全球高通量卫星发展概况与应用前景

全球高通量卫星发展概况及应用前景

多媒体化、泛在化、

宽带化是信息网络发

展的基本趋势。为了适

应宽带化发展的时代

要求.光纤通信出现了

密集波分复用

{DWDM)、光传送网络

(OTN)、无源光纤网络

(PON(技术，地面移动

通信出现了3G系统长

期演进(LTE)和4G，

5G进步，而卫星通信则出现了高通量卫星(HTS )。

宽带已经成为与水电路同等重要的基础设施.是各国优先发展的国家战略，我国也于2013年开始实施“宽带中国”计划。卫星通信在信息网络中举足轻重，为此.我国正在研制中星一16高通量卫星。与发达国家相比，我国卫星通信仍然落后。所以，跟踪研究全球高通量卫星的发展情况、探索国内的应用前景.应该成为我国宽带发展过程中的重要议题。

1全球高通量卫星的发展情况

开发利用新频率资源、提高频率使用效率是任何通信系统扩展带宽容量的从本方式。与C，Ku频段相比，Ka频段

频率资源更加丰富，而多点波束则可以数十倍地提高了频率利用效率，两者结合使得高通量卫星容量得以百倍地增加。

基于高通量卫星、新一代甚小孔径终端(VSAT)和IP 技术的宽带卫星通信系统传输能力接近4G水平，体系结构方面与地面互联网高度兼容，在宽带接入、基站中继、机载/船载/车载移动通信、企业联网、视频分发与采集等方面得到广泛应用。

市场规模显著增长，收入比重并不对称

欧洲咨询公司(Euroconsult)预测，2013年高通量卫星占全球总卫星带宽容量需求的17%，到2023年占比将增长到将近50%。北方天空研究公司(NSR)预计，到2022年全球高通量卫星总供应容量将超过2.3Tbit/s，总需求容量超过1Tbit/s。其中，静止轨道高通量卫星超过900Gbit/s，O3b 等中轨道高通量卫星将达到100Gbit/s。在这1Tbit/s以上的高通量卫星总容量需求中，宽带接人占73%，基站中继、IP中继、VSAT联网为168Gbit/s，各类移动应用为140Gbit/s。

到2023年，虽然高通量卫星总带宽需求将与一般通信卫星平分秋色，但在188亿美元的总收入中仅占32%。这主要是山高通量卫星的带宽定价和出租率相对较低等原因引起的，而出租率低又源于各个点波束中业务分布不均，制约了带宽利用率的提高。在有限的收入中，各种应用所占比

重相对平均。尽管宽带接入在带宽需求中一枝独秀，但其收入贡献并不明显。这是由于家庭用户带宽占用多，而每用户平均收入(ARPU)值又相对较低决定的。

网络运营全球覆盖，美欧地区保持领先

欧洲咨询公司统计数据表明，到2013年底，全球有20家固定卫星业务(FSS)运营商投资于高通量卫星或载荷。其中，已经运营的有11家，另外9家在今后4年时间里陆续发射其首颗高通量卫星或载荷。

在今后几年里，高通量卫星服务将实现全球覆盖，但市场重心仍在美欧。例如，美国的休斯公司和卫讯公司已分别发展了100万和60万以上的宽带用户，并且都将在2016年发射各自更为先进的高通量卫星，而欧洲通信卫星公司、SES公司等也分别拥有1万以上的宽带用户。与一般卫星通信相比，高通量卫星在不同地区的发展水平差异很大，主要原因在于，不同地区的科技、生产力和消费水平参差不齐，发展中国家的卫星宽带通信消费能力较低，而建设成本相对较高。

宽带接入地位突出，普遍服务有待扶持

卫星宽带通信在完善宽带基础设施、消除数字鸿沟、保证社会均衡发展方面具有独特优势，这就决定了宽带接入正成为高通量卫星最主要的应用方向。目前，越来越多的国家将宽带卫星通信纳入普遍服务提供计划之中。欧洲咨询公司预测，全球卫星宽带接人用户数量从2013年的225万将增长到2023年的880万户，这些用户将主要由高通量卫星来

提供服务。

由于技术原因，与地面宽带相比，卫星宽带通信服务和终端设备的性价比都存在一定的差距，因此许多国家都为宽带卫星通信提供不同程度的资金支持。例如，2009年美国政府通过“美国复苏和再投资法案”为家庭宽带接入提供了1亿美元的“一揽子”_支持，高通量卫星因此获得了10万个美国边远地区用户，欧洲通信卫星公司受益于“英国农村资助链接计划”，从而为德文郡等地区1千个家庭提供宽带接入服务;西班牙卫星公司为政府发起的Avanza I和AvanzaII计划部署了4000个VSAT终端；2009年澳大利亚启动了总投资达620亿美元(后调整为410亿)的国家宽带网络(NBN)计划，为其境内的家庭和企业提供宽带服务。其中，3%的用户将由卫星宽带通信来提供。发达国家尚且如此，对于终端设备采购、安装等成本较高，而用户支付能力较低的发展中国家来讲，要开发利用卫星宽带通信，就更需要得到政府的资助。欧洲咨询公司认为，这些国家的服务价格应低于20美元/月，这与高通卫星运营商可承受的价格之间存在明显缺口。

基站中继举足轻重，亚洲地区潜力较大

卫星通信在远程连接方面的天然优势、移动运营商对于普遍服务所承担的社会责任以及对市场范围的拓展要求，这

些因素共同决定了基站中继是卫星宽带通信的重要应用领域。全球移动通信从2G向3G、4G的进步必然要求采用带宽容量更大、中继能力更强的高通量星，低功率的小蜂窝中继将是热点之一。欧洲咨询公司认为，卫星基站中继数最占全球基站总数的0.5%一1%。

2013年可谓全球高通量卫星基站中继应用元年。欧洲咨询公司发现，高通量卫星基站中继和IP中继带宽需求达到了4.6 GBit/s,而2012年仅为4.2Gbit/s。由于地理环境等方面的原因，与宽带接入情况相反，发展中国家的卫星基站中继需求更大。北方天空研究公司认为，在全球基站中继市场中，亚洲地区所占份额缎大，将占全球总量的4/1。

目前，亚洲地区高通量卫星运营商主要是“互联网协议星’(iPStar)。2013年初，“互联网协议星”与中国电信卫星和中国香港协同通信公司建立合作关系，由后者代理销售“互联网协议星”，在中国市场的11Gbit/s卫星容量(占卫星总容量的24%)，主要业务为从站和IP中继以及企业联网。在日本，“互联网协议星’有4家移动运营商客户—软银(SoftBank)公司、KDDM司、电信沟通无界限(NTT Docomo)公司、电邮移动(EMobile)公司。其中，软银公司一家使用的容量达2Gbit/s，而其余3家共为0.5Gbit/s

除了“互联网协议星”，从2013年开始，O3b、休斯、国际通信卫星公司、国际移动卫星公司(INMARSAT)等公司

也在积极开拓基于高通量卫星的LTE和4G基站中继市场。O3b将目标市场锁定在亚大、拉美、非洲等地区，应用主要定位于基站和IP中继。2014年，O3b成功发射了8颗中轨道卫星，已与东帝汶、马来西亚、巴基斯坦、索马里、密克罗尼西亚群岛等国家和地区的移动运营商签署了预售合同移动通信风生水起，机载宽带商家必争

“动中通”终端天线技术的成熟为飞机、船舶、列车、汽车等移动平台通过通信卫星接人互联网提供有效的途径，其中，以机载移动通信对通信卫星的依赖程度最大、带宽需求最多。

自从2008年美航率先采用Ku卫星提供机载卫星移动通信服务以来，目前，美国2/3的民航飞机都开展了此项服务。2012年底，SES与Gogo公司开始合作，基于Ku 卫星为飞越北大西洋、欧洲和美洲的民航提供机载移动通信服务。传统Ku卫星容量的有限性迫使民航公司将目光转向高通量卫星。2013年6月，美国卫讯公司开始与在线电视(Live TV)公司合作，美国卫讯-1Ka卫星，向美国捷蓝航空170架飞机和大陆航空公司200多架飞机提供宽带服务，每个乘客的下载速度可达12Mbit/s或更高，此项工程将在2015年完成。此外，卫讯公司也在与美国波音公司合作，在波音商用飞机上预装Ka卫星通信机载终端。还与以色列航空合作，基于欧洲“Ka频段卫星”，在欧洲和中东地区提

供航空宽带服务。2012年底，国际移动卫星公司与Gogo 公司开始合作，共同开拓GX Ka卫星移动通信服务。2013年1月，欧洲通信卫星公司与在线电视公司合作，向欧洲商业航空公司的乘客提供Ka卫星移动服务，每架飞机的连接速度可达100Mbit/s。

2我国高通量卫星的应用前景

卫星宽带接入可助力“宽带中国.计划，

但运行模式需要创新

近年来，我国宽带通信整体进步较快，但是城乡宽带普及率差距仍在继续扩大。2012年底，我国农村宽带人口普及率只有63%，仅为城市的1/3。“宽带中国”计划实施情况表明，由于农村地区人口分散、环境恶劣等原因，所以普遍存在着光缆设施建设投人大、维护成本高、效益产出少等难题。在贵州、云南等地，为一个住户只有10多家的小山村铺设一根10km光缆，就需要花费1000万元人民币。假如全国有400个类似山村（4000户），就需40亿人民币建设投资。这个数字差不多就是一颗容量100Gbit/s以上、可服务100万家庭用户的高通量卫星建设成本。

目前，我国边远地区的贫困人口仍有8200多万，还有3万个行政村、1.8亿户没有通宽带。未来几年，国家每年用于行政村地面宽带建设的投入是40亿元。这说明高通量卫星在消除数字鸿沟方面不可或缺。必须注意到，高通信

卫星虽然在边远地区宽带设施建设方面具有一定优势，高通量卫星在服务性价比方面仍然处于劣势。面对城乡差别巨大的现实国情，我国必须在消除数字鸿沟过程中大力开发利用高通量卫星，实现地面网络与卫星网络的协调发展，积极采用宽带普遍服务补偿机制，对卫星运营商给予适当的扶持，以实现国家、企业、用户利益的共赢。

卫星基站中继不仅商用需求巨大，

而且社会效益也非常可观

2014年底，中国移动通信集团公司4G用户已达到8000万，拥有基站70万个。预计，2015年底前，中国移动通信集团公司将建成100万个4G基站，用户总数将超过1.5亿；中国联合通信有限公司也将在143城市将建5万个基站。在城市4G网络部署完成之后，借助高通量卫星实现边远地区的基站中继将是移动运营商的必然需求。以每个基站中继需要20Mbit/S带宽来保守估计，全国1000个4G 基站就需要20Gbit/s的高通量卫星带宽需求.

卫星基站中继不仅仅是移动运营商网络建设的商业需求，更是它们承担普遍服务，参与“宽带中国”计划的重要方式。相对于面向单个用户的宽带接入，面向集团用户的基站中继，建设成本更低，建设速度更快，受益人群更多，社会效益更大。

机载卫星移动通信需求最突出，

高铁和船舶卫星移动通信也是亮点

2014年底，我国民用飞机数量为2475架，客运

3.92亿人次。到2007年，将增长到3381架，5.38亿

人次。假定每架飞机飞行时间为4h，需要30Mbit/s下载带宽，那么届时并飞时的高通量卫星带宽总需求为17Gbit/s。

2013年底，我国拥有高铁动车1500辆，2017年将增长到1700辆。假定每动车需要50Mbit/S的下载带宽，同时运行数为1/6，那么，届时需要14Gbit/S的高通量卫星带宽。

与民航、高铁市场相比。船舶航运市场相对分散，包括海上工程船、政府公务船、科考船、航运船、客轮与邮轮、游艇等七大类型。其中，以航运占比最大。目前，我国沿海航运船舶11024艘，远洋2457艘。沿海可以通过地面移动网络实现通信，远洋必须借助卫星网络。假定每艘船需要5Mbit/s,共需要12Gbit/s.

3结语

高通量卫星已成为卫星通信的发展方向，它的典型应用以宽带接入、基站中继、移动通信为代表，实际应用领域是全方位的。与Ku频段通信卫星可以用于直播到户(DTH)相类似，Ka频段的高通量卫星也可提供高清、本地化的直播到户。然而，这需要制度上的创新，与一般应用可以按照商业规律来进行不同，关系到民生服务、社会公平的卫星宽带接

入则需要得到政府的适度扶待。这对于我国这样一个人口

众多、环境复杂、城乡差距巨大的发展中国家来讲，更是如此。

我国需要将高通量卫星作为“宽带中国”计划和宽带基础建设中的重要支撑来对待。因为，只有天地一体，才能无缝覆盖，从而真正满足人们随时随地享受信息服务的需求。直播电视(DirecTV)公司与AT&T公司的融合，休斯公司与碟网络公司(DISH)的协同、卫讯公司与碟网络公司的合作、英国天空广播公司(BSkyB)的综合服务、国际移动卫星公司和O3b等公司的运营模式都是在展示信息网络行业的发展趋势。

丰富的频率资源使得Ka频段成为目前高通量卫星的主要选择，然而仍有10%的高通量卫星在使用Ku,甚至C频段。必须注意到，Ka轨位和频率资源也是有限的，而带宽需求则是无限的。因此，将带宽贡献更大的多点波束技术与C, Ku 频段相结合，必将是未来高通量卫星的发展方向。国际通信卫星公司的史诗(EPIC)平台已经率先应用这种模式。此外，空中交换、高阶编码调制、移动波束等高效的频率资源利用技术也将是未来高通量卫星的重要发展方向。

作者：沈永言

作者单位：中国卫星集团有限公司

刊名：国际太空

英文刊名：Space Intelnational 年，卷（期）：2015（4）

高通量筛选技术简要综述

高通量筛选技术简要综述药物高通量筛选（HTS）技术，是发现创新药物的重要技术手段之一，已受到药学同行的极大关注。现将近年来药物高通量筛选技术的研究进展做一综述。发展中的高通量筛选技术高通量筛选的组合模式近年来，由于自动化技术特别是机器人的应用，在新药研究中出现了高通量筛选技术，该技术将化学、基因组研究、生物信息，以及自动化仪器等先进技术，有机组合成一个高程序、高自动化的新模式，从而创造了发现新药的新程序。由于该技术具有快速、高效等特点，因而成为新药发现的主要手段。高通量筛选的实验方法分子水平和细胞水平的实验方法（或称筛选模型）是实现药物高通量筛选的技术基础。由于药物高通量筛选要求同时处理大量样品，实验体系必须微量化，而这些微量化的实验方法应根据新的科研成果来建立。第四军医大学周四元研究认为，药物高通量筛选模型的实验方法，根据其生物学特点，可分为以下几类：受体结合分析法；酶活性测定法；细胞分子测定法；细胞活性测定法；代谢物质测定法；基因产物测定法。这些实验方法，均已广泛用于药物高通量筛选中。高通量筛选的特色效用高通量筛选技术是将多种技术方法有机结合而形成的一种新技术体系，它以微板形式作为实验工具载体，以自动化操作系统执行实验过程，以灵敏快速的检测仪器采集实验数据，以计算机对数以千计的样品数据进行分析处理，从而得出科学准确的实验结果和特色效用。英国学者AlanD研究提示，一个实验室采用传统的方法，借助20余种药物作用靶位，1年内仅能筛选75000个样品；1997年高通量筛选技术发展初期，采用100余种靶位，每年可筛选100万个样品；1999年高通量筛选技术进一步完善后，每天的筛选量就高达10 万种化合物。高通量筛选技术采用的先进检测方法光学测定技术：近年来，美、英两国研究人员在高通量筛选检测中，努力进行了光学测定方法的研究，建立了大量的非同位素标记测定法，如用分光光度检测法筛选蛋白酪氨酸激酶抑制剂、组织纤溶酶原激活剂等，均获得成功。

AlphaScreen技术在高通量筛选研究的现况分析

AlphaScreen技术在高通量筛选研究的现况分析本文介绍了AlphaScreen和AlphaLISA在基础药物研发研究和高通量筛选（HTS）方面的技术现状。AlphaScreen用于HTS 第二信使检测 Gs偶联的GPCR被激活后，可激活细胞内的cAMP 释放，并引起下游的信号转导。AlphaScreen技术用于cAMP检测采用了竞争性实验（Competition Assay），示意图如下：反应体系内供体珠包被了亲和素，用于偶联上生物素化的cAMP；受体珠表面为anti-cAMP 抗体；通过生物素化的cAMP可将供体珠和受体珠拉近，单体氧分子得以传递至受体珠，发生化学反应，产生光信号。将细胞裂解液加入反应体系内，胞内含有的游离cAMP同生物素化的cAMP竞争性结合抗体，体系产生的光信号降低。蛋白激酶检测蛋白激酶是一类磷酸转移酶，将ATP的磷酸基团转移至靶标底物。蛋白激酶主要分为2大家族，其中一族将磷酸基团转移至蛋白的酪氨酸残基上，称为酪氨酸激酶；另一族将磷酸基团转移至蛋白的丝氨酸/苏氨酸残基上，称为丝氨酸/苏氨酸激酶。针对酪氨酸激酶检测，AlphaScreen利用了酪氨酸磷酸化抗体，这些特异性的抗体已偶联于受体珠表面。作为激酶作用的蛋白底物，已经过生物素化处理，能连接于供体珠表面。激酶有活性状态下，利用蛋白底物的磷酸化基团能将供体珠与受体珠的距离拉近，单体氧分子得以传递至受体珠，发生化学反应，产生光信号。通常意义上，丝氨酸/苏氨酸激酶特异性高于酪氨酸激酶，因此进行检测时，对于抗体的特异性要求更高。在这里，受体珠表面包被上Protein A（Protein A是一种分离自金黄色葡萄球菌的细胞壁蛋白，主要通过Fc片断结合哺乳动物IgG），用于偶联鼠源或兔源磷酸化抗体；供体珠可以通过表面包被的亲和素偶联生物素化的磷酸化多肽或者是通过表面包被的谷胱甘肽（GSH）偶联GST标签蛋白底物。一旦多肽或蛋白底物被磷酸化，将拉近抗磷酸化抗体，产生光信号。常见的激酶检测方法都需要特异性的抗体用于检测磷酸化多肽，新近又有一些方法采用Lewis 金属螯合物用于螯合底物上的磷酸基团。在这里，磷酸化的激酶底物可以通过生物素化或是加上GST标签而偶联在供体珠上，供体珠表面包被了Lewis金属螯合物。一旦磷酸化的底物被Lewis螯合将拉近供体珠和受

什么是高通量筛选技术

什么是高通量筛选技术高通量筛选(high—throughout screening)是近年来迅速发展起来的药物筛选技术。高通量药物筛选就是应用分子细胞水平的药物活性评价方法（模型），通过自动化手段，对大量样品进行生物活性或药理作用的检测，发现新药的过程。高通量药物筛选的规模至少为每日筛选数千个样品。同时它通过运用基因科学、蛋白质科学、分子药理学、细胞药理学、微电子技术等多学科理论和技术，以及与疾病相关的酶和受体为作用靶点。对天然或合成化合物进行活性测试，并在此基础上进行筛选。高通量筛选具有快速、高效、经济、高特异性等优点，其中所用的样品量甚少的特点尤其适用于天然化合物的活性筛选。高通量筛选可以根据待测样品的种类分为非细胞相筛选、细胞相筛选、生物表型筛选。其中非细胞相筛选常用的方法有Microbead—FCM 联合筛选、放射免疫性检测、荧光检测(FA)、闪烁接近检测、酶连接的免疫吸附检测(ELISA)等；细胞相筛选常用的方法有选择性杀死策略、离子通道检测、报告基因检测等；生物表型筛选可以有目的敲除或屏蔽掉某些未知功能的基因等等。高通量筛选在抗病毒药物筛选中有很大的应用，介绍一些抗病毒药物筛选方法：利用亲合闪烁分析对HIV逆转录酶活性测定、HCV NS5B 活性测定、HCV NS3(nonstructural protein 3，NS3)解旋酶活性的测定；利用荧光共振能量转移对SARS—CoV病毒3CL 蛋白酶活性测定；

抗病毒药物的其它高通量筛选模型如病毒与宿丰细胞结合的细胞模型、HCV NS3／4A蛋白酶活性测定、HIV整合酶(integrase，IN)活性的测定等等。高通量筛选体内药动学模型中传统的药动学研究以测定药物在体内的浓度及分布为主要手段。高通量筛选体外药动学模型中常用的筛选模型建立在组织、器官水平和细胞及亚细胞水平，观察的是药物与分子靶点的相互作用，能够直接体现药物的基本作用机制。高通量筛选的体内和体外筛选模型是互为补充、相辅相成的。体内药动学筛选模型可以很好地预测药物在体内的吸收、分布、代谢等药动学性质，但存在样品需求量大、筛选费用高、较难达到高通量筛选水平等缺陷。体外筛选模型可以对大量的候选化合物进行筛选，但它却忽略了生物的整体性，有时用其预测体内药动学参数并不一定理想，必须借助于体内筛选模型。高通量筛选技术极大地提高了对目标分子、活性物质以及前导药物的筛选速度，当前HTS技术进一步向着高内涵筛选(HCS)技术发展。HCS技术是生物学、分析软件、自动化控制以及显微观测技术最新发展的综合运用，HCS的出现彻底改变了以细胞为基础的靶目标的确认、二次筛选、前导化合物优化和结构活性分析的传统方法引。随着科技的发展，HTS／HCS技术将不断向着微型化、自动化、高效化、低廉化和微量化方向发展。

高通量药物筛选

高通量药物筛选一，概念高通量筛选(High throughput screening，HTS)技术是指以分子水平和细胞水平的实验方法为基础，以微板形式作为实验工具载体，以自动化操作系统执行试验过程，以灵敏快速的检测仪器采集实验结果数据，以计算机对实验数据进行分析处理，同一时间对数以千万样品检测，并以相应的数据库支持整体系运转的技术体系。二. 高通量筛选技术体系的组成 1. 化合物样品库化合物样品主要有人工合成和从天然产物中分离纯化两个来源。其中,人工合成又可常规化学合成和组合化学合成两种方法。 2.自动化的操作系统自动化操作系统利用计算机通过操作软件控制整个实验过程。操作软件采用实物图像代表实验用具，简洁明了的图示代表机器的动作。自动化操作系统的工作能力取决于系统的组分，根据需要可配置加样、冲洗、温解、离心等设备以进行相应的工作。 3.高灵敏度的检测系统检测系统一般采用液闪计数器、化学发光检测计数器、宽谱带分光光度仪、荧光光度仪等。 4.数据库管理系统数据库管理系统承担4个方面的功能: 样品库的管理功能;生物活性信息的管理功能; 对高通量药物筛选的服务功能; 药物设计与药物发现功能。三. 高通量筛选模型常用的筛选模型都在分子水平和细胞水平，观察的是药物与分子靶点的相互作用，能够直接认识药物的基本作用机制。 1.分子水平的药物筛选模型:受体筛选模型;酶筛选模型;离子通道筛选模型 1.1受体筛选模型:指受体与放射性配体结合模型。以受体为作用靶的筛选方法,包括检测功能反应、第二信使生成和标记配体与受体相互作用等不同类型。 1.2酶筛选模型:观察药物对酶活性的影响。根据酶的特点,酶的反应底物,产物都可以作为检测指标,并由此确定反应速度。典型的酶筛选包括1) 适当缓冲液中孵化;(2)控制反应速度,如:温度,缓冲液的pH值和酶的浓度等;(3)单时间点数器, 需测量产物的增加和底物的减少。 1.3离子通道筛选模型: (1)贝类动物毒素的高通量筛选,其作用靶为Na+通道上的蛤蚌毒素结合位点，用放射性配体进行竞争性结合试验考察受试样品。(2)用酵母双杂交的方法高通量筛选干扰N型钙通道β3亚单位与α1β亚单位相互作用的小分子，寻找新型钙通道拮抗剂。 2.细胞水平药物筛选模型观察被筛样品对细胞的作用,但不能反映药物作用的具体途径和靶标,仅反映药物对细胞生长等过程的综合作用。包括: 内皮细胞激活; 细胞凋亡; 抗肿瘤活性; 转录调控检测; 信号转导通路; 细菌蛋白分泌; 细菌生长。高通量筛选技术与传统的药物筛选方法相比有以下几个优点:反应体积小；自动化；灵敏快速检测；高度特异性。但是，高通量筛选作为药物筛选的方法,并不是一种万能的手段，特别是在中药研究方面，其局限性也是十分明显的。首先，高通量筛选所采用的主要是分子、细胞水平的体外实验模型，因此任何模型都不可能充分反映药物的全面药理作用；其次，用于高通量筛选的模型是有限的和不断发展的，要建立反映机体全部生理机能或药物对整个机体作用的理想模型，也是不现实的。但我们应该相信，随着对高通量筛选研究的不断深入，随着对筛选模型的评价标准、新的药物作用靶点的发现以及筛选模型的新颖性和实用性的统一，高通量筛选技术必将在未来的药物研究中发挥越来越重要的作用。高通量筛选技术采用的先进检测方法光学测定技术。近年来，美、英两国研究人员在高通量筛选检测中，努力进行了光学测定方法的研究，建立了大量的非同位素标记测定法，如用分光光度检测法筛选蛋白酪氨酸激酶抑制剂、组织纤溶酶原激活剂等，均获得成功。放射性检测技术。美国学者GanieSM在高通量药物筛选研究中，应用放射性测定法，特别是亲和闪烁（SPA）检测方法，使在96孔板上进行的样本量实验得到发展。该方法灵敏度高，特异性强，促进了高通量药物筛选的实现，但存在环境污染问题。荧光检测技术。美国学者GiulianokA研究认为，采用FLIPR（fluor ometricimaging readet）荧光检测法，可在短时间内同时测定荧光的强度和变化，对测定细胞内钙离子流及测定细胞内pH和细胞内钠离子流等，是非常理想的一种高效检测方法。多功能微板检测系统。由西安交通大学药学院研制的1536孔板高通量多功能微板检测系统，是目前国际上先进的高通量检测系统，它可使筛选量进一步提高，现已在该院投入使用。1．基

高通量筛选技术

高通量筛选技术高通量筛选(high—throughout screening)是近年来迅速发展起来的药物筛选技术。高通量药物筛选就是应用分子细胞水平的药物活性评价方法（模型），通过自动化手段，对大量样品进行生物活性或药理作用的检测，发现新药的过程。高通量药物筛选的规模至少为每日筛选数千个样品。同时它通过运用基因科学、蛋白质科学、分子药理学、细胞药理学、微电子技术等多学科理论和技术，以及与疾病相关的酶和受体为作用靶点。对天然或合成化合物进行活性测试，并在此基础上进行筛选。高通量筛选具有快速、高效、经济、高特异性等优点，其中所用的样品量甚少的特点尤其适用于天然化合物的活性筛选。高通量筛选可以根据待测样品的种类分为非细胞相筛选、细胞相筛选、生物表型筛选。其中非细胞相筛选常用的方法有Microbead—FCM 联合筛选、放射免疫性检测、荧光检测(FA)、闪烁接近检测、酶连接的免疫吸附检测(ELISA)等；细胞相筛选常用的方法有选择性杀死策略、离子通道检测、报告基因检测等；生物表型筛选可以有目的敲除或屏蔽掉某些未知功能的基因等等。高通量筛选在抗病毒药物筛选中有很大的应用，介绍一些抗病毒药物筛选方法：利用亲合闪烁分析对HIV逆转录酶活性测定、HCV NS5B 活性测定、HCV NS3(nonstructural protein 3，NS3)解旋酶活性的测定；利用荧光共振能量转移对SARS—CoV病毒3CL 蛋白酶活性测定；

生药活性成分的高通量筛选技术

生药活性成分的高通量筛选技术高通量筛选(High throughput screening，HTS)技术是20世纪80年代后期发展起来的一种药物筛选新技术。它集计算机控制、自动化操作、高灵敏度检测、数据结果自动采集和处理于一体，实现了药物筛选的快速、微量、灵敏和大规律，日筛选量达到数万甚至数十万样品次，是新药发现技术和方法的一大进步。传统的药物筛选方法是采用药理学的实验方法，通过体内、体外的多种实验方法，评价药用样品的药理活性。但是，由于传统的药理实验方法需要消耗大量样品，使用大量实验动物，参加实验的技术人员具有较熟练的操作技能，而且筛选样品量有限，劳动强度大，不能适应大量样品的同时筛选。高通量药物筛选是在传统的筛选技术基础上，应用先进的分子生物学、细胞生物学、计算机、自动化控制等高新技术，建立的一套更适合于药物筛选的技术体系。本文试对高通量筛选技术的基本原理及其在生药活性成分筛选中的应用做一简单论述。 1．基本原理高通量药物筛选技术是将多种技术方法有机结合而形成的新的技术体系，它以分子水平和细胞水平的实验方法为基础，以微板形式作为实验工具载体，以自动化操作系统执行实验过程，以灵敏快速的检测仪器采集实验数据，以计算机对实验获得的数据进行分析处理。它的正常开展需要有一个高容量的化合物库、自动化的操作系统、高灵敏度的检测系统、高效率的数据处理系统以及高特异性的药物筛选模型。 1.1 化合物样品库高通量筛选是一种利用已有的化合物进行的体外随机筛选。因此通过高通量药物筛选发现先导化合物(leading compounds)的有效性取决于化合物样品库中化合物的数量及其质量。化合物样品的数量是指不同样品的数量。化合物样品的质量主要由化合物结构的多样性决定的。许多活性反应基团(reactive groups)使初筛的假阳性大量增加，剔除这些化合物可以提高化合物样品库的质量。化合物样品主要有人工合成和从天然产物中分离纯化两个来源。人工合成又可分为常规化学合成和组合化学合成两种方法。采用常规化学合成的纯化合物一直是国外制药企业建立化合物样品库的主要来源。它们通过长年积累的化合物建立化合物样品库，通过购买和化合物交流使化合物样品库的数量和质量大幅度提高。组合化学(combinatorial chemistry)的出现为大量增加化合物的数量提供另外一种来源。组合化学的基本原理是采用适当的化学方法，在特定的分子母核上加入不同的基团，在同样条件下，产生大量的新化合物。这种方法在化合物的结构改造和优化方面已经表现出强大的优势。但是，由于该方法是基于母核结构的改造，因此产生的大量化合物在结构多样性方面尚有极大的不足。解决组合化学产物结构多样性的问题，已经成为化学研究人员的研究课题。从天然产物中分离出来的化合物，母核结构和活性基团是长期的自然选择形成的，它们通过高通量筛选所表现出来的生物活性在药物发现中具有人工合成化合物所不能比拟的优势。因此，增加样品库中具结构多样性的天然化合物及其衍生物是提高样品库质量的一个重要途径。跨国制药企业为了增加高通量筛选的阳性率，已经或正在寻求助买我国的天然产物单体。 1.2 自动操作系统高通量药物筛选每天要对数千化台物样品进行检测，工作枯燥、步骤单一，人工操作容易疲劳、出错。自动化操作系统采用微孔板作为反应容器，具有固定的分布模式(format)；不同的微孔板通过条形码加以标记。自动化操作系统通过光电阅读器对特定的微孔板上的特定位置进行操作，并将操作结果及相关数据存贮在计算机内，使筛选结果准确，实验过程快速。

高通量筛选

高通量筛选简介高通量筛选(High throughput screening，HTS)技术是指以分子水平和细胞水平的实验方法为基础，以微板形式作为实验工具载体，以自动化操作系统执行试验过程，以灵敏快速的检测仪器采集实验结果数据，以计算机分析处理实验数据，在同一时间检测数以千万的样品，并以得到的相应数据库支持运转的技术体系，它具有微量、快速、灵敏和准确等特点。简言之就是可以通过一次实验获得大量的信息，并从中找到有价值的信息。高通量筛选技术高通量筛选特点高通量筛选时每天要对数以千万的样品进行检测，工作枯燥，步骤单一，操作人员容易疲劳、出错。自动化操作系统由计算机及其操作软件、自动化加样设备、温孵离心设备和堆栈4个部分组成。自动化操作系统代替人工操作显然有诸多优势，它利用计算机通过操作软件控制整个实验过程，编程过程简洁明了。高通量筛选的应用高通量筛选技术将化学、基因组研究、生物信息，以及自动化仪器等先进技术，有机组合成一个高程序、高自动化的新模式，并以此为模型创造了发现新药的新程序。高通量筛选技术的研究发展中的高通量筛选技术高通量筛选的实验方法高通量筛选的实验方法分子水平和细胞水平的实验方法（或称筛选模型）是实现药物高通量筛选的技术基础。由于药物高通量筛选要求同时处理大量样品，实验体系必须微量化，而这些微量化的实验方法应根据新的科研成果来建立。第四军医大学周四元研究认为，药物高通量筛选模型的实验方法，根据其生物学特点，可分为以下几类：受体结合分析法；酶活性测定法；细胞分子测定法；细胞活性测定法；代谢物质测定法；基因产物测定法。这些实验方法，均已广泛用于药物高通量筛选中。高通量筛选的特色效用高通量筛选的特色效用高通量筛选技术是将多种技术方法有机结合而形成的一种新技术体系，它以微板形式作为实验工具载体，以自动化操作系统执行实验过程，以灵敏快速的检测仪器采集实验数据，以计算机对数以千计的样品数据进行分析处理，从而得出科学准确的实验结果和特色效用。英国学者AlanD研究提示，一个实验室采用传统的方法，借助20余种药物作用靶位，1年内仅能筛选75000个样品；1997年高通量筛选技术发展初期，采用100余种靶位，每年可筛选100万个样品；1999年高通量筛选技术进一步完善后，每天的筛选量就高达10万种化合物。高通量筛选技术检测方法光学测定技术近年来，美、英两国研究人员在高通量筛选检测中，努力进行了光学测定方法的研究，建立了大量的非同位素标记测定法，如用分光光度检测法筛选蛋白酪氨酸激酶抑制剂、组织纤溶酶原激活剂等，均获得成功。放射性检测技术美国学者GanieSM在高通量药物筛选研究中，应用放射性测定法，特别是亲和闪烁（SPA）检测方法，使在96孔板上进行的样本量实验得到发展。该方法灵敏度高，特异性强，促进了高通量药物筛选的实现，但存在环境污染问题。荧光检测技术美国学者GiulianokA研究认为，采用FLIPR(fluorometricimagingreadet)荧光检测法，可在短时间内同时测定荧光的强度和变化，对测定细胞内钙离子流及测定细胞内pH和细胞内钠离子流等，是非常理想的一种高效检测方法。多功能微板检测系统由西安交通大学药学院研制的1536孔板高通量多功能微板检测系统，是目前国际上先进的高通量检测系统，它可使筛选量进一步提高，现已在该院投入使用。我国高通量筛选技术的进展

药物高通量筛选的设计与实施

关键词]：高通量筛选,设计,实施,综述健康网讯：利用计算机模拟技术、组合化学及高通量筛选技术发现新药的研发模式，带动了新药发现技术方法的重要变革。高通量筛选（high throughput screening, FITS)又称大规模集群式筛选，是由一些有特定靶点的微量生物筛选方法、自动化／机器人技术和完整数据处理技术有机组合而成，是一种新型的、高自动化、高灵敏度、高通量的筛选发现新药的技术。目前，世界上大型制药企业都无一例外地将其作为驱动新药发现的强力引擎，纷纷引进新药研发领域，使FITS的形式和内容不断丰富发展，并日益呈现出向超高通量筛选发展的趋势。 1 HTS系统的组成 1.1 高容量的样品库系统高容量的样品库及其数据库管理系统是开展HTS的先决条件。它们可以是生物样品（包括植物、动物和微生物的样品）、从生物样品中提取的活性部位或单体化合物以及人工合成（传统化学合成、组合化学合成）的化合物，化合物数量越多，结构多样性越高，筛选的命中率也越高。 1.2 自动化的操作系统自动化操作系统利用计算机，通过操作软件控制整个筛选过程，一般包括计算机及其操作软件、自动化加样设备、温孵离心设备及堆栈4个部分，也可以选取不同的组合应用。 1.3 高灵敏度检测系统 HTS检测系统一般采用液闪计数器、化学发光检测计数器、宽谱带分光光度仪、荧光光度仪以及闪烁亲和分析( scintillation proximity assay，SPA)等检测方法。检测灵敏度越高，则所需的样品量越少，效果越好。 1.4 高特异性的药物筛选系统 HTS常用的筛选模型都是建立在分子水平和细胞水平上，观察的是药物与分子靶点的相互作用，能够直接认识药物的作用机制。常用的筛选模型可分为受体结合分析法、细胞因子测定法、细胞活性测定法、代谢物质测定法以及基因产物

高通量药物筛选利器——HTRF 原理介绍

HTRF 技术介绍快速、稳定、不需洗涤、操作简单、易于自动化和微型化。上述优势使得Cisbio 的HTRF 技术一直是药物研发领域的领先技术之一，并广泛用于信号转导研究和免疫检测。该技术已经在知名医药公司、生物技术公司和学术研究机构应用了15年以上。 HTRF （均相时间分辨荧光，Homogeneous Time-Resolved Fluorescence ）是用来检测纯液相体系中待测物的一种常用方法。该技术结合了荧光共振能量转移（FRET ， Fluorescence Resonance Energy Transfer ）和时间分辨荧光（TRF, Time-Resolved Fluorescence)）两种技术。这种结合将FRET 的均相实验方式和TRF 的低背景特点融合在一起，使得HTRF 技术拥有如下优势：操作简单、灵敏度高、通量大、实验数据稳定可靠、假阳性率较低。HTRF 是基于TR-FRET 的化学技术，拥有与其它TR-FRET 技术相似的特征，包括使用镧系元素（铕和铽），具有非常长的半衰期，很大的Stroke's shift （如图1所示，Eu 3+ Stroke’s shift > 300 nm ）等。除此之外，它还有其独特的性质，从而与其它技术区分开来。这主要表现在HTRF 的镧系元素与络合的穴相结合，而不是像其它所有TR-FRET 技术使用螯合物。螯合物在溶液中是一种动态平衡，在特定条件下不稳定；而HTRF 中应用的穴与镧系元素是永久地嵌合，非常稳定，可耐受较宽的pH 范围、二价金属离子如Mn 2+等、螯合剂如EDTA 等。HTRF 的独特之处还包括对数据的专利的比值处理方法，其能校正样品基质不同等带来的干扰。 FRET 技术简介 FRET 技术利用了两种荧光基团的能量转移，这两种荧光基团分别称为（能量）供体和（能量）受体，前者的发射光谱与后者的激发光谱重叠。供体被外来能源激发（例如闪光灯或激光），如果它与受体在足够近的距离之内，可以将能量共振转移到受体上。受体受到激发，发出特定波长的发射光。将供体和受体分别与相互作用的两个生物分子结合，生物分子的结合可以将受体和供体拉到足够近的距离，产生能量转移。这时，我们可以检测到两个发射光，分别为受体和供体的发射光。由于受体分子的发射光来自于能量转移，所以在图1：铕穴状化合物的激发和发射光谱