基因芯片 潘丽华2014808100.ppt

Thank you for listening！ 基因芯片技术及其应用 潘丽华 2014808100 1. 什么是基因芯片 生物芯片，将大量生物识别分子按预先设置的排列固定于一种载体（如硅片、玻片及高聚物载体等）表面，利用生物分子的特意性亲和反应，如核酸杂交反应，抗原抗体反应等来分析各种生物分子存在的量的一种技术。 基因芯片（gene chip），又称DNA微阵列（microarray），是由大量DNA或寡核苷酸探针密集排列所形成的探针阵列，其工作的基本原理是通过杂交检测信息。 五十年代DNA分子结构和半保留复制模型的建立 六十年代基因编码的确定 七十年代限定性内切酶的发现和DNA重组技术的建立 八十年代PCR的发明 九十年代人类基因组计划的实施 2.基因芯片的诞生 生物科学正迅速地演变为一门信息科学。 我们正由结构基因组时代迈入功能基因组时代。随着这个功能基因组学问题的提出（后基因组时代，蛋白组学），涌现出许多功能强大的研究方法和研究工具，最突出的就是细胞蛋白质二维凝胶电泳（2-D-gel）（及相应的质谱法测蛋白分子量）和基因芯片（Genechip）技术 分子生物学的发展推动了基因的研究 美国继开展人类基因组计划以后，于1998年正式启动基因芯片计划，美国国立卫生部、能源部、商业部、司法部、国防部、中央情报局等均参与了此项目。 同时斯坦福大学、麻省理工学院及部分国立实验室如Argonne Oakridge也参与了该项目的研究和开发。 英国剑桥大学、欧亚公司正在从事该领域的研究。 世界大型制药公司尤其对基因芯片技术用于基因多态性、疾病相关性、基因药物开发和合成或天然药物筛选等领域感兴趣，都已建立了或正在建立自己的芯片设备和技术。 目前全世界有几百家基因芯片公司，有多种生物芯片问世，而且这些芯片的特点较以前密度更高，检测方法更精确，特异性更强的特点。而主要仍以少数几家公司为主，如Affymetrix、Brax、Hysep等。 国内目前主要如清华大学（程京）、中科院生命科学院、上海复旦大学、北京军事医学科学院、南京东南大学、西安等四十余家公司，而且可能还有一大批公司相继成立。 基因芯片是信息时代的产物 生命科学、 物理学、 计算机科学、微电子技术 光电技术、 材料科学 等现代高科技 3.基因芯片的分类 根据探针的类型和长度，基因芯片可分为两类。 其中一类是较长的DNA探针（?100mer）芯片 这类芯片的探针往往是PCR的产物，通过点样方法将探针固定在芯片上，主要用于RNA的表达分析。 另一类是短的寡核苷酸探针芯片 其探针长度为25 mer左右，一般通过在片（原位）合成方法得到，这类芯片既可用于RNA的表达监控，也可以用于核酸序列分析。 元件型微阵列芯片 生物电子芯片 凝胶元件微阵列芯片 药物控释芯片 通道型微阵列芯片 毛细管电泳芯片 PCR扩增芯片 集成DNA分析芯片 毛细管电层析芯片 生物传感芯片 光学纤维阵列芯片 白光干涉谱传感芯片 一般基因芯片按其材质和功能，基本可分为以下几类 6400点的基因芯片 （面积 12X14 mm) 核酸杂交技术 是基因芯片应用的基础。 4. 基因芯片的原理 基因芯片的基本原理 任何线状的单链DNA或RNA序列均可被分解为一个序列固定、错落而重叠的寡核苷酸，又称亚序列（subsequence）。例如可把寡核苷酸序列TTAGCTCATATG分解成5个8 nt亚序列： 原理 -- 通过杂交检测信息 一组寡核苷酸探针 — TATGCAATCTAG CGTTAGAT ACGTTAGA ATACGTTAGATC TACGTTAG 由杂交位置确定的一组 核酸探针序列 GTTAGATC 杂交探针组 TATGCAATCTAG 重组的互补序列 靶序列 TACGTTAG ACGTTAGA ATACGTTA CGTTAGAT GTTAGATC ATACGTTA 原位合成 直接点样 原位光蚀刻合成 原位喷印合成 分子印章法 针式点样 喷墨点样 光导原位合成法 基因芯片的制作方式 1、原位光蚀刻合成 寡聚核苷酸原位光蚀刻合成技术是由Affymetrix公司开发的，采用的技术原理是在合成碱基单体的5羟基末端连上一个光敏保护基。合成的第一步是利用光照射使羟基端脱保护，然后一个5端保护的核苷酸单体连接上去，这个过程反复进行直至合成完毕。使用多种掩盖物能以更少的合成步骤生产出高密度的阵列，在合成循环中探针数目呈指数增长。某一含n个核苷酸的寡聚核苷酸，通过4×n个化学步骤能合成出4n个可能结构。例如：一个完整的十核苷酸通过32个化学步骤，8个小时可能合成65,536个探针。 2、光导原位合成法 点样法 点