生物芯片技术及应用

生物化学研究进展,生物芯片技术方面

生物化学研究进展

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题目 生物芯片技术及应用

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生物化学研究进展,生物芯片技术方面

生物芯片技术及应用

摘要：

生物芯片是切采用生物技术制备或应用于生物技术的微处理器是便携式生物化学分析器的核心技术。生物芯片技术涉及分子生物学、生物材料学、 微加工技术学、化学、物理、计算机等多学科和领域。它针对DNA、RNA、蛋白质及其他生物分子,将不连续的、离散的分析过程集成在一起,完成样品预处理、亲和结合反应以及信号检测等过程,实现对成千上万种生物分子的高通量检测分析,在蛋白质组学及基因组学科研、疾病诊断和预警、药物或手术疗效判断以及新药开发、司法鉴定和食品安全等领域,均有广阔的应用前景。生物芯片发展的最终目标是将从样品制备、化学反应到检测的整个生化分析过程集成化以获得所谓的微型全分析系统或称缩微芯片实验室。本文阐述了生物芯片技术种类和应用以及对其的展望。

关键词：生物芯片 研究应用 基因 展望

一、生物芯片综述

生物芯片的最初构想来源于Affymetrix公司的前身 Affymax公司里的一次即兴的建议。由 Fodor组织半导体专家和分子生物学专家共同研制出来的。1991年利用光蚀刻光导合成多肽。1993年设计了一种寡核苷酸生物芯片。1994年又提出用光导合成的寡核苷酸芯片进行DNA序列快速分析。到1996年制造出世界上第一块商业化的生物芯片。

生物芯片是根据生物大分子间具有特异相互识别的能力 ,利用微电子、 微机械、 微加工技术 ,在玻璃、 硅片或尼龙膜等各种固体支持物上构建的微型生化分析系统 ,通过计算机对反应信号搜集处理 ,可对细胞、糖、脂、核酸、蛋白质以及其它小分子物质进行准确、 快速、 大信息量的检测。生物芯片使样品检测、 分析过程高通量、连续化、集成化、微型化、自动化。

生物芯片技术是融微电子学、生物学、物理学、化学、计算机科学为一体的高度交叉的新技术，具有重大的基础研究价值，又具有明显的产业化前景。经过十多年发展，生物芯片技术已日臻完善，其应用前景非常广阔，因其具有技术操作简易、自动化程度高、检测目的分子数量多、高通量等特点，为“后基因组计划”时期基因功能的研究及现代医学科学及医学诊断学的发展提供了强有力的工具。

二、生物芯片的分类

1、生物芯片的范围很广，生物芯片的分类方法也就有很多标准。

2、按工作原理 杂交型、合成型、连接型、亲和识别型等。

3、按片基可分为无机片基和有机合成物片基:无机片基主要包括半导体硅片、塑

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料和玻璃片;有机合成物片基主要包括特定孔径的滤膜 ,如硝酸纤维膜、尼龙膜、聚偏二氟乙烯膜。

4、按芯片上微排列的探针种类可分为:以DNA为探针的DNA 芯片;以cDNA为探针的cDNA芯片(又称基因芯片);以多肽为探针的蛋白芯片。

5、按以各种微结构为基础的微流控芯片种类可分为：毛细管电泳芯片；PCR反应芯片；介电电泳芯片。

6、生物芯片按照其上所进行的生物化学反应有无外加场力的干预可分为主动式和被动式两大类。被动式芯片是指芯片上进行的生物化学反应在无外加场力的情况下，通过分子的扩散运动完成。主动式芯片是在芯片的构建和生化反应中直接引入外力或场的作用，它具有快速、高效、自动化和重复性好的特点，是构建芯片实验室、实现过程集成化的基本部件。主动式芯片技术已成为生物芯片技术研究的重点。

三、生物芯片的工作原理

生物芯片的工作过程主要是：样品的制备和生物分子反应——杂交与信号产生、信号检测、数据分析。

1、杂交与信号产生

杂交条件因不同实验而异。用于检测基因突变时 ,要设计一套寡核苷酸 ,包含靶序列上的每个位点 ,需要高严谨性 ,以检测单个碱基突变。基因测序与作图是如此。用于基因诊断、 基因表达时 ,则要针对基因的特定区域设计寡核苷酸 ,需要更高的严谨性 ,以检测特异的和低拷贝的基因。

2、信号检测

分子杂交后 ,经洗液去除未杂交上的分子。用光激发杂交信号产生的物质 ,使用光电倍增管或其它元件增强杂交信号 ,由荧光显微镜扫描进入计算机搜集处理。搜集杂交信号的装置主要有落射荧光显微镜、激光共聚焦扫描显微镜、配有CCD相机的荧光显微镜、光纤DNA生物传感器。

3、数据分析

获得图像数据后 ,进行数据分析有三个基本步骤:数据标准化 ,数据筛选 ,模式鉴定。无论是成对样本还是一组实验 ,为了比较数值 ,对数据要进行某种必要的标准化。下一步 ,进行数据筛选 ,去掉没有信息的基因。如在检测基因表达时 ,那些表达水平低于用户定义阈值的基因或者在实验过程中表达水平没有变化的基因都要去除。第三步 ,鉴定数据的模式和分组 ,给以生物学的解释。

四、生物芯片的应用

1、生物制药领域

各大药厂和生物技术公司将会使用基因芯片发现筛选新药等。采用基因芯片技术，可以大大加快人类基因组计划的工作进度，例如用于基因测序、基因表达…… 此处隐藏：2609字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……