3月6日，韓國蔚山科學技術院(UNIST)宣布，生物醫學工學系樸太恩教授的研究團隊開發出一種仿生芯片，可以模擬人體的生理和病理特征人類白色脂肪組織。

研究團隊生產的仿生芯片由水凝膠組成，水凝膠由細胞外基質制成，采用了一種使正常和肥胖脂肪組織脫細胞的技術；形成的水凝膠具有組織特異性生理和病理特征，準確復制了人體脂肪組織的特殊微環境。研究團隊解釋說，它還有助于長期維持培養的原代脂肪細胞的功能。

研究團隊成功地用仿生芯片重現了在人體脂肪組織中觀察到的血管內皮細胞功能障礙。脂肪組織引起的脂肪炎癥反應增加會激活血管內皮細胞并增加脂肪中免疫細胞的數量。這些病理特征可以通過仿生芯片中約兩倍高的免疫細胞附著來觀察。

研究團隊還利用仿生芯片對肥胖與癌癥的關系進行了研究，證實在肥胖的情況下，癌細胞的流動性和對組織的附著量翻倍。由此表明，脂肪組織和癌細胞之間的直接相互作用可以很容易地可視化和量化。

隨著生物技術與集成電路技術的共同發展，生物芯片市場正在不斷擴大，除了檢測新冠病毒，生物芯片在醫療行業已經有了廣泛的應用。


1、在芯片上的千億實驗室

生物芯片是從MEMS技術發展而來，最初是在硅、玻璃等材質的基片上加工出微米至亞毫米級的微結構單元，然后配合相關器械完成生物實驗的相關需求如提取、擴增、分離或細胞的培養、處理等。早期的微流控芯片被認為是一種分析化學平臺，也因此曾被稱為“微型全分析系統”。美國的Affymetrix公司在1992年開發了世界上最早的生物芯片。

生物芯片也被稱作“微控流芯片”，它是一種由數百萬個生物傳感器組成的“芯片實驗室”（lab-on-chip，LOC），其工作原理相當于把一間實驗室的各種器械同時縮小，然后把需要整個實驗室完成的一套流程集中到小小的芯片上。

根據賽迪數據，2019年全球生物芯片市場規模達到970.2億元，調研機構RESEARCH AND MARKETS預計生物芯片市場在2020-2025年將以15%的CAGR增長，到2025年將有望接近2000億。


2、應用廣泛的生物芯片

基于不同關鍵技術生物芯片主要有三種類型，即微流控分析芯片、微流控反應芯片、微流控細胞/器官操控芯片。

微流控分析芯片的關鍵技術為新一代床邊診斷技術（point of care test，POCT），開頭提到的新冠病毒檢測就是其中的一種。POCT的應用可以大幅度提高檢測、診斷、治療的效率，目前比較成熟的技術包括免疫驗孕試紙盒和便攜式血糖儀。

微流控液滴芯片則主要被藥物開發商、研究機構等機構應用于高通量藥物篩選和材料篩選中。微流控芯片液滴技術的本質是利用流動剪切力或表面張力的改變，將兩種互不相溶流體中的離散相流體分割，分離成納升級及以下體積的微液滴，或者驅動微液滴運動。

微流控細胞/器官操控芯片也被稱作微流控芯片仿生實驗室，通過構建微米量級的操作單元并在其中進行細胞的培養分析裂解等過程，再將這些單元延伸至組織和器官。這種芯片可以模擬一個活體的行為并且研究活體中整體與局部的種種關系，可以部分替代實驗動物。

通過芯片對分子進行高通量、大規模平行測試，藥物開發商正在使用生物芯片進行藥物研發。例如，為了讓丙型肝炎病毒增殖其中一種蛋白質，需要以特定方式結合RNA。生物芯片篩選出1200個小分子，檢測它們中是否有任何一個抑制了蛋白質-RNA相互作用。最終實驗者發現了14個，而這些發現就可以用來開發治療丙型肝炎藥物。通過這種工作方式，生物芯片來發現治療更多疾病，甚至包括癌癥的藥物。

同時生物芯片也可用作非侵入性產前測試，以篩查某些嚴重的染色體異常。例如測量懷孕期間母親血液中存在的胎兒DNA，以檢測21三體（唐氏綜合征）、18三體（愛德華綜合征）和13三體（帕陶綜合征）。


3、被國外企業高度壟斷的生物芯片市場

除了應用廣泛，研究生物芯片的重要性在于其在醫療領域的發展意義，是真正可以造福人類的產品，這也是生物芯片市場迅速成長的關鍵原因。

然而生物芯片的特點導致發展生物芯片研發、生產的門檻都很高。從研發層面來看，生物芯片的研究需要基于多個學科的知識，如生物、化學、醫學、物理、電子、材料、機械等。而在生產層面上，生物芯片的材料選型相對于普通電子芯片還要考慮材料的生化特性；合理化設計閥、液路、反應池等微單元材料從而實現量取、順序混合反應等功能都是生產中會面對問題。

從目前全球生物芯片相關專利數量來看，美國擁有最多的相關專利，屬于絕對領先。中國生物芯片目前還主要應用于生物信息等科研領域，市場份額僅占全球市場的5%。

國外市場生物芯片主要市場是面向藥廠、研究機構，產品主要為藥物篩選、基因組合等。例如美國賽默飛世爾科技公司（Thremo Fisher），在2016年收購了Affymetrix，以開發用于細胞轉染、神經生物學和干細胞研究的試劑。Affymetrix正是開發出第一片生物芯片的公司。

對于人口眾多的我國，利用生物芯片進行診斷則有著更大的潛力。依托清華大學和生物芯片北京國家工程研究中心的博奧晶典也在遺傳病診斷、產前篩查與診斷、腫瘤診斷等領域取得了一定成果；同時延伸出了健康管理、司法鑒定、農林畜牧和食品安全領域的產品。今年10月杭州領摯科技完成Pre-A輪投資，領摯的產品主要為TFT半導體生物芯片，是生物領域多元化的耗材類芯片。今年2月蘇州含光維納科技有限公司則完成了B輪融資，其產品主要用于POCT、基因測序等領域。國內廠家晶能生物、中鼎玉鉉也可以提供生物芯片產品。

2016年“十三五”相關文件中提到，體外診斷產品要突破生物芯片；同時加速發展體外診斷儀器、設備、試劑等新產品，推動生物芯片的發展，支撐腫瘤、遺傳疾病及罕見病等體外快速準確診斷篩查。可以說，生物芯片已經成為重點發展的學科之一。

雖然無論是國內還是國外的生物芯片市場上，主要玩家都不是耳熟能詳的芯片公司，更多的是醫療相關公司。但多家芯片巨頭已經圍繞生物芯片展開了布局，如英特爾、摩托羅拉、IBM、惠普等。生物芯片，是一個潛力無限的市場，更是一項為國為民的偉大事業。