基于基因芯片的生物信息學(xué)生物信息技術(shù)硬件方面的

基于基因芯片的生物信息學(xué)研究計算機(jī)系田曉生物信息學(xué)

交叉領(lǐng)域一門新興的學(xué)科起源：計算機(jī)技術(shù)和人類基因組計劃的發(fā)展學(xué)科組成：傳統(tǒng)意義上的生物信息學(xué)（bioinformatics）：用于建立現(xiàn)代生物學(xué)所需信息系統(tǒng)框架（支持生物學(xué)的信息管理系統(tǒng)、分析工具和通訊網(wǎng)絡(luò)）的研究開發(fā)工作。計算生物學(xué)（computationalbiology）：旨在理解基本生物學(xué)問題的基于計算的研究工作。生物信息學(xué)的研究內(nèi)容生物信息的收集、存儲、管理與提供基因組序列信息的提取和分析功能基因組相關(guān)信息分析生物大分子結(jié)構(gòu)模擬和藥物設(shè)計生物信息分析的技術(shù)與方法研究應(yīng)用與發(fā)展研究生物信息學(xué)的研究目標(biāo)揭示“基因組信息結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及遺傳語言的根本規(guī)律”。生物信息技術(shù)的研究方法和工具

兩種研究方法和工具：細(xì)胞蛋白質(zhì)二維凝膠電泳即2-D-gel及相應(yīng)的質(zhì)譜法測量蛋白質(zhì)分子量生物芯片技術(shù)（Biochip技術(shù)）什么是生物芯片一塊指甲大小（1cm3）的有多聚賴氨酸包被的硅片或其它固體支持物（如玻璃片、硅片、聚丙烯膜、硝酸纖維素膜、尼龍膜等）。生物芯片通過微加工和微流體系統(tǒng)將生化分析中的樣品制備、生化反應(yīng)、及結(jié)果檢測有機(jī)地結(jié)合集成在一起。具有高速度、分析自動化、及高度并行處理能力。生物芯片的發(fā)展80年代，俄羅斯國家科學(xué)院恩格爾分子生物學(xué)研究所和美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室開始探索生物芯片技術(shù)1989年，在美國AFFYMETRIX公司誕生了世界上第一塊原位合成基因芯片1992年，斯坦福大學(xué)P.B.Brown實(shí)驗(yàn)室發(fā)布了世界第一個微陣列技術(shù)1996年，AFFYMETRIX公司登陸納斯達(dá)克2004年，全球有超過2000家公司和實(shí)驗(yàn)室從事生物芯片相關(guān)研究和產(chǎn)業(yè)生物芯片類型基因芯片蛋白質(zhì)芯片組織芯片細(xì)胞芯片基因芯片及其特點(diǎn)基因芯片是按特定的排列方式固定有大量基因探針（或基因片段）的硅片、玻片、塑料片?；蛐酒奶攸c(diǎn)：技術(shù)操作簡單自動化程高序列數(shù)量大檢測效率高應(yīng)用范圍廣成本相對低基因芯片的類型（一）

基因芯片按其材質(zhì)和功能，可以分為一下幾類：元件型微陣列芯片生物電子芯片凝膠元件微陣列芯片藥物控制芯片通道型微陣列芯片毛細(xì)管電泳芯片PCR擴(kuò)增芯片集成DNA分析芯片毛細(xì)管電層析芯片生物傳感芯片光學(xué)纖維陣列芯片白光干涉譜傳感器芯片基因芯芯片的的類型型（二二）按基因因芯片片點(diǎn)陣陣的制制備方方法，，可以以分為為：原位合合成適用于于寡核核苷酸酸。根據(jù)預(yù)預(yù)先設(shè)設(shè)計的的點(diǎn)陣陣序列列在每每個位位點(diǎn)通通過有有機(jī)合合成的的方式式直接接聚合合得到到所要要求的的探針針分子子。兩種種途徑徑：光刻法法：可合成成30nt左右右，每每步縮縮合率率較低低為95％％左右右，產(chǎn)產(chǎn)率僅僅20％，，需要特特殊的的合成成試劑劑。壓電打打印法法：可合成成50nt左右右，每每步縮縮合率率為99％％以上上，產(chǎn)產(chǎn)率可可達(dá)74％％不需要要特殊殊的合合成試試劑。。直接點(diǎn)點(diǎn)樣多用于于大片片段DNA，有有時也也用于于寡核核苷酸酸，甚甚至mRNA。。將合合成好好的探探針、、cDNA、基基因組組通過過特定定的高高速點(diǎn)點(diǎn)樣機(jī)機(jī)器人人直接接點(diǎn)在在芯片片上。。優(yōu)點(diǎn)：：方法法較原原位合合成簡簡單，，定量量準(zhǔn)確確，重重現(xiàn)性性好，，使用用壽命命命長。。缺點(diǎn)：：噴印印的斑斑點(diǎn)大大，探探針密密度低低。基因芯芯片的的類型型（三三）按基因因芯片片的支支持物物，可可以分分為：：薄膜型型：如聚丙丙烯膜膜、硝硝酸纖纖維素素膜、、尼龍龍膜等等。其其點(diǎn)陣陣通過過“點(diǎn)點(diǎn)膜””形式式制作作，并并通過一定的的方法使探探針能夠牢牢固地結(jié)合合在上面。。玻片型：其點(diǎn)陣通過過原位合成成技術(shù)制作作，點(diǎn)陣密密度很高，，必須借助助于特殊的的儀器對測測定結(jié)果進(jìn)行行解讀和分分析。微板型：一種具有高高密度、小小容量測試試孔的小型型酶聯(lián)免疫疫檢測板集成電路型型：將雜交技術(shù)術(shù)與微電子子技術(shù)結(jié)合合于一體有有目的地通通過電子裝裝置檢測或或控制DNA等生生物大分子子的作用過過程?；蛐酒牡膽?yīng)用基因表達(dá)檢檢測尋找新基因因DNA測序序突變體和多多態(tài)性的檢檢測其它：如藥藥物篩選、、疾病診斷斷、基因掃掃描、基因因文庫作圖圖等基因芯片研研制的總體體藍(lán)圖基因組序列列分析與待待檢基因探探針序列的的確定檢測樣品的的制備探針陣列的的準(zhǔn)備雜交檢測與與數(shù)據(jù)分析析檢測設(shè)備的的研制研制方向的的確定基因芯片的的相關(guān)技術(shù)術(shù)合適探針的的選擇PCR技術(shù)術(shù)點(diǎn)樣技術(shù)包被技術(shù)Microarray和Macroarray基因芯片相相關(guān)的設(shè)備備制作設(shè)備雜交箱洗板機(jī)點(diǎn)樣儀烘箱成像及分析析系統(tǒng)原位合成儀儀分子交聯(lián)儀儀激光共聚焦焦掃描儀點(diǎn)樣機(jī)器