生物芯片技术产业现况与趋势

生物芯片技术产业现况与趋势第一页，共五十三页，编辑于2023年，星期三Sequencingcostshavedropped100-foldoverthelast10years,correspondingtoaroughlytwofolddecreaseevery18months.Thisrateissimilarto`Moore'slaw'concerningimprovementsinsemiconductormanufacture.Inbothsequencingandsemiconductors,suchimprovementdoesnothappenautomatically,butrequiresaggressivetechnologicalinnovationfuelledbymajorinvestment.Nature409,860-921(15February2001)第二页，共五十三页，编辑于2023年，星期三

Proteomesizesandnumberofgenessharedwitheachofthehumanproteinsets

(withaBlastcutoffof1010)SCIENCEVOL2928JUNE2001,MicrobialGenesintheHumanGenome:LateralTransferorGeneLoss?,p1903第三页，共五十三页，编辑于2023年，星期三基因序列的特性是一种信息。所有生物具有共通的语法。具有跨平台执行的能力。具有自我演化、自我繁殖、自我扩充的能力。第四页，共五十三页，编辑于2023年，星期三生物芯片

是「微小化」、「整合化」

之风潮，表现在生技领域之结果。运用分子生物学、分析化学、生化反应等原理；以硅芯片、玻璃或高分子为基材；配合微机电、自动化或其他精密加工技术，所制作之高科技元件与系统；用于进行快速之生化分析检验。第五页，共五十三页，编辑于2023年，星期三生物芯片范畴mTAS

microTotalAnalysisSystemLab-on-a-ChipcDNA/DNA

microarrayGene

ChipMicrofluidicChipBioMEMS(BioNEMS)Protein

ChipHighThroughputScreening

Chip第六页，共五十三页，编辑于2023年，星期三生物芯片(Biochips)基因芯片(genechip)

蛋白质芯片(proteinchip)

细胞芯片(cellchip)

组织芯片(tissuechip)

人类芯片(humanchip)

电泳分析芯片(electrophresischip)

检体前处理芯片(samplepreparationchip)

组合化学芯片(combinatorychemistryonachip)

第七页，共五十三页，编辑于2023年，星期三生物芯片应用范围基础研究、新药开发医疗诊断、环境检测

食品安全、军事预警法医鉴定、制程控制第八页，共五十三页，编辑于2023年，星期三改变相关产业的竞争力改变生活方式生物芯片的重要性第九页，共五十三页，编辑于2023年，星期三未来的生技研发，是整合

「知识」、「信息」与「工具」的竞争。「工具」的更新与应用，将直接影响实验室的生产力。传统仰赖高级人力，以「超工时」努力换取成果之方式，将丧失竞争力。第十页，共五十三页，编辑于2023年，星期三分子检测与治疗

(MolecularDiagnosticsandTherapy)个人化医疗

(PersonalizedMedicine)预防医学

(PreventiveHealthcare)检测「工具」将由配角地位，

成为产业「主角」之一。生物芯片将是新世代医疗之基础！第十一页，共五十三页，编辑于2023年，星期三DNAMicroarray/GeneChip/DNAChipAAACCTCGTTTCGGGAAAACCTCGTTTCGGGA第十二页，共五十三页，编辑于2023年，星期三应用领域基础研究、新药开发与筛选、生技研发基因表现程度监测基因型鉴定毒理、药理、治疗标的与机制医疗诊断个人医药、预防医学食品安全、环境检测法医鉴定农渔畜牧居家生活第十三页，共五十三页，编辑于2023年，星期三基因表现程度检测GeneExpressionProfilingDNARNAProteinBiochemicalReactionsDNAReplication复制Transcription转录Translation转译Reverse

Transcription逆转录cDNA第十四页，共五十三页，编辑于2023年，星期三个人化医疗未来

血压胆固醇运动习惯+基因型（SNPprofile）风险评估药物反应+基因表现（Expressionprofile）生理状态目前

血压胆固醇运动习惯+家族病史基因型疾病第十五页，共五十三页，编辑于2023年，星期三AffymetrixGlaxoWellcomeAffymaxGlaxoSmithKlineAffymetrix1988成立，新药开发1995-2001，并购隶属于GlaxoWellcome2001，再度成为独立公司核心技术Combinatorialsolidphasechemistry1993成立，研发生物芯片

GlaxoWellcome占有30%以上股权，于1996IPO核心技术：Photolithography第十六页，共五十三页，编辑于2023年，星期三ATCAATTCCACTTTCATCGADNAchipAAAAAAAAAAAACAAAC132456AAAC7AAAC8AAAAC9AAffymetrix第十七页，共五十三页，编辑于2023年，星期三AffymaxTechnologyUSP5,571,639,November5,1996(May24,1994)Computer-aidedengineeringsystemfordesignofsequencearraysandlithographicmasksAffymetrixUnitedStatesPatent5,744,305,April28,1998(June6,1995)ArraysofmaterialsattachedtoasubstrateAffymetrix重要专利分析第十八页，共五十三页，编辑于2023年，星期三UnitedStatesPatent5,744,305Anarrayofoligonucleotides,thearraycomprising:aplanar,non-poroussolidsupporthavingatleastafirstsurface;andapluralityofdifferentoligonucleotidesattachedtothefirstsurfaceofthesolidsupportatadensityexceeding400differentoligonucleotides/cm2,whereineachofthedifferentoligonucleotidesisattachedtothesurfaceofthesolidsupportinadifferentpredefinedregion,hasadifferentdeterminablesequence,andisatleast4nucleotidesinlength.Affymetrix重要专利分析第十九页，共五十三页，编辑于2023年，星期三AffymetrixR&DExpanses(inthousands,exceptpershareamounts)第二十页，共五十三页，编辑于2023年，星期三Affymetrix,1998-2000核心技术：光罩法/Oligonucleotide4-20bases重点产品：感染性疾病、新药开发产业策略：封闭系统重要客户：EasyAccess™专案Warner-LambertCompanyAmericanHomeProducts/GeneticsInstituteEosBiotechnology,Inc.Hoffmann-LaRocheLtd.HoechstMarionRoussel,Inc.HowardHughesMedicalInstituteRhone-PoulencRorer第二十一页，共五十三页，编辑于2023年，星期三基因芯片专利诉讼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侵权

抵触

无效侵权无效侵权第二十二页，共五十三页，编辑于2023年，星期三基因芯片量产制程原位合成

in-situ

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

synthesis噴墨法Ink-jetprinting點陣法Blot-printing/Spotting探针密度高(>50,000/cm2)低(<6,000/cm2)探针长度短(10-50mers)长(10-100mers)

orhigher第二十三页，共五十三页，编辑于2023年，星期三Affymetrix,2001-专利诉讼互有胜负。Affymetrix-OxfordGenetechnology，负Affymetrix-Hyseq，和Affymetrix-Incyte，未定市场成长缓慢，且占有率蚕食鲸吞，节节下滑。制程技术瓶颈无法突破，成本居高不下。产品设计错误，造成客户损失。封闭系统，客户群有限。无法与客户分享信息，抱怨连连。第二十四页，共五十三页，编辑于2023年，星期三Affymetrix,2000-购入GeneticMicroSystems(GMS)，提供客户自制芯片服务努力改善客户关系。转移公司运行方向成立PerlegenSciences建立SNP资料库与Hyseq和解，并成立CallidaGenomics,Inc专责芯片业务Ayymetrix可能转型成为新药开发公司第二十五页，共五十三页，编辑于2023年，星期三4-BaseInk-Jetin-situSynthesis富有弹性适合小量试产可以发展成实验室使用之产品RosettaInphamatics+AgilentFlexJetTMDNAMicroarraysChangearraydesignatwill.Synthesizedifferentlengtholigonucleotidesonthesamearray.Movefromdesigntoarrayinhours.Workonnewlycharacterizedorganismsandhavethearraydesignchangeandgrowwithyourknowledgeofthegenome.第二十六页，共五十三页，编辑于2023年，星期三4-baseInkjetin-situSynthesisACGATCGATCGATCGATCGATCGAACATCGATCGATCGATCGATCGA第二十七页，共五十三页，编辑于2023年，星期三微流体生物芯片

mTAS/Lab-on-a-ChipsBiochipSystemInformationSpecimensReagents/

SubstratesInformation平行检测：提供完整信息。迅速正确：节省时间，降低人为错误。降低成本：容易普及化。“sample-in-answer-our＂第二十八页，共五十三页，编辑于2023年，星期三mTAS1990

AndreasManz,Novartis

MiniaturizedTotalAnalysisSystems:ANovelConceptforChemicalSensors,SensorsandActuatorsB1,244-248,19901995

InternationalSymposiumonMiniaturisedTotalAnalysisSystemsμTAS952001

Sep.2001,LabonaChip

MiniaturisationforChemistryandBiology,PublishedquarterlybytheRoyalSocietyofChemistry.第二十九页，共五十三页，编辑于2023年，星期三Mixer/Separator/valve第三十页，共五十三页，编辑于2023年，星期三PCR-CapillaryElectrophoresisChipMicro-PCRElectrophoresis第三十一页，共五十三页，编辑于2023年，星期三Separatingviamobility,t=01000mm50mm第三十二页，共五十三页，编辑于2023年，星期三Separatingviamobility,t=t1100cm5cm第三十三页，共五十三页，编辑于2023年，星期三聚合脢連鎖反應PCR(DNAAmplification:105X)60oC70oC90oCThermalcyclePCRBioReactor第三十四页，共五十三页，编辑于2023年，星期三Mixer/Separator/valve++++++------Electrophoresisthemovementofachargedparticlerelativetotheliquidititsuspendedinundertheinfluenceofanappliedelectricfield第三十五页，共五十三页，编辑于2023年，星期三Mixer/Separator/valve++++++------ElectroosmosisThewallsofthecapillarycellcarryasurfacechargesotheapplicationoftheelectricfieldcausestheliquidtoflowalongthecellwalls.Thisiscalledelectroosmosis---++++++++---+++++++++++++++++------第三十六页，共五十三页，编辑于2023年，星期三Mixer/Separator/valveDielectrophoresisThetranslationalmotioninducedwhenparticlesareexposedtostationaryelectricalfields.++++++------+++++++-----第三十七页，共五十三页，编辑于2023年，星期三产业发展走向孕育萌芽研发整合成长稳定衰退同业合并、并购产能集中研发公司数量增加智权纷争增加产业策略联盟谈判密集合并、并购集中智权市场规模快速成长产品世代发展迅速主要研发能量集中于学术、国防、能源、太空等研究机构革命性技术进入市场生物芯片合作研究共同开发策略联盟分工整合技术转让代工代销时间产业活动第三十八页，共五十三页，编辑于2023年，星期三1994

MichaelRamsey,U.S.DOE＇sOakRidgeNationalLab.

6,001,229(19940801-19991214)Molecular

ToollicensedOrchid

BioSciencesacquiredCaliperTechnologiessub-licensed第三十九页，共五十三页，编辑于2023年，星期三CaliperTechnologies专利(60)6267858Highthroughputscreeningassaysystemsinmicroscalefluidicdevices6274089Microfluidicdevices,systemsandmethodsforperformingintegratedreactionsandseparations6274337Highthroughputscreeningassaysystemsinmicroscalefluidicdevices6287520Electropipettorandcompensationmeansforelectrophoreticbias6287774Assaymethodsandsystem6251343Microfluidicdevicesandsystemsincorporatingcoverlayers6235175Microfluidicdevicesincorporatingimprovedchannelgeometries6235471Closed-loopbiochemicalanalyzers6238538Controlledfluidtransportinmicrofabricatedpolymericsubstrates6233048Fourierdetectionofspeciesmigratinginamicrochannel6221226Methodsandsystemsformonitoringandcontrollingfluidflowratesinmicrofluidicsystems61710676012902Micropump6171850Integrateddevicesandsystemsforperformingtemperaturecontrolledreactionsandanalyses6172353Systemandmethodformeasuringlowpowersignals6174675Electricalcurrentforcontrollingfluidparametersinmicrochannels6182733Methodsofmanufacturingmicrofabricatedsubstrates6186660Microfluidicsystemsincorporatingvariedchanneldimensions6011252Methodandapparatusfordetectinglowlightlevels6042709Microfluidicsamplingsystemandmethods6042710Methodsandcompositionsforperformingmolecularseparations第四十页，共五十三页，编辑于2023年，星期三1994

ZoyaSoane,

5,750,015(19960313-19980512)SoaneTechnologiesAclaraBioSciencesSpun-off第四十一页，共五十三页，编辑于2023年，星期三Aclara专利6284113Apparatusandmethodfortransferringliquids6176962Methodsforfabricatingenclosedmicrochannelstructures6054034Acrylicmicrochannelsandtheiruseinelectrophoreticapplications6056860Surfacemodifiedelectrophoreticchambers6074827Microfluidicmethodfornucleicacidpurificationandprocessing6093296Methodanddeviceformovingmoleculesbytheapplicationofa pluralityofelectricalfields6103199Capillaryelectroflowapparatusandmethod6103537Capillaryassaysinvolvingseparationoffreeandboundspecies5858188Acrylicmicrochannelsandtheiruseinelectrophoreticapplications5883211Thermoreversiblehydrogelscomprisinglinearcopolymersandtheir useinelectrophoresis6007690Integratedmicrofluidicdevices5858188Acrylicmicrochannelsandtheiruseinelectrophoreticapplications第四十二页，共五十三页，编辑于2023年，星期三微流体芯片公司各家公司，各有独门绝活Caliper(Agilent)：电泳分离、microPCRAclara(ABS)：电泳分离Nanogen：电场分离，电场杂交控制、电场探针固定化Cepheid：microPCRAffymetrix：Systemintegration各家皆推出产品，但仍以技术研发为重心。第四十三页，共五十三页，编辑于2023年，星期三October2125,2001

MontereyConferenceCenter

Monterey,CaliforniaMicrofluidics&NanotechnologyWorld-to-chipInterfacing FluidDispensing FluidMechanicsandModelingToolsNanofluidicComponents NanoengineeredMaterialsMaterialsSurfaceModification ChemicalandBiochemicalArraysInterfacialCharacterizationApplicationClinicalDiagnostics GenomicsandProteomicsEnvironmentalAssays SeparationScienceCellularAnalysis DrugDiscoveryMicromachiningMicropumpsandValves MicrofluidicComponentsMicromachiningMethods PlasticsMachiningDetectionTechnologiesMicro-opticalSystems ElectrochemicalDetectionMassSpectrometry NovelQuantificationStrategies第四十四页，共五十三页，编辑于2023年，星期三策略联盟案例Nanogen于2000年推出NanoChip™MolecularBiologyWorkstation/NanoChip™Cartridge