基因芯片又稱DNA芯片,是最早出�(xiàn),也是最重要的一�生物芯片。它是指將大量基�探針分子如寡核苷�、基因組DNA或互補DNA固定于支持物上的生物芯片?;蛐酒夹g(shù)將基因芯片與標記的樣品進行雜交,通過雜交信號的強弱判斷靶分子的數(shù)�,充分利用了分子雜交、分子克隆和聚合酶鏈式反�(yīng) ( PCR) 三大分子生物學技�(shù)�
特點�
高度并行性:有利于基因芯片所示圖譜的快速對照和閱讀,效率大為提�
多樣性:提供了樣品的多指標測�
微型化:對樣品的需要量非常�,而且還能節(jié)省試劑用量,降低成本
自動化:減少人力投入,并保證了質(zhì)�
�(yōu)點:
1、采用了平面微細加工技�(shù),可實現(xiàn)大批量生�(chǎn),通過提高集成�,降低單個芯片的成本�
2、結(jié)合微機械技�(shù),可把生物樣品的預處�,基因物�(zhì)的提�、擴增,以及雜交后的信息檢測集成為芯片實驗室,制備成微型、自動化、無污染、可用于微量試樣檢測的高度集成的智能化基因芯�
基因芯片是在固相支持物表面點上數(shù)千個基因片段作為探� ,然后將被檢測的樣� DNA 或� cDNA用放射物 / 熒光標記并與芯片上的探針雜交。雜交后用計算機分析雜交信號的強� ,了解樣本中各種基因存在或者基因表達的情況 。在基因芯片上大量基因片段被排列在一個很小面積的支撐物上 ,因此又常稱為 DNA 微陣列。在基因芯片固相的支持物表面 ,或者用大規(guī)模集成電路所控制的機器手有規(guī)律地合成大量不同的寡核苷� ,或者用陣列器點上大量液相合成的 DNA � cDNA 作為基因探針。探針與放射標記或熒光標記的患者或者其� DNA(� cDNA) 雜交 ,互補核酸序列會結(jié)合在芯片� ,用放射自顯影或激光共聚焦顯微鏡掃� ,對雜交結(jié)果進行計算機軟件分� ,獲得雜交信號的強度及分布模式� ,以此反映出所檢測的樣本中有關(guān)基因的表達強�。由于大量基因雜交的反應(yīng)是在一張基因芯片上同時進行� ,因此同一次實驗可以分析成千上萬的靶基��
基因芯片通常要構(gòu)� DNA 探針的陣� ,�(gòu)建的方法可以大致歸類為光蝕刻法、噴墨打印法、機械手排列 3 種。光蝕刻法以 Fodor 等建立的光導寡核苷酸� Pease 等建立的肽胺� ( PNA) 陣列化學合成法為基礎(chǔ)。這種方法是在一塊芯片上合成大量序列不同的片� ,�(gòu)成寡聚脫氧核糖核� (ODT) 陣列。近年常用的半導體光阻技�(shù)可使 ODT 陣列密度達到 106� 107/ cm2 ,微型化減少了試劑用量和反�(yīng)液體� ,提高了反�(yīng)速率。光蝕刻法的�(yōu)點是精確性高 ,缺點是成本高 ,工藝復雜而且陣列上的序列必須是已知序�。噴墨打印法又稱為壓電印刷法 ,常用于檢測基因表� ,多態(tài)性分� ,疾病的診斷等。用帶小孔的印跡頭將 DNA 陣列樣品的液滴噴到玻片表�。第三種方式是液相合成探� ,用機械手排列在固相載體表靀構(gòu)成基因芯片陣列的探針� ODT� cDNA� PNA、基因組 DNA , ESTs � ,可以根據(jù)不同用途而設(shè)�。若是用于測�、分析等位基因和檢測點突� ,一般采� 8� 10 個堿基長� ;若是了解 mRNA 的轉(zhuǎn)錄情況則采用克隆的已� cDNA�(gòu)建陣�� cDNA 片段較長 ,適于圖譜分析?,F(xiàn)在從公共�(shù)�(jù)庫已�(jīng)能獲� 1 × 107 個人� EST ,可代� 50 % � 90 %的人類基� ,隨著基因掃描技�(shù)的發(fā)� ,最終完全有可能建立含全部人類基因的 EST陣列� cD2 NA 微陣列不須完全了解陣列上的克隆序列。我們以往工作涉及腫瘤和自身免疫病淋巴細胞克隆的變� ,由此建立一種檢� T 細胞受體 ( TCR) 或者免疫球蛋白 ( Ig)的重排基因陣�� TCR 或� Ig 的重排基因可以代表機體成千上萬不同的淋巴細胞克隆 , 將這數(shù)� TCR/ Ig 重排基因制備成基因芯� ,檢測不同患者淋巴細胞各個克隆出�(xiàn)的情� ,可以確定各種腫瘤、自身免疫病、感染性疾病免疫系�(tǒng)的變� , 有助于了解疾病發(fā)病原� ,�(fā)展以控制淋巴細胞為核心的新型治療措施。已有不少文獻利用基因芯片分析腫� 和白血� �
1 固定在聚合物基片(尼龍膜,硝酸纖維膜等)表面上的核酸探針或cDNA片段,通常用同位素標記的靶基因與其雜交,通過放射顯影技�(shù)進行檢測。這種方法的優(yōu)點是所需檢測�(shè)備與目前分子生物學所用的放射顯影技�(shù)相一�,相對比較成熟。但芯片上探針密度不�,樣品和試劑的需求量大,定量檢測存在較多問題�
2 用點樣法固定在玻璃板上的DNA探針陣列,通過與熒光標記的靶基因雜交進行檢測。這種方法點陣密度可有較大的提�,各個探針在表面上的�(jié)合量也比較一致,但在標準化和批量化生�(chǎn)方面仍有不易克服的困��
3 在玻璃等硬質(zhì)表面上直接合成的寡核苷酸探針陣列,與熒光標記的靶基因雜交進行檢測。該方法把微電子光刻技�(shù)與DNA化學合成技�(shù)相結(jié)合,可以使基因芯片的探針密度大大提高,減少試劑的用量,實�(xiàn)標準化和批量化大�(guī)模生�(chǎn),有著十分重要的�(fā)�?jié)摿�?/FONT>
1、芯片制�
目前制備芯片主要以玻璃片或硅片為載體,采用原位合成和微矩陣的方法將寡核苷酸片段或cDNA作為探針按順序排列在載體�。芯片的制備除了用到微加工工藝外,還需要使用機器人技�(shù)。以便能快�、準確地將探針放置到芯片上的指定位置�
2、樣品制�
生物樣品往往是復雜的生物分子混合�,除少數(shù)特殊樣品外,一般不能直接與芯片反應(yīng),有時樣品的量很�。所�,必須將樣品進行提取、擴增,獲取其中的蛋白質(zhì)或DNA、RNA,然后用熒光標記,以提高檢測的靈敏度和使用者的安全��
3、雜交反�(yīng)
雜交反應(yīng)是熒光標記的樣品與芯片上的探針進行的反�(yīng)�(chǎn)生一系列信息的過程。選擇合適的反應(yīng)條件能使生物分子間反�(yīng)處于狀況中,減少生物分子之間的錯配��
4、信號檢測和�(jié)果分�
雜交反應(yīng)后的芯片上各個反�(yīng)點的熒光位置、熒光強弱經(jīng)過芯片掃描儀和相�(guān)軟件可以分析圖像,將熒光�(zhuǎn)換成�(shù)�(jù),即可以獲得有關(guān)生物信息� 基因芯片技�(shù)�(fā)展的最終目標是將從樣品制備、雜交反�(yīng)到信號檢測的整個分析過程集成化以獲得微型全分析系統(tǒng)或稱縮微芯片實驗�。使用縮微芯片實驗室,就可以在一個封閉的系統(tǒng)�(nèi)以很短的時間完成從原始樣品到獲取所需分析�(jié)果的全套操作�
1、發(fā)展具有自主知識產(chǎn)�(quán)的高密度基因芯片制備的關(guān)鍵技�(shù),發(fā)展一個可進行高密度基因芯片加工基因芯片的加工�(shè)備和工藝
2、發(fā)展和研制的基因芯片設(shè)計和分析軟件
3、發(fā)展出高集成度的生物活性單元微陣列芯片,包括DNA、PNA、多�、蛋白質(zhì)、病�、細胞組和細胞以及微小生物組織等生物活性微陣列芯片�
維庫電子�,電子知�,一查百通!
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