小身材大智慧 微縮在芯片上的生化實(shí)驗(yàn)室

　　疾病早期診斷對(duì)于降低醫(yī)療成本的作用相當(dāng)巨大，作為體外診斷的一個(gè)分支，“芯片實(shí)驗(yàn)室”很好地解決了疾病診斷中的方便、經(jīng)濟(jì)、快速等諸多問題，被IBM評(píng)為將在未來五年內(nèi)改變世界的五大創(chuàng)新之一。

　　在許多科幻電影和特工電影中，我們常常能看到一些可以植入到人體中的小芯片，用來增強(qiáng)人體機(jī)能、監(jiān)控個(gè)體行為甚至可以作為嘀嘀一響就把人炸成粉的殺人武器，比如這樣的：

　　這樣的：

　　甚至這樣的：

　　而當(dāng)無人駕駛汽車、完虐人類圍棋高手的AlphGo等等以前只能在科幻電影中見到的“未來科技”逐一出現(xiàn)在了我們現(xiàn)實(shí)生活中的時(shí)候，這樣的“小身材有大智慧”的智能芯片似乎也能夠夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)了。

　　事實(shí)上，如今已經(jīng)有這么一些“芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab-on-a-chip)”出現(xiàn)了，并且其發(fā)展速度是非?？斓?，全世界至少有30多個(gè)包括麻省理工學(xué)院(MIT)、斯坦福大學(xué)和加州大學(xué)等在內(nèi)的重要實(shí)驗(yàn)室正從事著這一領(lǐng)域的開發(fā)和研究工作。

　　什么是“芯片實(shí)驗(yàn)室”?

　　顧名思義，你可以把這個(gè)概念理解成將一個(gè)實(shí)驗(yàn)室微縮到一張小小的芯片上，也就是說在這樣的指甲蓋大小級(jí)別的地方實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室那樣的功能。芯片實(shí)驗(yàn)室是把基本的生化操作單位集成或基本集成一塊幾平方厘米的芯片上，用以完成不同的生物或化學(xué)反應(yīng)過程，并對(duì)其產(chǎn)物進(jìn)行分析的一種技術(shù)，它還有一個(gè)更常用的名字叫做微流控芯片，或者換一種說法就是微流控芯片的最終形態(tài)。

　　沒錯(cuò)，您可以把它理解成一張可以完成實(shí)驗(yàn)室工作的芯片，但是稍微開一下腦洞就能想到，以我們今天科技發(fā)展的尿性來看，芯片實(shí)驗(yàn)室能做到的肯定不僅如此，而且相比于基因芯片和蛋白質(zhì)芯片等，它具有更廣泛的功能和應(yīng)用場(chǎng)景。

　　舉兩個(gè)栗子

　　1、檢測(cè)疾病風(fēng)險(xiǎn)基因

　　兩年前英國(guó)倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的克里斯·圖馬佐教授開發(fā)了一種帶有USB插頭可以做DNA檢測(cè)的微芯片，他用這樣的芯片來檢測(cè)一個(gè)人患某種疾病的風(fēng)險(xiǎn)。該芯片功能專一，比如其中一種只能檢測(cè)糖尿病風(fēng)險(xiǎn)，而另一種只能發(fā)現(xiàn)心臟病風(fēng)險(xiǎn)基因，但是根據(jù)在芯片中預(yù)置的基因序列的不同，芯片可以實(shí)現(xiàn)的疾病易感因素是非常廣泛的。

　　被檢測(cè)者不需要花費(fèi)高昂的價(jià)格去專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室中做檢測(cè)，并且等待幾個(gè)星期來拿到結(jié)果，而只需要花費(fèi)低至20美元的價(jià)格，在30分鐘內(nèi)就可以查清楚自己是否攜帶有某種疾病的風(fēng)險(xiǎn)基因。

　　因?yàn)檫@項(xiàng)發(fā)明，圖馬佐教授還在2014年獲得了歐洲專利局授予的“年度發(fā)明人”稱號(hào)。

　　2、輔助疾病的早期診斷

　　今年2月份斯坦福大學(xué)的一群科研人員發(fā)表了一篇技術(shù)研究論文，描述了他們開發(fā)出的一款成本只需要1美分、制造時(shí)間只需要20分鐘的“芯片實(shí)驗(yàn)室”，它可以處理小容量的細(xì)胞樣本進(jìn)行化驗(yàn)分析，來幫助進(jìn)行一些疾病的早期診斷。

　　相比于傳統(tǒng)的流式細(xì)胞儀檢測(cè)機(jī)，這樣的芯片實(shí)驗(yàn)室的制造成本和時(shí)間低了好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，廉價(jià)又高效的優(yōu)勢(shì)將大大加快醫(yī)學(xué)診斷的普及。

　　市場(chǎng)和前景預(yù)測(cè)

　　IBM Research 每年都會(huì)對(duì)未來5年內(nèi)將改變?nèi)祟惿畹?項(xiàng)創(chuàng)新進(jìn)行預(yù)測(cè)，而今年給出的這份“5 in 5”表單中，芯片實(shí)驗(yàn)室的名字赫然在列。

　　IBM Research寫道：

　　5年內(nèi)，新的醫(yī)療芯片實(shí)驗(yàn)室將成為用來檢測(cè)健康狀況的納米技術(shù)探測(cè)器，在我們的體液中追蹤疾病的線索，幫助疾病的早期診斷。這樣的技術(shù)將把一個(gè)全面的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)疾病的過程全部微縮到一塊小小的單硅芯片上。

　　由于芯片實(shí)驗(yàn)室在醫(yī)療健康和藥物開發(fā)中有著越來越廣泛的應(yīng)用，尤其是在即時(shí)診斷中的應(yīng)用，其全球市場(chǎng)預(yù)計(jì)將快速增長(zhǎng)。

　　Transparency Market Research (TMR)報(bào)告預(yù)計(jì)，2016年至2024年間，全球芯片實(shí)驗(yàn)室市場(chǎng)的年復(fù)合增長(zhǎng)率為10.7%，按照這一速度，2024年的全球市場(chǎng)規(guī)模將從2016年的38.8億美元達(dá)到87億美元。其中北美、歐洲仍將處于領(lǐng)先地位，但是有著巨大人口基數(shù)和不斷高速發(fā)展的技術(shù)的推動(dòng)，亞太地區(qū)將表現(xiàn)出更大的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，預(yù)計(jì)年復(fù)合增長(zhǎng)率可以達(dá)到12.3%。

　　在產(chǎn)品方面，全球芯片實(shí)驗(yàn)室市場(chǎng)可分為試劑、儀器和耗材等三個(gè)方面。其中，儀器在收入方面占據(jù)主導(dǎo)地位。2016年，由于微流體產(chǎn)品在行業(yè)中的高接受度，該細(xì)分市場(chǎng)占據(jù)了45%的市場(chǎng)份額。除此之外，試劑和耗材的增長(zhǎng)也將不落下風(fēng)。

　　生物分析技術(shù)的小型化不僅讓消費(fèi)者，也讓生產(chǎn)廠商和服務(wù)商嘗到了巨大的甜頭，因此對(duì)于芯片實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)要求將會(huì)更加嚴(yán)格。