○甘肅省蘭州市畜牧獸醫(yī)研究所 張成虎

生物芯片技術(shù)是隨著“人類(lèi)基因組計(jì)劃”的進(jìn)展而發(fā)展起來(lái)的，主要是指通過(guò)微加工和微電子技術(shù)等方法，將大量生物大分子如核酸片段、多肽分子甚至組織切片、細(xì)胞等生物樣品有序地固化于支持物（如玻片、硅片、聚丙烯酰胺凝膠、尼龍膜等載體）的表面，構(gòu)建微型生物化學(xué)分析系統(tǒng)，組成密集二維分子排列，然后與已標(biāo)記的待測(cè)生物樣品中靶分子雜交，通過(guò)特定的儀器對(duì)雜交信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行并行、高效地檢測(cè)分析，從而判斷樣品中靶分子的數(shù)量，完成對(duì)生命機(jī)體生物組分準(zhǔn)確、快速、大信息量的檢測(cè)。由于常用玻片/硅片作為固相支持物，且在制備過(guò)程模擬計(jì)算機(jī)芯片的制備技術(shù)，所以稱(chēng)之為生物芯片技術(shù)。它是融微電子學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)為一體高度交叉的新技術(shù)，具有重大的基礎(chǔ)研究?jī)r(jià)值和廣闊的生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用前景。

一、生物芯片的研究現(xiàn)狀和開(kāi)發(fā)前景

1996年，美國(guó)成功地研制出世界上首批用于藥物篩選和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的生物芯片，并研制出芯片系統(tǒng)，隨后其他各國(guó)也快速跟進(jìn)，一些跨國(guó)公司如摩托羅拉、惠普、IBM等也相繼投以巨資開(kāi)展芯片研究。1998年12月，美國(guó)成立基因分析協(xié)會(huì)，旨在建立一個(gè)統(tǒng)一的技術(shù)平臺(tái)，并生產(chǎn)相應(yīng)的技術(shù)設(shè)備，推動(dòng)生物芯片技術(shù)的應(yīng)用。在21世紀(jì)，生物芯片對(duì)人類(lèi)的影響將可能超過(guò)微電子芯片。

我國(guó)對(duì)生物芯片的研究基本與世界同步，1997年，召開(kāi)的全國(guó)生物芯片戰(zhàn)略會(huì)議，就我國(guó)的生物芯片發(fā)展提出了意見(jiàn)；1998年，中國(guó)科學(xué)院將基因芯片列為“九五”特別支持項(xiàng)目；2000年，國(guó)內(nèi)從事生物芯片技術(shù)研究的多家單位強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，成立了國(guó)家生物芯片技術(shù)中心；中國(guó)工程院舉辦了首次“生物芯片技術(shù)”工程科技論壇。目前，國(guó)內(nèi)外已開(kāi)發(fā)出的產(chǎn)品有單核苷多態(tài)性（SNP）檢測(cè)芯片、突變檢測(cè)芯片、比較基因組雜交芯片、DNA甲基化檢測(cè)芯片、信使RNA和小RNA表達(dá)譜芯片等。生物芯片在重大疾病發(fā)病機(jī)理、藥物開(kāi)發(fā)、生長(zhǎng)發(fā)育、農(nóng)業(yè)育種、干細(xì)胞研究等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。

二、動(dòng)物疫病及畜產(chǎn)品安全檢測(cè)中的應(yīng)用

生物芯片技術(shù)已經(jīng)被廣泛用于農(nóng)業(yè)研究和農(nóng)產(chǎn)品檢測(cè)。在動(dòng)物疫病監(jiān)測(cè)和畜產(chǎn)品安全檢測(cè)中的應(yīng)用尤為突出。

1.獸藥殘留的檢測(cè)芯片。濫用獸藥導(dǎo)致動(dòng)物體內(nèi)藥物的滯留或蓄積，對(duì)人體造成危害，它已經(jīng)成為動(dòng)物性食品的不安全因素，成為國(guó)家整治農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的重要環(huán)節(jié)，被列為肉食品的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目之一。目前，常規(guī)的獸藥殘留檢測(cè)方法主要是理化分析儀器法，存在儀器昂貴、操作繁瑣、試劑消耗量大等問(wèn)題；而生物學(xué)方法如微生物學(xué)檢測(cè)方法，雖然成本低、操作簡(jiǎn)便，在大批樣品同時(shí)分析中具有一定優(yōu)勢(shì)，但分析速度慢、專(zhuān)一性差，并且只能測(cè)定有生物活性的殘留物。而酶聯(lián)免疫法目前大多采用進(jìn)口試劑盒，價(jià)格較高，且僅能對(duì)單一獸藥進(jìn)行檢測(cè)。

2006年，在國(guó)家863計(jì)劃的支持下，我國(guó)率先研制出了用于檢測(cè)殘留獸藥的生物芯片系統(tǒng)。這是一套把樣品制備、生化反應(yīng)和結(jié)果檢測(cè)三步集成在一起的檢測(cè)系統(tǒng)，具有前處理簡(jiǎn)單、靈敏度高、特異性好、檢測(cè)速度快（比現(xiàn)行的檢測(cè)手段縮短數(shù)十倍）、檢測(cè)通量高、質(zhì)量控制體系嚴(yán)密等優(yōu)點(diǎn)。此芯片系統(tǒng)可檢測(cè)出磺胺二甲基嘧啶、鏈霉素、恩諾沙星和克倫特羅，檢測(cè)對(duì)象主要包括雞肉、雞肝、豬肉、豬肝、豬尿和牛奶等。它是目前畜產(chǎn)品獸藥殘留檢測(cè)的一個(gè)高效便捷的系統(tǒng)，具有極高的推廣價(jià)值。

2.食源性微生物檢測(cè)芯片。由微生物引起的食源性疾病是食品安全的主要問(wèn)題。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外食源性疾病事件頻頻發(fā)生，如葡萄球菌、沙門(mén)氏菌、弧菌病、腸出血型大腸桿菌(引起腸出血)、利斯特菌引起的食源性傳染病、霍亂弧菌引起的霍亂等。對(duì)食源性疾病的預(yù)防與控制已引起了世界各國(guó)的高度重視。食源性病原微生物檢測(cè)技術(shù)是食源性疾病預(yù)防與控制的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的微生物培養(yǎng)和生理生化檢驗(yàn)法的最大弱點(diǎn)是耗時(shí)較長(zhǎng)，對(duì)保藏期較短的食品在產(chǎn)品衛(wèi)生狀況方面的評(píng)估作用不大。

食源性微生物檢測(cè)芯片主要是結(jié)合微陣列技術(shù)、PCR擴(kuò)增技術(shù)和生物信息學(xué)技術(shù)，同時(shí)并行檢測(cè)樣品中葡萄球菌、沙門(mén)氏菌、弧菌病、腸出血型大腸桿菌(引起腸出血)、利斯特菌、霍亂弧菌等致病菌，具有靈敏度高、檢測(cè)時(shí)間短（整個(gè)檢測(cè)過(guò)程只需18小時(shí)）等特點(diǎn)。

3.動(dòng)物疫病病原體檢測(cè)生物芯片。動(dòng)物疫病是養(yǎng)殖業(yè)的頭號(hào)大敵。動(dòng)物疫情監(jiān)測(cè)和動(dòng)物疫病診斷作為動(dòng)物疫病防控的兩大方面，新技術(shù)應(yīng)用十分關(guān)鍵。目前，常用的是病原學(xué)、血清學(xué)、分子生物學(xué)等技術(shù)，生物芯片作為分子生物學(xué)的技術(shù)之一，近年來(lái)得到了高度重視，并進(jìn)行了大量的研究應(yīng)用，北京、山東、廣州、四川等地已經(jīng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用了多種動(dòng)物疫病檢測(cè)、診斷芯片，在診斷各種病毒性疫病中取得了實(shí)質(zhì)性的突破。生物芯片技術(shù)對(duì)病原抗原進(jìn)行定性、定位、定量測(cè)定，結(jié)合組織學(xué)、免疫學(xué)、免疫組織化學(xué)等生物學(xué)技術(shù)，達(dá)到快速特異性診斷的目的，具有操作性好、實(shí)用性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高、時(shí)間短、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。