小身材大智慧 微縮在芯片上的生化實驗室

　　疾病早期診斷對于降低醫(yī)療成本的作用相當巨大，作為體外診斷的一個分支，“芯片實驗室”很好地解決了疾病診斷中的方便、經(jīng)濟、快速等諸多問題，被IBM評為將在未來五年內改變世界的五大創(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，用來增強人體機能、監(jiān)控個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)實生活中的時候，這樣的“小身材有大智慧”的智能芯片似乎也能夠夢想照進現(xiàn)實了。

　　事實上，如今已經(jīng)有這么一些“芯片實驗室(Lab-on-a-chip)”出現(xiàn)了，并且其發(fā)展速度是非?？斓模澜缰辽儆?0多個包括麻省理工學院(MIT)、斯坦福大學和加州大學等在內的重要實驗室正從事著這一領域的開發(fā)和研究工作。

　　什么是“芯片實驗室”?

　　顧名思義，你可以把這個概念理解成將一個實驗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別的地方實現(xiàn)實驗室那樣的功能。芯片實驗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反應過程，并對其產物進行分析的一種技術，它還有一個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，您可以把它理解成一張可以完成實驗室工作的芯片，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，芯片實驗室能做到的肯定不僅如此，而且相比于基因芯片和蛋白質芯片等，它具有更廣泛的功能和應用場景。

　　舉兩個栗子

　　1、檢測疾病風險基因

　　兩年前英國倫敦帝國理工學院的克里斯·圖馬佐教授開發(fā)了一種帶有USB插頭可以做DNA檢測的微芯片，他用這樣的芯片來檢測一個人患某種疾病的風險。該芯片功能專一，比如其中一種只能檢測糖尿病風險，而另一種只能發(fā)現(xiàn)心臟病風險基因，但是根據(jù)在芯片中預置的基因序列的不同，芯片可以實現(xiàn)的疾病易感因素是非常廣泛的。

　　被檢測者不需要花費高昂的價格去專業(yè)的實驗室中做檢測，并且等待幾個星期來拿到結果，而只需要花費低至20美元的價格，在30分鐘內就可以查清楚自己是否攜帶有某種疾病的風險基因。

　　因為這項發(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。

　　2、輔助疾病的早期診斷

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

　　相比于傳統(tǒng)的流式細胞儀檢測機，這樣的芯片實驗室的制造成本和時間低了好幾個數(shù)量級，廉價又高效的優(yōu)勢將大大加快醫(yī)學診斷的普及。

　　市場和前景預測

　　IBM Research 每年都會對未來5年內將改變人類生活的5項創(chuàng)新進行預測，而今年給出的這份“5 in 5”表單中，芯片實驗室的名字赫然在列。

　　IBM Research寫道：

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

　　由于芯片實驗室在醫(yī)療健康和藥物開發(fā)中有著越來越廣泛的應用，尤其是在即時診斷中的應用，其全球市場預計將快速增長。

　　Transparency Market Research (TMR)報告預計，2016年至2024年間，全球芯片實驗室市場的年復合增長率為10.7%，按照這一速度，2024年的全球市場規(guī)模將從2016年的38.8億美元達到87億美元。其中北美、歐洲仍將處于領先地位，但是有著巨大人口基數(shù)和不斷高速發(fā)展的技術的推動，亞太地區(qū)將表現(xiàn)出更大的增長態(tài)勢，預計年復合增長率可以達到12.3%。

　　在產品方面，全球芯片實驗室市場可分為試劑、儀器和耗材等三個方面。其中，儀器在收入方面占據(jù)主導地位。2016年，由于微流體產品在行業(yè)中的高接受度，該細分市場占據(jù)了45%的市場份額。除此之外，試劑和耗材的增長也將不落下風。

　　生物分析技術的小型化不僅讓消費者，也讓生產廠商和服務商嘗到了巨大的甜頭，因此對于芯片實驗室的設計要求將會更加嚴格。