分子標(biāo)記和生物芯片技術(shù)和應(yīng)用續(xù)省公開(kāi)課金獎(jiǎng)全國(guó)賽課一等獎(jiǎng)微課獲獎(jiǎng)?wù)n件

生物芯片陳全家新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院1/69生物芯片生物芯片是近年來(lái)在生命科學(xué)研究領(lǐng)域中嶄露頭角一項(xiàng)新技術(shù)。它經(jīng)過(guò)使用半導(dǎo)體工業(yè)中微加工和微電子技術(shù)，和其它相關(guān)技術(shù)，將現(xiàn)在龐大分立式生物化學(xué)分析系統(tǒng)縮微到半導(dǎo)體硅芯片中。從而含有高速度、分析自動(dòng)化、和高并行處理能力。生物芯片技術(shù)大浪潮在本世紀(jì)末已成為研究HIV、癌癥、新藥開(kāi)發(fā)、疾病診療、基因治療、新食品開(kāi)發(fā)及生命科學(xué)一條光芒大道，它與PCR技術(shù)相媲美，成為二十一世紀(jì)主流。DNA微點(diǎn)陣芯片是生物芯片中最常見(jiàn)一個(gè)，這一技術(shù)使點(diǎn)、線、面展現(xiàn)在一起，它可將成千上萬(wàn)個(gè)生物訊息密碼儲(chǔ)存在一片固相基質(zhì)上，與電腦芯片相比被稱(chēng)為生物芯片。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院2/69生物芯片生物芯片誕生劃時(shí)代意義國(guó)內(nèi)外生物芯片研究進(jìn)展生物芯片研究開(kāi)發(fā)目標(biāo)新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院3/69生物芯片誕生劃時(shí)代意義世界普遍認(rèn)為：“二十一世紀(jì)將是生命科學(xué)世紀(jì)”，“生物芯片將象計(jì)算機(jī)芯片一樣成為新世紀(jì)即未降臨又一次高新科技革命奠基石”。計(jì)算機(jī)芯片誕生給人類(lèi)帶來(lái)沖擊生物芯片給醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)帶來(lái)革命即未降臨國(guó)際醫(yī)學(xué)網(wǎng)生物芯片科學(xué)價(jià)值新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院4/69計(jì)算機(jī)芯片誕生給人類(lèi)帶來(lái)沖擊1946年世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)問(wèn)世1947年美國(guó)電報(bào)電話企業(yè)貝爾試驗(yàn)室三位科學(xué)家巴丁、布萊頓和肖克萊研制出世界上第一只半導(dǎo)體晶體管（Transister）1958年美國(guó)硅谷快捷半導(dǎo)體企業(yè)（FairchildSemiconductorCorp.)研制出世界上第一塊集成電路IC1971年英特爾企業(yè)研制出了世界上第一塊將運(yùn)算器和控制器集成一體微處理器芯片1994年國(guó)際因特網(wǎng)問(wèn)世，為人類(lèi)生活開(kāi)辟了嶄新空間新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院5/69生物芯片給醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)帶來(lái)革命1991年美國(guó)Affymax企業(yè)開(kāi)始研制生物芯片1992年美國(guó)Affymetrix宣告成立——世界上第一個(gè)生物芯片專(zhuān)業(yè)制造廠家1996年Affymetrix企業(yè)基因芯(檢測(cè)p53、p450、RCA1/BRCA2等基因突變)片產(chǎn)品首次投放市場(chǎng)1998年美國(guó)Nanogen企業(yè)程京博士領(lǐng)導(dǎo)研究小組在世界權(quán)威學(xué)術(shù)刊物《NatureBiotechnology》報(bào)道了世界上首例縮微生物芯片試驗(yàn)室1999年美國(guó)Motorola企業(yè)推出生物芯片系統(tǒng)本世紀(jì)三大計(jì)劃最終一項(xiàng)計(jì)劃――“人類(lèi)基因組計(jì)劃”將在提前完成新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院6/69什么是生物芯片(Biochips)？生物芯片是將大量生物識(shí)別分子按預(yù)先設(shè)置排列固定于一個(gè)載體（如硅片、玻片及高聚物載體等）表面，利用生物分子特意性親和反應(yīng)，如核酸雜交反應(yīng)，抗原抗體反應(yīng)等來(lái)分析各種生物分子存在量一個(gè)技術(shù)。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院7/69新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院生物芯片分類(lèi)8/69生物芯片分類(lèi)依據(jù)用途還能夠把生物芯片分為兩類(lèi)：信息生物芯片（information-biochip）和功效生物芯片（function-biochip）。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院9/69生物芯片分類(lèi)芯片：reversenorthern-dotblots基因芯片：檢測(cè)基因突變基因表示譜芯片：檢測(cè)基因表示水平蛋白質(zhì)芯片：蛋白質(zhì)在載體上有序排列，依據(jù)蛋白質(zhì)分子、蛋白質(zhì)與核酸相互作用原理進(jìn)行雜交、檢測(cè)和分析。組織芯片：從不一樣組織內(nèi)進(jìn)行活體解剖后取出圓柱狀組織，然后包埋在受體區(qū)組內(nèi)新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院10/69生物芯片分類(lèi)寡核苷酸芯片、cDNA芯片、Genomic芯片

模式一：是將靶DNA固定于支持物上，適合于大量不一樣靶DNA分析，模式二：將大量探針?lè)肿庸潭ㄓ谥С治锷?，適合對(duì)同一靶DNA進(jìn)行不一樣探針序列分析。

新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院11/69生物芯片應(yīng)用基因表示水平檢測(cè)基因診療藥品篩選個(gè)體化醫(yī)療測(cè)序生物信息學(xué)研究新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院12/69生物芯片制作說(shuō)了那么多了，生物芯片到底怎么做呢？新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院13/69生物芯片制作載體材料

在制作生物芯片時(shí)，載體材料很多，大致可分為四類(lèi)：

1．無(wú)機(jī)材料

2．天然有機(jī)聚合物

3．人工合成有機(jī)高分子聚合物

4．各種高分子聚合物制成各種膜

新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院14/69生物芯片制作點(diǎn)樣設(shè)備Telechem企業(yè)全新SpotBotPersonalMicroarrayer一臺(tái)臺(tái)式普通離心機(jī)大小(30cmx30cmx22cm)個(gè)人芯片點(diǎn)樣機(jī)功效相當(dāng)完備。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院15/69生物芯片制作新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院16/69生物芯片優(yōu)點(diǎn)基因芯片最大優(yōu)點(diǎn)在于其高通量。傳統(tǒng)方法檢測(cè)眾多基因要經(jīng)歷屢次試驗(yàn)而且自動(dòng)化程度低，因而每次試驗(yàn)之間是存在系統(tǒng)誤差?；蛐酒軌蚩朔@個(gè)缺點(diǎn)，眾多基因探針標(biāo)識(shí)、雜交等過(guò)程是在一次試驗(yàn)過(guò)程中完成，而且自動(dòng)化程度高，數(shù)據(jù)客觀可靠。

新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院17/69生物芯片缺點(diǎn)

基因芯片缺點(diǎn)在于其不能對(duì)待檢測(cè)基因在多細(xì)胞類(lèi)型組織中準(zhǔn)確定位進(jìn)行判斷。另外很多蛋白質(zhì)調(diào)整其功效不主要是依賴(lài)其是否表示或表示量高低，而是依賴(lài)蛋白質(zhì)磷酸化-去磷酸化等方式。在這種情況下，用核酸類(lèi)生物芯片就沒(méi)有什么意義了，正在研究開(kāi)發(fā)中蛋白類(lèi)芯片可能會(huì)有所作為。

新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院18/69介紹幾個(gè)生物芯片產(chǎn)品生物芯片多孔反應(yīng)覆膜生物芯片多孔反應(yīng)覆膜可用于全部使用96孔酶標(biāo)板自動(dòng)化儀器上，使生物芯片加樣，洗滌過(guò)程自動(dòng)化。產(chǎn)品寬度與生物芯片基片（載玻片）相同，貼在基片上后，形成多個(gè)分離小孔，能夠分析多個(gè)樣品。膜上孔間距與酶標(biāo)板上孔間距相同，與本企業(yè)ChipHolder配合能夠使用在全部使用96孔酶標(biāo)板自動(dòng)化儀器上，使生物芯片加樣，洗滌過(guò)程自動(dòng)化。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院19/69介紹幾個(gè)生物芯片產(chǎn)品SCAN-I是中國(guó)科學(xué)院---中科百奧科技有限企業(yè)新近研制開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，全自動(dòng)檢測(cè)及分析系統(tǒng)適合用于對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)范圍內(nèi)生物芯片圖像掃描和信號(hào)分析，是光、機(jī)、電、數(shù)字技術(shù)和生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)了生物芯片圖像攝取、處理、分析一體化。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院20/69我國(guó)生物芯片行業(yè)發(fā)展現(xiàn)實(shí)狀況

生物芯片北京國(guó)家工程研究中心（16#地、總建筑面積30224平方米位于中關(guān)村生命科學(xué)園）

北京博奧生物芯片有限責(zé)任企業(yè)承建。該項(xiàng)目是建設(shè)生物芯片微加工相關(guān)條件、分子生物學(xué)、化學(xué)、光學(xué)等試驗(yàn)室分析條件及相關(guān)輔助設(shè)施，形成年產(chǎn)生物芯片分析系統(tǒng)120臺(tái)、應(yīng)用型生物芯片90萬(wàn)片生產(chǎn)能力。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院21/69我國(guó)生物芯片行業(yè)發(fā)展現(xiàn)實(shí)狀況生物芯片技術(shù)在中國(guó)還是空白，而到當(dāng)前，中國(guó)生物芯片產(chǎn)值就到達(dá)了2億多元人民幣，生物芯片研究已經(jīng)從試驗(yàn)室進(jìn)入應(yīng)用階段。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院22/69即未降臨國(guó)際醫(yī)學(xué)網(wǎng)將縮微生物芯片試驗(yàn)室、遠(yuǎn)程手術(shù)、多語(yǔ)言病歷檔案和醫(yī)療保險(xiǎn)登記與環(huán)球通訊系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合到一起，使人們能夠在遠(yuǎn)離自己居住地地方旅游、出差，而同時(shí)又能夠隨時(shí)接收醫(yī)療、保健服務(wù)。這將使我們生活空間再次得到拓展。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院23/69生物芯片科學(xué)價(jià)值利用基因芯片技術(shù)，能夠?qū)ふ一蚺c疾病相關(guān)性能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)待測(cè)基因群和相關(guān)疾病快速、準(zhǔn)確和簡(jiǎn)便診療開(kāi)展基因表示活性和大規(guī)?；蜃儺惗鄳B(tài)性研究，能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)千百個(gè)基因，甚至全部基因可對(duì)與環(huán)境污染原因相關(guān)基因全方面監(jiān)測(cè)，對(duì)生態(tài)環(huán)境控制及人口健康有著十分重大意義生物芯片技術(shù)還可不停延伸、創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)出相關(guān)藥品芯片、蛋白質(zhì)芯片、細(xì)胞芯片等生物芯片生物芯片系統(tǒng)與國(guó)際醫(yī)學(xué)網(wǎng)結(jié)合將使遠(yuǎn)程治療術(shù)走向?qū)嵱没?、大眾化新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院24/69國(guó)內(nèi)外生物芯片研究進(jìn)展96年以來(lái)，美國(guó)、俄羅斯、英國(guó)、德國(guó)、日本、荷蘭、加拿大等國(guó)家政府、著名企業(yè)和大學(xué)已先后投資二十多億美元用于生物芯片研究開(kāi)發(fā)。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院25/69國(guó)內(nèi)外生物芯片研究進(jìn)展新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院企業(yè)名稱(chēng)建陣方式及材料標(biāo)識(shí)方式應(yīng)用領(lǐng)域Affymetrix(SantaClara,US)單片攝影平板印刷法，合成20～25mer寡核苷酸，硅片熒光表示檢測(cè)、多態(tài)性分析、診療Brax(Cambridge,UK)短合成寡核苷酸，離片合成質(zhì)譜分析、表示檢測(cè)、新基因識(shí)別Hyseq(Sunnyvale,US)寡核苷酸、cDNA，玻璃、薄膜熒光同位素表示檢測(cè)、新基因識(shí)別、測(cè)序IncytePharmaceeuticals(Palo,AltoUS)噴墨式打印PCR片段和在片合成熒光同位素表示檢測(cè)、多態(tài)性分析、診療MolecularDynamics(Sunnyvale,US)筆式打印,cDNA,玻璃熒光表示檢測(cè)、新基因識(shí)別26/69國(guó)內(nèi)外生物芯片研究進(jìn)展新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院企業(yè)名稱(chēng)建陣方式及材料標(biāo)識(shí)方式應(yīng)用領(lǐng)域Nanogen(SanDiegoUS)電活性捕捉，寡核苷酸，硅片熒光診療、短序列重復(fù)識(shí)別RoPtogeneLaboratories(Palo,Alto,CA)打印，在片合成，寡核苷酸，玻璃熒光表示檢測(cè)、多態(tài)性分析Sequenom(Hamdurg,GermanyandSanDiego,US)后面膠印質(zhì)譜新基因識(shí)別、診療Synteni(Fremont,US)CDNA，打印玻璃熒光表示檢測(cè)、新基因識(shí)別GermanCancerInstitute(Hedelberg,Germany)在片合成，PNA熒光/質(zhì)譜表示檢測(cè)、診療27/69國(guó)內(nèi)外生物芯片研究進(jìn)展

3月，國(guó)務(wù)院決定：由國(guó)家計(jì)委和國(guó)家科技部直接領(lǐng)導(dǎo)、詳細(xì)組織，由中央政府投入巨款(首期投資2.8億元)，由技術(shù)優(yōu)勢(shì)單位：清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院、中國(guó)軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院等四家作為發(fā)起人和董事單位，聯(lián)合創(chuàng)建了生物芯片國(guó)家工程研究中心、北京博奧生物芯片有限企業(yè),主要負(fù)擔(dān)國(guó)家級(jí)生物芯片研究開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院28/69

生物芯片本質(zhì)是進(jìn)行生物信號(hào)平行分析，采取了微電子學(xué)并行處理和高密度集成概念，經(jīng)過(guò)微加工工藝在厘米見(jiàn)方芯片上集成有成千上萬(wàn)個(gè)與生命相關(guān)信息分子，能夠?qū)ι茖W(xué)與醫(yī)學(xué)中各種生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行集成，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)基因、配體、抗原等生物活性物質(zhì)進(jìn)行高效快捷測(cè)試和分析。20世紀(jì)80年代，傳統(tǒng)生物試驗(yàn)室中手工測(cè)定十幾個(gè)DNA片斷序列需要最少一天時(shí)間。當(dāng)前利用價(jià)格達(dá)數(shù)十萬(wàn)美元自動(dòng)化DNA序列分析儀，能夠在一天內(nèi)測(cè)定近個(gè)DNA序列）。

走近生物芯片新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院29/69基因芯片（Genechip）是最早出現(xiàn)一個(gè)生物芯片?；蛐酒侵笇⒋罅刻结?lè)肿庸潭ㄓ谥С治?substrate)上，然后與標(biāo)識(shí)樣品進(jìn)行雜交，經(jīng)過(guò)檢測(cè)雜交信號(hào)強(qiáng)弱進(jìn)而判斷樣品中分子數(shù)量?；蛐酒瞎潭ㄖ芏嗪塑账嵝蛄?，它們作為探針與樣品中目標(biāo)基因雜交。探針底部有一個(gè)熒光酶，只有當(dāng)探針與目標(biāo)基因發(fā)生雜交反應(yīng)后才會(huì)發(fā)光。經(jīng)過(guò)掃描儀將探針發(fā)出來(lái)信號(hào)轉(zhuǎn)變成可能分析圖像數(shù)據(jù)，在經(jīng)過(guò)軟件分析處理，就能夠知道樣品中被檢測(cè)目標(biāo)基因是什么了。生物芯片一個(gè)——基因芯片新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院30/69基因芯片理論基礎(chǔ)傳統(tǒng)Southernblot和Northernblot是將受檢測(cè)樣本固定在尼龍膜上，再利用特定已知探針來(lái)檢測(cè)樣本中是否存在互補(bǔ)DNA序列?；蛐酒P(guān)鍵原理與Southernblot和Northernblot相同，只是相反將各種探針固化到基質(zhì)上，用以檢測(cè)受檢樣品中與各種探針互補(bǔ)核酸物質(zhì)改變。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院31/69基因芯片理論基礎(chǔ)基因芯片（genechip）又稱(chēng)DNA芯片、DNA微陣列（DNAmicroarray），它是指采取原位合成（insitusynthesis）或顯微印刷技術(shù)，將數(shù)以萬(wàn)計(jì)DNA探針?lè)肿庸潭ㄓ谥С治锉砻嫔袭a(chǎn)生二維DNA探針陣列?；蛐酒c標(biāo)識(shí)樣品進(jìn)行雜交后，可經(jīng)過(guò)檢測(cè)雜交信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)生物樣品快速、高效地檢測(cè)或診療?；蛐酒夹g(shù)應(yīng)用了三種關(guān)鍵技術(shù)：即微陣列制作技術(shù)、探針雜交技術(shù)和掃描分析處理技術(shù)。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院32/69基因芯片理論基礎(chǔ)將大量探針?lè)肿庸潭ㄓ谥С治?substrate)上，然后與標(biāo)識(shí)樣品進(jìn)行雜交，經(jīng)過(guò)檢測(cè)雜交信號(hào)強(qiáng)弱進(jìn)而判斷樣品中靶分子數(shù)量。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院33/69基因芯片流程新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院樣品制備芯片制備雜交雜交信號(hào)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析34/69新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院35/69新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院酵母整個(gè)基因組基因芯片36/69新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院37/69基因芯片制作方法基因芯片載體探針DNA或RNA分子生物芯片制作方法點(diǎn)接觸法噴墨法光刻合成法基因芯片雜交基因芯片掃讀與分析新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院38/69基因芯片載體用于制作基因芯片載體材料可分為四類(lèi)：無(wú)機(jī)材料、天然有機(jī)材料、人工合成有機(jī)高分子聚合物以及各種高分子聚合物制成膜。當(dāng)前適合于制作基因芯片載體材料有硅片、玻璃片、瓷片、聚丙烯膜和尼龍膜等。制作生物芯片材料必需滿(mǎn)足以下要求：（1）載體表面含有可進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)活性基團(tuán)，便于與生物分子進(jìn)行偶聯(lián)。（2）載體為惰性并有足夠穩(wěn)定性。（3）單位載體結(jié)合DNA分子能到達(dá)最正確容量。（4）載體含有良好生物兼容性。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院39/69基因芯片載體薄膜型如聚丙烯膜、硝酸纖維素膜、尼龍膜等。這種類(lèi)型“芯片”點(diǎn)陣是經(jīng)過(guò)“點(diǎn)膜”形式制作，并經(jīng)過(guò)一定方法使探針能夠牢靠地結(jié)合于其上，整個(gè)過(guò)程類(lèi)似于斑點(diǎn)雜交技術(shù)（如CloneTech企業(yè)）。玻片型這種芯片點(diǎn)陣是經(jīng)過(guò)原位合成技術(shù)制作，點(diǎn)陣密度很高，所以必須借助于特殊儀器對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行解讀和分析。當(dāng)前含有這類(lèi)產(chǎn)品研制能力企業(yè)極少（如Affimetrix企業(yè)）。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院40/69微板型這種芯片實(shí)質(zhì)上是一個(gè)含有高密度、小容量測(cè)試孔小型酶聯(lián)免疫檢測(cè)板（如PE企業(yè)等）?；蛐酒d體新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院41/69集成電路型將雜交技術(shù)與微電子技術(shù)結(jié)合于一體有目標(biāo)地經(jīng)過(guò)電子裝置檢測(cè)或控制DNA等生物大分子作用過(guò)程（如Nanogen企業(yè)）基因芯片載體新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院42/69制作基因芯片DNA樣品主要起源于從細(xì)胞中提取mRNA反轉(zhuǎn)錄后cDNA文庫(kù)。另外還利用PCR擴(kuò)增技術(shù)和DNA固相合成技術(shù)取得所需要各種基因序列。探針DNA或RNA分子新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院43/69DNA探針

ElectronicConcentrationandHybridization新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院44/69DNA

探針

ElectronicAddressing新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院45/69DNA

探針

ElectronicStringencyControl新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院46/69生物芯片制作方法點(diǎn)接觸法由Shalon和Brrown等建立，由點(diǎn)樣機(jī)將DNA探針?lè)肿又苯狱c(diǎn)接到載體上，該方法經(jīng)濟(jì)、快速，可在1cm2面積內(nèi)點(diǎn)上3000個(gè)點(diǎn)探針?lè)肿?，該方法不足是每個(gè)探針?lè)肿颖仨氼A(yù)先合成好并純化。噴墨法是經(jīng)過(guò)壓電晶體或其它推進(jìn)方式將生物分子從微小噴嘴噴射到載體上，噴嘴不與芯片直接接觸，在1cm2面積上可噴上10000個(gè)點(diǎn)。光刻合成法由Fodor和Colleagues等建立，它將半導(dǎo)體工業(yè)中光刻技術(shù)與DNA化學(xué)合成方法結(jié)合起來(lái)，將光不穩(wěn)定保護(hù)基團(tuán)四種DNA模塊固定在玻片上，經(jīng)過(guò)光脫保護(hù)，以少許保護(hù)寡核苷酸和試劑按照設(shè)計(jì)序列合成DNA。利用該方法合成芯片密度和精度都比較高，能在1cm2面積合成250000組寡核苷酸探針?lè)肿?。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院47/69在芯片點(diǎn)陣上直接合成寡核苷酸1經(jīng)過(guò)光刻掩膜曝光2去保護(hù)區(qū)域被激活3固相化合成1個(gè)堿基4經(jīng)過(guò)另一個(gè)光刻掩膜曝光5引入另一個(gè)堿基6重復(fù)這一步驟新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院48/69新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院基因芯片微點(diǎn)陣制備系統(tǒng)49/69基因芯片雜交分子雜交是基因芯片技術(shù)基礎(chǔ)。兩條互補(bǔ)核酸分子在一定條件下經(jīng)過(guò)氫鍵作用而相互結(jié)合，形成雙鏈DNA分子。當(dāng)其中一條核酸分子帶有可檢測(cè)標(biāo)識(shí)時(shí)，能形成特異性結(jié)合分子就被檢測(cè)出來(lái)?；蛐酒刑结槺挥行虻毓潭ㄔ诠滔嘀С治锷?，當(dāng)基因芯片與帶標(biāo)識(shí)待檢測(cè)分子在一定條件下發(fā)生反應(yīng)后，發(fā)生特異性結(jié)合探針位置就被確定，依據(jù)探針?lè)肿臃N類(lèi)就可確定待測(cè)樣品中是否含有某種特異分子。在進(jìn)行分子雜交前須對(duì)靶DNA分子進(jìn)行擴(kuò)增以提升反應(yīng)靈敏度，然后對(duì)靶DNA進(jìn)行標(biāo)識(shí)。樣品標(biāo)識(shí)方法有熒光標(biāo)識(shí)法、生物素標(biāo)識(shí)法、同位素標(biāo)識(shí)法等。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院50/69分子雜交系統(tǒng)新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院基因芯片自動(dòng)雜交儀51/69基因芯片掃讀與分析基因芯片雜交后必須用掃讀裝置將芯片反應(yīng)結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒┓治鎏幚韴D像數(shù)據(jù)，該掃讀裝置就是芯片掃描儀。當(dāng)前商業(yè)化芯片掃描儀有激光共聚焦芯片掃描儀、CCD芯片掃描儀等。在取得圖像數(shù)據(jù)后借助計(jì)算機(jī)對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析和處理。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院52/69高密度微點(diǎn)陣檢測(cè)掃描系統(tǒng)新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院基因芯片熒光偵測(cè)儀53/69基因芯片掃讀與分析對(duì)生物芯片掃描數(shù)據(jù)采集、處理、分析和匯報(bào)是生物芯片技術(shù)中一個(gè)主要步驟，它由復(fù)雜計(jì)算機(jī)來(lái)完成。生物芯片是在一塊載體上集成了數(shù)千或數(shù)萬(wàn)個(gè)點(diǎn)識(shí)別分子，每個(gè)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)于一段特異核苷酸序列和雜交測(cè)定光密度值。對(duì)芯片數(shù)據(jù)處理包含芯片圖像分析和數(shù)據(jù)提取、芯片數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析和生物學(xué)分析等。掃描得到圖像文件已經(jīng)是數(shù)字文件，但還沒(méi)有得到各樣品點(diǎn)光密度值、面積和光密度比等數(shù)據(jù)，必須經(jīng)過(guò)圖像處理提取各樣品點(diǎn)數(shù)據(jù)。掃描取得信號(hào)包含樣品信號(hào)和背景信號(hào)。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院54/69圖象分析系統(tǒng)新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院高密度微點(diǎn)陣分析軟件55/69生物芯片對(duì)未來(lái)生活影響

生物芯片應(yīng)用正處于快速發(fā)展中，并將在生活和生產(chǎn)各個(gè)方面發(fā)揮越來(lái)越主要作用。比如：芯片測(cè)序、基因圖譜繪制、基因表示分析、克隆選擇、基因突變檢測(cè)、遺傳病和腫瘤診療、微生物菌種判定及治病機(jī)制、藥品研究、農(nóng)林業(yè)、軍事醫(yī)學(xué)等。

那么，詳細(xì)有哪一些應(yīng)用呢？新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院56/69科學(xué)體檢

很快未來(lái)，傳統(tǒng)繁復(fù)身體檢驗(yàn)可能將被基因芯片全方面取代。在操作中，只要在人體上取一滴血，放到拇指甲大小一塊芯片上，便能夠由計(jì)算機(jī)快速自動(dòng)診療出被檢者是否患有遺傳病，以及其它可能存在遺傳缺點(diǎn)，預(yù)測(cè)到你未來(lái)若干年健康回收到哪些威脅，方便采取對(duì)應(yīng)對(duì)策加以預(yù)防。

芯片基因檢測(cè)推廣將更有效降低出生缺點(diǎn)發(fā)生率。利用這種芯片對(duì)育齡男女及3個(gè)月以上胎兒進(jìn)行檢測(cè)，能夠準(zhǔn)確、快速地檢測(cè)出被測(cè)對(duì)象是否帶有乙肝病毒、丙肝病毒和艾滋病。

新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院57/69自測(cè)健康

一分鐘取血樣，兩分鐘檢測(cè)，三分鐘出診療結(jié)果！聽(tīng)起來(lái)就像是神化一樣。然而有了生物芯片，這個(gè)神話就將變成現(xiàn)實(shí)，未來(lái)任何人隨時(shí)隨地都能自測(cè)健康情況，這就是它神奇之處。

檢測(cè)時(shí)，只需把血液滴在芯片上，其中疾病基因就會(huì)和芯片上對(duì)應(yīng)基因發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而結(jié)合，用特制電腦掃描儀已進(jìn)行掃描后，計(jì)算機(jī)很快就能識(shí)別發(fā)生反應(yīng)是哪一個(gè)疾病基因，從而判斷被檢測(cè)者是患了哪種病。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院58/69個(gè)性化治療

基因芯片能查出人與人遺傳基因特征。這意味著將不再對(duì)全部患者采取千篇一律治療方法，而是針對(duì)個(gè)人，分別投以最有效治療藥品或方法。經(jīng)過(guò)基因芯片人們能夠快速取得基因表示模型改變，獲知哪些基因、哪些蛋白參加了哪些