国家863计划重大专项课题可行性论证报告提纲

1、国家863计划重大专项课题可行性论证报告提纲课题名称： 生物芯片专项课题可行性论证报告提纲概要：生物芯片是近年来在生命科学领域中迅速发展起来的一项高新技术， 它主要是指通过微加工技术和微电子技术在固格体芯片表面构建的微型生物化学分析系统，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。常用的生物芯片分为三大类：即基因芯片、蛋白质芯片和芯片实验室。生物芯片的主要特点是高通量、微型化和自动化。芯片上集成的成千上万的密集排列的分子微阵列，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

2、次具有深远意义的科学技术革命，为后基因组计划时期基因功能研究及现代医学科学及医学诊断学的发展提供强有力的工具，将会使新基因的发现、基因多态性研究、基因诊断、药物筛选、给药个体化等方面取得重大突破。本报告就国家863计划重大专项生物芯片课题的可行性作提纲性论证，在基因芯片和蛋白芯片的技术平台建立、关键技术研究及重大生物芯片产品应用研究等方面提出意见。 一、 国内外研究开发现状与技术发展趋势，以及知识产权状况生物芯片 (Biochip) 技术是九十年代发展起来的一项新技术，它采用平面光导原位合成或微量点样等方法，将大量生物分子如核酸片段，多肽分子甚至组织切片、细胞等生物样品有序地固化于支持物（如玻

3、片、硅片、聚丙烯酰胺凝胶、尼龙膜等载体）的表面，组成密集的分子排列，然后与标记的待测生物样品中的靶分子反应，<SPAN lang=zh-cn></SPAN>通过<SPAN lang=zh-cn>特定的仪器比如</SPAN>激光共聚焦扫描仪或电荷偶联摄影像机（CCD）对杂交信号的强度进行快速、并行、高效地检测分析，从而判断样品中靶分子的数量。</SPAN>根据芯片上的<SPAN lang=zh-cn>固定的</SPAN>探针不同，生物芯片包括基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片，另外根据原理还有元件型微阵列芯

4、片、通道型微阵列芯片、生物传感芯片等新型生物芯片。 为了叙述的方便，我们将生物芯片分为基因芯片、蛋白芯片与芯片实验室。1、基因芯片 国内外发展趋势和现状：基因芯片是生物芯片中最基础的，也是研究开发最早、最为成熟和目前应用最广泛的产品。现在，基因芯片这一时代的宠儿已被应用到生物科学众多的领域之中。它以其可同时、快速、准确地分析数以千计基因组信息的本领而显示出了巨大的威力。这些应用主要包括基因表达谱检测，寻找新基因，杂交测序，基因突变和多态性分析以及基因文库作图以及等方面。基因表达谱芯片又分为cDNA芯片和寡核苷酸芯片两种，前者芯片探针为cDNA，后者探针为寡核苷酸片段。在疾病诊断、新药筛选及科学

5、研究方面具有独特的优势。基因突变和多态性分析多采用寡核苷酸芯片芯片，常用于病原微生物的分型与耐药基因突变的检测，以及HLA基因分型。 国内外目前主要采用cDNA芯片进行基因表达的检测，芯片制备所用的DNA探针一般为已知基因cDNA克隆的PCR扩增产物或EST的扩增产物。芯片上的点数从几百到几万不等，片段长度从几百bp到几个Kb不等。主要用于1、 基因的功能研究；2、疾病相关基因研究与疾病诊断；3、药物作用机理、毒理研究与新药筛选。迄今为止，关于病毒、细菌、真菌（尤其是全基因序列已知的酵母菌）、植物、哺乳动物及人的大部分组织或细胞的基因表达谱等都有过用芯片研究的报道。国外也有少量用寡核苷酸芯片进

6、行基因表达谱研究的报道，主要用于基因功能研究、新基因发现等方面。由于基因中存在短的重复序列，cDNA芯片在检测的特异性方面具有潜在的缺陷，此外，进行cDNA芯片的研制需要较多的投资。无论是寡核苷酸芯片还是cDNA芯片，都是测定大规模基因表达谱的强有力工具。从方法学角度来看表达谱芯片正朝着以下几方面发展：一是提高探针阵列的集成度，如有多家公司的芯片阵列的集成度已达一万个以上，这样基因数量在数万个以上的生物体的基因表达情况只用一块芯片即可包括。二是提高检测的灵敏度，如检测系统的优化组合和采用高灵敏度的荧光标志。三是提高检测的真实性、准确度和稳定性，避免假阳性和假阴性。四是方法的标准化和降低成本，简

7、化制备方法，加快研制速度。基于基因突变和多态性分析的病原微生物的分型与耐药基因突变检测、以及HLA基因分型芯片是寡核苷酸芯片的另一主要应用方面。由于各个国家的情况有一定的差异，各国的侧重点有一定的差别。在这一方面投入较多的反而是亚洲国家。目前，大家在这一方面基本处于同一阶段，尚没有商品化的产品。国内现有技术基础 国内近两年已有多家研究单位开展了生物芯片的研究工作，如军事医学科学院，清华大学，上海联合基因集团，深圳益生堂等单位，已有一大批相关的研究成果，有几家公司已能生产和销售用于生物芯片研究的仪器设备以及相关产品。益生堂生物企业有限公司早在1999年就与军事医学科学院合作在国内首先开展了这方面

8、的研究工作，已基本完成了乙型肝炎病毒耐药基因检测芯片，肿瘤基因检测芯片，HLA中等分辨率基因分型芯片以及一些寡核苷酸表达谱芯片的研制。联合基因集团也开展了基因芯片的研究和开发工作，据其报道已研制了含4096个cDNA的表达谱芯片，品种达到43个。此外还有南京大学、浙江江南等国内诸家单位开展了基因芯片的研究和开发工作，并且均有一定的工作基础，取得了一定的进展，它们在表达谱芯片制备方面均采用cDNA芯片。2、蛋白质芯片 国内外发展趋势和现状：蛋白质芯片以蛋白质代替DNA作为检测目的物，比基因芯片更进一步的接近生命活动的物质层面，因而有着比基因芯片更加直接的应用前景。 尽管蛋白质芯片尚处于初试摸索阶

9、段，但我们已看到了其无可限量的应用前景。蛋白质芯片包含两个完全不同的反应模式，一种是将传统的抗原抗体，酶-底物等检测手段微量化，移植到玻璃、尼龙膜等载体上；另一种是美国加利福尼亚的Ciphergen生物系统公司生产的SELDI蛋白质芯片系统，该系统将吸附在不同基质的蛋白分子汽化，检测其质谱，并与计算机中的质谱库进行进行对比，从而得到待检蛋白质的有关信息。这两个方面均有非常成功的例子。 国内现有技术基础 国内从事蛋白质芯片的单位并不多。益生堂生物企业有限公司早在1999年就与军事医学科学院合作在国内首先开展了这方面的研究工作，并且已有三项玻片表面处理和检测专用卡盒以及方法学上的专利。已完成了丙肝

10、病毒抗体蛋白芯片，丙肝、梅毒、艾滋检测三联蛋白芯片等产品的研制工作。其中丙肝病毒抗体蛋白芯片检测试剂盒已通过了中国药品生物制品检定所的质检。 上海数康生物科技公司研制的多肿瘤标志物蛋白芯片检测系统，以膜为载体，可以检测12种常见的肿瘤标志物，达到对10种肿瘤进行同时检测。该产品已获得国家药品监督管理局颁发的生物制品一类新药证书及试生产批文。蛋白质芯片系统在医疗领域的重要影响是在简单地，精确地进行早期诊断方面有重大的进展。而这对许多疾病有临床的意义。就象能够进行早期诊断一样，它也能监控疾病的进程和治疗的效力。以卵巢癌为例，卵巢癌的症状只有在癌症已经建立和可能已经转移而难以挽救时才出现。利用蛋白质

11、芯片系统进行的诊断能够在早期检测出来，可能在症状发展前一年就诊断出，使医生能够进行外科手术，及时地开始化学治疗，获得成功的可能，据估计单此一项，每年就可挽救几十万名妇女的生命。 3、芯片实验室 国内外发展趋势和现状：芯片实验室是基因芯片技术和蛋白质芯片技术进一步完善和向整个生化分析系统领域拓展的结果，是生物芯片技术的发展的最高阶段。由于芯片实验室是利用微加工技术浓缩整个芯片实验室所需的设备，化验、检测以及显示等等都会在一块基因芯片上完成，因此成本相对极为低廉，使用非常方便。 美国普杜大学已开发出一种芯片实验室技术，将化学实验室的专用仪器缩微在芯片上，芯片上的仪器缩小到常规仪器的千分之一甚至百万

12、分之一。这项成果使科学家能在一块硅片上堆积几十个或几百个“实验室”，每个“实验室”都能进行复杂的化学分析，从而可减少很多化学和医学分析的费用，并提高效率。它可以使研究人员借助一块芯片进行化学分析，同时进行大量的实验。在同一时间内不是有一个化学实验室进行实验或化学分析，而是能够有许多实验室同时进行实验。这种芯片实验室与同功能常规实验室所不同的只是实验室的大小和制造方法。尽管芯片上的实验室很小，但却能用很少的样液（几分之一滴）进行精确测量。用量减少到常规实验室的百万分之一，但测量精度仍可达很高的水平。由于超微实验室没有运动或机加工部件，与常规实验室设备相比，结构要简单得多，制造费用也非常低。例如，

13、常规实验室中部分通用设备就需要花费15,000美元，但杜普大学将该类实验室缩微后的一个芯片的制造费只有400美元，而且在一个芯片上能排列数量巨大的个微型实验室。目前，芯片实验室正朝着更快速，更简便，更特异，更便宜等方向发展。 二、 国内外经济和社会发展需求分析1.现有应用领域和市场 生物芯片技术可广泛应用于疾病诊断和治疗、药物基因组图谱、药物筛选、中药物种鉴定、农作物的优育优选、司法鉴定、食品卫生监督、环境检测、国防等许多领域。它将为人类认识生命的起源、遗传、发育与进化、为人类疾病的诊断、治疗和防治开辟全新的途径，为生物大分子的全新设计和药物开发中先导化合物的快速筛选和药物基因组学研究提供技术

14、支撑平台。 国内外已有多种用于科研如基因功能分析，药物筛选，药物作用机理及毒理学芯片以及疾病诊断如肝炎病毒检测诊断芯片、结核杆菌耐药性检测芯片、多种恶性肿瘤相关基因芯片、肿瘤分型芯片等一系列诊断芯片逐步开始进入市场。 据不同资料显示就美国基因芯片的市场销售来说，美国已有多家生物芯片公司股票上市，而且其股价平均以每年75的速率上涨。其1998年销售额为4000万美元，预计2000年将达到13亿美元，全球生物芯片市场（包括芯片实验室、基因组分析工具、应用型生物芯片及其它相关的产品与服务，例如试剂、仪器设备、软件、技术支持等等），1998年工业产值约10亿美元，到2001年将达到170亿美元左右。国

15、内从1997年才开始对生物芯片有所了解，到现在已有近20家高等院校和研究院所对生物芯片进行研究。军事医学科学院、清华大学、深圳益生堂已在这方面取得了较大突破。目前国家级经费从1998年至今共投入约700万元人民币，全国范围内用于生物芯片研发的民间风险资本投入约为1.6亿元人民币。 国内在药物筛选和疾病诊断芯片方面及其它相关的产品与服务，例如试剂、仪器设备、软件、技术支持等的市场近年来刚刚起步，但发展神速，已初具规模，广泛用于生命科学、医学基础研究、疾病诊断、药物筛选等领域的分析检测。并有迅速扩大的趋势。2.潜在用户与市场预测药物和学术实验室仍将是生物芯片产品和服务的主要消费对象，研究人员从大规

16、模基因水平探索生命发生发展的本质及内在规律，寻找促使新药开发流程合理化的方式，并且创造有助于处理诊断、疾病管理、毒物监测以及其它应用的工具；此外，医院和病人也将是疾病诊断芯片的巨大消费群和受益者。 根据市场研究公司The Freedonia Group的研究报告指出，美国的生物芯片相关产品与服务市场，在2004年将达到16亿美元的规模，平均每年以高达43的比例成长。全球生物芯片市场预计到2003年的可达到200 亿美元以上，用生物芯片进行药理遗传学和药理基因组学研究所涉及的世界药物市场每年约1800亿美元；更乐观的预测还有，2005年全球基因芯片总营业额将从1998年的180亿美元增长到400

17、亿美元，诊断的疾病种类可望从目前的100 多种扩大到5000种；还有一个最新的略显保守的报道，DNA芯片市场（包括临床实验和研究应用的芯片以及用于制造和分析芯片的相关设备）预计在2010年达到47亿，届时生物芯片将渗透到包括医疗卫生在内的日常生活中。世界基因芯片产业应能保持每年至少30的增长。三、 课题的总体目标、主要研究内容、关键技术 总体目标： 1.基因芯片（1） 建立寡核苷酸芯片及cDNA芯片的全套研制开发技术平台。（2） 研制开发重大基因芯片应用产品，包括基因表达谱芯片，基因多态性分析芯片，基因分型芯片，基因突变检测芯片及基因测序芯片等。2蛋白芯片（1） 建立组织蛋白芯片的全套研制开发

18、技术平台。（2） 开发研制组织蛋白芯片的重大应用产品，包括病原微生物检测诊断芯片，疾病相关因子检测芯片，肿瘤标记物检测芯片等。 主要研究内容： 1. 基因芯片（1） 基因芯片技术平台的建立芯片载体玻片的表面化学处理工艺，包括玻片的氨基化、醛基化处理等； 寡核苷酸探针的合成修饰技术，包括核酸合成纯化，spacer联结，3 5端氨基修饰等； DNA微阵列机器人点样制备； 荧光标记PCR引物的合成和标记，包括引物合成纯化及CY3，CY5标记； 多重不对称PCR反应条件的优化； 芯片杂交反应条件的优化； 芯片杂交扫描信号的微机化处理及配套数据库建立； 信号放大技术。（2） 重大基因芯片应用产品的研制开

19、发 基因表达谱芯片的研制：基因筛选及探针的合成修饰，药物靶标及疾病诊断标志物的筛选检测； 基因多态性分析及基因分型芯片：HLA中等分辨率及高分辨率基因分型芯片研制及临床干细胞移植筛选、器官移植配型、司法鉴定及疾病相关型应用；药物代谢酶CYP450的基因分型芯片研究及临床个体化医疗应用；肝炎分型检测芯片的研制及临床检测应用。 基因突变检测芯片的研制：肝炎、结核、HP等病原微生物的耐药型基因突变检测芯片研制及临床检测应用。 基因测序芯片的研制。2. 蛋白芯片（1） 蛋白芯片技术平台的建立 芯片载体玻片的表面化学处理工艺； 检测用抗原的制备和筛选：基因工程表达抗原的制备、纯化、筛选； 检测用抗体的纯

20、化、特异性筛选及荧光标记； 检测反应体系反应条件的优化和确定； 蛋白芯片质控标准品的建立； 荧光扫描信号的特异性、敏感型控制及信号微机处理。（2） 组织蛋白芯片的重大应用产品的开发研制丙肝等单相病原微生物抗体检测诊断芯片的研制和应用；艾滋、乙肝、丙肝、梅毒抗体三联检测芯片的研制和应用；其他病原微生物（包括性病、HP等）检测诊断蛋白芯片的研制；肿瘤标记物（包括癌胚抗原，肺癌，甲状腺癌，胰腺癌，生殖系统肿瘤）检测蛋白芯片的研制和应用。需攻克的关键技术：1.基因芯片（1） 以基因组为模板的多重不对称PCR反应条件的优化（2） 探针的设计和芯片杂交反应条件的优化（3） 芯片杂交信号放大技术的研究（4）

21、 芯片检测杂交信号的特异性和敏感型控制（5） 芯片信号分析处理微机化及配套数据库的建立3. 蛋白芯片（1） 检测用抗原、抗体的制备和筛选（2） 芯片检测的特异性和敏感型控制（3） 鉴定规程、质量标准、参照品的建立（4） 芯片信号分析处理微机化 相应的专利等知识产权情况：获得相关研制开发项目的生物芯片发明专利证书，及生物芯片试剂盒新药证书，国际 国内发表生物芯片相关学术论文。四、 实施方案及其技术经济分析与比较拟采用的技术路线：不同种类的芯片有不同的实施方案，但对于蛋白质芯片，寡核苷酸表达谱芯片及其他核苷酸多态性检测芯片，仍有一些共同的地方。抗原、抗体的选择、寡核苷酸芯片的探针设计和芯片制备被检

22、测物的标记及检测信号放大 反应条件的优化检测灵敏性、特异性和准确性的确定临床标本的检测报批材料的撰写创新点：(1) 选题和内容A微生物耐药性导致人类感染性疾病发病率和死亡率增高，且增加了治疗费用。通过对病原体耐药性及耐药种类及时正确地作出判断，是合理使用治疗药物的关键。根据病原体的耐药特征，采用最佳的治疗方案则能够获得更好的治疗效果，从而减轻病人的负担，防止耐药病原体的传播。本课题从临床意义重大的、且分子机理研究较明确的抗利福平、抗异烟肼、抗链霉素、抗吡嗪酰胺及抗乙胺丁醇结核杆菌、抗克拉霉素幽门螺杆菌、抗Larmivudine乙肝病毒和青霉素耐药菌入手，应用基因芯片技术对其耐药性进行快速、准确

23、、灵敏地检测。在选题上，不仅考虑到这些耐药微生物所具备的重大临床意义，而且包含了各种耐药情况，既考虑到单个基因造成的耐药性，又涉及到多个基因造成的耐药性；既考虑到特定病原体对抗感染药物的抗性，又研究抗感染性药物在多个病原体中的抗性情况；研究对象既有细菌，又有病毒。B. 控制耐药病原体的感染，不但需要研究开发新的抗耐药病原体的有效药物，还要提高耐药微生物检测的阳性率，了解耐药性发展动态，合理使用抗感染药物，提高抗感染治疗的效果，降低微生物耐药的发展速度，保护有效药物的使用寿命。在本课题中，我们采用先进的基因芯片技术对微生物耐药性进行遗传学检测，它克服了传统方法的局限性，具有广阔的临床应用前景。目

24、前在国内还未见到有关这一方面的报道，据我们所知，本室是国内第一家已启动基因芯片用于耐药性检测研究的单位。国外有关这方面的研究不多，由于他们采用的是高密度原位合成的寡核苷酸芯片，造成价格昂贵，结果处理复杂，对多个基因造成的耐药性及病原体的多重耐药性的检测十分困难，因而不太适合临床使用。而本研究中所采用的是中密度寡核苷酸芯片，针对已报道的突变情况，设计特异寡核苷酸探针，通过点样仪将其点在玻片上，制成寡核苷酸芯片。这样大大降低成本，检测针对性强，结果分析方便，适合临床使用。C抗感染化疗过程，发现了耐药性在多种细菌中互相传播的现象。在选题过程中，我们考虑了多种耐药的情况。这样，不仅可进一步了解微生物耐

25、药的分子机理，探索新的耐药分子机理，而且还能获得耐药性传播机制及其进化特点， 对感染性疾病的预防与治疗具有重大的意义。 D将基因芯片技术应用于耐药微生物的检测中，则使得临床耐药性检测变得更加准确，更加灵敏，更加快速。这必然造成抗感染药物治疗发生根本上的变化，使得抗感染个体化医疗成为可能。本研究的最终目标是将微生物耐药性和临床治疗方案结合起来，选择最佳的临床治疗方案，降低感染性疾病的发病率和死亡率，控制和减缓耐药病原体的传播。 EHLA（人类白细胞抗原）在器官移植的排斥反应中起重要的作用，移植存活率很大程度上取决于供者与受者之间的HLA型别是否相符。我国现有白血病患者近400万人，且以每年4万人

26、的速率递增，而目前治疗该病唯一的有效手段既是造血干细胞移植，而移植前必须配型。(2)研究方法和技术A基因芯片技术是本课题中的核心技术，如何建立高通量、快速精确的基因芯片诊断技术是解决问题的关键。尽管基因芯片技术应用于耐药性的遗传学诊断在实现操作的程序化与常规化方面，具有其他技术所无法比拟的优越性。但是，这项技术刚起步，尚有许多问题有待解决，统一标准有待完善。拟通过本项目的实施，建立较为成熟的基于基因芯片的基因诊断技术，这是本项目在技术上的重点创新之处。B如何建立基于耐药基因芯片检测结果上的抗感染个体化治疗方案资料库，则是本项目的另一个技术创新之处。这一资料库的建立能够指导临床合理地利用抗感染治

27、疗药物，提高临床治疗效果，控制耐药病原体的传播，从而降低感染性疾病的发病率和死亡率。C大规模表达谱芯片制备技术；提高检测的特异性方法；增强检测的灵敏度方法；用于表达检测的定量、定性质控系统；各种表达谱数据库的建立及分析软件的研制。D蛋白芯片的制备技术：尽管蛋白芯片采用了很多EIA常用的技术，但将常规检测微量化，改变包被载体及标记物，尚有许多问题需要解决。通过本项目的研究，可有效地解决上述问题。技术经济分析比较：由于在芯片研发方面积累较多的实际工作经验，因此，在实验方案的设计中，我们采用了相对经济的方案。主要表现在被检测物的标记上，我们通过引物末端标记及多重PCR技术，降低了实验所需的成本；五、

28、 进度安排与组织管理措施 进度安排：1 基因芯片总体3年时间，包括基因芯片技术平台的建立，重大产品的研制开发应用，知识产权的获得。（1） 第一年：基因芯片研制技术平台的建立本阶段确定载体玻片表面处理工艺流程，寡核苷酸合成和修饰标记技术方法，芯片杂交模板的制备方法及优化的芯片杂交条件，荧光扫描和信号处理、信号放大技术。（2） 第二年：重大产品的研制开发研制项目的基因分析研究，目标基因和探针的选取，探针的杂交测试、调整和阵列确定，芯片检测的特异性和敏感型控制，信号处理软件的试用及配套数据库的建立。（3） 第三年：试剂盒组装，临床样品的批量检测试验，相关专利的申请及报批程序的完成。2 蛋白芯片总体3

29、年时间，包括蛋白芯片技术平台的建立，重大产品的研制开发应用，知识产权的获得。（1）第一年：蛋白芯片技术平台的建立芯片载体玻片的表面化学处理工艺的确定，检测用抗原、抗体的制备、纯化、特异性筛选及荧光标记，检测反应体系反应条件的确定，荧光扫描信号的特异性、敏感型控制及信号微机化处理的建立。（2）第二年：组织蛋白芯片的重大应用产品的开发研制研制项目的可行性分析研究确定，项目抗原抗体的制备，芯片微阵列的确定，芯片杂交反应的特异性和敏感型控制，信号处理软件的试用及配套数据库的建立。（4） 第三年：试剂盒组装，临床样品的批量检测试验，相关专利的申请及报批程序的完成。六、 经费概算 生物芯片课题总需投入经费

30、5亿元人民币，其中基因芯片3.5亿元，蛋白芯片1.5亿元。在基因芯片分项目中，技术平台建立需投入5000万元，基因表达谱芯片6000万元，基因多态性分析芯片8000万元，基因分型芯片6000万元，基因突变检测芯片5000万元，基因测序及其它基因芯片5000万元。 在蛋白芯片分项目中，建立组织蛋白芯片的全套研制开发技术平台5000万元，开发研制组织蛋白芯片的重大应用产品1亿元，其中，病原微生物检测诊断芯片5000万元，疾病相关因子检测芯片3000万元，肿瘤标记物检测芯片1000万元，其它蛋白芯片1000万元。七、 课题目标实现后，对相关技术领域及其产业的影响和带动作用预测分析 1.目标实现后专项

31、技术创新、发展及知识产权发展状况生物芯片项目研究的实施，将能产生大量的具有我国自主知识产权的新医药、新产品、新发明、新技术，如芯片的制备工艺；提高检测特异性和灵敏度的方法；数据库及分析软件；各种诊断型蛋白芯片、基因分型芯片、基因突变检测芯片、基因多态性分析芯片、疾病诊断芯片以及这些产品的进一步应用所产生的二次开发产物（如用药物筛选芯片筛选中药有效成分得到的新型药物）。这些创新性产品和技术必将对我国生物技术相关产业的发展产生深远的影响，应能通过申请发明专利、申报新药证书、在国际国内发表生物芯片相关学术论文等手段获得知识产权保护。2.对相关技术领域及其产业的影响和带动作用生物芯片技术的广泛运用，将

32、对许多相关技术与产业的发展起着巨大的影响和带动作用，主要包括基因组学技术、重大疾病相关基因的分离和功能研究、基因药物工程、基因治疗技术、生物信息学技术、组合生物合成技术、新型诊断技术、蛋白质组学方面等，为"后基因组计划"时期基因功能的研究及现代医学科学及医学诊断学的发展提供了强有力的工具，将会使新基因的发现、基因诊断、药物筛选、给药个性化等方面取得重大突破，为整个人类社会带来深刻广泛的变革。在医学、生命科学、药业、农业、环境科学、法医学等凡与生命活动有关的领域中均具有重大的应用前景.生命科学 生物芯片技术可以广泛应用于各种动物、植物、微生物方面的研究，对来源于不同的个体(正

33、常人与患者)、组织、细胞周期、发育阶段、分化阶段、病变、刺激(包括不同诱导、不同治疗手段)下的基因表达进行检测，从而对这些基因表达的个体特异性、组织特异性、发育阶段特异性、分化阶段特异性、病变特异性、刺激特异性进行综合的分析和判断，迅速将某个或几个基因与疾病联系起来，极大地加快这些基因功能的确定，同时可进一步研究基因与基因间相互作用的关系，发现新基因，寻找和鉴定疾病相关基因，从而揭示各种生命活动发生、发展的分子机制。此外，通过基因突变分析，对微生物菌种鉴定、致病机制等基因突变检测方面具有重要的影响。 医学 与传统方法相比， 生物芯片在疾病检测诊断方面具有独特的优势，它可以在一张芯片同时对多个病

34、人进行多种疾病的检测。仅用极小量的样品，在极短时间内，向医务人员提供大量的疾病诊断信息，这些信息有助于医生在短时间内找到正确的治疗措施。例如对肿瘤、糖尿病、传染性疾病等常见病和多发病的临床检验及健康人群检查，均可以应用生物芯片技术。今后人们可以拥有个人化验室，无论在地球任何地方，随时可以对自己的健康状况进行监测。此外，在个体化医疗方面也有很大的促进作用，临床上，同样药物的剂量对病人甲有效可能对病人乙不起作用，而对病人丙则可能有副作用。在药物疗效与副作用方面，病人的反应差异很大。这主要是由于病人遗传学上存在差异（单核苷酸多态性，SNP），导致对药物产生不同的反应。如果利用基因芯片技术对患者先进行诊断，再开处方，就可对病人实施个体优化治疗。另一方面，在治疗中，很多同种疾病的具体病因是因人而异的，用药也应因人而异，如将这些基因突变部位的全部序列构建为DNA芯片，则可快速地检测病人是这一个或那一个或多个基因发生突变，从而可对症下药，所以对指导