液态芯片技术.docx

液态芯片技术 首都医科大学附属北京天坛医院 张国军 ?1991 年 Foder 等人在 Science 杂志上首次提出生物芯片的概念。 1995 年， Schena 等在 Science 上报道， 45 个拟南芥基因固定在一张玻片上检测表达，这是第一次生物芯片真正意义上应用。 1998 年 , 美国科学促进会将生物芯片技术评为十大科技突破之一。 一、生物芯片的定义和分类 生物芯片是指能快速并行处理多个生物样品并对其所包含的各种生物信息进行解析的微型器件，它的加工运用了微电子工业中十分成熟的光刻技术和微机电系统加工中所采用的各种方法，只是由于其所处理和分析的对象是生物样品，故称之为生物芯片。生物芯片能对小分子、生物大分子、细胞、组织和微小生物等进行高通量快速、并行处理和分析。 根据结构，生物芯片可分为由生物材料微阵列构成的芯片和以各种微结构为基础的微流控芯片。生物材料微阵列构成的芯片包括 DNA 芯片、蛋白质芯片、组织芯片等，其工作原理是抗原抗体结合、核酸分子的碱基配对的作用，因此也为亲和生物芯片；以各种微结构为基础的微流控芯片包括毛细管电泳芯片、 PCR 的反应芯片、介电电泳芯片等。 二、生物芯片概况 电子芯片和生物芯片被称为 20 世纪最伟大的两个发现。生物芯片是分子生物学和信息学的结晶。根据其基材的不同大致可分为玻璃片芯片、膜基芯片、硅基芯片、光纤芯片等。它们的共同的特点是在固态基材上极小的面积里合成或固定上许多核酸或蛋白探针，使芯片上的每个或几个点代表一个基因或蛋白。利用生物芯片，科学家们可以通过一个实验对成千上万的基因或蛋白指标进行分析。生物芯片已成为生命科学领域中非常重要的手段。但遗憾的是，这些芯片的致命弱点就是其信息质量的稳定性和可重复性比较差，操作也较繁琐。正因为如此，芯片临床应用受到了很大的限制。 美国 Luminex 公司开发的液态芯片系统克服了这个缺点，成为正在崛起的一种标准化的新一代生物芯片技术平台，既能为后基因组时代的科学研究提供强大的技术支持，又能作为高通量的新一代分子诊断技术平台在临床分子诊断领域大显身手。 三、液态芯片简介 美国 Luminex 公司开发出的液态芯片技术平台是一种全新概念的生物芯片。该技术的核心是把微小的乳胶颗粒（ 5.6um ）用荧光染色的方法进行编码，每种颜色的微粒（或称为荧光编码微粒）代表一种检测标志物。应用时，把针对不同检测物的彩色编码微粒混合后再加入微量病人标本，在悬液中靶分子与微粒进行特异性地结合。最后用激光流式仪判定后由电脑以数据信息的形式记录下来。因为分子杂交或免疫反应是在悬浮溶液中进行，检测速度极快，而且可以一个微量液态反应体系中同时检测 100 个指标。 Luminex 公司称之为 “xMap” 技术。该仪器在我国 SFDA 进口注册时被称为 “ 多功能流式点阵仪 ” 。 液态芯片是真正的临床应用型芯片，是基因信息时代的生物精华。 （一）液态芯片的概念和特点：液态芯片技术是在有色微球、激光技术、应用流体学及高速数字信号处理技术的基础上发展起来的一种多功能的液相分析平台。 液态芯片技术平台应用非常广泛，编码微粒上可以包被蛋白也可以连接核酸，所以液态芯片既可以用来检测蛋白（蛋白芯片），也可以检测核酸变化（基因芯片）。 液态芯片的特点是高灵敏性，可以达到 0.01pg ；高通量，适应 96 孔板；高重复性， CV 值小于 5 ％；操作简单。 （二）液态芯片的原理：如（ ppt13 ）图片所示，首先 把微小的乳胶颗粒（ Beads, 微球）分别染成不同的（多达 100 种）荧光色，然后把针对不同检测物的核酸（互补链）或蛋白（如抗原抗体）以共价方式结合到特定颜色的微球上。应用时，先把针对不同检测物的、用不同颜色编码的微球混合，再加入被检测物（血清中的抗原、抗体、酶或 PCR 产物等），在悬液中的微球与被检测物特异性地结合，并加上荧光标记。检测时，微球成单列通过两束激光，一束判定微球的颜色从而决定被测物的特异性（定性）；另一束测定微球上的荧光标记强度从而决定被测物的量（定量）。所得到的数据经电脑处理后可以直接用来判断结果。 液态芯片技术原理的核心：①在聚苯乙烯微球内部通过使用 2 种荧光配比染色的方法可以进行 100 余种编码组合；②每种荧光编码微球分别共价包被特异的基因探针或抗体、抗原、蛋白探针来特异结合待测样本中的靶向分子反应体系中靶向分子同时被标记上相应的报告荧光；③最后通过流式细胞技术分离悬浮反应体系中编码微球，并使得单个的编码微球依次通过测量区域；④测量区域是激光和液流交汇之处，报告荧光物质和微球内的编码荧光物质分别受到定量激光激发和定性激光激发，激发后光信号转化为电信号；⑤通过计算机的分析处理，确定微球结合的分析物的定性和定量信息。液态芯片的核心技术及其机理图如