生物芯片分析

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1、生物芯片(Biochip)武汉大学生物医学工程系赵旻本章提纲生物芯片简介与沿革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其它芯片技术第一节生物芯片简介与沿革什么是生物芯片?生物芯片(Biochip)主要指通过平面微细加工技术，在固体芯片表面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(Microarray)，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。生物芯片分析基本

2、流程试样处理点阵固定反应或杂交芯片制作标记洗涤检测扫描光刻合成微量点样喷墨纯化、标记光化学检测电化学检测计算处理建立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。中国在生物芯片领域起步较晚，我国是从一九九七年才开始对生物芯片研究，而国外从八十年代起就开始研制生物芯片。中国医药生物技术协

3、会生物芯片分会——国际生物芯片领域的第一个行业性组织2006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。第二节生物芯片的分类一般分类根据用途还可以把生物芯片分为两类：信息生物芯片和功能生物芯片第三节基因芯片——基本原理、流程与应用本节内容提要1.简介2.图像处理与数据标准化3.基因芯片的数据分析4.芯片工具&数据库简介基因芯片(Genechip)技术是指通过微阵列(Microarray)技术将高密度DNA片段阵列通过高

4、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Southern&NorthernBlotDotBlotMacroarrayMicroarray基因芯片1.根据免疫测定的(immunoassay)的方法予以改进2.高通量、点阵以及Northern杂交3.同时测定细胞内数千个基因的表达情况4.芯片的体积非常小：微量样品的检测5.基因表达情况的定量分析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

5、应，将反应一方(探针)固定在芯片上，另一方(荧光标记,即制备好的cDNA，分别标记绿色的Cy3和红色的Cy5)通过流路或加至芯片上。核酸杂交RNADNA1DNA2ProbeSouthernhybridizationNorthernhybridizationJuangRH(2004)BCbasics基因芯片的密度：100-1millionDNA探针/1cm2将样品中的DNA/RNA表上荧光标记，则可以定量检验基因的表达水平碱基互补基因芯片流程样品制备芯片制备杂交杂交信号检测数据分析实验流程基因表达情况的定量测定1.发现在特定生长时期，或者随着环境变化，

6、那些基因的表达收到诱导或者抑制2.在相同条件下，上调或者下调变化规律相似的基因，可能具有功能上的关联3.可以从共表达的基因中寻找调控模体4.基因表达的模式可以用来表征异常的细胞调控，例如，癌症的诊断基因芯片分类按芯片制备方法分类原位合成芯片（syntheticgenechip）DNA微阵列芯片（DNAmicroarray）按探针分类寡核苷酸阵列（芯片）DNA阵列基因芯片cDNA芯片RNA芯片ComparisonofDNAChipTechnologiesSensitivityofDNAchipbasedassaysisafunctionof:Probe

7、andtargetDNA/RNA(Complexity)Chipsurface(autofluorescence&non-spec.bkg)Attachmentchemistry/methodology(hyb.efficiency&crosshyb.)Hybridizationefficiency(lotsoffactors)Detectiontechnology(signaltype,efficiency,noise)Oligo-ChipcDNA-ChipGenomicChip8nor20n<2,000n>50,000nsequencingexp

8、ressionexpressiongenomicanalysis基因芯片技术的类型按技术手段、探针类型分类1