生物芯片技術(shù)在臨床檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

張澤宇

摘 要：生物芯片技術(shù)是一項(xiàng)發(fā)展迅猛的高新技術(shù)，其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有很重要的應(yīng)用價(jià)值，為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)科學(xué)及醫(yī)學(xué)診斷學(xué)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的工具。 特別是在臨床檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)方面，生物芯片技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于病毒與細(xì)菌的檢測、自身免疫疾病的免疫標(biāo)志物的檢測、遺傳性疾病的檢測及腫瘤免疫標(biāo)志物的單一檢測及其聯(lián)合檢測等方面。我們有理由相信，在不久的將來，生物芯片技術(shù)將在臨床檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)中發(fā)揮更大的作用。

關(guān)鍵詞：生物芯片技術(shù)；臨床檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：R446 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)療技術(shù)的進(jìn)步，基因序列數(shù)據(jù)、蛋白序列和功能數(shù)據(jù)等新技術(shù)新理念快速增長，而傳統(tǒng)的生物技術(shù)、生物醫(yī)藥技術(shù)逐漸被更快捷、更準(zhǔn)確的自動(dòng)化生物技術(shù)所代替，生物芯片也隨之應(yīng)運(yùn)而生。

1 生物芯片技術(shù)

生物芯片技術(shù)是生命科學(xué)和微電子學(xué)科發(fā)展的產(chǎn)物，是在固定芯片表面利用微加工技術(shù)構(gòu)建一個(gè)微型的生物化學(xué)系統(tǒng)，然后將支持物上固定的大量DNA雜交探針分子與帶熒光標(biāo)記DNA或其他樣品分子進(jìn)行雜交，最后就可以通過探針分子雜交信號(hào)的強(qiáng)度，分析監(jiān)測信息和結(jié)果得出樣品分子的數(shù)量和序列的一種生物技術(shù)。生物芯片技術(shù)是目前較為先進(jìn)的現(xiàn)代醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)，在短時(shí)間內(nèi)快速的測試和分析出基因、配體、抗原等生物活性物質(zhì)并準(zhǔn)確地獲取樣品中的生物信息，提高檢驗(yàn)效率，降低成本。目前生物芯片技術(shù)被領(lǐng)域廣泛使用并發(fā)揮著重要的作用，因此極具研究價(jià)值。

2 生物芯片的分類

目前生物芯片分類方式還存在一些分歧，沒有一個(gè)較為明確的分類方式，但大致為以下幾類：

2.1 按載體材料進(jìn)行分類

結(jié)合實(shí)踐來看，生物芯片根據(jù)載體材料的不同，可以將芯片分為硅芯片、玻璃芯片、陶瓷芯片、塑料芯片。使用最為廣泛的是玻璃芯片，因其具有容易獲得、熒光背景低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。但是隨著蝕刻技術(shù)的發(fā)展以及材料價(jià)格的考慮，在未來塑料有可能成為更為理想的材料。

2.2 按點(diǎn)樣方式分類

根據(jù)芯片點(diǎn)樣方式的不同，可將芯片分為兩大類，一類是原位合成芯片，而原位合成芯片包括：光引導(dǎo)聚合法、壓電打印聚合法和分子印跡原位合成法；另一類是微矩陣點(diǎn)樣芯片，又細(xì)分為分噴點(diǎn)和針點(diǎn)兩種。具體制備方法請(qǐng)參見本章第三節(jié)部分內(nèi)容。

2.3 按芯片固定探針的不同分類

根據(jù)生物芯片固定探針的不同劃分為基因芯片、蛋白質(zhì)芯片或肽芯片、細(xì)胞芯片、組織芯片等，一般可以歸為基因芯片、蛋白芯片及芯片實(shí)驗(yàn)室這三大類，并被廣泛地應(yīng)用到臨床檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)中。基因芯片能夠同時(shí)、快速、準(zhǔn)確地對(duì)大量的基因組信息進(jìn)行檢測和分析。蛋白質(zhì)芯片更接近生命活動(dòng)的物質(zhì)層面，它是以蛋白質(zhì)代替DNA作為檢測目的物，利用蛋白芯片加入與之特異性結(jié)合的帶有特殊標(biāo)記的蛋白質(zhì)分子，通過對(duì)標(biāo)記物的檢測達(dá)到對(duì)抗原抗體的互檢。在檢測的過程中需要極少量的蛋白質(zhì)，穩(wěn)定性好，靈敏度高，反應(yīng)很快，所以擁有比基因芯片更廣闊的應(yīng)用前景。芯片實(shí)驗(yàn)室又稱為微完全分析系統(tǒng)，是系統(tǒng)集成和微刻技術(shù)結(jié)合與發(fā)展的產(chǎn)物，是生物芯片發(fā)展的最高階段。它能夠?qū)悠分苽?、基因擴(kuò)增、核酸標(biāo)記及檢測融為一體，從而實(shí)現(xiàn)生化分析全過程。它的應(yīng)用減少樣本和試劑的消耗，排除人為干擾，提高了分析速度和分析效率，還能夠防止污染和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，并成為重點(diǎn)研究方向。

2.4 按功能和用途分類

按功能和用途，生物芯片又可分為診斷芯片、測序芯片、表達(dá)譜芯片和基因差異表達(dá)分析芯片等，并廣泛地應(yīng)用到臨床醫(yī)學(xué)檢查之中，例如對(duì)乙、丙型肝炎雙檢基因診斷主要就是運(yùn)用。

2.5 其他芯片

除了以上4種分類，還有元件型的微陣列芯片、生物傳感芯片、通道型微陣列芯片等。

3 生物芯片技術(shù)在臨床檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

3.1 遺傳病監(jiān)測

隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，許多遺傳病的相關(guān)基因已被定位，這為從基因狀況診斷遺傳病奠定了基礎(chǔ)。生物學(xué)家經(jīng)過對(duì)患有遺傳病或者傳染病史的家族進(jìn)行一系列研究，將某一遺傳病基因和一種或多種多樣性聯(lián)系在一起，相應(yīng)的遺傳病基因的染色體的合適位點(diǎn)就能夠通過這種聯(lián)系具體定位出來，這不僅為基因治療提供了有力的支撐，同時(shí)更為推動(dòng)醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展做出巨大的貢獻(xiàn)。例如：目前已能通過生物芯片技術(shù)高度準(zhǔn)確和自動(dòng)化地診斷出患者是否患有地中海貧血，并成為地中海貧血的常規(guī)診斷技術(shù)。

3.2 腫瘤檢測

腫瘤一直以來是醫(yī)學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)，從眾多公開文獻(xiàn)資料及醫(yī)學(xué)專家研究來看，基因變異是腫瘤形成的最根本原因，是否能找到抗腫瘤新藥，一直是人們?cè)噲D解決此類問題的關(guān)鍵。腫瘤標(biāo)志物是檢測患者是否患有癌癥的主要依據(jù)，傳統(tǒng)的臨床腫瘤檢測方法需要對(duì)多個(gè)腫瘤標(biāo)志物項(xiàng)目進(jìn)行檢測，費(fèi)力費(fèi)時(shí)，不僅會(huì)給患者增添較大的經(jīng)濟(jì)壓力，更重要的是由于時(shí)間較長還可能延誤最佳治療時(shí)期。而生物芯片的出現(xiàn)為檢測腫瘤的發(fā)生、發(fā)展的相關(guān)基因及表達(dá)程度提供了便利，因?yàn)橛赡[瘤標(biāo)志物構(gòu)建的蛋白芯片能夠同時(shí)準(zhǔn)確而高效的檢測多種標(biāo)志物，為腫瘤患者帶來了福音，讓他們能夠早發(fā)現(xiàn)早治療，而且能節(jié)省大量的資金，減輕就醫(yī)的壓力。

3.3 病毒性疾病檢測

病毒或細(xì)菌的感染是引起感染性疾病的主要原因。臨床上對(duì)病毒或細(xì)菌的免疫標(biāo)志物以及病毒的核酸結(jié)構(gòu)和體液病毒核酸的含量進(jìn)行檢測是診斷病因及采取針對(duì)性治療的關(guān)鍵，但傳統(tǒng)的ELISA檢測技術(shù)費(fèi)用高且費(fèi)時(shí)，而DNA 測序、PCR 等檢測方法技術(shù)難度大和成本高，也難以廣泛使用。生物芯片技術(shù)的引入，提高了檢測效率和準(zhǔn)確性。例如：極大地提高對(duì)乙肝病毒（HBV）、丙肝病毒（HCV）引起的病毒性肝炎的檢測效率。目前主要是使用一些抗病毒（菌）藥物對(duì)于病毒感染性疾病進(jìn)行治療，生物芯片技術(shù)的使用也為分析抗病毒 （菌）藥物的作用機(jī)理、作用靶位和耐藥性提供了基因?qū)W角度的解釋，進(jìn)一步解決病毒（菌）產(chǎn)生耐藥性問題。

3.4 自身免疫性疾病診斷應(yīng)用

現(xiàn)階段，醫(yī)學(xué)界對(duì)于自身免疫性疾病的發(fā)病機(jī)理尚未完全明確，部分研究結(jié)果表明其可能與遺傳、免疫、環(huán)境、病毒感染等諸多因素有關(guān)，生物芯片技術(shù)能夠根據(jù)基因和蛋白的變化情況對(duì)各種自身免疫疾病進(jìn)行分析，為自身免疫性疾病的臨床診斷提供了新的方向，并且為開發(fā)新的治療藥物提供了研究思路。

結(jié)語

臨床醫(yī)學(xué)診斷中引入生物芯片技術(shù)，對(duì)醫(yī)療事業(yè)產(chǎn)生了積極的影響，但在目前由于生物芯片技術(shù)并沒有得到完善也沒有得到大面積推廣，還存在一些問題需要我們解決：例如該技術(shù)的研發(fā)和投入需要以昂貴的設(shè)備為基礎(chǔ)，而且隨著研發(fā)應(yīng)用急劇增加，結(jié)論數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)越來越泛濫等相關(guān)問題亟待我們?nèi)ソ鉀Q，但我們相信，每一種新技術(shù)的產(chǎn)生都會(huì)有其自身的發(fā)展過程，隨著生物芯片技術(shù)在不斷地改進(jìn)和完善，加上科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，其必將被廣泛地應(yīng)用，成為人類認(rèn)識(shí)與探索生命、疾病的重要手段。

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