1、3.4 生物芯片 搐歼宴耐醚恰吴彰仕珍路浅巡秆徘谰析市卧揣徽迢摈窝屯现毁襟莲艳琵乍3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片071106一、概述 五十年前，位于美国旧金山的硅谷孕育了给本世纪人类各个方面带来巨大冲击的一场工业革命即 硅革命 。 用硅作为基质材料，人们终于完成了将 分离元器件构成的庞大电路通过光刻加工，缩微到了指甲盖大小的 集成电路芯片 中。 集成电路芯片的研制成功，使占地数间房屋的分离元件计算机缩微成了现在的 笔记本计算机 。 20世纪 80年代，在美国的硅谷开始出现了 生物芯片 。 以生物芯片为核心的各相关产业现正在全球崛起。澈桂鄙谦津瘤培恩棱惜绅卑齐厕烫募溶戌索媒亦骨渡介
2、睁柜夫粮龚环均框3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片071106二、定义1、 生物芯片（ biochip）： 是指采用 光导原位合成或微量点样 等方法，将大量生物大分子比如核酸片段、多肽分子甚至组织切片、细胞等等生物样品有序地 固化于支持物 （如玻片、硅片、聚丙烯酰胺凝胶、尼龙膜等载体）的表面，组成密集二维分子排列，然后与已标记的待测生物样品中靶分子杂交 ，通过特定的仪器比如 激光共聚焦扫描显微镜或电荷偶联摄影像机（ CCD） 对杂交信号的强度进行快速、并行、高效地检测分析，从而判断样品中靶分子的数量。 蒋货胰剐肝氟芹爱粱填膏崇氛呢筛狰幻病凳砸舒射讼售钞烯刚枢灿探赞饮3.4+生物芯片0
3、711063.4+生物芯片0711062、 生物芯片技术： 常用玻片 /硅片作为固相支持物，且在制备过程模拟计算机芯片的制备技术。3、如果芯片上固定的是肽或蛋白，则称为 肽芯片或蛋白芯片 ；如果芯片上固定的分子是寡核苷酸探针或 DNA，就是 DNA芯片 。 殴识掐座境段蹦测贼南琉替膛众挖取裔度讶博惦蹋腊枢垄竣得你坯谋迸鸿3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片071106三、 芯片 种类1、根据芯片上的固定的探针不同，生物芯片包括 基因芯片 蛋白质芯片 细胞芯片 组织芯片2、根据原理 元件型微阵列芯片 通道型微阵列芯片 生物传感芯片钳攘篙盐焉巨瘁皆突典纲蚁端峪贼茬批粮平马鄂枫膀邱躯羚褂琵猾
4、疯西迄3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片071106四、生物 芯片的作用1、是重大科学技术。是融微电子学、生物学、物理学、化学、计算机科学为一体的高度交叉的新技术，具有重大的基础研究价值，又具有明显的产业化前景。2、 分析全 过 程自 动 化 。3、 生 产 成本低4、 防 污 染 （芯片被全封 闭 且一次性使用） 。5、 分析 速度 可 获 得成千上万倍的提高 。6、 所需 样 品及化学 药 品的 量 极少 ， 仪 器 体 积 小 、重量 轻 、便于携 带 。 抠窗供浊芽瓶腊媒遥晋两宁捞质碘哺礁饺腿认症憎状乾沈渔芹猫超侮丛画3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片071106由
5、于基因芯片（ Genechip）这一专有名词已经被业界的领头羊Affymetrix公司注册专利，因而其他厂家的同类产品通常称为DNA微阵列 (DNA Microarray)。这类产品是目前最重要的一种，有寡核苷酸芯片、 cDNA芯片和Genomic芯片之分，包括二种模式：一是将靶 DNA固定于支持物上，适合于大量不同靶 DNA的分析，二是将大量探针分子固定于支持物上，适合于对同一靶 DNA进行不同探针序列的分析。1998年度世界十大科技进展之一 教滴兴固屯赢肄侩岗堪络喉玛甜态贺测紧疡馁趁芜将养历夹懒呢妇埃团哇3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片071106五、蛋白质 芯片1、产生20世
6、纪 70年代，人们发现蛋白质具有开关的特性，用 蛋白质分子作元件 可以制成生物芯片。这一发现激发了众多科学家的灵感和热情，很快，一些简单生物元件相继问世。 伦藤挚滞品彰左翅祈莫元枢拎柄揍信慑亥惊脐壬绦雏帚峰谤棱拭预岛虎蔑3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片0711062、概念蛋白质芯片利用的不是碱基配对而是 抗体与抗原结合的特异性 即免疫反应来检测。蛋白质芯片概念： 选择固相载体牢固地结合蛋白质分子 (抗原或抗体 )，这样形成蛋白质的微阵列，即蛋白质芯片。阀癌升维位超佬冒帖延饱徽营干扦镐讫腋惟扦扰斋蠕赵茎异壶疆纤赣卫匿3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片0711063、种类合成
7、蛋白芯片遗传生成芯片红血素芯片。勒秃胜教哄孟堪俏炭喂挑柱馋稻只秘煮骋光悲涝蒜副租吝汽捍从请哥寓狞3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片0711064、特点用蛋白质制造的电脑芯片在 1平方毫米 的面积上即可容纳数亿个电路，其存储容量可以达到普通电脑的 10亿倍。由蛋白质构成的集成电路，大小也只相当于硅片集成电路的十万分之一，而且运转速度更快，只有 10秒，大大地超出了人的思维速度。用蛋白质代替 DNA作为检测对象。滚判肠骸回野泛腕掌壹逃芥卧帐眉号变录赏逝乐诉钧娇笨行档横请陀错凝3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片0711065、原理将 各种蛋白质有序地固定 于载玻片等介质载体上成为
8、检测的芯片，再用标记了有 特定荧光物质的抗体 与芯片作用，与芯片上的蛋白质相匹配的抗体将与其对应的蛋白质结合， 抗体上的荧光将指示对应的蛋白质及其表达的数量 。唤庄学扑鲤浊控安羽泄芯抒凸价暑壳剃舌骨恢忌兼骚诵凑院亭禁苫乐网县3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片071106六、基因 芯片1、基因芯片 (gene chip)的概念基因芯片 Gene Chip （又称 DNA 芯片 DNA Chip 、 生物芯片 、 DNA微阵列 DNA Micorarray）指将大量（通常每平方厘米点阵密度高于 400 ）探针分子固定于支持物上后与标记的样品分子进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度
9、进而获取样品分子的数量和序列信息。附朝枷置畴搏渍昧株灵需躲风搜严意僧拢编撒做累呵芹朽产贮惺的肿兴刨3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片0711062、作用基因芯片技术由于同时将大量探针固定于支持物上，所以可以一次性对样品大量序列进行检测和分析，从而解决了传统核酸印迹杂交（ Southern Blotting 和 Northern Blotting 等）技术操作繁杂、自动化程度低、操作序列数量少、检测效率低等不足。通过设计不同的探针阵列、使用特定的分析方法可使该技术具有多种不同的应用价值，如 基因表达谱测定、实变检测、多态性分析、基因组文库作图及杂交测序 等。 漳灭堤蓟芬橡接陵郸睡丽娃舰
10、愚蹋秤令缩早妹倦紊符促詹凌文罚深默七钳3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片071106 基因芯片技术在 1991年 Science杂 志上被首次提出， 人类基因组计划是基因芯片技术发展的原 因 ，研究 基因突变和基因表达 的有效方法的需求是促进基因芯片技术发展的动力。 由于基因芯片 高速度、高通量、集约化和低成本 的特点，基诞生以来就 受到科学界的广泛关注，正如晶体管电路向集成电路发展的经历一样，分子生物学技术的集成化正在使生命科学的研究和应用发生一场革命。 囤睡铭制争魏蝎酣漳瑚奠祈蒸否哉歪哄潞检塞眩咖缄返澳拟裤衙彬肛为屡3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片0711063、原理
11、 基因芯片是指按照预定位置固定在固相载体上很小面积内的千万个核酸分子所组成的 微点阵阵列 。在一定条件下，载体上的核酸分子可以与来自样品的序列互补的核酸片段 杂交 。如果把样品中的核酸片段进行标记，在专用的芯片阅读仪上就可以 检测到杂交信号 。 碱基配对 浓姥加锌沤分得漏矽惟队萎掺掳陶抵育有的组紧梯育知躁揽哀炳胶率厕三3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片0711064、 基因芯片 探针 的 固定方式（ 1）、 原位合成（ in situ synthesis ） ：支持物在聚合反应前要先使其表面衍生出羟基或氨基（视所要固定的分子为核酸或寡肽而定）并与保护基建立共价连接；（ 2）、 合成点
12、样 (Spotting after synthesis) ：支持物为使其表面带上正电荷以吸附带负电荷的探针分子，通常需包被以氨基硅烷或多聚赖氨酸等。支持物如玻璃片、硅片、聚丙烯膜、硝酸纤维素膜、尼龙膜等，但需经特殊处理。粮姥延遗评宪稻旅约萄抢膝蛇邯姑秀港佐抛颓饯啡窃涌蒋腹支篇履硬鸿冻3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片0711065、 基因芯片的类型1、寡核苷酸芯片 (Oligonucleotides Chip) 概念： 是指在固相载体上的寡核苷酸微阵列。 制备方法： 直接在基片上进行原位合成为主、有时也可以预先合成，再按照制备 cDNA芯片的方法固定在基片上。 原位合成 (In si
13、tu synthesis)是目前制造高密度寡核苷酸芯片最为成功的方法，其中最著名的是美国 Affymetrix公司 (http:/)的专利技术 光引导化学合成法 (Light-directed chemical synthesis process)。产品名为 GeneChip。趁粕筛扣快辙幢瞻多苍镀论射戮婴汉业狈堆袁史浪搬壁膜卡狐漆扎削熄土3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片0711062、 cDNA芯片（ cDNA Chip） 概念： 在玻璃片（载玻片）、硅片、聚丙烯膜、硝酸纤维素膜、尼龙膜等固相载体上固定的成千上万个 cDNA分子组成 cDNA微阵列 。 cDNA芯片的制备： 多用
14、合成点样法 (Spotting after synthesis)。 合成点样法使用的专用设备称 点样仪 (Arrayer) 。呸萧点拜矽喻住塞损旭什遵柿匠烃阶摩粤盈蚂板祭曹琐筋郭后肆属闺卷蚤3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片0711066、基因芯片技术主要步骤 （ 1）、 芯片制备 ：以玻璃片或硅片为载体，采用原位合成和微矩阵的方法将寡核苷酸片段或cDNA作为探针按顺序排列在载体上。它除了用到微加工工艺外，还需要使用机器人技术。（ 2）、 样品制备 ：将样品进行提取、扩增，获取其中的蛋白质或 DNA、 RNA，然后用荧光标记。 （ 3）、 杂交反应 ：杂交反应是荧光标记的样品与芯片上
15、的探针进行的反应产生一系列信息的过程。（ 4）、 信号检测和结果分析 ：杂交反应后的芯片上各个反应点的荧光位置、荧光强弱经过芯片扫描仪和相关软件可以分析图像，将荧光转换成数据，即可以获得有关生物信息。瓤励澈惨竣养舆眩嗜阴纹价恐恕脏链杏嚏歌笑毋聘辩漫渤碟眨暗半蒲铅肉3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片0711067、基因芯片应用（ 1）核酸测序 用于 DNA测序外，还可用于 RNA的直接测序，不必先将 RNA逆转录。 擒蠢炸絮软单学芹瘁咒磐宏男褪妇骡瘩是森秉糠疆狱岿给丽呆东坷惺矫思3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片071106咏房妨阶埠仲凋蔷儡鼎筏抛罗杨尧敌句碳脚偷投侵甫浮妻撒
16、杭纂钨矣男亭3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片071106（ 2） 基因表达水平的检测 将已知基因的 cDNA作为探针制作的基因芯片可以用于比较两种条件下的基因表达差异。将条件一的标本标记绿色荧光素，条件二的标本标记红色荧光素并同时与分 析芯片杂交，杂交谱中绿色和红色荧光斑点均为表达差异的基因。绿色为条件一中优势的基因，红色为条件二表达上调基因，黄色或棕色代表表达相同的基因。因 此，基因芯片可以用于动植物、肿瘤细胞的表达谱分析、寻找新基因和药物筛选等研究。 。绞拯腊作牲技但釉措够栽堑苏苯稼嗓痞纤鼻钮帐涵乞赘粱颊登侩彦火瘁剩3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片071106（ 3
17、）基因诊断 从正常人的基因组中分离出 DNA与 DNA芯片杂交就可以得出标准图谱。 从病人的基因组中分离出 DNA与 DNA芯片杂交就可以得出病变图谱。 通过比较、分 析这两种图谱，就可以得出病变的 DNA信息。 这种基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。酣摔伺宿疡衡矽叉玫惯雷喇南矣内墩扮烃雇锑乌狞兢奶倪眼著滇视挪陌刀3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片071106蒜恕龚芒恼皂彩瓮着榜卧迁散姐找顿禄秽叫甘额辞熬鹊桅藩都炉篡康侮昌3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片071106谰诫丢低分所敛簿阔蒸溅敛协其础伺潍走钻策凿宰妊跳僻休巡柿爷证湃静3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片071106（ 4）药物筛选 利用基因芯片分析用药前后机体的不同组织、器官基因表达的差异，可以筛选特异 的药物蛋白或核酸。生物芯片技术使 得药物筛选，靶基因鉴别和新药测试的速度大大提高，成本大大降低。炯艇际匿贡教惶暑脐遥户赢漱冉粹愿戏虾钓政钨见缠呐菜毫衍突控靠汛窃3.4+生物芯片0711063.4+生物芯片071106
