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生物芯片技术 概述 生物芯片的概念 生物芯片是通过微电子、微加工技术在平方厘米大小的固相介质表面构建的微型分析系统，以实现对组织细胞中DNA、蛋白质及其它生物组分的快速、高效、敏感的处理与分析。 生物芯片是将生物分子(寡聚核苷酸、cDNA、基因组 DNA、多肽、抗原、抗体等) 固定于硅片、玻璃片、塑料片、凝胶、尼龙膜等固相介质上形成的生物分子点阵。 在待分析样品中的生物分子与生物芯片的探针分子发生杂交或相互作用后,利用激光共聚焦显微扫描仪对杂交信号进行检测和分析。 生物芯片的分类（据芯片探针不同） 信息芯片 基因芯片（ Gene chip, DNA chip , DNA microarray) 蛋白质芯片（Protein chip) 功能芯片 芯片实验室 (Lab - on - a - chip) Gene chip 则已经被Affymetrix 公司注册专利,特指该公司的产品系列，其他厂家的同类产品通常称为DNA微阵列(DNA Microarray) DNA芯片 概念：指在固相支持物上原位合成寡核苷酸或直接将大量预先合成的DNA探针以显微打印的方式有序地固化于支持物表面，然后与标记的样品杂交，通过对杂交信号的检测分析，可得出样品的遗传信息。 分类 原位合成芯片：Affymetrix DNA微集阵列： 原位合成 DNA微集阵列 制作方式 原位化学合成 收集探针、显微打印 探针类型 寡核苷酸 cDNA、基因片段、寡核苷酸、RNA等 探针长度 短，小于50nt 可较长，100-500nt或更长 最高集成度 10-40万点阵 1-10万点阵 专利保护 严格保护 无 基因芯片基本原理 基因芯片技术是基于核酸探针杂交技术原理而研制的,即依据DNA双链碱基互补配对、变性和复性的原理以大量已知序列的寡核苷酸、cDNA或基因片段为探针检测样品中那些核酸序列与其互补，然后通过定性、定量分析得出待测样品的基因序列及表达的信息。一般包括DNA 微阵列制备、样品制备、杂交和信号的检测分析. 基因芯片反应的全过程 原位合成DNA芯片的制作 压电打印法：喷墨打印技术 分子印章法：压印 三种制作芯片方法的示意图 DNA微集阵列芯片的制作 探针的设计与制备 寡核苷酸探针芯片 基因突变检测 cDNA芯片 基因表达谱 支持物的类型与预处理 实性材料：硅芯片 玻片 瓷片 模性材料：聚丙烯膜 尼龙膜 NC膜 玻片作为支持物的优点 来源方便 DNA样品共价结合 耐高温、耐高离子强度的清洗 非孔性材料，杂交体积最小 荧光信号本底低 可使用双荧光或多荧光检测系统 打印前支持物表面化学处理：氨基化 醛基化 探针的打印：喷墨打印 针式打印 探针的固化： 氨基修饰 紫外照射胸腺嘧啶与氨基形成共价键 醛基修饰 Schiff碱连接法 修饰探针的氨基与醛基形 成Schiff碱 Sample intake Sample Processing Interaction 待测样品的准备 分子杂交反应 探针的量显著大于靶基因片段 杂交反应的条件：盐浓度，温度，时间等 检测分析 CCD检测的摄像系统 激光共聚焦扫描仪 检测仪器和设备 芯片信息采集： Clustering Random vs. Biological Data Clustering: Two-way Clustering 蛋白质芯片 概念：指将大量的蛋白质或多肽显微固化于固相支持物表面，通过蛋白质－蛋白质相互作用，对样品中靶蛋白分子进行高通量检测的一种新技术。 基本原理：蛋白质－蛋白质相互作用，如抗原－抗体，受体－配体等之间的特异识别与结合。 芯片的制备：原位合成 点样 样品的准备：荧光素等标记 生化反应 检测分析：激光扫描仪 医药领域的应用 DNA芯片与基因表达谱研究 基因测序 生物芯片在新药研究与开发中的应用 生物芯片在肿瘤诊断中的应用 生物芯片在遗传病诊断中的应用 生物芯片在精神疾病中的应用 其他 DNA芯片与基因表达谱研究 探针的设计与芯片的制作 探针的设计 互补性 特异性 丰度 内参 探针的制备 玻片的多