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1、生 物 芯 片 技 術(shù)生命科學(xué)學(xué)院CYX 生物芯片技術(shù) 何為生物芯片技術(shù)？n生物芯片（Biochip）是指通過(guò)機(jī)器人自動(dòng)印跡或光引導(dǎo)化學(xué)合成技術(shù)在硅片、玻璃、凝膠或尼龍膜上制造的生物分子微陣列，根據(jù)分子間的特異性相互作用的原理，將生命科學(xué)領(lǐng)域中不連續(xù)的分析過(guò)程集成于芯片表面，以實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞、蛋白質(zhì)、基因及其它生物組分的準(zhǔn)確、快速、大信息量的檢測(cè)。 生物芯片技術(shù)的發(fā)展史n 1989年英國(guó)牛津大學(xué)的Southern等取得了在剛性載體表面固定寡聚核苷酸及雜交法測(cè)序的專利；與此同時(shí)俄羅斯和美國(guó)的科學(xué)家也提出了運(yùn)用雜交法測(cè)定核酸序列（SBH）的設(shè)想。n 1994年研制出了一種基因芯片并用于檢測(cè)-地中海貧血
2、病的基因突變，篩選了一百多個(gè)-地中海貧血病已知的突變基因。n 1995年，一些國(guó)際大公司與研究機(jī)構(gòu)合作共同開(kāi)發(fā)具有商業(yè)價(jià)值的生物芯片及其相關(guān)的分析技術(shù)。n 1997年世界上第一張全基因組基因芯片含有6116個(gè)基因的酵母全基因組芯片在斯坦福大學(xué)Brown實(shí)驗(yàn)室完成。從而使基因芯片技術(shù)在世界上快速得到應(yīng)用。 基因芯片技術(shù)的特點(diǎn) n 基因芯片技術(shù)的特點(diǎn)的核心是微型化。芯片每平方厘米固體表面上可固定十萬(wàn)個(gè)DNA片段、數(shù)萬(wàn)個(gè)基因。一次分析可得到數(shù)萬(wàn)個(gè)基因的表達(dá)信息。微型化的另一方面是樣品用量與試劑用量的微量化，用納克級(jí)的mRNA、微升級(jí)的雜交液就能分析成千上萬(wàn)個(gè)基因的表達(dá)信息。這些都是其它研究技術(shù)所無(wú)法
3、比擬的。 芯片制作及分析過(guò)程易于自動(dòng)化。芯片設(shè)計(jì)制作可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，可根據(jù)要求將需要分析的基因制作成符合要求的芯片；雜交、洗片等過(guò)程都可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，工作效率大幅提高。 生物芯片的分類 一、按載體材料 n可分為玻璃芯片、硅芯片、陶瓷芯片。n目前，玻片材料因易得、熒光背景低、應(yīng)用方便等優(yōu)點(diǎn)在國(guó)際上被廣泛接受。通常是將玻片用化學(xué)方法處理并聯(lián)接上活性基團(tuán)，如氨基、醛基、巰基等，使生物分子通過(guò)共價(jià)鍵或離子鍵與載體結(jié)合。 二、按點(diǎn)樣方式 n原位合成芯片（Loci-synthetic DNA Chip）n矩陣芯片（Microarray）n電定位芯片（Microelectronic） 三、按芯片固定的生物分子類
4、型 n 基因芯片或 DNA 芯片 n蛋白質(zhì)芯片（Protein Chip） n芯片實(shí)驗(yàn)室（Lab-on-Chip） 四、按芯片使用功能分類 n測(cè)序芯片 n表達(dá)譜芯片 n基因差異表達(dá)分析芯片 （1）蛋白質(zhì)芯片n目前蛋白芯片主要有三類：蛋 白 質(zhì) 微 陣 列 、微 孔 板 蛋 白 質(zhì) 芯 片 、三 維 凝 膠 塊 芯 片 等 。 蛋白質(zhì)芯片的應(yīng)用n特異性抗原抗體的檢測(cè) n特異性抗原抗體的檢測(cè) n蛋白質(zhì)的篩選及研究 n蛋白質(zhì)的篩選及研究 n藥物篩選 n疾病診斷 （2）基因芯片n基因芯片（又稱DNA芯片）是生物芯片的一種類型。它是將DNA分子固定于支持物上，并與標(biāo)記的樣品雜交，通過(guò)自動(dòng)化儀器檢測(cè)雜交信
5、號(hào)的強(qiáng)度來(lái)判斷樣品中靶分子的數(shù)量，進(jìn)而得知樣品中mRNA的表達(dá)量也可進(jìn)行基因突變體的檢測(cè)和基因序列的測(cè)定，為進(jìn)一步了解基因間的相互關(guān)系及基因克隆提供有用的工具。 基因芯片的應(yīng)用 生物芯片技術(shù)應(yīng)用意義n對(duì)來(lái)源于不同個(gè)體（正常人與患者）、不同組織、不同細(xì)胞周期、不同發(fā)育階段、不同分化階段、不同病變、不同刺激（包括不同誘導(dǎo)、不同治療階段）下的細(xì)胞內(nèi)的mRNA或逆轉(zhuǎn)錄后產(chǎn)生的cDNA與表達(dá)譜基因芯片進(jìn)行雜交，可以對(duì)這些基因表達(dá)的個(gè)體特異性、組織特異性、發(fā)育階段特異性、分化階段特異性、病變特異性、刺激特異性進(jìn)行綜合的分析和判斷，迅速將某個(gè)或幾個(gè)基因與疾病聯(lián)系起來(lái)，極大地加快這些基因功能的確立，同時(shí)進(jìn)一步
6、研究基因與基因間相互作用的關(guān)系。所以，無(wú)論何種研究領(lǐng)域，利用表達(dá)譜基因芯片可以獲得大量與研究領(lǐng)域相關(guān)的基因，使研究更具目的性和系統(tǒng)性，同時(shí)也拓寬研究領(lǐng)域。 生物芯片技術(shù)的發(fā)展前景 n技術(shù)進(jìn)展與市場(chǎng)動(dòng)態(tài),生物芯片是一個(gè)新興的科學(xué)領(lǐng)域，具有良好的發(fā)展前景?，F(xiàn)在生物芯片主要向以下幾個(gè)方向發(fā)展。 一、產(chǎn)業(yè)化n對(duì)于現(xiàn)在技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟的生物芯片， 如基因芯片，產(chǎn)業(yè)化是發(fā)揮生物芯片作用的最好途徑。現(xiàn)在很多公司已經(jīng)推出各種不同種類的基因芯片。而且相關(guān)其產(chǎn)業(yè)，如點(diǎn)樣設(shè)備，檢測(cè)設(shè)備也有重要的價(jià)值?，F(xiàn)在成本是束縛產(chǎn)業(yè)化的一個(gè)關(guān)鍵的因素。 二、微型化n由于微加工技術(shù)，生物芯片的尺寸范圍已經(jīng)從微米尺寸向納米尺寸發(fā)展。
7、例如在硅片上刻制的納米尺寸的微結(jié)構(gòu)陣列， 可以完成生物大分子如DNA 的篩選。但是，由于細(xì)胞等生物樣品本身尺寸的限制， 生物芯片的微型化不是無(wú)限的。 三、集成化n對(duì)生物芯片研究人員來(lái)說(shuō)最終的研究目標(biāo)是對(duì)分析的全過(guò)程實(shí)現(xiàn)全集成， 即制造微型全分析系統(tǒng)或微芯片實(shí)驗(yàn)室，在芯片上實(shí)現(xiàn)生化檢測(cè)的全部功能。集成方面， 目前已有了一些進(jìn)展，并且得到了一批初步成果。 四、信息化n生物芯片可以檢測(cè)到的信息量是傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)無(wú)可比擬的， 特別是大規(guī)模陣列芯片一次可以采集大量數(shù)據(jù)。如何從如此眾多錯(cuò)綜復(fù)雜的數(shù)據(jù)中得到真正有用的信息是一個(gè)相當(dāng)煩瑣的T作。生物信息技術(shù)的發(fā)展是解決這一問(wèn)題的唯一途徑。 n生物芯片技術(shù)是現(xiàn)代微加工技術(shù)和生物科技的結(jié)晶。它涉及生物、化學(xué)微加工、光學(xué)、微電子和信息技術(shù)等前沿學(xué)科， 是一個(gè)綜合的研究領(lǐng)域。上個(gè)世紀(jì)90年代以來(lái)， 生物芯片的研究已有了巨大的發(fā)展，越來(lái)越多的研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)投入了這一領(lǐng)域。但是，這畢竟是一門新的學(xué)科，總體來(lái)說(shuō)還是處于起步階段。很多相關(guān)技術(shù)仍然制約著生物芯片技術(shù)的快速發(fā)展。例如微加工技術(shù)，如何加工更復(fù)雜、更精密而且成本低的芯片是芯片技術(shù)的一個(gè)瓶頸。微電子技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)也在很大程度上限制了芯片的集成化。但是，隨著各方面的不斷投入和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)， 各具特色的生物芯片將逐漸占據(jù)未來(lái)的生命科學(xué)儀器市場(chǎng)，成為未來(lái)生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)的主要工具。
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