基因芯片技術是90年代中期以來得到快速發展的分子生物學高新技術，是各學科交叉綜合的嶄新科學，目前主要應用于疾病的診斷與治療和藥物研究兩大方向。經過幾十年的探索和發展，基因芯片技術已經積累了大量數據、以其快速、準確、高通量的特點推動了生命科學、醫學和檢驗檢疫等領域的發展。
雖然基因芯片市場份額受到高通量測序的侵蝕，專業的基因芯片公司出現被并購的浪潮，但芯片技術在臨床與健康應用方面仍有很多可為之處，市場前景廣闊。
1、初識基因芯片技術
基因芯片（gene chip）也叫DNA芯片、DNA微陣列（DNA microarray）、寡核苷酸陣列（oligonucleotide array），是指采用原位合成（in situ synthesis）或顯微打印手段，將數以萬計的DNA探針固化于支持物表面上，產生二維DNA探針陣列，然后與標記的樣品進行雜交，通過檢測雜交信號來實現對生物樣品進行快速、并行、高效檢測或醫學診斷，由于常用硅芯片作為固相支持物，且在制備過程運用計算機芯片制備技術，故稱為基因芯片技術。
基因芯片的測序原理是雜交測序，即通過與一組已知序列的核酸探針雜交進行核酸序列測定。首先在一塊基片表面固定序列已知的八核苷酸探針，當溶液中帶有熒光標記的核酸序列TATGCAATCTAG與基因芯片上對應位置的核酸探針產生互補匹配時，通過確定熒光強度最強的探針位置，獲得一組序列完全互補的探針序列，據此可重組出靶核酸的序列。
（基因芯片的測序原理）
（來源：英諾華公司官網）
根據載體機制不同，基因芯片可分為無機片基和有機合成物片基，前者主要包括半導體硅片和玻璃片等，其上的探針主要以原位聚合的方法合成；后者主要包括特定孔徑的硝酸纖維膜和尼龍膜，其上的探針是預先合成后通過特殊的微量點樣裝置或儀器滴加到片基上；
根據探針合成順序不同，基因芯片可分為原位合成基因芯片和預先合成后點樣基因芯片，前者通過聚乙二醇或硅烷類化學試劑在不同位點合成不同的探針；后者需要先制備好cDNA或寡核苷酸，然后在經特殊處理的玻片、硅片或膜上點樣；
根據芯片功能不同，基因芯片可分為基因表達譜芯片和DNA測序芯片，前者可對來源不同的細胞內mRNA或反轉錄后產生的cDNA進行檢測，從而對這些基因表達的個體特異性、組織特異性等進行綜合分析與判斷；后者則是對大量基因進行序列分析。
基因芯片主要應用于醫療領域的基因表達分析、疾病診斷與治療、藥物研究等。其中，基因表達分析的具體應用包括分析基因表達時空特征、基因差異表達檢測、發現新基因、大規模DNA測序等；疾病診斷與治療的具體應用包括產前診斷、腫瘤診斷、感染性疾病診斷、耐藥菌株和藥物檢測等；藥物研究方面的具體應用包括新藥開發、對藥物的毒性評價，以及調查藥物處理細胞后基因的表達情況等。
（基因芯片的應用領域）
2、基因芯片發展歷程
1979年，美國布蘭迪斯大學Gergen引入microarray（陣列）概念。
1986年，美國華盛頓大學米勒應用微孔板技術分析單核苷酸。
1991年，美國Affymetrix創始人合成首張寡核苷酸基因芯片。
1992年，Stephen P.A. Fodor博士在硅谷成立Affymetrix公司。
1994年，斯坦福大學制作了第一個以玻片為載體的cDNA芯片。同年，俄美科學家共同研制了用于地中海貧血基因突變篩查的基因芯片，測序速度提高了近1000倍。
1996年，美國研發出高密度基因陣列。
1997年，一張含有6166個基因的酵母全基因組芯片在斯坦福大學Brown實驗室完成。
2000年，Affymetrix 收購了DNA芯片儀器公司Genetic MicroSystems和計算基因組學公司Neomorphic。同年，中國自主研發出第一款應用型基因芯片，宣告中國基因芯片時代開啟。
2001年，美國安捷倫收購了基于噴墨打印技術和寡核苷酸合成化學的基因芯片制作方法。同年，基因表達協會發布基于芯片數據收集的邁阿密標準。
2004年，羅氏發布產品Amplichip CYP450，是首張FDA認證用于臨床診斷的基因芯片。同年，Affymetrix的儀器和芯片制造設備通過ISO認證，旗下GeneChip® System 3000Dx獲得美國FDA和歐盟CE認證，成為第一個可以分析體外診斷芯片的基因芯片系統。
2005年，美國Illunima公司發布BeadChip，進軍基因芯片行業。
2014年，美國Affymetrix公司的CytoScan DX芯片獲得美國FDA批準，用于染色體異常的先天性疾病檢測。
2016年，Affymetrix被Thermo fisher 以13億美元收購。
2020年，基因寶主體公司拉索生物科技有限公司宣布高密度基因芯片研發成功，打破國外企業在這一領域長期壟斷市場的局面。
3、基因芯片市場概況
隨著全球基因技術的發展和癌癥患者人數的增加，帶動全球基因芯片市場規模逐步擴大，根據數據顯示，全球基因芯片市場規模逐年上漲，從2014年的39億美元上漲到2021年的146.7億美元。同比2020年上漲11.98%，預計未來全球基因芯片市場規模還會進一步擴大。
（來源：華經情報網）
中國基因芯片行業起步較晚，得益于國家相關政策支持和終端需求的不斷擴大，目前基因芯片行業已進入產業化探索階段，市場規模持續增長。據相關數據顯示，2020年中國基因芯片市場規模為57億元，同比2019年上漲26.67%，隨著中國基因芯片技術的不斷進步，未來市場規模還會逐步擴大，將保持29.8％的年復合增長率繼續增長。
（來源：華經情報網）
根據數據顯示，美國占據全球基因芯片市場40.1%的市場份額，中國僅占據全球基因芯片市場8.4%的市場份額，與美國的基因芯片行業還有較大差距，其他國家基因芯片市場份額為51.5%。
（來源：華經情報網）
國內基因芯片行業產業鏈上游主要為原材料和器械，其中原材料包括芯片基片、點樣樣品、探針制備，器械包括點樣機和機械手，產品主要依靠進口，高精度產品仍被歐美廠商牽制；中游制造業主要產品是基因芯片診斷試劑盒和基因芯片相關儀器，其中芯片診斷試劑盒發展迅速；下游應用市場主要為醫療機構、家庭、第三方診斷外包機構。
（基因芯片的產業鏈）
隨著中國基因芯片行業市場規模的不斷擴大，越來越多的企業開始加入其中。根據數據顯示，中國基因芯片企業數量逐年增加，2021年中國基因芯片企業數量為1949家，同比2020年增加了773家，2022年1-8月中國基因芯片企業數量為1791家。
（來源：華經情報網）
具體而言，中國的基因芯片市場規模持續增長主要受以下三方面原因驅動：
1. 潛在需求驅動：由于中國新生兒缺陷病發生率居高不下、惡性腫瘤患病率和死亡率逐漸提高，而基因芯片技術在產前篩查需求和腫瘤診斷中發揮重要作用，故在醫學診斷領域存在巨大的潛在需求，為基因芯片市場創造發展空間。
2. 居民消費能力提高，健康意識增強：伴隨中國居民可支配收入提高，對基因芯片診斷產品的消費能力增強，加之健康意識的轉變，使居民接受消費級基因芯片產品和服務的主動性增強，推動基因芯片行業擴容。
3. 應用示范中心建設推動產業化：2016-2017年，中國發改委批復了35個基因檢測技術應用示范中心，為人類基因組研究所、醫學檢驗所、生物科技公司和科學院等機構提供了交流與合作的平臺，為加快基因芯片產業化奠定了堅實基礎。
因為基因芯片的特殊性，所以目前在臨床上取得NMPA證書的產品并不多，特別是高通量基因芯片。目前世界上主流的芯片制造商有3家，分別是Affymetrix（被ThermoFisher收購）、Agilent以及Illumina。
國內基因芯片行業起步較晚，但在前期國家政策的扶持下，陸續也有一些企業進入該行業，玩家主要包括東方生物、華大基因、博奧晶典、達安基因、珠海賽樂奇、拉索生物等。
（來源：國家藥品監督管理局）
4、基因芯片市場主要玩家
（一）Affymetrix
Affymetrix成立于1992年，是一家專業研發、生產、銷售生物芯片的高科技公司，總部位于美國加利福尼亞州硅谷中心，致力于為客戶提供完整的基因芯片解決方案以及基因芯片相關產品。公司于1996年在美國納斯達克上市，2016年，ThermoFisher（賽默飛）宣布以13億美金的價格收購Affymetrix公司。
公司旗下的GeneChip System 3000Dx v.2是一款經過美國FDA和中國CFDA批準、帶有歐盟IVD和CE標志的芯片系統，適合基于RNA和DNA的臨床檢測。此外，GeneTitan全自動基因芯片分析系統實現了無需手動的基因芯片處理，提高了數據可重復性和工作效率，該系統支持16、24、96和384孔芯片板的基因表達和基因分型研究，適合對大量樣品進行高通量檢測。
（二）Agilent
Agilent（安捷倫）是生命科學、診斷和應用化學市場領域的高科技公司，1999年，安捷倫宣布從惠普拆分并在紐交所掛牌上市，2000年正式開始獨立運營。公司為客戶提供開放、靈活的微陣列實驗完整技術平臺體系，提供從芯片制作、樣品提取、樣品質量監測、樣品標記、芯片雜交、芯片掃描到數據處理的全套解決方案。
Agilent在原有制作技術的基礎上不斷研制出新一代基因芯片，旗下的Agilent 2100 DNA分析芯片具有高靈敏度和廣泛的線性動態范圍，可精確測量每個片段的大小和濃度，適用于NGS技術流程中DNA片段化和文庫構建等關鍵步驟的質量控制，能夠有效提高測序數據的精確度，從而提高測序數據的質量。
（三）illumina
Illumina（因美納）是全球基因測序和芯片技術的領導者，公司創立于1998年，總部位于美國加利福尼亞州，是遺傳變異和生物學功能分析領域的產品、技術和服務供應商。2007年初，Illumina以6億美元收購Solexa后，開始進入基因測序領域，并在其基礎上不斷創新，將MPS和SBS技術產品化，持續增加芯片通量，降低測序成本。
旗下Illumina Asian Screening Array BeadChip是一款專門針對東亞人群設計的高通量基因分型芯片，為群體規模的遺傳研究、疾病預防篩查、藥物使用等提供經濟有效的解決方案。
（四）Macrogen
Macrogen公司建于1997年，創始人為韓國首爾大學醫學院基因組醫藥研究所所長。公司致力于基因測序、疾病相關基因芯片開發、基因信息基礎上的藥物及診斷試劑開發等，是亞洲領先的基因技術研發與應用企業，也是第一家在韓國科技股交易所科斯達克（Kosdaq）上市的生物醫藥企業。
Macrogen提供DNA分析和測序服務，并開發出相關的芯片產品，可應用于癌癥治療等方面。公司旗下Macrogen Mac Array Karyo基因芯片的特異度和靈敏度較高，一項研究曾用該產品比較基因組雜交檢測在新生兒染色體異常疾病篩查中的作用。
（五）Applied Microarrays
Applied Microarrays（簡稱：AMI）由首席執行官Alastair Malcolm于2006年創立，總部位于美國亞利桑那州立大學科技園，主要從事高密度生物芯片的研發與生產。2007年，AMI從GE Healthcare公司獲得CodeLink產品的所有產權，重新接管CodeLink產品線的研制、生產和銷售工作，并開發了全基因組表達陣列、SNP、microRNA和免疫測定的陣列。2021年，AMI被微流體診斷和生命科學公司肖特MINIFAB收購。
5、結語
基因芯片的應用較廣泛，一次雜交可完成對待測樣品多種突變位點的篩查，目前主要應用方向為個體化用藥和遺傳性疾病。隨著二代測序價格的降低，基因芯片技術在一些領域逐步被二代測序取代，但基因芯片技術較為成熟，樣本處理和數據分析相對二代測序更加簡單、快速，在快速篩選上有很大優勢。
此外，微流控芯片技術的引入可以實現檢測自動化和一體化，進一步提升整體效率。未來，伴隨精準醫療的推進，基因芯片產業化進程將加快，生產成本下降以及終端產品價格下降將刺激下游市場需求增加，為市場持續創造增長空間。
