生物芯片——唾液一滴知百病.doc

PAGE PAGE 1 生物芯片——唾液一滴知百病摘要:人,总免不了要生病,去医院.可医院里传统的一项检测总要花费几天,甚至一个月,病人在焦急的等待中,也可能错过了最佳的治疗时间.而最近出现的生物芯片,使检测手段发生翻天覆地的变化.其最大的特点是反应灵敏,检测速度快.如利用它检测肝炎病毒则是一分钟取样,两分钟检测,三分钟就可以拿到结论.一滴唾液就可以知百病.生物芯片是国际上新兴的一个高科技研究和开发领域,是一种大规模集成的基因和蛋白质检测技术.它可以将一个几百平方米甚至整幢生物实验室或化验室缩小到一张火柴盒大小的芯片上.它的开发与应用将在生物学和医学基础研究,农业,疾病诊断,新药开发,食品等领域中开辟一条全新的道路.本文从传统的检测手段,到生物芯片的诞生,介绍了检测手段的历史和生物芯片的特点及其优势,指出其广阔的应用前景和未来发展趋势.提起芯片,人们自然想到半导体芯片.家里的电视机,洗衣机,电冰箱和计算机中都离不开它.它外表像一块大大泡泡糖,只不过是被坚硬的塑料封装起来,里边是一块硅片,硅片上排列着人眼几乎无法分辨的许许多多个元器件.仅在几年前,人们还把大哥大叫大砖头,转眼间手机已小得像个打火机了.这就是因为其中的半导体芯片越做越小而功能越来越强的缘故.60年代,一块芯片上只能集成一二十个元器件,而今天,一块指甲盖大小的芯片却能集成上亿个元器件.不要小看这个变化,正是它给人类带来了新技术革命.生物芯片与半导体芯片虽然结构与用途大相径庭,但外观很相似,都是一个小方块,上面密密麻麻排列着人眼无法分辨的物质.国际权威杂志认为,微处理器使我们的经济发生了根本改变,给人类带来了巨大的财富,改变了我们的生活方式.然而,生物芯片给人类带来的影响可能会更大。生物芯片将生命科学研究中所涉及的不连续的分析过程(如样品制备,化学反应和分析检测),利用微电子,微机械,化学,物理技术,计算机技术在固体芯片表面构建的分析单元和系统,使之连续化,集成化,微型化,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.生物芯片的主要特点是高通量,微型化和自动化.它能够在短时间内分析大量的生物分子,使人们快速准确地获取样品中的生物信息,效率是传统检测手段的成百上千倍.它将是继大规模集成电路之后的又一次具有深远意义的科学技术革命.1 生物检测进入生物芯片时代这里所说的生物检测是指对人体,动物,植物和微生物采集的样品进行生物学指标的检验和测试.从最初的肉眼判断到仪器设备,再迈向生物芯片,检测手段发生翻天覆地的变化.1.1 从滴血认亲说起我国古代,由于科学不发达,检测手段极为落后.如鉴定亲子关系的方法是滴血认亲.古人认为具有血亲关系的血滴在一起是相溶的,否则便不溶.滴血认亲的事情早在三国时代就出现了,血相溶者即为亲的观念盛行一时.宋代的法医名著《洗冤录》记载过将子女血液滴在父母尸骨上,以血液能否渗入骨中来认定亲子关系的案例.不过,上述的古老方法并不可靠.因为人类的A型,B型血是能够溶和在一起的,如果以所谓的和血法检验两名分别是A,B血型的人,其血液虽溶却没有亲子关系.1.2 现代检测仪器随着科学技术的发展,各种检测仪器不断涌现,检测结果越来越准确.八十年代以后,就亲子鉴定而言,国内外开始采用能从分子水平进行检测的PCR技术.PCR技术是一种体外核酸扩增技术, 它具有特异,敏感,产率高, 快速, 简便,重复性好,易自动化等优点.它能在一个试管内将所要研究的目的基因或某一DNA片段于数小时内扩增至十万乃至百万倍,使肉眼能直接观察和判断;可从一根毛发,一滴血,甚至一个细胞中扩增出足量的DNA供分析研究和检测鉴定.过去几天几星期才能做到的事情,用PCR几小时便可完成.在法医上,PCR成为发现罪证的重要方法.比如,0.1微升的唾液痕迹所含的DNA就可以通过PCR扩增而获得足够量的DNA进行测序鉴定罪犯.毛发,血迹,唾沫,精液因此都可以成为重要的罪证.利用PCR技术,科学家们已从林肯的头发和血液,埃及的木乃伊,琥珀中八千万年前的昆虫,恐龙的骨头等不寻常的样品中提取了足够的DNA进行研究.1.3 生物芯片的出现及其优势1990年,美国科学家发起绘制人类基因组图谱的工程,参与的科学家除美国外,还来自欧洲,亚洲许多国家,这项工程预计耗资30亿美元,最终要绘制出人体10万个基因图谱,揭开30亿个碱基对的密码,弄清全部基因的位置,结构和功能.这项工作数据处理量非常大,要动用世界上最先进的计算机来进行基因的排序,收集和分析.科学家们发现,如果对10万个基因,30亿个碱基对逐一进行分析研究,从而绘制出人体基因图谱,搞清人类全部基因组的碱基对序列,这将是多达上百页印刷符号的巨著,不仅工作量太大,而且有许多重复劳动.传统方法如PCR等一次只