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�(bǔ)DNA固定于支持物上的生物芯片?;蛐酒夹g(shù)將基因芯片與�(biāo)記的樣品�(jìn)行雜交,通過雜交信號(hào)的強(qiáng)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?zhǔn)椒磻?yīng) ( PCR) 三大分子生物�(xué)技�(shù)�
特點(diǎn)�
高度并行性:有利于基因芯片所示圖譜的快速對(duì)照和閱讀,效率大為提�
多樣性:提供了樣品的多指�(biāo)�(cè)�
微型化:�(duì)樣品的需要量非常少,而且還能節(jié)省試劑用�,降低成�
自動(dòng)化:減少人力投入,并保證了質(zhì)�
�(yōu)�(diǎn)�
1、采用了平面微細(xì)加工技�(shù),可�(shí)�(xiàn)大批量生�(chǎn),通過提高集成�,降低單�(gè)芯片的成本�
2、結(jié)合微�(jī)械技�(shù),可把生物樣品的�(yù)處理,基因物�(zhì)的提取、擴(kuò)�,以及雜交后的信息檢�(cè)集成為芯片實(shí)�(yàn)室,制備成微�、自�(dòng)�、無(wú)污染、可用于微量試樣檢測(cè)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(diǎn)上數(shù)千�(gè)基因片段作為探針 ,然后將被檢測(cè)的樣� DNA 或� cDNA用放射物 / 熒光�(biāo)記并與芯片上的探針雜�。雜交后用計(jì)算機(jī)分析雜交信號(hào)的強(qiáng)� ,了解樣本中各種基因存在或者基因表�(dá)的情� 。在基因芯片上大量基因片段被排列在一�(gè)很小面積的支撐物� ,因此又常稱為 DNA 微陣�。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(jī)器手有規(guī)律地合成大量不同的寡核苷� ,或者用陣列器點(diǎn)上大量液相合成的 DNA � cDNA 作為基因探針。探針與放射�(biāo)記或熒光�(biāo)記的患者或者其� DNA(� cDNA) 雜交 ,互補(bǔ)核酸序列�(huì)�(jié)合在芯片� ,用放射自顯影或激光共聚焦顯微鏡掃� ,�(duì)雜交�(jié)果�(jìn)行計(jì)算機(jī)軟件分析 ,獲得雜交信號(hào)的強(qiáng)度及分布模式� ,以此反映出所檢測(cè)的樣本中有關(guān)基因的表�(dá)�(qiáng)�。由于大量基因雜交的反應(yīng)是在一張基因芯片上同時(shí)�(jìn)行的 ,因此同一次實(shí)�(yàn)可以分析成千上萬(wàn)的靶基因�
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�、噴墨打印法、機(jī)械手排列 3 �。光蝕刻法以 Fodor 等建立的光導(dǎo)寡核苷酸� Pease 等建立的肽胺� ( PNA) 陣列化學(xué)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(dǎo)體光阻技�(shù)可使 ODT 陣列密度�(dá)� 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)�(diǎn)是精確性高 ,缺點(diǎn)是成本高 ,工藝�(fù)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�(cè)基因表達(dá) ,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(jī)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)�(jì)。若是用于測(cè)序、分析等位基因和檢測(cè)�(diǎn)突變 ,一般采� 8� 10 �(gè)堿基�(zhǎng)� ;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(zhǎng) ,適于圖譜分析。現(xiàn)在從公共�(shù)�(jù)�(kù)已經(jīng)能獲� 1 × 107 �(gè)人類 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�。我們以往工作涉及腫瘤和自身免疫病淋巴�(xì)胞克隆的變化 ,由此建立一種檢�(cè) T �(xì)胞受� ( TCR) 或者免疫球蛋白 ( Ig)的重排基因陣列� TCR 或� Ig 的重排基因可以代表機(jī)體成千上�(wàn)不同的淋巴細(xì)胞克� , 將這數(shù)�(wàn) TCR/ Ig 重排基因制備成基因芯� ,檢測(cè)不同患者淋巴細(xì)胞各�(gè)克隆出現(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�(xì)胞為核心的新型治療措�。已有不少文�(xiàn)利用基因芯片分析腫瘤 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�(biāo)記的靶基因與其雜�,通過放射顯影技�(shù)�(jìn)行檢�(cè)。這種方法的優(yōu)�(diǎn)是所需檢測(cè)�(shè)備與目前分子生物�(xué)所用的放射顯影技�(shù)相一�,相對(duì)比較成熟。但芯片上探針密度不�,樣品和試劑的需求量�,定量檢�(cè)存在較多問題�
2 用點(diǎn)樣法固定在玻璃板上的DNA探針陣列,通過與熒光標(biāo)記的靶基因雜交�(jìn)行檢�(cè)。這種方法�(diǎn)陣密度可有較大的提高,各�(gè)探針在表面上的結(jié)合量也比較一�,但在標(biāo)�(zhǔn)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(biāo)記的靶基因雜交�(jìn)行檢�(cè)。該方法把微電子光刻技�(shù)與DNA化學(xué)合成技�(shù)相結(jié)�,可以使基因芯片的探針密度大大提高,減少試劑的用�,實(shí)�(xiàn)�(biāo)�(zhǔn)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(jī)器人技�(shù)。以便能快速、準(zhǔn)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(fù)雜的生物分子混合體,除少�(shù)特殊樣品�,一般不能直接與芯片反應(yīng),有�(shí)樣品的量很小。所�,必須將樣品�(jìn)行提�、擴(kuò)�,獲取其中的蛋白�(zhì)或DNA、RNA,然后用熒光�(biāo)�,以提高檢測(cè)的靈敏度和使用者的安全性�
3、雜交反�(yīng)
雜交反應(yīng)是熒光標(biāo)記的樣品與芯片上的探針�(jìn)行的反應(yīng)�(chǎn)生一系列信息的過�。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�(cuò)配率�
4、信�(hào)檢測(cè)和結(jié)果分�
雜交反應(yīng)后的芯片上各�(gè)反應(yīng)�(diǎn)的熒光位�、熒光強(qiáng)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�(biāo)是將從樣品制�、雜交反�(yīng)到信�(hào)檢測(cè)的整�(gè)分析過程集成化以獲得微型全分析系�(tǒng)或稱縮微芯片�(shí)�(yàn)�。使用縮微芯片實(shí)�(yàn)室,就可以在一�(gè)封閉的系�(tǒng)�(nèi)以很短的�(shí)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�(shí)�(chǎn)�(quán)的高密度基因芯片制備的關(guān)鍵技�(shù),發(fā)展一�(gè)可�(jìn)行高密度基因芯片加工基因芯片的加工設(shè)備和工藝
2、發(fā)展和研制的基因芯片設(shè)�(jì)和分析軟�
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(xì)胞組和細(xì)胞以及微小生物組織等生物活性微陣列芯片�