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* 纳 米 科 技 第六章 纳米生物学 第五节 生物芯片技术 * 纳 米 科 技 随着现代生物学和现代医学的突飞猛进的发展，人类基因组计划的实施及其相关学科的发展，不仅人类基因组序列完成了初步测定，而且，越来越多的动植物、微生物以及病毒细菌的基因组序列也得以测定，因此基因组数据正在以前所未有的速度迅速增长。 一、概述 1、生物芯片技术的研究意义 面对庞大的数据，如何研究分析如此众多的基因在生命过程中所担负的功能自然成为生命科学研究领域中的重要内容。为此生物芯片（biochip）技术——一项计算机芯片制造技术与生命科学研究相结合的新兴技术，在90年代初期就应运而生了。 一、概述 1、生物芯片技术的研究意义 生物芯片技术是随着人类基因组计划的实施而诞生发展起来的。它是基因生物学与微米/纳米技术相结合的产物，也是解开基因之迷的有效手段，同时也将给生命科学和医学带来一场革命。 一、概述 1、生物芯片技术的研究意义 传统的计算机芯片的工作本质是对0和1这两个二进制数字进行高速的各种运算。生物芯片的本质是借助于生化反应进行生物信息的快速平行分析。用微点阵技术把成千上万的生物信息集成在一块很小的芯片上，就能使一些传统的生物学分析工作在这一块很小的芯片内进行，迅速地对基因、抗原和活体细胞等分析检测。 一、概述 2、生物芯片的本质 用生物芯片制作的各种不同用途的生化分析仪器不仅具有体积小、重量轻、成本低、防污染、便于携带和耗费样品、试剂少等优点，而且分析过程全部自动化，分析过程极快。可以预见，生物芯片技术将会在生物学和医学基础研究、疾病诊断、新药开发以及农业、食品、环保等许多重要领域得到广泛的运用。 一、概述 3、生物芯片的应用 美国著名杂志《财富》在1997年就高度评价生物芯片技术，“在20世纪科技史上有两件事影响深远，一件是微电子芯片，它是计算机和电子仪器的心脏，它使我们的经济结构发生了翻天覆地的变化，给人类带来了巨大的财富；另一件是生物芯片，它将改变生命科学和医学的研究方式，革新医学诊断和治疗，极大地提高人口素质和健康水平，从而改变整个世界的面貌。” 一、概述 4、生物芯片的影响 生物芯片技术通常包括基因芯片、蛋白质芯片以及芯片实验室三大部分。 二、生物芯片技术的研究内容 基因芯片（genechip），又称DNA芯片(DNAchip)，是生物芯片中最基础的、研究开发最早最为成熟也是应用最广的生物芯片。 二、生物芯片技术的研究内容 1、基因芯片 基因芯片像计算机芯片一样能够存储大量的信息，只是基因芯片中传递信息的信使是DNA分子。基因芯片是由基因探针构成，每个基因探针是一段人工合成的碱基序列。当在探针上接有被检测的物质后，根据碱基互补原理就可以识别被测物质的特定基因。 二、生物芯片技术的研究内容 1、基因芯片 当前，世界各国已经开发出很多种基因芯片，像检测HIV（爱滋病）基因和肿瘤基因的芯片，以及研究药物新陈代谢时基因变化的细胞色素芯片等都已应用于临床。 二、生物芯片技术的研究内容 1、基因芯片 蛋白质芯片与基因芯片的原理基本相同，但是，蛋白质芯片利用的不是基因的碱基对而是抗体与抗原结合的特异性，亦即免疫反应来实现蛋白质的检测。因为蛋白质芯片是以蛋白质为检测对象，就更接近生命活动的物质层面。 二、生物芯片技术的研究内容 2、蛋白质芯片 芯片实验室是基因芯片技术和蛋白质芯片技术的进一步完善和向整个生化系统领域拓展的结果。芯片实验室是一个高度集成化的生物分析系统，集样品制备、基因扩增、核酸标记与检测等功能为一体，将生化分析的全部过程集成在一个芯片上完成。 二、生物芯片技术的研究内容 3、芯片实验室 美国普杜大学开发的一种芯片实验室技术，将生化实验室的专用仪器微缩在一片芯片上，其大小不到常规仪器的千分之一。这项成果使得在一块小小的硅片上堆积几十个甚至几百个生化“实验室”，每个“实验室”都能进行复杂的生化检测和分析。芯片实验室的应用可以大大减少研究和分析费用，大大提高效率。 二、生物芯片技术的研究内容 3、芯片实验室 自从1991年首次提出DNA生物芯片的概念后，迅速成为各国生物技术领域的一个重要热点。开展这方面研究较多的国家有美国、中国、法国、俄罗斯、以色列、英国、墨西哥、印度等国家。2001年全世界生物芯片的市场达170亿美元，运用生物芯片技术的市场每年约1800亿美元。 二、生物芯片技术的研究内容 3、芯片实验室