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1、生物芯片技术、产业现况与趋势,邱创泛 工业技术研究院 生物医学工程中心 TEL: 03-5912111 E-mail: cfchiouitri.org.tw 中华民国九十一年二月二十一日,1,Sequencing costs have dropped 100-fold over the last 10 years, corresponding to a roughly twofold decrease every 18 months. This rate is similar to Moores law concerning improvements in semiconductor manu
2、facture. In both sequencing and semiconductors, such improvement does not happen automatically, but requires aggressive technological innovation fuelled by major investment.,Nature 409, 860 - 921 (15 February 2001),2,Proteome sizes and number of genes shared with each of the human protein sets(with
3、a Blast cutoff of 1010 ),SCIENCE VOL 292 8 JUNE 2001, Microbial Genes in the Human Genome: Lateral Transfer or Gene Loss?, p1903,3,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。,4,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
4、之生化分析检验。,5,生物芯片范畴,mTASmicro Total Analysis System,Lab-on-a-Chip,cDNA/DNA microarray,GeneChip,Microfluidic Chip,Bio MEMS (Bio NEMS),ProteinChip,High Throughput ScreeningChip,6,生物芯片(Biochips),基因芯片(gene chip) 蛋白质芯片(protein chip) 细胞芯片(cell chip) 组织芯片(tissue chip) 人类芯片(human chip) 电泳分析芯片(electrophresis c
5、hip)检体前处理芯片(sample preparation chip)组合化学芯片(combinatory chemistry on a chip),7,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,8,改变相关产业的竞争力 改变生活方式,生物芯片的重要性,9,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。,10,分子检测与治疗(Molecular Diagnostics and Therapy) 个人化医疗(Personalized
6、 Medicine) 预防医学(Preventive Healthcare),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！,11,DNA Microarray/Gene Chip/DNA Chip,12,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,13,基因表现程度检测 Gene Expression Profiling,DNA,RNA,Protein,Biochemical Reactions,DNA,Replication
7、复制,Transcription 转录,Translation 转译,ReverseTranscription 逆转录,cDNA,14,个人化医疗,未来 血压 胆固醇 运动习惯 + 基因型（SNP profile） 风险评估 药物反应 + 基因表现（Expression profile） 生理状态,目前 血压 胆固醇 运动习惯 + 家族病史,基因型 疾病,15,Affymetrix,GlaxoWellcome,Affymax,GlaxoSmithKline,Affymetrix,1988成立，新药开发 1995-2001，并购隶属于Glaxo Wellcome 2001，再度成为独立公司 核心
8、技术 Combinatorial solid phase chemistry,1993成立，研发生物芯片Glaxo Wellcome占有30%以上股权，于1996 IPO 核心技术：Photolithography,16,Affymetrix,17,Affymax Technology USP 5,571,639, November 5, 1996 (May 24, 1994) Computer-aided engineering system for design of sequence arrays and lithographic masks Affymetrix United Stat
9、es Patent 5,744,305, April 28, 1998 (June 6, 1995) Arrays of materials attached to a substrate,Affymetrix重要专利分析,18,United States Patent 5,744,305 An array of oligonucleotides, the array comprising: a planar, non-porous solid support having at least a first surface; and a plurality of different oligo
10、nucleotides attached to the first surface of the solid support at a density exceeding 400 different oligonucleotides/cm2, wherein each of the different oligonucleotides is attached to the surface of the solid support in a different predefined region, has a different determinable sequence, and is at
11、least 4 nucleotides in length.,Affymetrix重要专利分析,19,Affymetrix R&D Expanses,(in thousands, except per share amounts),20,Affymetrix, 1998-2000,核心技术：光罩法/Oligonucleotide 4-20 bases 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-Lambert Company American Home Products/Genetics Institute Eos Biotechnol
12、ogy, Inc. Hoffmann-La Roche Ltd. Hoechst Marion Roussel, Inc. Howard Hughes Medical Institute Rhone-Poulenc Rorer,21,基因芯片专利诉讼,High DensityArray, 1998/1 5,445,934 5,744,305 5,800,992,Sequence byHybridization 5,202,231 5,525,464 5,695,940,Chemical Synthesis 2000/7,Southern DNA Array,Affymetrix,Oxford
13、Gene Tech.,PE,Hyseq,Incyte/Synteni,Sequence byHybridization 5,795,716 High DensityArray 5,744,305,侵权抵触无效,侵权,无效,侵权,22,基因芯片量产制程,探针密度,高 (50,000/cm2),低 (6,000/cm2),探针长度,短 (10-50 mers),长 (10-100 mers)or higher,23,Affymetrix, 2001-,专利诉讼互有胜负。 Affymetrix-Oxford Gene technology，负 Affymetrix-Hyseq，和 Affymetri
14、x-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。,24,Affymetrix, 2000-,购入Genetic MicroSystems (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Perlegen Sciences建立SNP资料库 与Hyseq和解，并成立Callida Genomics, Inc专责芯片业务 Ayymetrix可能转型成为新药开发公司,25,4-Base Ink-Jet in-situ Synthesi
15、s,富有弹性 适合小量试产 可以发展成实验室使用之产品 Rosetta Inphamatics + Agilent,FlexJetTM DNA Microarrays Change array design at will. Synthesize different length oligonucleotides on the same array. Move from design to array in hours. Work on newly characterized organisms and have the array design change and grow with yo
16、ur knowledge of the genome.,26,4-base Inkjet in-situ Synthesis,27,微流体生物芯片mTAS/Lab-on-a-Chips,Biochip System,Information,Specimens,Reagents/Substrates,Information,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,28,mTAS,1990Andreas Manz, NovartisMiniaturized Total Analysis Systems: A Novel Concept for Chemical Sensors, Sensors and Actuators B1, 244-248, 1990 1995International Symposium on Miniaturised Total Analysis Systems TAS 95 2001Sep. 2001, Lab on a ChipMinia
