第十章 生物芯片技術

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1、大連醫(yī)科大學大連醫(yī)科大學 趙春艷趙春艷第十章第十章 生物芯片技術生物芯片技術 生物芯片生物芯片（biochipbiochip）的概念）的概念 指采用光導原位合成或微量點樣等方法，將大量指采用光導原位合成或微量點樣等方法，將大量生物大分子如核酸片段、多肽分子甚至組織切片、細生物大分子如核酸片段、多肽分子甚至組織切片、細胞等生物樣品有序地固化于支持物的表面，組成密集胞等生物樣品有序地固化于支持物的表面，組成密集二維分子排列，然后與已標記的待測生物樣品中的靶二維分子排列，然后與已標記的待測生物樣品中的靶分子雜交，通過特定的儀器對雜交信號的強度進行快分子雜交，通過特定的儀器對雜交信號的強度進行快速、并

2、行、高效地檢測分析，從而判斷樣品中靶分子速、并行、高效地檢測分析，從而判斷樣品中靶分子的數量。的數量。第十章第十章 生物芯片技術生物芯片技術 生物芯片的主要特點：生物芯片的主要特點： 高通量、微型化和自動化高通量、微型化和自動化 生物芯片的分類：生物芯片的分類：基因芯片、蛋白質芯片和芯片實驗室基因芯片、蛋白質芯片和芯片實驗室 第十章第十章 生物芯片技術生物芯片技術 1. 1.基因芯片基因芯片（GenechipGenechip） 又稱又稱DNADNA芯片芯片, ,是根據核酸雜交的原理，將大是根據核酸雜交的原理，將大量探針分子固定于支持物上，然后與標記的樣品量探針分子固定于支持物上，然后與標記的樣

3、品進行雜交，通過檢測雜交信號的強度及分布來進進行雜交，通過檢測雜交信號的強度及分布來進行分析行分析 。第十章第十章 生物芯片技術生物芯片技術 2. 蛋白質芯片蛋白質芯片(proteinchip(proteinchip) ) 利用抗體與抗原特異性結合即免疫反應的原利用抗體與抗原特異性結合即免疫反應的原理理，將蛋白質分子將蛋白質分子（抗原或抗體抗原或抗體）結合到固相支結合到固相支持物上持物上，形成蛋白質微陣列形成蛋白質微陣列，即蛋白質芯片即蛋白質芯片 。 第十章第十章 生物芯片技術生物芯片技術 3. 3.芯片實驗室芯片實驗室(labs-on-chip) (labs-on-chip) 高度集成化的集

4、樣品制備、基因擴增、核酸標記高度集成化的集樣品制備、基因擴增、核酸標記及檢測為一體的便攜式生物分析系統及檢測為一體的便攜式生物分析系統 實現生化分析全過程集成在一片芯片上完成，從實現生化分析全過程集成在一片芯片上完成，從而使生物分析過程自動化、連續(xù)化和微縮化而使生物分析過程自動化、連續(xù)化和微縮化 芯片實驗室是生物芯片技術發(fā)展的最終目標芯片實驗室是生物芯片技術發(fā)展的最終目標 第十章第十章 生物芯片技術生物芯片技術第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質芯片蛋白質芯片第一節(jié)第一節(jié) DNADNA芯片芯片第一節(jié)第一節(jié) DNADNA芯片芯片DNADNA芯片技術包括四個主要步驟芯片技術包括四個主要步驟芯片的設計與制備芯片的設

5、計與制備樣品制備樣品制備雜交反應和信號檢測雜交反應和信號檢測結果分析結果分析第一節(jié)第一節(jié) DNADNA芯片芯片第一節(jié)第一節(jié) DNADNA芯片芯片 二、樣品的制備二、樣品的制備 三、雜交與結果分析三、雜交與結果分析 四、基因芯片技術在醫(yī)學中的應用四、基因芯片技術在醫(yī)學中的應用一、芯片制備一、芯片制備一、芯片制備一、芯片制備基因芯片制備主要包括兩個方面基因芯片制備主要包括兩個方面 探針的設計：探針的設計： 根據應用目的不同，設計不同的固定于芯片上根據應用目的不同，設計不同的固定于芯片上的探針的探針 探針在芯片上的布局：探針在芯片上的布局： 選擇合適的方式將探針排布在芯片上選擇合適的方式將探針排布在

6、芯片上 一、芯片制備一、芯片制備（二）（二）DNADNA芯片的制備芯片的制備 （一）探針的設計（一）探針的設計（一）探針的設計（一）探針的設計 1. 1.表達型芯片探針的設計表達型芯片探針的設計 不需要知道待測樣品中靶基因的精確序列的不需要知道待測樣品中靶基因的精確序列的特異性應放在首要位置特異性應放在首要位置 2.2.單核苷酸多態(tài)性檢測芯片探針的設計單核苷酸多態(tài)性檢測芯片探針的設計 等長移位設計法等長移位設計法 3.3.特定突變位點探針的設計特定突變位點探針的設計 疊瓦式策略疊瓦式策略 一、芯片制備一、芯片制備一、芯片制備 圖102（二）（二）DNADNA芯片的制備芯片的制備 1. 1.載體

7、選擇與預處理載體選擇與預處理 2.2.基因芯片制備基因芯片制備 （1 1）原位合成（）原位合成（in situ synthesisin situ synthesis） 光導原位合成法光導原位合成法 原位噴印合成原位噴印合成 分子印章多次壓印合成分子印章多次壓印合成 （2 2）點樣法）點樣法 一、芯片制備一、芯片制備一、芯片制備一、芯片制備圖103二、樣品的制備二、樣品的制備 樣品的制備過程包括：樣品的制備過程包括： 核酸分子的純化核酸分子的純化 擴增擴增 標記標記 三、雜交與結果分析三、雜交與結果分析（一）雜交反應：與傳統的雜交方法類似（一）雜交反應：與傳統的雜交方法類似 （二）雜交信號的檢測

8、：最常用熒光法（二）雜交信號的檢測：最常用熒光法（三）數據分析：芯片雜交圖譜的處理與存儲由專（三）數據分析：芯片雜交圖譜的處理與存儲由專 門設計的軟件來完成門設計的軟件來完成 四、基因芯片技術在醫(yī)學中的應用四、基因芯片技術在醫(yī)學中的應用1.1.基因表達分析基因表達分析 2.2.基因型、基因突變和多態(tài)性分析基因型、基因突變和多態(tài)性分析 3.3.疾病診斷：遺傳性、感染性、腫瘤疾病診斷：遺傳性、感染性、腫瘤 4.4.藥物篩選藥物篩選 5.5.指導用藥及治療方案指導用藥及治療方案 6.6.預防醫(yī)學預防醫(yī)學 四、基因芯片技術在醫(yī)學中的應用四、基因芯片技術在醫(yī)學中的應用第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質芯片蛋白質芯片

9、蛋白質芯片（蛋白質芯片（protein chipprotein chip） 又稱蛋白質微陣列，是指以蛋白質或多肽作又稱蛋白質微陣列，是指以蛋白質或多肽作為配基為配基, ,將其有序地固定在固相載體的表面形成微將其有序地固定在固相載體的表面形成微陣列；用標記熒光的蛋白質或其它分子與之作用，陣列；用標記熒光的蛋白質或其它分子與之作用，洗去未結合的成分，經熒光掃描等檢測方式測定洗去未結合的成分，經熒光掃描等檢測方式測定芯片上各點的熒光強度，來分析蛋白質之間或蛋芯片上各點的熒光強度，來分析蛋白質之間或蛋白質與其它分子之間的相互作用關系。白質與其它分子之間的相互作用關系。 第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質芯片蛋白質芯

10、片 根據制作方法和應用的不同，蛋白質芯片分為兩種根據制作方法和應用的不同，蛋白質芯片分為兩種: :1.1. 蛋白質功能芯片蛋白質功能芯片 細胞中的每一種蛋白質占據芯片上一個確定的細胞中的每一種蛋白質占據芯片上一個確定的 點，主要是高度平行地檢測天然蛋白質活性點，主要是高度平行地檢測天然蛋白質活性 。2.2. 蛋白質檢測芯片蛋白質檢測芯片 將能夠識別復雜生物溶液（如細胞提取液）中將能夠識別復雜生物溶液（如細胞提取液）中 靶多肽的高度特異性配體進行點陣，這種芯片靶多肽的高度特異性配體進行點陣，這種芯片 能夠高度并行的檢測生物樣品中的蛋白質能夠高度并行的檢測生物樣品中的蛋白質 。第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質芯片蛋白質芯片第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質芯片蛋白質芯片 蛋白質芯片技術在醫(yī)學中的應用蛋白質芯片技術在醫(yī)學中的應用1.1.特異性抗原抗體的檢測特異性抗原抗體的檢測 2.2.生化反應的檢測生化反應的檢測 3.3.疾病診斷疾病診斷 4.4.疾病分子機制的研究疾病分子機制的研究 5.5.藥物篩選及新藥的研制開發(fā)藥物篩選及新藥的研制開發(fā)