生物芯片技術在臨床檢驗醫學中的應用

張澤宇

摘 要：生物芯片技術是一項發展迅猛的高新技術，其在醫學領域有很重要的應用價值，為現代醫學科學及醫學診斷學的發展提供了強有力的工具。 特別是在臨床檢驗醫學方面，生物芯片技術已經被應用于病毒與細菌的檢測、自身免疫疾病的免疫標志物的檢測、遺傳性疾病的檢測及腫瘤免疫標志物的單一檢測及其聯合檢測等方面。我們有理由相信，在不久的將來，生物芯片技術將在臨床檢驗醫學中發揮更大的作用。

關鍵詞：生物芯片技術；臨床檢驗醫學；應用

中圖分類號：R446 文獻標志碼：A

隨著科學技術的發展，醫療技術的進步，基因序列數據、蛋白序列和功能數據等新技術新理念快速增長，而傳統的生物技術、生物醫藥技術逐漸被更快捷、更準確的自動化生物技術所代替，生物芯片也隨之應運而生。

1 生物芯片技術

生物芯片技術是生命科學和微電子學科發展的產物，是在固定芯片表面利用微加工技術構建一個微型的生物化學系統，然后將支持物上固定的大量DNA雜交探針分子與帶熒光標記DNA或其他樣品分子進行雜交，最后就可以通過探針分子雜交信號的強度，分析監測信息和結果得出樣品分子的數量和序列的一種生物技術。生物芯片技術是目前較為先進的現代醫學檢驗技術，在短時間內快速的測試和分析出基因、配體、抗原等生物活性物質并準確地獲取樣品中的生物信息，提高檢驗效率，降低成本。目前生物芯片技術被領域廣泛使用并發揮著重要的作用，因此極具研究價值。

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 按載體材料進行分類

結合實踐來看，生物芯片根據載體材料的不同，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、使用方便等優點。但是隨著蝕刻技術的發展以及材料價格的考慮，在未來塑料有可能成為更為理想的材料。

2.2 按點樣方式分類

根據芯片點樣方式的不同，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；另一類是微矩陣點樣芯片，又細分為分噴點和針點兩種。具體制備方法請參見本章第三節部分內容。

2.3 按芯片固定探針的不同分類

根據生物芯片固定探針的不同劃分為基因芯片、蛋白質芯片或肽芯片、細胞芯片、組織芯片等，一般可以歸為基因芯片、蛋白芯片及芯片實驗室這三大類，并被廣泛地應用到臨床檢驗醫學中。基因芯片能夠同時、快速、準確地對大量的基因組信息進行檢測和分析。蛋白質芯片更接近生命活動的物質層面，它是以蛋白質代替DNA作為檢測目的物，利用蛋白芯片加入與之特異性結合的帶有特殊標記的蛋白質分子，通過對標記物的檢測達到對抗原抗體的互檢。在檢測的過程中需要極少量的蛋白質，穩定性好，靈敏度高，反應很快，所以擁有比基因芯片更廣闊的應用前景。芯片實驗室又稱為微完全分析系統，是系統集成和微刻技術結合與發展的產物，是生物芯片發展的最高階段。它能夠將樣品制備、基因擴增、核酸標記及檢測融為一體，從而實現生化分析全過程。它的應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現自動化，并成為重點研究方向。

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、表達譜芯片和基因差異表達分析芯片等，并廣泛地應用到臨床醫學檢查之中，例如對乙、丙型肝炎雙檢基因診斷主要就是運用。

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 生物芯片技術在臨床檢驗醫學中的應用

3.1 遺傳病監測

隨著醫學技術的進步，許多遺傳病的相關基因已被定位，這為從基因狀況診斷遺傳病奠定了基礎。生物學家經過對患有遺傳病或者傳染病史的家族進行一系列研究，將某一遺傳病基因和一種或多種多樣性聯系在一起，相應的遺傳病基因的染色體的合適位點就能夠通過這種聯系具體定位出來，這不僅為基因治療提供了有力的支撐，同時更為推動醫療事業的發展做出巨大的貢獻。例如：目前已能通過生物芯片技術高度準確和自動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診斷技術。

3.2 腫瘤檢測

腫瘤一直以來是醫學界關注的焦點，從眾多公開文獻資料及醫學專家研究來看，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，一直是人們試圖解決此類問題的關鍵。腫瘤標志物是檢測患者是否患有癌癥的主要依據，傳統的臨床腫瘤檢測方法需要對多個腫瘤標志物項目進行檢測，費力費時，不僅會給患者增添較大的經濟壓力，更重要的是由于時間較長還可能延誤最佳治療時期。而生物芯片的出現為檢測腫瘤的發生、發展的相關基因及表達程度提供了便利，因為由腫瘤標志物構建的蛋白芯片能夠同時準確而高效的檢測多種標志物，為腫瘤患者帶來了福音，讓他們能夠早發現早治療，而且能節省大量的資金，減輕就醫的壓力。

3.3 病毒性疾病檢測

病毒或細菌的感染是引起感染性疾病的主要原因。臨床上對病毒或細菌的免疫標志物以及病毒的核酸結構和體液病毒核酸的含量進行檢測是診斷病因及采取針對性治療的關鍵，但傳統的ELISA檢測技術費用高且費時，而DNA 測序、PCR 等檢測方法技術難度大和成本高，也難以廣泛使用。生物芯片技術的引入，提高了檢測效率和準確性。例如：極大地提高對乙肝病毒（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）藥物對于病毒感染性疾病進行治療，生物芯片技術的使用也為分析抗病毒 （菌）藥物的作用機理、作用靶位和耐藥性提供了基因學角度的解釋，進一步解決病毒（菌）產生耐藥性問題。

3.4 自身免疫性疾病診斷應用

現階段，醫學界對于自身免疫性疾病的發病機理尚未完全明確，部分研究結果表明其可能與遺傳、免疫、環境、病毒感染等諸多因素有關，生物芯片技術能夠根據基因和蛋白的變化情況對各種自身免疫疾病進行分析，為自身免疫性疾病的臨床診斷提供了新的方向，并且為開發新的治療藥物提供了研究思路。

結語

臨床醫學診斷中引入生物芯片技術，對醫療事業產生了積極的影響，但在目前由于生物芯片技術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：例如該技術的研發和投入需要以昂貴的設備為基礎，而且隨著研發應用急劇增加，結論數據和過程數據越來越泛濫等相關問題亟待我們去解決，但我們相信，每一種新技術的產生都會有其自身的發展過程，隨著生物芯片技術在不斷地改進和完善，加上科學技術水平的不斷提高，其必將被廣泛地應用，成為人類認識與探索生命、疾病的重要手段。

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