生物芯片的发展与研究进展
生物芯片技术的起源,可以追溯到埃德温·迈勒·萨瑟恩提出的核酸杂交理论,在此基础上,弗雷德里克·桑格和吉尔伯特发明了现今广泛使用的DNA测序方法,并由此在1980年获得了诺贝尔奖,另一位科学家卡里·穆利斯在1983年首先发明了PCR技术,使得微量的DNA可以放大并检测。
生物芯片这一名词最早在二十世纪八十年代初被提出,当时主要指分子电子器件,这是一项在生命科学领域中迅速发展起来的高新技术,通过微加工和微电子技术在固格体芯片表面构建微型生物化学分析系统,实现对细胞、蛋白质、DNA等生物组分的准确、快速、大信息量的检测,美国海军实验室的研究人员在试图将有机功能分子或生物活性分子进行组装,构建了微功能单元,用于研制仿生信息处理系统和生物计算机,产生了"分子电子学",基于DNA或蛋白质等分子计算的实验室模型也引起了科学界的极大关注。
进入二十世纪九十年代,人类基因组计划的发展为基因芯片技术的出现和发展提供了有利条件,另一类通过机器人自动打印或光引导化学合成技术在硅片、玻璃、凝胶或尼龙膜上制造的生物分子微阵列也引起了人们的关注,这类生物芯片能实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞或其他生物组分准确、快速、大信息量的筛选或检测。
值得一提的是,从1991年开始,生物芯片技术取得了显著的进展:
- 福德组织半导体和分子生物学专家研制出利用光蚀刻光导合成多肽。
- 1992年,世界上第一块基因芯片诞生,运用半导体照相平板技术。
- 随后几年,寡核苷酸生物芯片、用光导合成的寡核苷酸芯片进行DNA序列快速分析等技术相继问世。
- 到1996年,世界上第一块商业化的生物芯片问世,灵活运用了多学科技术。
随着技术的不断进步,生物芯片市场迅速增长,据预测,基因芯片及相关产品产业将取代微电子芯片产业,成为21世纪最大的产业,全球DNA生物芯片市场每年平均增长6.7%,而纳侬市场预测以纳米器械为基础的医疗技术将在未来几年内迎来爆炸式增长,其中芯片实验室具有最快的市场增长率。
三位美国科学家获得了一项关于量子级神经动态计算芯片的专利,该芯片功能强大,能够通过高速非标准运算模拟解决问题,为未来量子计算领域的发展起到巨大的推动作用。
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