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【新智元导读】近日，外媒曝出马斯克的Neuralink公司的新进展：其脑机接口设备有望今年就在人体身上进行测试，这意味着人类离上传、下载记忆更进一步。北大团队一项“精准删除特定记忆”的研究登上Science子刊，研究人员利用基因编辑技术，在实验大鼠的脑中实现特定记忆的精准删除。

去年，埃隆·马斯克（Elon Musk）的脑机接口初创公司Neuralink公司发布的脑机接口技术让人震撼。近日，据外媒报道，Neuralink研究已经取得很大进展，其非侵入性设备有望今年就在人体身上进行测试！

此前，Neuralink团队已经开始在老鼠和猴子身上试验这种设备的各种版本，结果令人印象深刻。在旧金山的演讲中，马斯克和他的团队描述了猴子能够用大脑控制计算机的例子。目前他们还没有对人类进行任何测试，团队希望最早在今年获得FDA的批准，并开始人体试验。

为了赋予人类这些“超能力”，马斯克的Neuralink将在人类脑部安装特殊的小工具，创建“直接皮质界面”来上传和下载想法。

简言之，Neuralink将为人脑提供升级，这可能会使我们在拥有人类水平或更高智能的AI面前更具竞争力。而马斯克的终极目标是将人脑下载到电脑中，实现脑机融合，开启“超人认知”的全新时代。

如果这一技术真的在人脑中实现，人脑和电脑将实现互联，这也意味着我们的想法、记忆可以被下载储存，但你愿意尝试吗？

北大团队“精准删除特定记忆”登上Science子刊
“记忆操纵”一直是科幻小说中的热门话题。

在《盗梦空间》中，小李子扮演的盗梦者成功入侵并改变妻子的记忆，但这记忆最终导向了不可挽回的悲剧——妻子跳楼自杀。

在2005年奥斯卡获奖影片《美丽心灵的永恒阳光》里，男主角在发现前女友删除了两人的痛苦记忆后，也决定删去记忆，换一种角色重新开始生活。

负面记忆能否被直接删除？这已不再只是电影情节了。就在上周，北大神经科学团队在《Science》子刊上发表了一篇通过基因编辑精准删除负面记忆的论文。

当地时间2020 年 3 月 18 日，北京大学神经科学研究所的伊鸣研究员和万有教授团队在《 Science》子刊《Science Advances》在线发表题为《CRISPR-SaCas9系统的开发，用于在大鼠大脑中进行投影和功能特定的基因编辑》“Development of a CRISPR-SaCas9 system forprojection- and function-specific gene editing in the rat brain”的研究论文，研究人员开发出一种新基因编辑技术，在实验大鼠的脑中实现了特定记忆的精准删除。

问题引入：

第一个问题，记忆究竟储存在什么地方？对于特定脑区在瞬时记忆、短期和长期记忆中扮演的角色，目前已经研究得很详细，不过记忆储存的最小单位到底是脑区，神经元还是突触，还在争论之中，现在神经心理学家普遍接受的一种观点是，人类长时记忆的神经基础是神经元突触的持久性改变。

下一个问题便是，记忆可以被编辑与删除吗？在这项突破之前，已有不少科学家做过相关研究，比如用光遗传学技术影响负责短期记忆储存的海马区、采用光线打开或者关闭大脑中神经元组等办法。2019年 7 月，澳大利亚皇家墨尔本理工大学开发出一种受光遗传学技术启发的新型类脑芯片，可模仿大脑存储和删除信息的方式。

简介：

目前已有的基因组编辑技术（CRISPR/Cas9），已经可以有效修饰各种细胞类型（包括神经元）中的基因。但是，大脑的构造极为复杂，即使在同一大脑区域，神经元集合在解剖学或功能上也不统一，而是分为不同的亚群，在具有特定连接或功能特征的神经元亚群中，尤其是在大鼠和非人类灵长类动物中，要实现稳定的基因敲除或基因修饰仍然具有挑战性。条件重组系统已被广泛用于以时空精度研究脑功能，但是动物模型的构建可能是劳动密集型且耗时的，特别是对于转基因大鼠而言。因此，我们需要能够实现对特定神经元群体的基因编辑——这就是这篇文章想要解决的问题。

这篇文章的核心成果就是，科学家开发出了一种新的特定基因编辑技术（一种基于CRISPR-SaCas9系统的技术，并将其与顺行/逆行AAV载体和活性依赖性细胞标记技术结合使用）。为了证明自己技术的成功，他们把内侧前额叶皮质的特定神经元亚群的cbp（CREB结合蛋白）基因成功敲除了，并且证明了这项技术对于揭示记忆的神经元和回路基础方面的重要性。该技术的高效性和特异性可广泛应用于神经电路研究。

开发基因编辑技术CRISPR-SaCas9

已有的基因编辑系统叫CRISPR-Cas9，利用的核酸内切酶叫Cas9。它可快速，高效，方便地修饰各种细胞类型中的内源基因，从而导致基因变化，从而使得我们可以对大脑中特定基因进行功能分析。它改变了生物科学领域的游戏规则，有人形象地称其为“基因魔剪”。

但它的问题有两个：一，没法处理在复杂的神经元集合中控制扰动、单独处理某个亚群，二，病毒载体的容量有限。面对第二个问题，科学家们找到了Cas9的直系同源物SaCas9，递送载体的容量比Cas9 小 1kb 以上，但基因编辑的效率却基本一样。

为了验证新搞出来的CRISPR-SaCas9（以下用SaCas9指代）也可解决第一个问题，即编辑特定神经元亚群中的靶基因，他们选择了对神经元兴奋性和记忆形成至关重要的CBP作为靶基因（它可产生CREB结合蛋白），在某个神经元亚群中定点敲除它。

他们的验证思路是这样：既然CBP控制记忆形成，如果CBP被定点敲除，那么这个特定神经元亚群所携带的记忆就没有了，这就可以体现在大鼠的行为上。如果观察到大鼠确实丢失了这段记忆，那么就可以证明新技术可以修改特定亚群的基因。

证明过程：精准删除大鼠特定记忆

一.生物学：

1. 实验验证SaCas9在体外可以高效灭活CBP。

2.做实验用SaCas9进入特定神经元中敲除CBP。

3.证实CBP的减少导致学习的消退。

4. 证明SaCas9在成年大鼠成人神经元中具有出色的靶向特异性。

二.行为学：

研究团队在两个不同的实验箱里诱发大鼠对箱子的恐惧记忆，进而将基因编辑技术与神经元功能标记技术结合，通过对特定印记细胞群的基因编辑，精确删掉大鼠对其中一个箱子的记忆，而对另外一个箱子的记忆完好保留。

研究结果：

总的来说，这个研究有两个方向上的突破。1.CRISPR-SaCas9技术可以定点敲除基因。但是这个研究敲除的是一组特定神经元上的相关基因。功能特异性敲除应该是指，在所有细胞中，只敲除正在表达特定蛋白质的细胞的特定基因。

2.这个研究验证了CREB 蛋白质对记忆环路的作用：敲除CREB阻断了长期记忆的形成。记忆分为短期记忆和长期记忆，如果没有干预，就会慢慢从短期记忆转为长期记忆。但是在敲除了特定细胞的CBP后，短期记忆没有办法转化为长期记忆了。

研究意义：

1.该功能特定的CRISPR-SaCas9系统的高效性和特异性可广泛应用于神经环路研究。可为生理、病理条件下的脑功能精确基因组干扰提供强大的策略。

2.可能发现了消除特定记忆的办法，从而为焦虑症，恐惧症和创伤后应激障碍、慢性痛、成瘾等以“病理性记忆”为特征的疾病治疗提供新思路。

《黑衣人2》中的记忆消除器

论文作者之一、北京大学神经科学研究所认知神经科学实验室研究员伊鸣表示：记忆编码与储存很重要，但遗忘负面记忆也同样重要。如果负面记忆过于顽固，有时会带来负担，甚至造成疾病。慢性痛、药物成瘾、慢性应激等疾病，本质上都是患者在经历了疼痛、毒品带来的感觉或压力后，产生了难以清除的、长时间存在的“病理性记忆”。因此，这一系统可能也将为这类疾病的治疗提供新思路。

那么，如果真的可以删除特定记忆，你愿意这么做么？

作者介绍

这篇论文的通讯作者是来自北京大学神经科学研究所的万有教授和伊鸣博士。

万有教授，教育部和卫生部神经科学重点实验室主任、北京大学神经科学研究所所长、北京大学神经生物学系主任。博士学位，博士后学历，教授，博士生导师。科技部“973”项目首席科学家。

主要经历：1985年于河南医科大学医疗系获医学学士学位；1990年于河南医科大学药理教研室获硕士学位，1993年于武汉同济医科大学病生教研室获博士学位，1995原北京医科大学生理教研室博士后出站。1998至2000年美国伊利诺伊大学和新泽西大学访问学者。于北京医科大学和北京大学医学部历任讲师(1996年)、副教授(1997年)和教授(2001)。

研究方向：采用光遗传学、在体多通道记录与神经计算、胞外电生理、单细胞及脑片膜片钳、分子生物学、细胞生物学、形态学、行为药理学等多种方法，从分子—神经元—神经网络—整体不同层面，研究疼痛慢性化的学习记忆、情绪与认知及其调控机制。

伊鸣博士，北京大学神经科学研究所研究员，北京大学百人计划研究员。

学术经历：于北京大学医学部临床医学专业获医学学士学位，英国伦敦大学学院（University College London, UCL）解剖与发育生物学系神经科学专业获哲学博士学位（导师John O’Keefe教授，获2014年诺贝尔生理学或医学奖）。2012年2月入选北京大学青年百人计划，现为北京大学神经科学研究所研究员。

（注：上述个人资料来自北京大学神经科学研究所网站，可能不是最新版，如有偏差请指正）

转自：https://zhuanlan.zhihu.com/p/117372312

IT之家 4 月 9 日消息，空军军医大学西京医院在国内异种移植研究领域一直走在前列，于 3 月 10 日完成国内首例猪肝人体移植，又于 3 月 25 日完成国内首例多基因编辑猪肾人体移植。

3 月 25 日，在空军军医大学西京医院窦科峰院士、肝胆外科陶开山主任团队指导下，泌尿外科秦卫军主任团队实施多基因编辑猪-脑死亡受者异种肾移植手术，将一只多基因编辑猪的肾脏，移植到一位脑死亡受者体内。

据介绍，肾脏移植是治愈终末期肾病的唯一方法。而器官短缺，已成为移植领域面临的全球性难题。在我国，终末期肾病患者超过百万，每年开展的同种异体肾移植手术仅 1 万余例，很多人因等不到合适的肾脏而失去生命。

近年来，随着基因编辑技术和免疫学的深入发展，异种移植研究取得了飞速进展，有望成为解决器官短缺的有效途径。其中，基因编辑猪肾移植研究取得了一系列重大突破：国外已开展 6 例基因编辑猪-脑死亡患者异种肾移植、1 例基因编辑猪-人异种肾移植手术。

2020 年以来，西京医院泌尿外科先后参与开展多例基因编辑猪-猴肾移植及肝肾联合移植研究，为猪肾移植到人体奠定了基础。

在既往研究的基础上，团队以多基因编辑猪为供体，脑死亡患者为受体，开展了此次创新探索。实施方案先后通过学术委员会、伦理委员会、器官移植委员会和动物委员会论证，严格按照国家有关规定逐项进行。

• 供体猪：由成都中科奥格生物科技有限公司提供，O 型血，42.5 公斤，敲除了 3 个会引起超急性排斥反应的基因，转入了 1 个人补体调节蛋白基因、1 个人凝血调节蛋白基因。
• 移植受者：接受本次异种肾移植手术的是一位经过医院三次评估均认定为脑死亡的患者，家属同意无偿参与异种肾移植研究，为人类医学进步做出贡献。

医院泌尿外科、肝胆外科、麻醉科、重症医学科、肾脏内科、实验外科、外科手术室、超声科、药剂科、输血科、检验科、神经外科、神经内科、放射科、病理科、心血管外科、呼吸内科、心脏内科、营养科、免疫科、内分泌科等 21 个科室通力协作，开展了上述研究。

手术团队将基因编辑猪肾移植到受者右侧髂窝，先后行移植肾动脉与受者髂外动脉端侧吻合，移植肾静脉与受者髂外静脉端侧吻合。血管吻合完毕、开放血流后，移植肾颜色红润，质地良好，即刻产生尿液。术中超声显示移植肾血流灌注良好，未见超急性排斥反应发生。行移植肾输尿管膀胱吻合后，切除受者自体双侧肾脏，手术历时 6 小时 15 分钟顺利结束。

目前移植肾已持续工作 9 天，在受者体内功能良好，正常产生尿液。期间，研究团队完整观察到异种移植肾脏在人体内的工作状态、各项指标及过程，进一步探索异种肾移植免疫排斥、凝血障碍、病原感染等机制。

据秦卫军主任介绍，此次手术是中国异种肾移植迈向前沿领域的重要一步，将为异种肾移植临床研究和临床应用奠定基础，未来或将为终末期肾病患者提供新的治疗选择。

“异种器官移植研究已进入加速期，为移植器官短缺提供了一种极具想象力的解决方案，或为无数等待器官移植的患者争取到等待时间或延续生命。”窦科峰院士说到。

据IT之家此前报道，3 月 16 日，世界首例猪肾成功移植到活人体内，美国麻省总医院将经过 69 个基因组编辑的猪肾移植到一名 62 岁的终末期肾病（ESRD）男性患者体内。

转自：https://www.ithome.com/0/760/684.htm

3 月 25 日消息，据中国科学院自动化研究所消息，该所蒿杰研究组与中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心杜久林研究组、穆宇研究组合作研究开发了一套实感智能计算-控制平台，可快速提取和分析斑马鱼全脑神经元活动，实现神经元集群活动的闭环调控。

相关研究论文以 Real-time analysis of large-scale neuronal imaging enables closed-loop investigation of neural dynamics 为题，在线发表于《自然・神经科学》（Nature Neuroscience）。

据介绍，该研究借助天文学领域的数据处理技术，采用 FPGA-GPU 混合架构，成功对高达 500MB/s的大数据流神经功能数据进行实时配准、信号提取和分析。通过这一技术突破，研究团队首次实现了对斑马鱼全脑十万级神经元的实时监控，进而对任意选择的神经元集群活动进行解码，以控制外部设备。

这一成果标志着基于全脑单细胞光学成像的虚拟现实、光遗传调控等技术在脑科学闭环研究领域的应用迈出了关键一步。

全脑范围单神经元活动成像是解析大脑并行分布式计算原理的有力工具，但其巨大的数据实时处理需求成为了技术发展的瓶颈，导致难以实时分析以及在大尺度上闭环调控和研究脑功能。

启发于天文学领域中快速射电暴检测技术，研究人员借鉴其系统设计策略，利用 FPGA 编程的灵活性建立光学神经信号预处理系统，对来自光学传感器的信号规整化，并将其发送给基于 GPU 的实时处理系统，进行高速非线性配准，提取各信道的神经信号，依据编码规则进行解码，以获得用于控制外部器件的反馈信号。该系统通过实时监测斑马鱼全脑神经元的活动，生成反馈信号，反馈间隔小于 70.5 毫秒。

系统性能在三个脑科学闭环研究场景下得到展示：与任意特定神经元集群活动锁相的实时光遗传学刺激，与特定大脑功能状态锁相的实时视觉刺激，以及基于神经元集群活动的虚拟现实控制。

• 闭环实时光遗传学神经调控：通过功能聚类识别全脑神经元集群，将选定集群的自发活动作为触发信号，实施实时光遗传学刺激于目标神经元集群。相对于开环，闭环刺激有效激活了下游脑区。
• 锁相的实时视觉刺激实验：通过对蓝斑去甲肾上腺素能系统活动的实时监测，在表征动物清醒状态的蓝斑兴奋时相上施加视觉刺激，观察到大脑中其他神经元的反应更为强烈。这表明，大脑状态可调节对视觉信息的处理，同时指出闭环感觉刺激有助于精确研究大脑内部状态与外界环境的相互作用。
• 全脑光学脑机接口实现的虚拟现实：实时将高维的全脑所有神经元活动降维到多个神经元集群的活动，并将任一集群的活动与视觉环境闭环联接，建立了基于光学成像、直接从脑神经活动到视觉环境的虚拟现实系统。在该虚拟现实中，可以随意调整神经活动与环境耦合的增益，使控制环境的神经元集群根据增益变化适应性地调整其输出。依托大数据流的实时分析和高通量全脑成像技术，未来研究将筛选适合光学脑机接口的神经群体活动特征，揭示其机制，并开发出更高效的光学脑机接口技术。

中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心杜久林研究员、中国科学院自动化研究所蒿杰研究员、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心穆宇研究员为共同通讯作者；暨南大学 / 深圳市神经科学研究院尚春峰研究员（原中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心副研究员）、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心汪玙璠博士、中国科学院自动化研究所赵美婷助理研究员为共同第一作者；中国科学院自动化研究所范秋香助理研究员，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心赵姗博士生、钱禹工程师和徐圣进研究员做出了重要贡献。

该工作得到科技部、基金委、中国科学院、上海市和深圳市的资助。研究成果已授权发明专利“光学脑机接口系统和方法”（专利号：ZL20231 0131178.9）。

转自：https://www.ithome.com/0/757/828.htm

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41593-024-01595-6

人民网北京3月20日电 （记者赵竹青）记者从中国科学院获悉，中国科学院自动化研究所蒿杰研究组与中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心杜久林研究组、穆宇研究组合作研究开发了一套实感智能计算-控制平台，在国际上首次实现对斑马鱼全脑十万级神经元的实时监测与闭环脑机控制。相关研究成果近日在线发表于《自然·神经科学》杂志。

该平台能够在高时空分辨率数据带宽下快速提取和分析解码斑马鱼的全脑神经元活动，并控制外部器件进行神经闭环调控，实现脑机控制。在这个从感知到行为控制的完整回路中，研究人员不仅能观察斑马鱼全脑活动，还能根据监测结果实时自动调整刺激，进而控制行为。

依托大数据流的实时分析和高通量全脑成像技术，研究团队未来将进一步研究筛选适合光学脑机接口的神经群体活动特征，以揭示其机制，开发出更高效的光学脑机接口技术，推进脑科学研究范式的发展。

斑马鱼与人体的基因亲缘高达87%，很多人类具有的特征及反应均具有。这一技术突破，也为更多研究人员提供了一种全新的研究范式，对于解读大脑的工作原理、治疗神经系统疾病如癫痫、偏瘫等都有着巨大的潜在价值。

转自：

https://m.gmw.cn/2024-03/20/content_1303691002.htm

我国科学家利用光学脑机接口实现斑马鱼“全脑操控”

http://finance.people.com.cn/n1/2024/0320/c1004-40199764.html

生物芯片，又称蛋白芯片或基因芯片，它们起源于DNA杂交探针技术与半导体工业技术相结合的结晶。该技术系指将大量探针分子固定于支持物上后与带荧光标记的DNA或其他样品分子（例如蛋白，因子或小分子）进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。

生物芯片简介

生物芯片技术起源于核酸分子杂交。所谓生物芯片一般指高密度固定在互相支持介质上的生物信息分子（如基因片段、DNA片段或多肽、蛋白质、糖分子、组织等）的微阵列杂交型芯片（micro-arrays），阵列中每个分子的序列及位置都是已知的，并且是预先设定好的序列点阵。微流控芯片（microfluidic chips）和液相生物芯片是比微阵列芯片后发展的生物芯片新技术，生物芯片技术是系统生物技术的基本内容。

生物芯片（biochip或bioarray）是根据生物分子间特异相互作用的原理，将生化分析过程集成于芯片表面，从而实现对DNA、RNA、多肽、蛋白质以及其他生物成分的高通量快速检测。狭义的生物芯片概念是指通过不同方法将生物分子（寡核苷酸、cDNA、genomic DNA、多肽、抗体、抗原等）固着于硅片、玻璃片（珠）、塑料片（珠）、凝胶、尼龙膜等固相递质上形成的生物分子点阵。因此生物芯片技术又称微陈列（microarray）技术，含有大量生物信息的固相基质称为微阵列，又称生物芯片。生物芯片在此类芯片的基础上又发展出微流体芯片（microfluidics chip），亦称微电子芯片（microelectronic chip），也就是缩微实验室芯片。

什么是生物芯片呢？简单说，生物芯片就是在一块玻璃片、硅片、尼龙膜等材料上放上生物样品，然后由一种仪器收集信号，用计算机分析数据结果。人们可能很容易把生物芯片与电子芯片联系起来。事实上，两者确有一个最基本的共同点：在微小尺寸上具有海量的数据信息。但它们是完全不同的两种东西，电子芯片上布列的是一个个半导体电子单元，而生物芯片上布列的是一个个生物探针分子。

芯片的概念取之于集成的概念，如电子芯片的意思就是把大的东西变成小的东西，集成在一起。生物芯片也是集成，不过是生物材料的集成。像实验室检测一样，在生物芯片上检查血糖、蛋白、酶活性等，是基于同样的生物反应原理。所以生物芯片就是一个载体平台。这个平台的材料则有很多种，如硅，玻璃，膜（纤维素膜）等，还有一些三维结构的多聚体，平台上则密密麻麻地摆满了各种生物材料。芯片只是一个载体。做什么东西、检测什么，还是靠生物学家来完成。也就是说，原来要在很大的实验室中需要很多个试管的反应，现在被移至一张芯片上同时发生了。

世界发展

进入21世纪，随着生物技术的迅速发展，电子技术和生物技术相结合诞生了半导体芯片的兄弟——生物芯片，这将给我们的生活带来一场深刻的革命。这场革命对于全世界的可持续发展都会起到不可估量的贡献。

生物芯片技术的发展最初得益于埃德温·迈勒·萨瑟恩（Edwin Mellor Southern）提出的核酸杂交理论，即标记的核酸分子能够与被固化的与之互补配对的核酸分子杂交。从这一角度而言，Southern杂交可以被看作是生物芯片的雏形。弗雷德里克·桑格（Fred Sanger）和吉尔伯特（Walter Gilbert）发明了现在广泛使用的DNA测序方法，并由此在1980年获得了诺贝尔奖。另一个诺贝尔奖获得者卡里·穆利斯（Kary Mullis）在1983年首先发明了PCR，以及后来在此基础上的一系列研究使得微量的DNA可以放大，并能用实验方法进行检测。

生物芯片这一名词最早是在二十世纪八十年代初提出的，当时主要指分子电子器件。它是生命科学领域中迅速发展起来的一项高新技术，主要是指通过微加工技术和微电子技术在固格体芯片表面构建的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、蛋白质、DNA以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。美国海军实验室研究员卡特（Carter） 等试图把有机功能分子或生物活性分子进行组装，想构建微功能单元，实现信息的获取、贮存、处理和传输等功能。用以研制仿生信息处理系统和生物计算机，从而产生了”分子电子学”，同时取得了一些重要进展：如分子开关、分子贮存器、分子导线和分子神经元等分子器件，更引起科学界关注的是建立了基于DNA或蛋白质等分子计算的实验室模型。

进入二十世纪九十年代，人类基因组计划(Human Genome Project，HGP)和分子生物学相关学科的发展也为基因芯片技术的出现和发展提供了有利条件。与此同时，另一类”生物芯片”引起了人们的关注，通过机器人自动打印或光引导化学合成技术在硅片、玻璃、凝胶或尼龙膜上制造的生物分子微阵列，实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞或其它生物组分准确、快速、大信息量的筛选或检测。

●1991年Affymatrix公司福德（Fodor）组织半导体专家和分子生物学专家共同研制出利用光蚀刻光导合成多肽；
●1992年运用半导体照相平板技术，对原位合成制备的DNA芯片作了首次报道，这是世界上第一块基因芯片；
●1993年设计了一种寡核苷酸生物芯片；
●1994年又提出用光导合成的寡核苷酸芯片进行DNA序列快速分析；
●1996年灵活运用了照相平板印刷、计算机、半导体、激光共聚焦扫描、寡核苷酸合成及荧光标记探针杂交等多学科技术创造了世界上第一块商业化的生物芯片；
●1995年，斯坦福大学布朗（P．Brown）实验室发明了第一块以玻璃为载体的基因微矩阵芯片。
●2001年，全世界生物芯片市场已达170亿美元，用生物芯片进行药理遗传学和药理基因组学研究所涉及的世界药物市场每年约1800亿美元；
●2000-2004年的五年内，在应用生物芯片的市场销售达到200亿美元左右。
●2005年，仅美国用于基因组研究的芯片销售额即达50亿美元，2010年有可能上升为400亿美元，这还不包括用于疾病预防及诊治及其它领域中的基因芯片，部分预计比基因组研究用量还要大上百倍。因此，基因芯片及相关产品产业将取代微电子芯片产业，成为21世纪最大的产业。
●2004年3月，英国著名咨询公司弗若斯特·沙利文(Frost & Sulivan)公司出版了关于全球芯片市场的分析报告《世界DNA芯片市场的战略分析》。报告认为，全球DNA生物芯片市场每年平均增长6.7%，2003年的市场总值是5.96亿美元，2010年将达到93.7亿美元。纳侬市场（NanoMarkets）调研公司预测，以纳米器械作为解决方案的医疗技术将在2009年达到13亿美元，并在2012年增加到250亿美元，而其中以芯片实验室最具发展潜力，市场增长率最快。
●2012年12月，三位美国科学家获得了美国专利与商标办公室（ US PTO）授予的一项关于量子级神经动态计算芯片专利，该芯片功能强大，能够通过高速非标准运算模拟解决问题，将为未来量子计算领域的发展起到巨大的推动作用。该电脑芯片是生物过程和物理过程的结合，通过模仿生物系统在接口界面运用突触神经元连接并反馈学习，有潜力赋予计算机超强的运算能力和超快的速度，可广泛运用于军用和民用领域，而该专利则涉及生产该电脑芯片的几种不同途径。

中国近年发展成果

近年取得的科研成果如下：
●“十五”期间，中国生物芯片研究共申请国内专利356项，国外专利62项。
●2005年4月，由科技部组织实施的国家重大科技专项“功能基因组和生物芯片”在生物芯片产业取得阶段成果，诊断检测芯片产品、高密度基因芯片产品、食品安全检测芯片、拥有自主知识产权的生物芯片创新技术创建等一系列成果蜂拥而出。
●2005年，由南开大学王磊博士任首席科学家的国家“863”专项—“重要病原微生物检测生物芯片”课题组经过两年的潜心科研攻关，取得重大成果，“重要致病菌检测芯片”第一代样品研制成功，并且开始制定企业和产品的质量标准，这标志着中国第一个具有世界水平的微生物芯片研究进入产业化阶段，从而使天津市建设世界级微生物检测生物芯片研发和产业化基地，抢占全球生物芯片研发制高点迈出历史性的一步。
●2005年4月26日，中国生物芯片产业的骨干企业北京博奥生物芯片有限责任公司（生物芯片北京国家工程研究中心）和美国昂飞公司(Affymetrix)建立战略合作关系，并共同签订了《生物芯片相关产品的共同研发协议》和《DNA芯片服务平台协议》两个重要的全面合作协议，对于中国生物芯片产业来说这是一个历史的时刻，也标志着以博奥生物为代表的中国生物芯片企业已在全球竞争日益激烈的生物芯片产业中跻身领跑者的地位。
●2006年，生物芯片北京国家工程研究中心又成功研制了一种利用生物芯片对骨髓进行分析处理的技术，这在全球尚属首次，可以大大提高骨髓分型的速度和准确度。这种用于骨髓分型的生物芯片，只有手指大小，仅一张就可以存储上万个人的白细胞抗原基因。过去在中国，这种技术长期依赖进口，价格很高。每进行一份骨髓分型，就要支付500元的费用，而这种芯片的造价只是国外的1/3，精密度可以超过99%，比国外高出好几个百分点。
●2006年7月，中国科学院力学研究所国家微重力实验室靳刚课题组在中科院知识创新工程和国家自然科学基金的资助下，主持研究的“蛋白质芯片生物传感器系统”实现实验室样机，目前已实现乙肝五项指标同时检测、肿瘤标志物检测、微量抗原抗体检测、SARS抗体药物鉴定、病毒检测及急性心肌梗死诊断标志物检测等多项应用实验。全程只需40分钟，采血只需几十微升血液。该项研究成果有望为中国的生物芯片技术开辟新的途径。
●2006年，由东北大学方肇伦院士领衔国内10家高校、科研单位共同打造的芯片实验室“微流控生物化学分析系统”通过验收，该项研究成果将使中国医疗临床化验发生革命性变革，彻底改变了中国在微流控分析领域的落后面貌。
●2006年，第四军医大学预防医学系郭国祯采用辐射生物学效应原理，应用Mpmbe软件设计探针筛选参与辐射生物学效应基因，成功研制出一款由143个基因组成的电离辐射相关低密度寡核苷酸基因芯片，该芯片为检测不同辐射敏感性肿瘤细胞的差异表达基因提供了一个新的技术平台。
●2006年03月西安交通大学第二医院检验科何谦博士等成功研发出丙型肝炎病毒(HCV)不同片段抗体蛋白芯片检测新技术。该技术的问世，为丙型肝炎患者的确诊、献血人员的筛选及治疗药物的研发等，提供了先进的检测手段。
●此外，美国斯坦福大学华裔科学家王善祥及其研究团队利用磁纳米技术有望取代通常采用的荧光探测癌蛋白技术，更快更方便地获得检测结果；中国台北荣民总医院和赛亚基因科技共同研发生物芯片，可快速找出遗传疾病的异常基因，将可成为家族筛检的利器。

存在问题

对于中国生物芯片工业来讲。关键问题有3个：

(1)制作技术：芯片制作技术原理并不复杂，就制作涉及的每项技术而言，中国已具有实际能力，中国发展生物芯片的难点是如何实现各种相关技术的整合集成。

(2)基因、蛋白质等前沿研究：除去制作技术外，关键就是芯片上放置的基因和蛋白质等物质了。如果制作用于检测核苷酸多态性以诊断某种遗传病，或者用于基因测序，那么芯片探针上一般放置的是有8个碱基的寡核苷酸片段，基因芯片和蛋白质芯片则相应放置的是基因标志性片段EST(表达序列标签)、全长基因或蛋白质。因此制作生物芯片首先要解决的是DNA探针、基因以及蛋白质的尽可能全面和快速地收集问题。

(3)专利和产权：以生物芯片技术为核心的各相关产业正在全球崛起，一个不容忽视的问题就是专利和产权的问题。专家指出世界工业发达国家已开始有计划、大投入、争先恐后地对该领域知识产权进行跑马圈地式的保护。北京国家工程研究中心主任程京教授说：“就生物芯片领域而言，目前全世界都在‘跑马圈地’，专利和自主产权比什么都重要。我们不能再像计算机芯片那样受制于人。”现在，科学家、企业家和金融界已经联起手来，组成了结构上更为合理、运作上更具可操作性的商业运行构架，通过全球定位布局，建立产权结构清晰的公司．为生物芯片在中国的产业化奠定良好基础。

生物芯片虽然只有10多年的历史，但包含的种类较多，分类方式和种类也没有完全的统一。它的作用方式分类：

(1)主动式芯片：是指把生物实验中的样本处理纯化、反应标记及检测等多个实验步骤集成，通过一步反应就可主动完成。其特点是快速、操作简单，因此有人又将它称为功能生物芯片。主要包括微流体芯片(microftuidic chip)和缩微芯片实验室(lab on chip，也叫“芯片实验室”，是生物芯片技术的高境界)。

(2)被动式芯片：即各种微阵列芯片，是指把生物实验中的多个实验集成，但操作步骤不变。其特点是高度的并行性，目前的大部分芯片属于此类。由于这类芯片主要是获得大量的生物大分子信息，最终通过生物信息学进行数据挖掘分析，因此这类芯片又称为信息生物芯片。包括基因芯片、蛋白芯片、细胞芯片和组织芯片。

生物芯片成分分类

(1)基因芯片(gene chip)：又称DNA芯片(DNA chip)或DNA微阵列(DNA microarray)，是将cDNA或寡核苷酸按微阵列方式固定在微型载体上制成。

(2)蛋白质芯片(protein chip或protein microarray)：是将蛋白质或抗原等一些非核酸生命物质按微阵列方式固定在微型载体上获得。芯片上的探针构成为蛋白质或芯片作用对象为蛋白质者统称为蛋白质芯片。

(3)细胞芯片(cell chip)：是将细胞按照特定的方式固定在载体上，用来检测细胞间相互影响或相互作用。

(4)组织芯片(tissue chip)：是将组织切片等按照特定的方式固定在载体上，用来进行免疫组织化学等组织内成分差异研究。

(5)其他：如芯片实验室(Lab on chip)，用于生命物质的分离、检测的微型化芯片。现在，已经有不少的研究人员试图将整个生化检测分析过程缩微到芯片上，形成所谓的“芯片实验室”(Lab on chip）。芯片实验室是生物芯片技术发展的最终目标。它将样品的制备、生化反应到检测分析的整个过程集约化形成微型分析系统。由加热器、微泵、微阀、微流量控制器、微电极、电子化学和电子发光探测器等组成的芯片实验室已经问世，并出现了将生化反应、样品制备、检测和分析等部分集成的芯片）。“芯片实验室”可以完成诸如样品制备、试剂输送、生化反应、结果检测、信息处理和传递等一系列复杂工作。这些微型集成化分析系统携带方便，可用于紧急场合、野外操作甚至放在航天器上。例如可以将样品的制备和PCR扩增反应同时完成于一块小小的芯片之上。再如Gene Logic公司设计制造的生物芯片可以从待检样品中分离出DNA或RNA，并对其进行荧光标记，然后当样品流过固定于栅栏状微通道内的寡核苷酸探针时便可捕获与之互补的靶核酸序列。应用其自己开发的检测设备即可实现对杂交结果的检测与分析。这种芯片由于寡核苷酸探针具有较大的吸附表面积，所以可以灵敏地检测到稀有基因的变化。同时，由于该芯片设计的微通道具有浓缩和富集作用，所以可以加速杂交反应，缩短测试时间，从而降低了测试成本。

使用寿命

按照美国生物芯片制备标准，使用寿命约为10-15年。

本文转自：https://baike.baidu.com/item/生物芯片/570761

由血栓造成的血管阻塞性疾病是全球致死率最高的疾病，是威胁人类的头号杀手。静脉注射组织纤溶酶原激活剂（tPA）是临床上治疗缺血性卒中、肺栓塞（PE）和其他血栓相关疾病的首选治疗方案。

然而，由于tPA存在出血并发症高风险、循环半衰期短和靶向性差等缺点，只有有限比例的患者（不足7%的缺血性卒中患者）能够从溶栓中获益。精确地将tPA递送到血栓部位并按需释放以减少脱靶和过量效应，是溶栓治疗面临的主要障碍。

在临床前模型中，纳米载体已被证明可以维持tPA的活性并增加其循环时间。通过靶向配体或磁场，血栓靶向给药可以提高tPA在血栓形成部位的浓度。一系列外源性或内源性的刺激（包括磁场、超声波、剪切应力和H2O2等）被用来触发纳米载体释放tPA。尽管该领域已经取得了一些进展，但在动物模型中溶栓效果有限，部分原因是纳米载体的结构异质性和溶栓药物的装载不明确，导致生物分布和药代动力学失控。此外，由于血栓形成生物标志物（例如凝血酶或纤维蛋白）在不同生理过程中浓度动态变化，目前的策略存在传递准确性差的问题。

理想的纳米载体不仅要能够靶向，还要能够识别生物标志物的局部浓度，从而只在确定血栓形成部位时才触发tPA的释放。因此，通过纳米载体精确控制tPA的负载、递送和释放，也就是实现tPA的精准给药，仍然极具挑战性。

2024年3月6日，南京邮电大学汪联辉教授、高宇副教授、晁洁教授等在Nature子刊Nature Materials上发表了题为：An intelligent DNA nanodevice for precision thrombolysis 的研究论文。

该研究开发了一种智能DNA溶栓纳米机器，可在血管内复杂病生理环境下识别血栓的生物标志物凝血酶，并通过针对凝血酶浓度的逻辑运算区分血栓和伤口凝块，实现靶向血栓的精准给药。

近年来，研究人员通过理性设计和制造结构明确的DNA纳米结构作为药物递送平台，实现药物分子和功能基团在化学计量和空间上的整合。基于DNA折纸纳米技术，可以构建具有均匀形状和尺寸的DNA纳米结构，并用于开发肿瘤靶向和刺激响应递送的抗癌药物和疫苗。

而目前还没有研究将DNA纳米结构用于体内溶栓治疗药物的递送。在这项研究中，研究团队基于DNA折纸技术构建了90×60纳米的矩形纳米片，每个DNA纳米片表面可精确地安排一定数量的tPA分子，并精确控制其位置，从而实现对tPA分子在空间和数量上的精准可控装载。

通过与预先设计的连锁DNA三链结构杂交，矩形DNA纳米片被封闭成管状DNA纳米器件，并屏蔽tPA分子在循环过程中的暴露。通过调节凝血酶适配体交联链和锁链之间的互补碱基数量，可实现可调阈值控制器对凝血酶浓度的不同响应范围。在静脉注射tPA-DNA溶栓纳米机器后，能够按照设定顺序自动执行针对凝血酶的追踪识别、逻辑运算和响应打开的系列任务。由于凝血酶与凝血酶适配体之间的高亲和力，它促进了tPA-DNA溶栓纳米机器在血栓形成部位的积累。只有当凝血酶的浓度超过阈值（即正常凝血和血栓之间的差异时）DNA溶栓纳米机器才会被激活，连锁的DNA三链结构解离，暴露出tPA分子进行溶栓。

基于DNA纳米技术的智能DNA溶栓纳米机器

接下来，研究团队在缺血性卒中模型和肺栓塞模型中验证了该DNA溶栓纳米机器的溶栓效果。

相较于临床溶栓药物tPA，该研究开发的智能DNA溶栓纳米机器在缺血性卒中及肺栓塞的溶栓效率分别提高了3.7倍和2.1倍， 完全溶栓所需的剂量相较于tPA降低了6倍，且 显著降低了临床溶栓药物导致的凝血异常，从而将脑中风的治疗窗口期从症状发生后的3小时延长到6小时，有望显著提高卒中患者接受溶栓治疗并获益的人数。

智能DNA溶栓纳米机器在 肺栓塞小鼠模型中的治疗效果

总的来说，该研究开发了一种DNA溶栓纳米机器，可精确地给药tPA用于精准溶栓治疗。其通过 选择性地跟踪和靶向血栓形成部位并根据凝血酶浓度按需释放溶栓剂，从而在提高治疗效果的同时最小化副作用。

研究团队表示，DNA溶栓纳米机器由人体的碱基构成，可由人体内酶降解并经肝肾代谢，因此具有优异的生物相容性，临床转化前景好。研究团队计划在未来3至5年内完成该智能DNA溶栓纳米机器在大型动物模型中的药效及安全性评估、成药性研究及规模化生产工艺优化，并积极申报临床试验并力争获得临床试验批件。

南京邮电大学汪联辉教授、晁洁教授、高宇副教授为该论文的共同通讯作者，南京邮电大学博士生印珏王思雨王嘉辉为论文共同第一作者。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41563-024-01826-y

本文转自：https://www.163.com/dy/article/ISTPK80A053296CT.html