基因芯片技術(shù)簡(jiǎn)介

1、 基因芯片技術(shù)簡(jiǎn)介基因芯片技術(shù)簡(jiǎn)介一、基因分析芯片開(kāi)發(fā)的動(dòng)力遺傳信息迅猛增長(zhǎng) 隨著人類基因組（測(cè)序）計(jì)劃（Human genome project）的逐步實(shí)施以及分子生物學(xué)相關(guān)學(xué)科的迅猛發(fā)展，越來(lái)越多的動(dòng)植物、微生物基因組序列得以測(cè)定，基因序列數(shù)據(jù)正在以前所未有的速度迅速增長(zhǎng)。然而,怎樣去研究如此眾多基因在生命過(guò)程中所擔(dān)負(fù)的功能就成了全世界生命科學(xué)工作者共同的課題。為此，建立新型雜交和測(cè)序方法以對(duì)大量的遺傳信息進(jìn)行高效、快速的檢測(cè)、分析就顯得格外重要了。相關(guān)學(xué)科與技術(shù)的高度發(fā)展和相互滲透 當(dāng)代與信息產(chǎn)業(yè)相伴隨的計(jì)算機(jī)、精密機(jī)械等科學(xué)技術(shù)是大規(guī)模解析基因信息的基礎(chǔ)，而基因芯片從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)化卻

2、是直接得益于探針固相原位合成技術(shù)和照相平板印刷技術(shù)的有機(jī)結(jié)合以及激光共聚焦顯微技術(shù)的引入。它使得合成、固定高密度的數(shù)以萬(wàn)計(jì)的探針?lè)肿忧袑?shí)可行，而且借助激光共聚焦顯微掃描技術(shù)使得可以對(duì)雜交信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)、靈敏、準(zhǔn)確的檢測(cè)和分析。科學(xué)的發(fā)展人類的進(jìn)步要求進(jìn)行大規(guī)?；蛐畔⒌慕馕?鑒于基因芯片的多種用途和其遠(yuǎn)大的發(fā)展前景，不少生命科學(xué)研究機(jī)構(gòu)和生物技術(shù)公司都先后參與了這項(xiàng)技術(shù)的研究。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)目前僅國(guó)內(nèi)就有十多家單位從事該技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)工作，全世界估計(jì)至少有二三十家。它已象半導(dǎo)體技術(shù)一樣成為一個(gè)重要的產(chǎn)業(yè)方向。當(dāng)前已正被廣泛地應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，包括生物醫(yī)學(xué)、臨床診斷學(xué)和基因組學(xué)研究。二、基因分析芯片

3、的簡(jiǎn)要描述 1. 什么是基因芯片 基因芯片指對(duì)數(shù)以千記的DNA片段同時(shí)進(jìn)行處理分析的技術(shù)，諸如基因組DNA突變譜和mRNA表達(dá)譜的檢測(cè)等（Trends in Biotechnology)。 該技術(shù)系指將大量探針?lè)肿庸潭ㄓ谥С治锷虾笈c標(biāo)記的樣品分子進(jìn)行雜交，通過(guò)檢測(cè)每個(gè)探針?lè)肿拥碾s交信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)而獲取樣品分子的數(shù)量和序列信息。2. 基因芯片技術(shù)的主要特點(diǎn) 技術(shù)操作簡(jiǎn)單 自動(dòng)化程高 序列數(shù)量大 檢測(cè)效率高 應(yīng)用范圍廣 成本相對(duì)低3 基因芯片的主要類型 鑒于信號(hào)的獲取與解讀具有通用性，所以此處不予特別介紹。從點(diǎn)陣的制備方法來(lái)分從點(diǎn)陣的制備方法來(lái)分主要有兩類：原位合成型與“點(diǎn)膜”型。 原位合成型 指根據(jù)

4、預(yù)先設(shè)計(jì)的點(diǎn)陣序列在每個(gè)位點(diǎn)通過(guò)有機(jī)合成的方式直接聚合得到所要求的探針?lè)肿?。聚合之后芯片片基的制作即告結(jié)束。該方法有兩類：光引導(dǎo)原位聚合技術(shù)與壓電打印原位聚合技術(shù)。 光引導(dǎo)原位聚合技術(shù)光引導(dǎo)原位聚合技術(shù)的簡(jiǎn)要過(guò)程為：首先使支持物羥基化，并用光敏保護(hù)基團(tuán)將其保護(hù)起來(lái)，選取擇適當(dāng)?shù)谋喂饽ぃ╩ask）使需要聚合的部位透光，其它部們不透光。這樣，光通過(guò)蔽光膜照射到支持物上，受光部位的羥基解保護(hù)，進(jìn)而與單體分子共價(jià)結(jié)合。因?yàn)楹铣伤玫膯误w分子一端按傳統(tǒng)固相合成方法活化，另一端受光敏保護(hù)基的保護(hù)，所以發(fā)生偶聯(lián)的部位反應(yīng)后仍舊帶有光敏保護(hù)基團(tuán)。因此，每次通過(guò)控制蔽光膜的圖案（透光與不透光）決定哪些區(qū)域應(yīng)被活

5、化，以及所用單體的種類和反應(yīng)次序就可以實(shí)現(xiàn)在待定位點(diǎn)合成大量預(yù)定序列寡聚體的目的。 優(yōu)點(diǎn)： 合成效率高，點(diǎn)陣密度高 缺點(diǎn)： 設(shè)備昂貴，技術(shù)復(fù)雜，反應(yīng)產(chǎn)率低 壓電打印原位聚合技術(shù)壓電打印原位聚合技術(shù)其裝置與普通的彩色噴墨打印機(jī)并無(wú)兩樣，所用技術(shù)也是常規(guī)的固相合成方法。即，將墨盒中的墨汁分別用四種堿基合成試劑替代，支持物經(jīng)過(guò)包被后，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制噴墨打印機(jī)將特定種類的試劑噴灑到預(yù)定的區(qū)域上。沖洗、去保護(hù)、偶聯(lián)等則同于一般的固相原位合成技術(shù)。如此類推，可以合成出長(zhǎng)度為40到50個(gè)堿基的探針。 優(yōu)點(diǎn)： 設(shè)備廉價(jià)，技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，反應(yīng)產(chǎn)率高 缺點(diǎn)： 點(diǎn)陣密度低，易產(chǎn)生交叉污染 “點(diǎn)膜”型 合成工作用傳統(tǒng)的

6、DNA固相合成儀完成，只是合成后用特殊的自動(dòng)化微量點(diǎn)樣裝置將其以比較高的密度涂布于硝酸纖維膜、尼龍膜或玻片上。支持物應(yīng)事先進(jìn)行特定處理，例如包被以帶正電荷的多聚賴酸或氨基硅烷，以便能夠牢固地結(jié)合寡核苷酸分子。該方法是目前大多數(shù)中小型公司所采用的方法。 優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備廉價(jià)，技術(shù)簡(jiǎn)便，研制周期短，靈活性高 缺點(diǎn)：點(diǎn)陣密度低從支持物來(lái)分主要有：從支持物來(lái)分主要有：薄膜型如聚丙烯膜、硝酸纖維素膜、尼龍膜等。這種類型“芯片”的點(diǎn)陣是通過(guò)“點(diǎn)膜”形式制作的，并通過(guò)一定的方法使探針能夠牢固地結(jié)合于其上，整個(gè)過(guò)程類似于斑點(diǎn)雜交技術(shù)（如CloneTech公司）。玻片型這種芯片的點(diǎn)陣是通過(guò)原位合成技術(shù)制作的，點(diǎn)陣密度

7、很高，所以必須借助于特殊的儀器對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行解讀和分析。當(dāng)前具有此類產(chǎn)品研制能力的公司很少（如Affimetrix公司）。 微板型這種芯片實(shí)質(zhì)上是一種具有高密度、小容量測(cè) 試 孔 的 小 型 酶 聯(lián) 免 疫 檢 測(cè) 板 （ 如 P E 公 司 等 ） 。 集成電路型 將雜交技術(shù)與微電子技術(shù)結(jié)合于一體有目的地通過(guò)電子裝置檢測(cè)或控制DNA等生物大分子的作用過(guò)程（如Nanogen公司）4. 基因芯片研制的總體藍(lán)圖 研制方向的確定基因組序列分析與待檢基因探針序列的確定檢測(cè)樣品 的制備探針陣列的準(zhǔn)備檢測(cè)設(shè)備的研制雜交檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析三、基因芯片的主要應(yīng)用1 基因表達(dá)檢測(cè) 擬南芥、酵母基因表達(dá)研究等2 突變檢測(cè) BRCA基因外顯子11、CFTR基因、-地中海貧血、酵母突變菌株、HIV-1逆