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生物芯片原理 principle of biochip 医学院病毒所 本章提纲 生物芯片简介 生物芯片的分类 基因芯片基本原理、流程与应用 蛋白质芯片及应用 第一节 生物芯片简介 一、 什么是生物芯片 生物芯片主要指通过平面微细加工技术，在固体芯片等载体上的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、蛋白质、核酸以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测 芯片上每平方厘米可密集排列成千上万个生物分子，能快速准确地检测细胞、蛋白质、DNA及其他生物组分，并获取样品中的有关信息，其效率是传统检测方法的成百上千倍。 基因芯片的最大优点在于其高通量。传统方法检测众多基因要经历多次实验而且自动化程度低，因而每次实验之间是存在系统误差的。基因芯片可以克服这个缺点，众多基因的探针的标记、杂交等过程是在一次实验过程中完成的，而且自动化程度高，数据客观可靠 1996年美国Affymetrix公司成功地制作出世界上首批用于药物筛选和实验室试验用的生物芯片，并制作出相应的芯片系统。此外，美国的Hyseq公司、Aurora公司、Nanogen公司、Incyte公司等也在积极开展DNA芯片研究工作。近二年，摩托罗拉、惠普、IBM等跨国公司也相继投以巨资加入生物芯片的研究开发。 我国是从一九九七年开始对生物芯片研究。 中国医药生物技术协会生物芯片分会2006年在北京成立。 中国在北京、上海、陕西、天津、南京建立了五大生物芯片研发和产业化基地 。 我国生物芯片产业尚未形成统一的技术标准，不规范。在产品认证认可方面也存在与国际惯例不接轨的情况。 生物芯片技术是20世纪90年代以来，影响最为深远的重大科技进展。它是继大规模集成电路之后的又一次具有深远意义的科学技术革命。 该技术被评为1998年度世界十大科技进展之一。 发展趋势 缩微芯片实验室 生物芯片研究领域的一个热点，它是将传统的生物化学样品制备、生化反应、检测三个步骤集于一体，缩小构成芯片上的实验室系统 第二节 生物芯片的分类 一般分类  信息生物芯片和功能生物芯片 第三节基因芯片的基本原理与流程 基因芯片技术是指通过微阵列(Microarray)技术将高密度DNA片段阵列通过高速机器人或原位合成方式以一定的顺序或排列方式使其附着在如玻璃片等固相表面，以荧光标记的DNA探针，借助碱基互补杂交原理，进行大量的基因表达及检测等研究的技术。 基因芯片发展历史 基因芯片分类 按芯片制备方法分类 原位合成芯片（synthetic genechip） DNA微阵列芯片（DNA microarray） 按探针分类 寡核苷酸阵列 DNA阵列 基因芯片 cDNA芯片 RNA芯片 生物芯片的原理 生物芯片利用空间位置固定事先已知的核酸、蛋白质、脂质和碳水化合物分子 芯片技术对固定相分子的要求较高，要求生物分子固定在芯片基质上之后仍要保持生物活性的稳定。 在分子杂交反应和洗片等处理过程中能稳定结合所亲和的分子，防止其在杂交洗涤过程中被冲洗掉，保证检测信息的准确可靠。 制作芯片片基的材料首先必须有很好的光学性质，能利用光进行透射和反射的检测 芯片表面具有可以进行化学反应的活性基团，方便生物分子的偶联而固定 芯片表面的活性化学基团有足够的吸附能力，要能结合最佳容量的生物分子 芯片要有很好的稳定性，具有一定的抗压能力，并且在生物分子杂交反应过程中要处于惰性状态，不会发生其他化学反应或其他物质吸附 生物芯片要有很好的兼容性，可以广泛应用于生物学检测和研究 生物分子与芯片的结合 生物芯片表面的活性基团形成特异亲和生物分子的位点，用来吸附和固定生物活性分子，例如多肽、核酸、酶、抗体或抗原等 根据芯片基片表面的活性基团的类型，芯片可以分为氨基片、醛基片、环氧乙基片和N一羟基琥珀酰亚胺酯片 根据不同的需要来选用芯片，如对大分子DNA的吸附要用氨基片，对寡聚核苷梭或小片段DNA要用醛基片 基因芯片的原理 依据双螺旋原理，核酸分子杂交技术，在靶标样品与探针之间进行选择性反应，将反应一方，探针固定在芯片上，另一方，荧光标记制备好的cDNA，分别标记绿色的Cy3和红色的Cy5通过流路或加至芯片上。 实验流程 影响杂交反应的因素 1 探针浓度 其浓度差异对信号有影响，浓度高信号强。 2 阳离子 阳离子存在可提高异源杂交双链的生成速度。 3 温度 ONA25~42?C，cDNA 55~70 ?C 4 序列组成 芯片上一次产生上万个异源杂交反应，应选择最协调条件。 5 高灵敏度监测系统，阅读仪。 基因芯片检测原理