生物芯片对大多数人来说是陌生的。生物芯片是将大量的生物信息分子固定在结构膜表面，以阵列形式标记其序列和位置，然后与待测生物样品杂交或相互作用，从而检测、分析和判断待测样品的种类和数量。它是电子芯片的生物制品。最早的生物芯片是“基因芯片”，1996年由美国一家公司开发，应用于基因测序。图:2016年，瑞士专家高辉、丹尼尔·卡米纳达在杭论坛上介绍生物芯片技术，何毅博士发表演讲。(图片来自东方IC)
生物芯片保留了传统芯片的硅基或玻璃基，固定了核酸、蛋白质等生物大分子或细胞、组织等生物材料，而不是集成电路。它的功能和用途也发生了变化，可以直接放在人体内部处理人体的生理信号。它已成为分子生物学、疾病预防和治疗过程中的常用武器。近年来，蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片等。纷纷问世，其中基因芯片最为成功，应用最为广泛。图:有机生物芯片的摘要图。(图片来自东方IC)
生物芯片常用的材料有硅、玻璃、塑料和陶瓷。按其结构和功能可分为信息芯片(以无微通道和液体流动为特征)和功能芯片(也称微流控芯片，以样品预处理、反应、分离和检测为目的)。生物芯片是与“人类基因组计划”齐名的高新技术，将是继LSI之后又一次影响深远的科技革命。照片:天津生物芯片技术有限公司实验室..(图片来自东方IC)
图为博鳌生物集团创始人景程先生。他带领的博鳌生物，拥有一批中国人才和核心技术，在全球获得240多项专利授权，多项生物芯片技术产品出口到世界各国和地区。景程还是清华大学医学院生物医学工程系生物芯片国家工程研究中心的主任。他一直是中国生物芯片开发的领导者。(图片来自东方IC)
1998年6月29日，美国宣布正式启动生物芯片计划，随后世界各国纷纷加大投入。目前，美国8家上市生物芯片公司的股票年涨幅达75%。专家预测，未来五年，生物芯片的市场销售额将超过200亿美元。我国军事医学科学院、清华大学、北京大学、中国科学院上海冶金研究所等单位在生物芯片技术上取得了重大突破。上海生命科学院的胡庚希博士和他的实验室开发了世界上第二大DNA阵列。图:博鳌生物集团高级副总裁徐军权。(图片来自东方IC)
美国哈佛大学的科学家试图在聚合物芯片上构建复杂的人工大脑，并用甲基苯丙胺测试其生理反应。美国范德堡大学的研究人员开发了一种植入式人工肾，具有微芯片过滤膜和活肾细胞，可以自动过滤身体产生的废物。由于该装置采用纳米技术微芯片，制作精密，不会引起免疫反应，不会被身体排斥。为了创造更安全、更快速的大容量硬盘，来自微软和华盛顿大学的研究人员使用合成DNA作为数据存储介质。照片:嵌入电子生物芯片的美国护照。(图片来自东方IC)
国内投资者可关注a股生物芯片概念股:山东海化000822、中新药业600329、千山药业300216、华测300012、东富龙300171、安科生物300009、公瑾603118、华丽家族600503、中原谢赫60645、柯华生物002020。照片:山东海化股份有限公司(潍坊)。(图片来自东方IC)
生物芯片技术广泛应用于基因组学和蛋白质组学的科学研究、临床疾病诊断、新药研发、法医鉴定和食品安全等领域。2012年12月，我国发布《生物产业发展规划》，明确提到加快发展包括生物芯片在内的新兴技术，推动我国体外诊断产业发展；2017年5月，我国发布《生物技术创新“十三五”规划》，在“颠覆性技术”一栏中明确提到，发展微流控芯片，推动生物检测技术向痕量、微量、单分子、高通量发展。
一、生物芯片技术的研发现状
1.生物芯片的分类
虽然世界上第一个生物芯片产品已经问世20多年，但是生物芯片的分类仍然没有完全统一的标准。常见的分类方法有三种，按用途、作用方式、成分分类。
(1)用途分类
生物芯片:用于制造生物电子产品，如生物计算机。
生物分析芯片:用于各种生物大分子、细胞和组织的操作和生化反应的检测。目前生物芯片在技术和应用上还不是很成熟。一般来说，生物芯片主要用于生物分析。
(2)作用方式的分类
主动芯片:是指生物实验中的样品处理与纯化、反应标记与检测一体化，通过一步反应即可主动完成。它的特点是速度快，操作简单，所以有人称之为功能性生物芯片。主要包括微流控芯片和微芯片实验室(lab on chip，又称“芯片实验室”，是生物芯片技术的高水平)。
无源芯片:即各种微阵列芯片，指的是生物实验中多个实验的整合，但操作步骤不变。它的特点是高度并行，目前的大部分芯片都属于这一类。这种芯片也叫信息生物芯片，因为它主要是获取大量的生物大分子信息，最后通过生物信息学进行数据挖掘和分析。包括基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片和组织芯片。
(3)成分分类
基因芯片(Genechip):又称DNA芯片或DNA微阵列，是将cDNA或寡核苷酸以微阵列的方式固定在微载体上制成的。
蛋白质芯片(Proteinchip或protein microarray):是将蛋白质或抗原等一些非核酸的生命体以微阵列的方式固定在微载体上而得到的。芯片上的探针是蛋白质或者芯片的靶标是蛋白质，统称为蛋白质芯片。
Cellchip:细胞以特定的方式固定在载体上，检测细胞之间的相互作用。
Tissuechip:组织切片以特定的方式固定在载体上，用于研究免疫组织化学等组织中成分的差异。
2.全球生物芯片专利的区域分布
从1997-2016年全球生物芯片专利公开的主要国家/地区分布(图1)可以看出，排名前三的国家分别是美国、日本和中国。美国拥有5667个专利家族，日本排名第二(5223个专利家族)，中国以2706个专利家族排名第三，韩国排名第四(1230个专利家族)。
图1全球主要国家/地区生物芯片专利公开分布
来源:德温特创新
公布生物芯片相关专利的世界前三大R&D机构是日本精工爱普生公司(SHIH-C)、中国上海博德基因发展有限公司(Shan-N)和上海博德基因发展有限公司(Bode-N)。据查询，山-N和博德-N其实是一个机构，即上海博德基因发展有限公司，是联合基因科技集团的子公司。两家公司合并后，共有2625个专利家族。值得一提的是，除了SHIH-C遥遥领先于其他外，其他R&D机构的专利公开也相差不大。在中国开放的专利R&D机构中，上海博德基因发展有限公司、复旦大学、浙江大学、上海博荣基因发展有限公司、博多基因科技有限公司位列中国前五。
生物芯片的应用领域
1.生物制药领域
各大制药公司和生物技术公司将使用基因芯片来发现和筛选新药。利用基因芯片技术可以大大加快人类基因组计划的进展，并可用于基因测序、基因表达检测和新的遗传标记等。，对于发现新的功能基因，寻找新的药物靶点，开发新的基因药物具有重要意义。在实验阶段，如果一种新药要通过人体安全性实验，就要观察该药对人体基因表达的影响。因为我们不知道药物作用于哪个基因，所以需要检测全部或一定范围的已知基因表达。利用基因芯片技术可以快速准确地完成这项任务。
2.医学诊断领域
优生学方面:目前已知600多种遗传病与基因有关。孕早期使用DNA芯片进行基因诊断，可以避免很多遗传病。
在疾病诊断方面，由于大多数疾病都与基因有关，而且往往与多个基因有关，因此可以利用DNA芯片找到基因与疾病的相关性，从而开发相应的药物，提出新的治疗方法。
移植中:用于器官移植、组织移植、细胞移植中的基因配型，如HLA分型。
病原体诊断:细菌和病毒的鉴定、耐药基因的鉴定等。
至于环境对人体的影响，已知人体对环境的反应，如花粉过敏，与基因有关。如果对200多个与环境污染相关的基因进行全面监测，将对生态环境控制和人类健康具有重要意义。
在法医学上:DNA芯片比早期的DNA指纹鉴定更进了一步。它不仅可以识别基因，还可以通过DNA中包含的生命信息来描述生命体的外貌特征。这种测试常用于灾难后辨认尸体，鉴定父母与子女的血缘关系。
3.食品安全领域
(1)利用基因芯片检测食品中的致病病原体
基因芯片技术可以并行检测多项指标，同时检测多种病毒和病毒亚型，是目前病毒检测的研究热点。
(2)基因芯片检测食源性病毒
北京出入境检验检疫局建立了植物源性食品中植物病毒和早期损伤基因芯片检测技术平台，在国内首次用于植物病毒的早期损伤检疫。技术成本低，仅为标准反应体系的7%，突破了基因芯片应用的瓶颈，实现了高通量快速检测。
(3)基因芯片在转基因食品检测中的应用
2007年，天津出入境检验检疫局采用了7种转基因作物基因组核酸的纯化试剂盒，目前已经商业化，可以同时检测多种作物和基因。由于商业化的转基因产品涉及许多基因，利用基因芯片技术建立高通量的检测方法在检测中具有明显的优势。
三种生物芯片的市场前景
1.全球生物芯片市场前景
从全球来看，生物芯片市场的发展主要是由生物芯片技术推动的。2016年4月，美国市场研究公司BCC Research发布的《全球生物芯片市场调查报告》显示，2014年，全球生物芯片产品市场规模已达39亿美元，预计2015-2020年将以31.6%的年复合增长率快速发展，从2015年的47亿美元增长到2020年的184亿美元。2016年8月，大观研究预测，到2024年全球生物芯片市场将达到258亿美元，其中DNA芯片将占总价值的三分之一左右。其发展动力主要来源于新药研发和相应产品开发过程中的基因组学和蛋白质组学研究。
目前，北美在全球生物芯片市场占据主导地位，而亚太地区从2016年开始进入快速发展阶段。预计中国和印度将成为亚太地区增长最快的生物芯片市场。个性化医疗、快速诊断、药物开发和生命科学研究的兴起，R&D投资的增加，以及人们医疗保健意识的提高，推动了全球生物芯片市场的发展。然而，制造生物芯片的高成本可能会给全球生物芯片市场带来挑战。全球生物芯片市场表现较好的公司有Affymetrix、Illumina、GE Healthcare、Aglient和Roche NimbleGen等。
2.中国生物芯片市场前景
中国的生物芯片研究始于上世纪90年代。2008年，中国的生物芯片市场约为1亿美元，随后以超过20%的速度增长。预计到2020年，市场规模将达到9亿美元。市场的快速发展主要得益于基因组学和蛋白质组学的科学研究、慢性病(如癌症)的诊断、产前筛查和检测、中药品种鉴定、作物育种、法医鉴定、食品检测等因素。
就狭义的生物芯片技术而言，中国与世界先进水平差距并不大。而我国应用于民用市场的生物芯片，在配套各种试剂、耗材、仪器和分析软件方面严重滞后，尤其是芯片进样仪器和自动反应仪器。未来支撑生物芯片的基础核心技术(如表面化学技术、点状或片上合成技术、高精度机械技术、图像识别、数据处理和分析技术)的发展是生物芯片技术的发展重点。政府可以通过融资、技术转让、参股、产业合作、股权合作等多种形式和渠道，拓展和整合生物芯片技术和个体化医疗产业。，形成先进的生物芯片技术和个体化医疗产业集群。政府要做好这个产业集群的市场引导和服务，吸引各类生物芯片技术开发团队、临床个体化医疗应用团队、投融资团队、营销团队、SFDA注册团队、管理团队等通过各种政府平台。
四总结
生物芯片是一项实用性很强的技术，因此技术的发展需要面向应用。推动生物芯片技术的发展，要打通三个重要环节(需求用户、研究团队、推广企业)，形成良性循环。在我国大力发展转化医学和大健康产业的背景下，生物芯片以其独特的优势占据了良好的发展空，成为生物医药产业极具发展前景的一个分支。
