生物芯片技術(shù)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)況與趨勢

生物芯片技術(shù)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)況與趨勢第1頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月Sequencingcostshavedropped100-foldoverthelast10years,correspondingtoaroughlytwofolddecreaseevery18months.Thisrateissimilarto`Moore'slaw'concerningimprovementsinsemiconductormanufacture.Inbothsequencingandsemiconductors,suchimprovementdoesnothappenautomatically,butrequiresaggressivetechnologicalinnovationfuelledbymajorinvestment.Nature409,860-921(15February2001)第2頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

Proteomesizesandnumberofgenessharedwitheachofthehumanproteinsets

(withaBlastcutoffof1010)SCIENCEVOL2928JUNE2001,MicrobialGenesintheHumanGenome:LateralTransferorGeneLoss?,p1903第3頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月基因序列的特性是一種信息。所有生物具有共通的語法。具有跨平臺執(zhí)行的能力。具有自我演化、自我繁殖、自我擴(kuò)充的能力。第4頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月生物芯片

是「微小化」、「整合化」

之風(fēng)潮，表現(xiàn)在生技領(lǐng)域之結(jié)果。運(yùn)用分子生物學(xué)、分析化學(xué)、生化反應(yīng)等原理；以硅芯片、玻璃或高分子為基材；配合微機(jī)電、自動化或其他精密加工技術(shù)，所制作之高科技元件與系統(tǒng)；用于進(jìn)行快速之生化分析檢驗(yàn)。第5頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月生物芯片范疇mTAS

microTotalAnalysisSystemLab-on-a-ChipcDNA/DNA

microarrayGene

ChipMicrofluidicChipBioMEMS(BioNEMS)Protein

ChipHighThroughputScreening

Chip第6頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月生物芯片(Biochips)基因芯片(genechip)

蛋白質(zhì)芯片(proteinchip)

細(xì)胞芯片(cellchip)

組織芯片(tissuechip)

人類芯片(humanchip)

電泳分析芯片(electrophresischip)

檢體前處理芯片(samplepreparationchip)

組合化學(xué)芯片(combinatorychemistryonachip)

第7頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月生物芯片應(yīng)用范圍基礎(chǔ)研究、新藥開發(fā)醫(yī)療診斷、環(huán)境檢測

食品安全、軍事預(yù)警法醫(yī)鑒定、制程控制第8頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月改變相關(guān)產(chǎn)業(yè)的競爭力改變生活方式生物芯片的重要性第9頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月未來的生技研發(fā)，是整合

「知識」、「信息」與「工具」的競爭。「工具」的更新與應(yīng)用，將直接影響實(shí)驗(yàn)室的生產(chǎn)力。傳統(tǒng)仰賴高級人力，以「超工時(shí)」努力換取成果之方式，將喪失競爭力。第10頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月分子檢測與治療

(MolecularDiagnosticsandTherapy)個(gè)人化醫(yī)療

(PersonalizedMedicine)預(yù)防醫(yī)學(xué)

(PreventiveHealthcare)檢測「工具」將由配角地位，

成為產(chǎn)業(yè)「主角」之一。生物芯片將是新世代醫(yī)療之基礎(chǔ)！第11頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月DNAMicroarray/GeneChip/DNAChipAAACCTCGTTTCGGGAAAACCTCGTTTCGGGA第12頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用領(lǐng)域基礎(chǔ)研究、新藥開發(fā)與篩選、生技研發(fā)基因表現(xiàn)程度監(jiān)測基因型鑒定毒理、藥理、治療標(biāo)的與機(jī)制醫(yī)療診斷個(gè)人醫(yī)藥、預(yù)防醫(yī)學(xué)食品安全、環(huán)境檢測法醫(yī)鑒定農(nóng)漁畜牧居家生活第13頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月基因表現(xiàn)程度檢測GeneExpressionProfilingDNARNAProteinBiochemicalReactionsDNAReplication復(fù)制Transcription轉(zhuǎn)錄Translation轉(zhuǎn)譯Reverse

Transcription逆轉(zhuǎn)錄cDNA第14頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月個(gè)人化醫(yī)療未來

血壓膽固醇運(yùn)動習(xí)慣+基因型（SNPprofile）風(fēng)險(xiǎn)評估藥物反應(yīng)+基因表現(xiàn)（Expressionprofile）生理狀態(tài)目前

血壓膽固醇運(yùn)動習(xí)慣+家族病史基因型疾病第15頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月AffymetrixGlaxoWellcomeAffymaxGlaxoSmithKlineAffymetrix1988成立，新藥開發(fā)1995-2001，并購隸屬于GlaxoWellcome2001，再度成為獨(dú)立公司核心技術(shù)Combinatorialsolidphasechemistry1993成立，研發(fā)生物芯片

GlaxoWellcome占有30%以上股權(quán)，于1996IPO核心技術(shù)：Photolithography第16頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月ATCAATTCCACTTTCATCGADNAchipAAAAAAAAAAAACAAAC132456AAAC7AAAC8AAAAC9AAffymetrix第17頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月AffymaxTechnologyUSP5,571,639,November5,1996(May24,1994)Computer-aidedengineeringsystemfordesignofsequencearraysandlithographicmasksAffymetrixUnitedStatesPatent5,744,305,April28,1998(June6,1995)ArraysofmaterialsattachedtoasubstrateAffymetrix重要專利分析第18頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月UnitedStatesPatent5,744,305Anarrayofoligonucleotides,thearraycomprising:aplanar,non-poroussolidsupporthavingatleastafirstsurface;andapluralityofdifferentoligonucleotidesattachedtothefirstsurfaceofthesolidsupportatadensityexceeding400differentoligonucleotides/cm2,whereineachofthedifferentoligonucleotidesisattachedtothesurfaceofthesolidsupportinadifferentpredefinedregion,hasadifferentdeterminablesequence,andisatleast4nucleotidesinlength.Affymetrix重要專利分析第19頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月AffymetrixR&DExpanses(inthousands,exceptpershareamounts)第20頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月Affymetrix,1998-2000核心技術(shù)：光罩法/Oligonucleotide4-20bases重點(diǎn)產(chǎn)品：感染性疾病、新藥開發(fā)產(chǎn)業(yè)策略：封閉系統(tǒng)重要客戶：EasyAccess?專案Warner-LambertCompanyAmericanHomeProducts/GeneticsInstituteEosBiotechnology,Inc.Hoffmann-LaRocheLtd.HoechstMarionRoussel,Inc.HowardHughesMedicalInstituteRhone-PoulencRorer第21頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月基因芯片專利訴訟HighDensity

Array,1998/15,445,9345,744,3055,800,992Sequenceby

Hybridization5,202,2315,525,4645,695,940ChemicalSynthesis2000/7SouthernDNAArrayAffymetrixOxfordGene

Tech.PEHyseqIncyte/SynteniSequenceby

Hybridization5,795,716HighDensity

Array5,744,305侵權(quán)

抵觸

無效侵權(quán)無效侵權(quán)第22頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月基因芯片量產(chǎn)制程原位合成

in-situ

synthesis微影光罩法Photolithography(Light-directedin-situsynthesis)四色印刷法4-baseink-jetin-situsynthesis預(yù)先合成ex-situ

synthesis噴墨法Ink-jetprinting點(diǎn)陣法Blot-printing/Spotting探針密度高(>50,000/cm2)低(<6,000/cm2)探針長度短(10-50mers)長(10-100mers)

orhigher第23頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月Affymetrix,2001-專利訴訟互有勝負(fù)。Affymetrix-OxfordGenetechnology，負(fù)Affymetrix-Hyseq，和Affymetrix-Incyte，未定市場成長緩慢，且占有率蠶食鯨吞，節(jié)節(jié)下滑。制程技術(shù)瓶頸無法突破，成本居高不下。產(chǎn)品設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，造成客戶損失。封閉系統(tǒng)，客戶群有限。無法與客戶分享信息，抱怨連連。第24頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月Affymetrix,2000-購入GeneticMicroSystems(GMS)，提供客戶自制芯片服務(wù)努力改善客戶關(guān)系。轉(zhuǎn)移公司運(yùn)行方向成立PerlegenSciences建立SNP資料庫與Hyseq和解，并成立CallidaGenomics,Inc專責(zé)芯片業(yè)務(wù)Ayymetrix可能轉(zhuǎn)型成為新藥開發(fā)公司第25頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月4-BaseInk-Jetin-situSynthesis富有彈性適合小量試產(chǎn)可以發(fā)展成實(shí)驗(yàn)室使用之產(chǎn)品RosettaInphamatics+AgilentFlexJetTMDNAMicroarraysChangearraydesignatwill.Synthesizedifferentlengtholigonucleotidesonthesamearray.Movefromdesigntoarrayinhours.Workonnewlycharacterizedorganismsandhavethearraydesignchangeandgrowwithyourknowledgeofthegenome.第26頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月4-baseInkjetin-situSynthesisACGATCGATCGATCGATCGATCGAACATCGATCGATCGATCGATCGA第27頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月微流體生物芯片

mTAS/Lab-on-a-ChipsBiochipSystemInformationSpecimensReagents/

SubstratesInformation平行檢測：提供完整信息。迅速正確：節(jié)省時(shí)間，降低人為錯(cuò)誤。降低成本：容易普及化?！皊ample-in-answer-our＂第28頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月mTAS1990

AndreasManz,Novartis

MiniaturizedTotalAnalysisSystems:ANovelConceptforChemicalSensors,SensorsandActuatorsB1,244-248,19901995

InternationalSymposiumonMiniaturisedTotalAnalysisSystemsμTAS952001

Sep.2001,LabonaChip

MiniaturisationforChemistryandBiology,PublishedquarterlybytheRoyalSocietyofChemistry.第29頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月Mixer/Separator/valve第30頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月PCR-CapillaryElectrophoresisChipMicro-PCRElectrophoresis第31頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月Separatingviamobility,t=01000mm50mm第32頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月Separatingviamobility,t=t1100cm5cm第33頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月聚合脢連鎖反應(yīng)PCR(DNAAmplification:105X)60oC70oC90oCThermalcyclePCRBioReactor第34頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月Mixer/Separator/valve++++++------Electrophoresisthemovementofachargedparticlerelativetotheliquidititsuspendedinundertheinfluenceofanappliedelectricfield第35頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月Mixer/Separator/valve++++++------ElectroosmosisThewallsofthecapillarycellcarryasurfacechargesotheapplicationoftheelectricfieldcausestheliquidtoflowalongthecellwalls.Thisiscalledelectroosmosis---++++++++---+++++++++++++++++------第36頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月Mixer/Separator/valveDielectrophoresisThetranslationalmotioninducedwhenparticlesareexposedtostationaryelectricalfields.++++++------+++++++-----第37頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)業(yè)發(fā)展走向孕育萌芽研發(fā)整合成長穩(wěn)定衰退同業(yè)合并、并購產(chǎn)能集中研發(fā)公司數(shù)量增加智權(quán)紛爭增加產(chǎn)業(yè)策略聯(lián)盟談判密集合并、并購集中智權(quán)市場規(guī)?？焖俪砷L產(chǎn)品世代發(fā)展迅速主要研發(fā)能量集中于學(xué)術(shù)、國防、能源、太空等研究機(jī)構(gòu)革命性技術(shù)進(jìn)入市場生物芯片合作研究共同開發(fā)策略聯(lián)盟分工整合技術(shù)轉(zhuǎn)讓代工代銷時(shí)間產(chǎn)業(yè)活動第38頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月1994

MichaelRamsey,U.S.DOE＇sOakRidgeNationalLab.

6,001,229(19940801-19991214)Molecular

ToollicensedOrchid

BioSciencesacquiredCaliperTechnologiessub-licensed第39頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月CaliperTechnologies專利(60)6267858Highthroughputscreeningassaysystemsinmicroscalefluidicdevices6274089Microfluidicdevices,systemsandmethodsforperformingintegratedreactionsandseparations6274337Highthroughputscreeningassaysystemsinmicroscalefluidicdevices6287520Electropipettorandcompensationmeansforelectrophoreticbias6287774Assaymethodsandsystem6251343Microfluidicdevicesandsystemsincorporatingcoverlayers6235175Microfluidicdevicesincorporatingimprovedchannelgeometries6235471Closed-loopbiochemicalanalyzers6238538Controlledfluidtransportinmicrofabricatedpolymericsubstrates6233048Fourierdetectionofspeciesmigratinginamicrochannel6221226Methodsandsystemsformonitoringandcontrollingfluidflowratesinmicrofluidicsystems61710676012902Micropump6171850Integrateddevicesandsystemsforperformingtemperaturecontrolledreactionsandanalyses6172353Systemandmethodformeasuringlowpowersignals6174675Electricalcurrentforcontrollingfluidparametersinmicrochannels6182733Methodsofmanufacturingmicrofabricatedsubstrates6186660Microfluidicsystemsincorporatingvariedchanneldimensions6011252Methodandapparatusfordetectinglowlightlevels6042709Microfluidicsamplingsystemandmethods6042710Methodsandcompositionsforperformingmolecularseparations第40頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月1994

ZoyaSoane,

5,750,015(19960313-19980512)SoaneTechnologiesAclaraBioSciencesSpun-off第41頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月Aclara專利6284113Apparatusandmethodfortransferringliquids6176962Methodsforfabricatingenclosedmicrochannelstructures6054034Acrylicmicrochannelsandtheiruseinelectrophoreticapplications6056860Surfacemodifiedelectrophoreticchambers6074827Microfluidicmethodfornucleicacidpurificationandprocessing6093296Methodanddeviceformovingmoleculesbytheapplicationofa pluralityofelectricalfields6103199Capillaryelectroflowapparatusandmethod6103537Capillaryassaysinvolvingseparationoffreeandboundspecies5858188Acrylicmicrochannelsandtheiruseinelectrophoreticapplications5883211Thermoreversiblehydrogelscomprisinglinearcopolymersandtheir useinelectrophoresis6007690Integratedmicrofluidicdevices5858188Acrylicmicrochannelsandtheiruseinelectrophoreticapplications第42頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月微流體芯片公司各家公司，各有獨(dú)門絕活Caliper(Agilent)：電泳分離、microPCRAclara(ABS)：電泳分離Nanogen：電場分離，電場雜交控制、電場探針固定化Cepheid：microPCRAffymetrix：Systemintegration各家皆推出產(chǎn)品，但仍以技術(shù)研發(fā)為重心。第43頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月October2125,2001

MontereyConferenceCenter

Monterey,CaliforniaMicrofluidics&NanotechnologyWorld-to-chipInterfacing FluidDispensing FluidMechanicsandModelingToolsNanofluidicComponents NanoengineeredMaterialsMaterialsSurfaceModification ChemicalandBiochemicalArraysInterfacialCharacterizationApplicationClinicalDiagnostics GenomicsandProteomicsEnvironmentalAssays SeparationScienceCellularAnalysis DrugDiscoveryMicromachiningMicropumpsandValves MicrofluidicComponentsMicromachiningMethods PlasticsMachiningDetectionTechnologiesMicro-opticalSystems ElectrochemicalDetectionMassSpectrometry NovelQuantificationStrategies第44頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月策略聯(lián)盟案例Nanogen于2000年推出NanoChip?MolecularBiologyWorkstation/NanoChip?