什么是生物芯片？產業鏈和相關公司介紹

1 什么是生物芯片

人類基因組計劃的開展，電子信息科學與生物化學學科融合不斷深入，誕生了生物芯片產業。目前生物芯片成為國際前沿技術領域的研究熱點，也是國家戰略新興技術的一部分。

生物芯片指的是高密度固定在互相支持介質上的生物信息分子(如基因片段、DNA 片段或多肽、蛋白質、糖分子、組織等)的微陣列雜交型芯片(micro-arrays)，陣列中每個分子的序列及位置都是已知的，并且是預先設定好的序列點陣。

生物芯片是能夠并行快速處理多個生物樣品對其所包含的各種生物信息進行解析的微型器件，具有低成本、自動化、微型化的特征。它的加工運用了半導體產業熟練的光刻技術和微機系統加工中所采用的各種方法，其所處理和分析的對象是生物樣品。

2 生物芯片的分類

根據生物芯片的結構及工作原理，可以將其分為兩類。

第一類是由生物材料微陣列(Microarray)構成的芯片，包括 DNA 芯片(Gene chip)、蛋白質芯片(Protein chip)、細胞芯片(Cell chip)、組織芯片(Tissue chip)，這類芯片以親和結合技術為核心，在芯片表面固定一系列可尋址的識別分子陣列為結構特征。

第二類是以各種微結構為基礎的微流控芯片(Microfluidics chip)又稱為芯片實驗室(Lab-on-a-chip)，是由早期的微全分析系統(Miniaturized Total analysis Systems, u-TAS)發展而來，主要以分析化學與分析生物化學為基礎，以微機電加工技術為依托，以微管道網絡為結構特征，涉及將采樣、預處理、加試劑、反應、分離和檢測等集成在微芯片上進行的新技術-微流體技術。這類芯片的代表有毛細管電泳芯片、PCR 反應芯片、介電電泳芯片等。該技術具有集成性、速度快、高通量、能耗低、物耗少、污染小、廉價、安全等優點。因此微流控分析系統在微型化、集成化和便攜化方面的優勢為其在生物醫學研究、藥物合成篩選、環境監測與保護、衛生檢疫、司法鑒定、生物試劑監測等眾多領域的應用提供了極為廣闊的前景。

3 生物芯片技術發展史

1959年微電子機械系統(MEMS)誕生;1962年首款微型壓力傳感器面世;1975年首款硅片氣相色譜芯片誕生;1990年微全分析系統概念被提出，應用在毛細管電泳上;1992年安捷倫等知名儀器公司研發毛細管電泳的生物芯片問世;1993年首個核苷酸生物芯片誕生;1994年首屆國際微全分析系統學術會議在荷蘭舉行;1995年首家生物芯片技術公司誕生，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芯片;1996年運用了照相平板印刷、計算機、半導體、激光共聚焦掃描、穿核苷酸合成及熒光標記探針雜交等多學科技術創造了世界上第—塊商業化的生物芯片;1998年磁流控芯片快速族版復制法PDMS被提出;1999年首臺生物芯片芯片商品化儀器問世;2000年軟光刻實現芯片上微閥、微泵。

2001年《Lab on a Chip》(芯片實驗室)雜志創刊;2002年北京舉行了首屆全國微全分析系統會議;2003年微流控被福布斯雜志評為影響人類未來15件最重要的發明之一;2004年美國Business 2.0雜志將芯片實檢室列為改變未來的七大技術之一;2009年中國科學家在微流控芯片領域發表的論文數已居世界第二;2012年三位美國科學家獲得了美國專利與商標辦公室(USPTO)授予的一項關于量子級神經動態計算芯片專利;2014年美國Affymetrix公司的芯片產品CytoScan DxAssay獲得美國FDA批準，用于與染色體異常相關的先天性疾病檢測

4 生物芯片產業鏈

中國生物芯片產業鏈分為上游原材料行業、中游制造行業、下游應用市場。上游原材料包括芯片基片、點樣樣品、探針制備等;中游制造行業主要產品是基因芯片診斷試劑盒和基因芯片相關儀器，市場占比分別是86%和14%;下游應用市場主要為醫療機構、家庭、第三方診斷外包機構等。

5 生物芯片公司

(1)Affymetrix 昂飛公司：昂飛(Affymetrix)公司是提供基因芯片相關產品和解決方案的開拓者。從 1996 年開始昂飛正式銷售商用基因芯片，同年在美國納斯達克(NASDAQ)上市，公司總市值超過 30 億美元?此后，Affymetrix 公司的 GeneChip 技術一直為分子生物研究領域的行業標準?

(2)Agilent安捷倫公司：安捷倫是 ICT 巨人惠普分離出來的子公司。20 世紀 90 年代中期，安捷倫與昂飛合作，為昂飛公司制造生物芯片外圍掃描配套設備。1999 年安捷倫自主開發生物分析系統及產品，與昂飛公司由供應商關系變成了直接競爭對手。而安捷倫自主開發的生物芯片產品利用惠普在打印技術領域的優勢，制造出新一代生物芯片產品。

(3)羅氏公司：1986 年弗里茲·霍夫邁·羅氏在瑞士巴塞爾成立羅氏(Roche)公司。羅氏是以研發為核心的醫療業佼佼者，是全球最大的生物醫藥公司。

(4)博奧生物芯片有限責任公：2000年8月，經國務院批示、國家計委批復，由清華控股有限公司等四家股東共同出資，組建成立了北京奧生物芯片有限責任公司暨生物芯片北京國家工程研究中心。

(5)上海生物芯片有限公司：成立于 2001 年 8 月，公司由上海創業投資有限公司、中科院上海生命科學研究院、中科院上海微系統與信息技術研究所、復旦大學、交通大學、原上海第二醫科大學附屬瑞金醫院、第二軍醫大學附屬東方肝膽醫院、國家人類基因組南方研究中心、上海博星基因芯片有限公司、上海華冠生物芯片有限公司和上海復旦張江生物醫藥股份有限公司等十一家發起單位共同出資組建而成。

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