2 生物芯片作為超高通量篩選平臺的應用
在過去的十幾年里，隨著科學的進步以及在巨大的經濟利益驅使下，藥物篩選技術得到了飛速的發展。在80年代中期（高通量篩選形成之初），每天只能篩選30種化合物，到90年代中期，每天可篩選1，500種化合物，而如今每天可篩選超過
100，000個化合物。高速、低成本的高通量篩選已成為當今藥物篩選的主流，并逐漸向超高通量方向發展。在過去的幾年中，世界上著名的制藥公司紛紛與以高通量藥物篩選技術為核心的中小型生物科技公司結盟或合作，采用高通量或超高通量藥物篩選技術進行先導物分子的篩選。要進一步提高篩選率，高通量篩選技術的各個方面均需要技術創新，這為生物芯片技術進入藥物篩選領域提供了寶貴的契機。
提高藥物篩選的通量，實現超高通量篩選有2 條途徑：一是微型化，一是自動化。生物芯片作為一種新型技術平臺，正可滿足超高通量篩選微型化和自動化的需要。生物芯片技術應用于超高通量篩選有2個發展方向：一是微孔板/微陣列技術，一是微流體芯片技術。
微孔板/微陳列技術
微孔板技術的發展主要表現在板孔數的增加。目前，使用最多的是96孔及384孔板，也有人使用1536孔、3456孔、甚至
9600孔板。如Oldenburg等報道了用9600孔板（0.2μL/孔）分析系統，以金屬蛋白酶為靶，對組合及分離純化的化合物庫進行篩選的結果。雖然隨著材料科學和加工技術的發展，微孔板技術有了長足的進步，但其發展面臨著一些不易解決的困難，主要有：微量液體極易蒸發，不適于那些不能用二甲亞砜（DMSO）作溶劑的篩選方法以及受限于當今還不夠完善的微量液體分配技術。
微陣列技術是將微孔板技術進一步微型化。最近，哈佛大學的研究人員開發了化合物微陣列芯片，主要用于篩選能與特定蛋白質特異性結合的化合物。他們將玻片表面進行化學處理，使其衍生化產生活性基團，然后將溶于有機溶劑中的化合物用機械手點在經處理的玻片表面，化合物與玻片表面的活性基團反應而被固定于玻片表面，這樣就將不同的化合物排布成微陣列，固定在玻片表面，制成化合物微陣列芯片。隨后將感興趣的蛋白質進行熒光標記，然后與微陣列芯片上的化合物反應，經清洗后，再進行熒光檢測就可以篩到能與這種蛋白質特異性結合的化合物。他們用化合物微陣列芯片進行了原理性實驗，其結果表明，使用這種化合物微陣列芯片可以并行、快速地進行大規模的化合物與蛋白質的結合篩選。他們最先是將玻璃片表面進行馬來酰亞胺衍生化處理，后來采用亞硫酰氯處理，都獲得了成功。他們還嘗試了使用這種化合物微陣列芯片進行大規模對映異構體的分型檢測。加利福尼亞大學Davis分校的科學家們采用類似的方法也制造了一種化合物微陣列芯片。他們對玻琥載玻片表面進行氨基化處理，在氨基玻片上進行乙醛酰衍生化，然后將帶有連接臂的配體分子點在修飾過的玻片表面。在進行化學連接反應之后，這種固定了不同小分子配體的微陣列芯片被用來進行了3種生物學檢測：蛋白質結合檢測、功能磷酸化檢測和活細胞粘附檢測。實驗結果證實了化合物微陣列芯片可以幫助我們對由組合合成方法獲得的大量化合物進行快速的功能分析和篩選。化合物微陣列芯片技術與基于微珠體的固相組合會成技術相結合為高通量藥物篩選帶來了一條新的途徑，將對高通量藥物篩選技術的發展產生積極的影響。
最近，出現了一種被稱為芯片膜片鉗（patch-on-
a－chip）的新技術。在這種膜片鉗芯片上加工有檢測電信號的點陣，點陣中的每一個點是一個電信號記錄單元，同時每個點底部與負歷相通，可以吸位細胞。這樣膜片鉗芯片上的每一個點就可以實現傳統膜片鉗技術的功能。膜片鉗芯片具有操作簡單、快速和可實現高通量等優點，可以用于電生理研究和高通量藥物篩選。位于美國圣地亞哥的AVIVA公司正在致力于此項技術的開發。
微流體芯片技術
微流體裝置的發展已廣泛用于生化及細胞的分析。鑒于這項技術在超高通量篩選中的巨大應用前景，吸引了眾多學術界和工業界的實驗室對該項技術的研究與開發。借用半導體工業中所用的光刻技術將內徑在10～100μm的做通道加工在玻璃或硅片中，利用電動泵和流體的壓力來控制皮、納升級液體的流動。該技術可減少幾個數量級的試劑消耗量，并能提高數據質量。它所采用的并行樣品處理程序可以獲得更高的篩選通量。多種類型的篩選分析方法在微流體芯片上操作的可行性（包括結合分析、酶分析和細胞分析）已得到實驗論證。
Jiang等制造了2種可以用于高通量檢測食物污染物和進行藥物篩選的微流體裝置。他們以硅為模板，采用模壓和毛細管成形技術在聚酯和多聚硅氧烷二甲酯中加工激流體網絡。在第1種裝置的微通道中夾著一塊PVDF（polyvinylidene
fluoride）膜可用來結合、濃縮目標化合物，然后再直接通過質譜方法鑒定目標化合物。第2種裝置被用來超濾分離本巴比妥和苯巴比妥與抗體的復合物。整個過程包括上樣、清洗和解離都是連續進行的。這些微流體裝置不僅可以顯著降低系統死體積和所需樣品量，而且與先前報道的方法相比靈敏度至少可提高
1～2個數量級。
Capliper
Technologies公司設計的芯片裝置，將從微孔板中取樣與隨后進行的酶抑制劑篩選結合在一起。目前，該芯片裝置已制作完成，并通過了測試。測試的化合物通過與芯片相連的硅毛細管注射入芯片中，與酶及熒光酶底物混合以使它們在主反應通道內發生相互作用。酶與熒光底物反應產生基線熒光信號。如果測試化合物抑制酶的活性，信號將會暫時性的降低，通過檢測熒光信號的強度就可以測定化合物抑制酶的活性。這種裝置每次進樣量
1～10nL，進樣同期10～30s。利用這個系統，每塊芯片可對幾千種化合物進行篩選。目前對該系統進行改進的努力主要集中在提高系統的耐用性和將不同類型的篩選方法移植到這個平臺上來。最新設計的微流體芯片將液體分發。化合物稀釋與篩選分析
3者集成起來，由于減少了被視為瓶頸的芯片使用前的準備步驟，使得該系統更加方便實用。
目前，致力于開發微流體芯片技術并將其應用于藥物篩選的公司有：Caliper Technologies，Orchid
BioSciences，ACLARA BioSciences，Li－Cor等。