第十一章DNA芯片技术1介绍.ppt

第十三章 DNA芯片技术第一节 概 述一、DNA芯片技术的概念1．DNA芯片技术 DNA芯片技术是指在固相支持物上原位合成（in situ synthesis）寡核苷酸探针，或者直接将大量的DNA探针以显微打印的方式有序的固化于支持物表面，然后与标记的样品杂交，通过对杂交信号的检测分析即可得出样品的遗传信息（基因序列及表达的信息）。由于常用计算机硅芯片作为固相支持物，所以称为DNA芯片。DNA芯片又被称为基因芯片（gene chips）、DNA阵列（DNA array）、cDNA芯片（cDNA chips）、寡核苷酸阵列（oligonucleotide array）等。 2．生物芯片的概念及其种类和作用。 生物芯片（biochip）是指通过微电子、微加工技术在芯片表面构建的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、DNA、蛋白质及其他生物组分的快速、敏感、高效的处理。生物芯片可以分为DNA芯片、蛋白质芯片和其他芯片三类。其中前两者属于检测芯片： （1）DNA芯片可以通过杂交来检测样品中的核酸，也可以利用双链DNA与蛋白质的相互作用来检测蛋白质。 （2）蛋白质芯片利用蛋白质间的相互作用如抗原-抗体反应或受体-配体之间的特异作用来进行检测。 （3）其他的生物芯片有样品制备芯片、核酸扩增芯片、毛细管电泳芯片等，即在芯片上分别进行样品的分离、扩增、生化反应等过程。 3．广义的生物芯片概念。 广义的生物芯片概念还包括缩微实验室，即通过采用类似集成电路制作过程中的半导体光刻加工的缩微技术，把生命科学研究中某些不连续的过程如样品的分离，扩增，生化反应和检测全部集成到芯片上，使其连续化和微型化，构成所谓的缩微芯片实验室（laboratory on a chip，microlab）。这与xx将数间房屋大小的计算机缩微成现在的笔记本式计算机有异曲同工之妙。 二、DNA芯片的主要类型及其特点。 根据DNA芯片的制备方式可以将其分为两大类： 原位合成芯片（synthetic gene chip） 采用显微光蚀刻等技术在芯片的特定部位原位合成寡核苷酸而制成的芯片称为原位合成芯片。这种芯片的集成度教高，可达10万～40万点阵/平方厘米。但合成的寡核苷酸探针长度较短，一般为8～20个核苷酸残基（nucleotide，nt），最长为50nt，因此需要使用多个相互重叠的探针片进行检测，才能对基因进行准确的鉴定。 DNA微集芯片（DNA microchips） 将预先制备的DNA片段以显微打印的方式有序地固化于支持物表面而制成的芯片称为DNA微集芯片，又称为DNA微集陈列（DNA microarray）。这类芯片集成度相对较低，可达1万～10万点阵/平方厘米，但使用的探针组的来源比较灵活，可以是合成的寡核苷酸短片段，也可以是采用来自基因组的较长的DNA片段；可以是双链，也可以采用单链的DNA或RNA片段，且技术实现未受到严格的专利控制，因而近年来发展很快。探针的长度可达100～500nt。 第二节 DNA芯片技术的基本原理与方法 一、芯片的制备 芯片制备的基本原理。 芯片的制备包括支持物的预处理、原位合成芯片的准备和DNA微集陈列的制备三个方面。 1.支持物的预处理 目前用于DNA芯片制作的固相支持物大致可分为两类：实性材料和膜性材料。实性材料包括硅芯片、玻片和瓷片等。膜性材料有聚丙烯膜、尼龙膜、硝酸纤维素膜等。实性材料需要进行预处理，使其表面衍生出羟基、氨基等活性基团。在合成寡核苷酸前，这些基因可与光敏材料的光敏保护基团形成共价交联而被保护起来，合成时在光照下除去光敏保护基团，该活性基团又可以和活化的单核苷酸发生化学反应。另一方面，这些活性基团可与DNA分子中的羟基等基团形成共价结合而使打印在上面的DNA牢固地固化在支持物表面。而膜性材料通常需要包被氨基硅烷或多聚赖氨酸等，使其带上正电荷吸附带负电荷的DNA探针。 2.原位合成芯片的制备 原位合成芯片是采用显微光蚀刻（photolithography）技术或压电打印（piezoelectric printing）技术，在芯片的特定区域原位合成寡核苷酸而制成。显微光蚀刻技术也称为光引导聚合技术（light-directed synthesis），它不仅可用于寡核苷酸的合成，也可用于合成寡肽分子。它是照相平板印刷技术（photolithography）与传统的核酸，多肽固相合成技术相结合的