巨大的作用。人類許多常見病如腫瘤、心血管病、神經系統退化性疾病、自身免疫性疾病及代謝性疾病等均與基因有密切的關系。