标题：生物芯片
简介
生物芯片技术起源于核酸分子杂交。所谓生物芯片一般指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。微流控芯片（microfluidic chips）和液相生物芯片是比微阵列芯片后发展的生物芯片新技术，生物芯片技术是系统生物技术的基本内容。
生物芯片（biochip或bioarray）是根据生物分子间特异相互作用的原理，将生化分析过程集成于芯片表面，从而实现对DNA、RNA、多肽、蛋白质以及其他生物成分的高通量快速检测。狭义的生物芯片概念是指通过不同方法将生物分子（寡核苷酸、cDNA、genomic DNA、多肽、抗体、抗原等）固着于硅片、玻璃片（珠）、塑料片（珠）、凝胶、尼龙膜等固相递质上形成的生物分子点阵。因此生物芯片技术又称微陈列（microarray）技术，含有大量生物信息的固相基质称为微阵列，又称生物芯片。生物芯片在此类芯片的基础上又发展出微流体芯片（microfluidics chip），亦称微电子芯片（microelectronic chip），也就是缩微实验室芯片。
什么是生物芯片呢？简单说，生物芯片就是在一块玻璃片、硅片、尼龙膜等材料上放上生物样品，然后由一种仪器收集信号，用计算机分析数据结果。  像花布一样五彩斑斓的生物芯片人们可能很容易把生物芯片与电子芯片联系起来。事实上，两者确有一个最基本的共同点：在微小尺寸上具有海量的数据信息。但它们是完全不同的两种东西，电子芯片上布列的是一个个半导体电子单元，而生物芯片上布列的是一个个生物探针分子。
芯片的概念取之于集成的概念，如电子芯片的意思就是把大的东西变成小的东西，集成在一起。生物芯片也是集成，不过是生物材料的集成。像实验室检测一样，在生物芯片上检查血糖、蛋白、酶活性等，是基于同样的生物反应原理。所以生物芯片就是一个载体平台。这个平台的材料则有很多种，如硅，玻璃，膜（纤维素膜）等，还有一些三维结构的多聚体，平台上则密密麻麻地摆满了各种生物材料。芯片只是一个载体。做什么东西、检测什么，还是靠生物学家来完成。也就是说，原来要在很大的实验室中需要很多个试管的反应，现在被移至一张芯片上同时发生了。
世界发展
进入21世纪，随着生物技术的迅速发展，电子技术和生物技术相结合诞生了半导体芯片的兄弟——生物芯片，这将给我们的生活带来一场深刻的革命。这场革命对于全世界的可持续发展都会起到不可估量的贡献。
  Fred Sanger  Walter Gilbert  Kary Mullis生物芯片技术的发展最初得益于埃德温·迈勒·萨瑟恩 （Edwin Mellor Southern）提出的核酸杂交理论，即标记的核酸分子能够与被固化的与之互补配对的核酸分子杂交。从这一角度而言，Southern杂交可以被看作是生物芯片的雏形。弗雷德里克·桑格（Fred Sanger）和吉尔伯特（Walter Gilbert）发明了现在广泛使用的DNA测序方法，并由此在1980年获得了诺贝尔奖。另一个诺贝尔奖获得者卡里·穆利斯（Kary Mullis）在1983年首先发明了PCR，以及后来在此基础上的一系列研究使得微量的DNA可以放大，并能用实验方法进行检测。
生物芯片这一名词最早是在二十世纪八十年代初提出的，当时主要指分子电子器件。它是生命科学领域中迅速发展起来的一项高新技术，主要是指通过微加工技术和微电子技术在固格体芯片表面构建的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、蛋白质、DNA以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。美国海军实验室研究员卡特（Carter） 等试图把有机功能分子或生物活性分子进行组装，想构建微功能单元，实现信息的获取、贮存、处理和传输等功能。用以研制仿生信息处理系统和生物计算机，从而产生了"分子电子学"，同时取得了一些重要进展：如分子开关、分子贮存器、分子导线和分子神经元等分子器件，更引起科学界关注的是建立了基于DNA或蛋白质等分子计算的实验室模型。
进入二十世纪九十年代，人类基因组计划(Human Genome Project，HGP)和分子生物学相关学科的发展也为基因芯片技术的出现和发展提供了有利条件。与此同时，另一类"生物芯片"引起了人们的关注，通过机器人自动打印或光引导化学合成技术在硅片、玻璃、凝胶或尼龙膜上制造的生物分子微阵列，实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞或其它生物组分准确、快速、大信息量的筛选或检测。
  最早微阵列图片●1991年Affymatrix公司福德（Fodor）组织半导体专家和分子生物学专家共同研制出利用光蚀刻光导合成多肽；
●1992年运用半导体照相平板技术，对原位合成制备的DNA芯片作了首次报道，这是世界上第一块基因芯片；
●1993年设计了一种寡核苷酸生物芯片；
●1994年又提出用光导合成的寡核苷酸芯片进行DNA序列快速分析；
●1996年灵活运用了照相平板印刷、计算机、半导体、激光共聚焦扫描、寡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一块商业化的生物芯片；
●1995年，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。
●2001年，全世界生物芯片市场已达170亿美元，用生物芯片进行药理遗传学和药理基因组学研究所涉及的世界药物市场每年约1800亿美元；  生物芯片巨头-affymetrix
●2000-2004年的五年内，在应用生物芯片的市场销售达到200亿美元左右。
●2005年，仅美国用于基因组研究的芯片销售额即达50亿美元，2010年有可能上升为400亿美元，这还不包括用于疾病预防及诊治及其它领域中的基因芯片，部分预计比基因组研究用量还要大上百倍。因此，基因芯片及相关产品产业将取代微电子芯片产业，成为21世纪最大的产业。
●2004年3月，英国著名咨询公司弗若斯特·沙利文(Frost & Sulivan)公司出版了关于全球芯片市场的分析报告《世界DNA芯片市场的战略分析》。报告认为，全球DNA生物芯片市场每年平均增长6.7%，2003年的市场总值是5.96亿美元，2010年将达到93.7亿美元。纳侬市场（NanoMarkets）调研公司预测，以纳米器械作为解决方案的医疗技术将在2009年达到13亿美元，并在2012年增加到250亿美元，而其中以芯片实验室最具发展潜力，市场增长率最快。
●2012年12月，三位美国科学家获得了美国专利与商标办公室（ US PTO）授予的一项关于量子级神经动态计算芯片专利，该芯片功能强大，能够通过高速非标准运算模拟解决问题，将为未来量子计算领域的发展起到巨大的推动作用。该电脑芯片是生物过程和物理过程的结合，通过模仿生物系统在接口界面运用突触神经元连接并反馈学习，有潜力赋予计算机超强的运算能力和超快的速度，可广泛运用于军用和民用领域，而该专利则涉及生产该电脑芯片的几种不同途径。[1]
中国发展
基本情况我国生物芯片研究始于1997-1998年间，尽管起步较晚，但是技术和产业发展迅速，实现了从无到有的阶段性突破，并逐步发展壮大，生物芯片已经从技术研究和产品开发阶段走向技术应用和产品销售阶段，在表达谱芯片、重大疾病诊断芯片和生物芯片的相关设备研制上取得了较大成就。2008年我国生物芯片市场约为1亿美元，并正以20%以上的速度增长，至2020年生物芯片市场将达到9亿美元。
从2000年开始，国家就陆续投入了大笔资金对生物芯片的系统研发给予了支持，建立了北京国家芯片工程中心、上海国家芯片工程中心、西安微检验工程中心、天津生物芯片公司、南京生物芯片实验室等研发机构，为我国在这一新型高科技领域的自主创新和产业化能力奠定了坚实的基础，由此形成了以北京、上海两个国家工程研究中心为龙头，天津、西安、南京、深圳、哈尔滨等地50余家生物芯片研究机构和百余家生物芯片企业的蓬勃发展局面，形成了“北有博奥，南有博星”的企业格局。
目前，由于技术壁垒的限制，国内生物芯片销售利润率都维持在较高水平，并且竞争性企业少；但是也有一些企业连续几年处于亏损状态，主要是由于技术商业化程度比较低或者存在困难。预计未来几年，中国生物芯片市场盈利能力依然处在较高水平。目前，越来越多的研究机构和企业投入到生物芯片这一领域，虽然还有很多相关技术仍然制约着生物芯片技术的快速发展，但是，随着各方面地不断投入和相关技术的发展，国外生命科学界、工业界和医学界等都认为生物芯片将会给21世纪整个人类生活带来一场“革命”，生物芯片产业将成为21世纪最大的产业之一。
生物芯片从上世纪90年代开始发展，一直属于尖端科学，同样参与了人类基因组的中国在这方面没有落后，出现了不少研究生物芯片的厂商和科研机构，并在国际上有了一定的影响。
中国生物芯片研究始于1997~1998年间，在此之前生物芯片技术在中国还是空白。尽管起步较晚，但是中国生物芯片技术和产业发展迅速，实现了从无到有的阶段性突破，并逐步发展壮大。截止到2006年，中国生物芯片的产值已达到2亿多元，生物芯片研究已经从实验室进入应用阶段。据有关资料表明，在市场销售方面，2004年国内市场分额为2亿元，约占全球市场的2%左右。其中主要由863计划支持的几家国内企业出售的生物芯片以及提供的相关服务累计销售收入约1.1亿元人民币，所有代理国外产品及服务总计为9000万。
“十五”期间，国家“863”计划重点组织实施了“功能基因组及生物芯片研究”重大专项，对生物芯片的系统研发给与了倾斜性支持。从2000年开始，国家还陆续投入大笔资金，建立了北京国家芯片工程中心、上海国家芯片工程中心、西安微检验工程中心、天津生物芯片公司、南京生物芯片重点实验室共五个生物芯片研发基地，为加强中国在这一新兴高科技领域的自<a hidefocus="true