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1、DNA芯片技术的原理与应用主要内容DNA芯片技术的概况DNA芯片技术的应用概况存在的一些问题及展望1DNA芯片技术的一些概况DNA芯片也称DNA微阵列,是生物芯片的一种。基因芯片原理最初是由核酸的分子杂交衍生而来的,即应用已知序列的核酸探针对未知序列的核酸序列进行杂交检测1.1DNA芯片技术的概念和基本原理DNA芯片技术，实际上就是一种大规模集成的固相杂交，是指在固相支持物上原位合成(situsynthesis)寡核苷酸或者直接将大量预先制备的DNA探针以显微打印的方式有序地固化于支持物表面，然后与标记的样品杂交
2、。通过计算机对杂交信号的检测分析，得出样品的遗传信息(基因序列及表达的信息)。由于常计算机硅芯片作为固相支持物，所以称为DNA芯片。基因芯片制备及检测流程是利用原位合成法或将已合成好的一系列寡核苷酸以预先设定的排列方式固定在固相支持介质表面,形成高密度的寡核苷酸的阵列,样品与探针杂交后,由特殊的装置检出信号,并由计算机进行分析得到结果。原理如下图：基因芯片电子芯片集成电子线路集成分子线路基因芯片发展历史Southern&NorthernBlotDotBlotMacroarrayMicroarray近7(2011.
3、9前)年来公开发表的与基因芯片相关的学术论文1.2DNA芯片分类据不同分类标准,DNA芯片的分类如下:(1)根据固相支持物的不同,DNA芯片分为无机(玻璃、硅片、陶瓷等)和有机(聚丙烯膜、硝酸纤维素膜、尼龙膜等)芯片。(2)根据芯片上所用探针不同分为寡核苷酸芯片和cDNA芯片。(3)根据芯片点样方式不同,可分为原位合成芯片、微矩阵芯片(分喷点和针点)和电定位芯片3类。(4)根据用途的不同分类为基因表达芯片和基因测序芯片。1.3DNA芯片的优点作为新一代基因诊断技术，DNA芯片的突出特点在于快速、高效、敏感、经济，
4、平行化、自动化等，与传统基因诊断技术相比，DNA芯片技术具有明显的优势：（1）快速准确（2）检测效率高（3）基因诊断的成本降低。（4）自动化程度高（5）避免了交叉感染（6）多功能（7）高度的平行性DNA芯片技术的步骤DNA芯片的制备光蚀刻合成法电压印刷法点样法样品的制备杂交杂交图谱的检测和读出为了提高结果的准确性，来自血液或组织中的DNA/mRNA样本须先行扩增，然后再被荧光素或同位素标记成为探针。杂交条件的选择要根据芯片上核酸片段的长短及其本身的用途来定。激光共聚焦荧光检测系统CCD摄像原理检测系统质谱法1.4
5、DNA芯片的制备过程1.4.1DNA芯片的制备原位合成法(insitusynthesis)借鉴半导体照相平版印刷技术,在固相载体上原位合成寡核苷酸探针序列。主要有光蚀刻法及压电印刷法。光蚀刻法基本过程为:光有选择地照射到有光掩蔽剂保护的玻璃片上,以去掉玻璃片上的光敏集团,激活DNA合成过程,在去掉光敏集团的特定部位偶联一个光保护碱基,再将第二个光掩蔽剂置于这个受光保护的碱基上,如此不断地去保护和偶联,就可以得到寡核苷酸片断,许多这样的不同序列的片段就构成了DNA方阵。原位合成(InSituSynthesis)Li
6、ghtdirectedoligonucleotidesynthesis.Asolidsupportisderivatizedwithacovalentlinkermoleculeterminatedwithaphotolabileprotectinggroup.Lightisdirectedthroughamasktodeprotectandactivateselectedsites,andprotectednucleotidescoupletotheactivatedsites.Theprocessisrepe
7、ated,activatingdifferentsetsofsitesandcouplingdifferentbasesallowingarbitraryDNAprobestobeconstructedateachsite.光定向合成寡核苷酸压电印刷法的基本原理类似于目前采用的喷墨打印机:打印头在方阵上移动,在方阵每点上电流使喷头放大,并将装有机某种碱基的试剂滴在晶片表面,然后固定,在洗脱和去保护后另一轮寡核苷酸的延伸就可以继续进行。压片印刷法由于不需要与载体表面直接接触,故有很高的效率,但制造工艺还不太成熟。喷
8、墨打印技术离片合成法(off-chipsynthesis)首先利用各种方法制备出寡核苷酸探针，再由具有多个微细加样孔的阵列复制器(arrayingandreplicatingdevice,ARD)及由电脑控制的机器将探针按一定的顺序固定在固相载体表面，再由紫外交线交联固定后得到DNA方阵。该方法优点是芯片制造速度快,成本低,而且芯片之间制造误差小。其缺点是与原位合成法相比
