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生物芯片(林贤和摘要: 生物芯片技术是国际上近年来发展起来的一门高新技术，具有高通量、高信息量、快速、所需样品少等优点，已经成为科学研究的热点之一。本文介绍生物芯片的概念、生物芯片的种类及其应用、生物芯片的制作、生物芯片的研究开发方向等方面内容。概念:生物芯片是根据生物分子间特异相互作用的原理，将生化分析过程集成于芯片表面，从而实现对DNA、RNA、多肽、蛋白质以及其他生物成分的高通量快速检测。狭义的生物芯片是指包括在固相载体（如硅片、玻璃、塑料和尼龙膜等）上的高密度 DNA、蛋白质、细胞等生物活性物质的微阵列，主要包括cDNA微阵列、寡核苷酸微阵列和蛋白质微阵列。这些微阵列是由生物活性物质以点阵的形式有序地固定在固相载体上形成的。在一定的条件下进行生化反应，反应结果用化学荧光法、酶标法、同位毒法显示，再用扫描仪等光学仪器进行数据采集，最后通过专门的计算机软件进行数据分析。种类及其应用:生物芯片主要分为分析生物芯片、芯片实验室、生物计算机芯片。分析生物芯片又分基因芯片、蛋白质芯片、组织芯片、细胞芯片和其它芯片。?基因芯片: 又称为寡核苷酸探针微阵列，它是基于核酸探针互补杂交技术原理而研制的。它使待分析样品通过与芯片中已知碱基顺序的DNA片段互补杂交，从而确定样品中的核酸序列和性质，并对基因表达的量及其特性进行分析。基因芯片是生物芯片技术中发展最成熟和最先实现商品化的产品，它和我们日常所说的计算机芯片非常相似，只不过高度集成的不是半导体管，而是成千上万的网格状密集排列的基因探针，通过已知碱基顺序的 DNA片段，来结合碱基互补序列的单链 DNA，从而确定相应的序列，通过这种方式来识别异常基因或其产物等。基因芯片主要应用于基因差异表达分析和基因鉴定，DNA测序、基因突变及多态性扫描，肿瘤的发生、分型与诊断，基因组的比较及细菌学、病毒学等的多项研究中。?蛋白质芯片: 它与基因芯片的原理类似，只是芯片上固定的分子是蛋白质(如抗原或抗体等)，而且，检测的原理是依据蛋白分子、蛋白与核酸、蛋白与其他分子的相互作用。蛋白质芯片主要应用于蛋白差异表达分析、蛋白质间相互作用、蛋白质修饰、蛋白质-DNA相互作用、小分子-蛋白质间相互作用、抗体检测、碳水化合物检测、疾病诊断等多个方面。?组织芯片: 组织芯片也称组织微阵列。这一概念于1998年由Kononen等提出，它可以看成是基因芯片技术的发展和延伸，与细胞芯片、蛋白质（抗体）芯片一样属于一种特殊形式的生物芯片技术。这一技术是将成百上千个不同个体的组织标本按预先设计或研究需要排列在一张固相载体（载玻片）上所形成的组织微阵列，是一种高通量、多样本的分析工具。组织芯片最常用于肿瘤检测，已在乳腺癌、肾癌、膀胱癌、子宫颈癌等多种癌症中得到运用。同时还应用于病理学、组织学、胚胎学和生理学研究等，且广泛应用于抗体筛选、药物筛选和质量控制与标准化的检测。?细胞芯片: 细胞芯片又称细胞微阵列，是2001年由美国麻省理工学院的Zlauddin和Sabatinl等人发明的一种高通量的基因反向转染技术。其原理是首先将不同的DNA探针点在玻璃片上，做成DNA微阵列芯片，接着用脂质体转染方法处理该DNA微阵列芯片，然后在脂质体处理的DNA微阵列上培养哺乳动物细胞，点在芯片上的DNA在转染试剂的作用下原位转染哺乳动物细胞，在DNA微阵列的每一个DNA样品点的相同位置形成了转染该DNA的细胞集群，细胞因获得了外源DNA 而获得新的表型。细胞芯片可用于药物的高通量筛选和功能验证，确证药物作用靶点，寻找能改变细胞生理状态的基因产物等研究领域。?芯片实验室: 芯片实验室是生物芯片技术发展的最终目标，即将生命科学中的样品制备、生化反应、结果检测和数据处理的全过程，集中在一个芯片上进行，构成微型全分析系统，即芯片实验室。芯片的制作: 根据应用的需要，制作芯片的材料多种多样，如硅、玻璃、塑料以及陶瓷等． 其中，硅是最常用的材料，因为传统的微加工技术人们已经摸索出了一整套成熟的硅加工工艺。对于需要温度控制的生物反应，例如聚合酶链式反应(PCＲ) ，链置换扩增(SDA)等，由于硅类材料具有良好的导热性，在生物芯片制备中成为人们的首选。但是硅的缺点是不透明，不利于光学检测，并且具有一定的导电性，尤其是具有比较强的表面非特异性吸附．因此在制作毛细管电泳芯片时，人们会选用玻璃或者塑料等材料。同时在使用生物芯片时，必须考虑到生物相容性问题，玻璃和塑料在这方面的表现异常优越，因为玻璃和塑料的表面有各种功能基团，容易进行化学修饰。 芯片主要分成2种，微点阵芯片和微流控芯片，而微点阵芯片的制备还分成原位合成法和合成点样法。?原位合成法: 这是美国Affymetrix公司采用的半导体光刻原位合成法。它把半导体工业中的光刻技术和 D