芯片技术在医学实验室应用展望

1、芯片技术在医学实验室应用展望 【摘要】 生物芯片技术，是一种综合了分子生物学、免疫学、半导体微电子、激光、化学染料等领域的最新科学技术，其快速、微量准确的应用优点正在成为新一代的医学诊断工具，具有重大的基础研究价值，又具有明显的应用前景。 【关键词】 芯片技术；医学实验室；应用展望 生物芯片技术是近年来在生命科学领域中迅速发展起来的一项高新技术，具有高通量、微型化和自动化的特点。本文着重对生物芯片的概念、分类及其在医学实验室中的应用展望作一介绍。 1 生物芯片技术的分类 生物芯片技术又称微阵列技术，根据生物芯片上探针的分子种类而将之分为DNA芯片（即基因芯片）和蛋白质芯片。前者是指芯片上固定寡

2、核苷酸或DNA片段分子；而后者则是在芯片上固定蛋白质或肽1。 1.1 基因芯片（又称DNA芯片）技术是将大量的基因探针按特定的排列方式，固定在固体载体上，它通过与被检测基因的碱基序列进行互补匹配，实现核酸序列的分子识别，是高效地大规模获取相关生物信息的重要手段2。具有微型化、集约化和标准化的特点。 1.2 蛋白质芯片技术主要是指通过微加工技术和微电子技术在固体表面构建的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、蛋白质、DNA以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。具有高通量、高准确性、高灵敏度、微型化和自动化，具有多种生物信号的并行检测的特点。 2 在医学实验室中的应用 生物芯片与检验医学的关

3、系是密切的。首先，它为临床检验工作提供了一种全新的技术，使一些临床检验工作中难解决的问题成为可能。芯片是高通量的群体指标分析，在检验医学方法上是一种全新的思维，会逐渐应用于医学检验中。 2.1 在病原菌检测中的应用 检测病原菌细菌培养为细菌鉴定的“金标准”，是传统细菌检测技术中最敏感的方法，但培养时间长，还要做生化及免疫试验进行细菌菌种鉴定，生物芯片技术以其传统方法无法比拟的优越性，为病原菌的快速诊断提供了技 术条件。文献报道， Anthony等3建立了一个在4h以内便可检测和识别病原微生物的方法。该法使用随机引物通过PCR法扩增细菌的核糖体23S rDNA，随后将扩增产物与含有特定寡核苷酸探

4、针的芯片进行杂交，然后通过检测系统来识别。又有Head等4在PCR后1h内应用中等密度芯片对基因序列进行扫描得到了肉眼可见的诊断结果对抗药菌株鉴定准确、快速。该方法具有灵敏、方便、特异性高、信息量大且成本较低等优点。生物芯片技术的发展和实用化将彻底改变病原菌检验的现状，并且将会随着芯片检测仪器的普及而在临床疾病的诊断中得到广泛的应用。 2.2 在病毒检测中的应用 慢性肝炎病毒，尤其是乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒的感染严重威胁着人类的健康，这些病毒的混合感染以及存在多种亚型、次亚型和耐药毒株等给诊断带来一定的困难。目前已有这方面的报道，Livache等5用硅基质上合成的寡核苷酸芯片用于血清样品中的

5、丙型肝炎病毒分型；Chamber等6首次利用病毒DNA芯片技术对HCMV几乎所有的开放阅读框进行表达监控；赵伟等7用寡核苷酸芯片与生物素标志的扩增样品进行杂交，结果显示了基因芯片在肝炎病毒检测中的高敏感性和高分辨率，基因芯片在肝炎病毒的检测中，假阳性率极低，并且肝炎芯片可以同时检测乙型和丙型肝炎，减少了工作量。 生物芯片在HIV检测及相关研究中也发挥了一定作用。Hauser等8应用DNA芯片技术在艾滋病患者出现抗体反应之前检测艾滋病病毒，对该病的早期诊断意义重大。 2.3 在肿瘤诊断中的应用 肿瘤的发生发展往往涉及到较多基因的异常，对相关基因进行检测可以作为肿瘤诊断、预后的重要指标。Wen等9

6、同时运用了芯片检测技术和传统的DNA序列分析法对卵巢癌患者TP53基因的突变情况进行检测并比较检验结果，表明芯片法准确率、敏感性均大于DNA序列法，两法的特异性均为100%。提示了生物芯片技术极有可能成为肿瘤基因突变大规模筛查的常规技术，从而展示了生物芯片技术在肿瘤基因诊断中较好的应用前景。 3 问题与展望 世界上已有很多实验室、公司正在从事生物芯片的研究，在一些领域也有很大的进展，但要将其作为一种常用的研究手段和临床疾病诊断技术，还有许多急需解决的问题，例如成本较高、灵敏度、特异性和准确性等。虽然生物芯片技术还处在初级阶段，但它展示出的潜在的广阔应用前景令人刮目相看。可以预计，下一世纪许多生

7、物化学反应将在芯片上进行。许多今天以塑料板、凝胶和滤膜为载体的反应将让位给生物芯片，生物芯片将会在新药开发、基因功能研究、临床疾病诊断等方面取得更大的成绩，生物芯片技术本身将会向自动化、微量化和多样化发展，成本的降低会迅速将生物芯片工艺推向市场。生物芯片技术将成为一种影响着生命科学许多领域的研究方法与途径。 【参考文献】 1 王剑霓，韩连成(综述).生物芯片技术及其在疾病诊断和疫苗设计中的应用.微生物学免疫学进展，2005，33（1）：72-75. 2 赵雨杰，孙啸，何农跃.基因芯片在医学中的应用.临床检验杂志，2000，18（6）：373-375. 3 Anthony RM，Brown TJ

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9、l Cell Probes， 1999， 13： 81- 85. 5 Livache T， Fouque B， Roget A， et al.Polypyrrole DNA chip on-silicon device： Example of hepatitis C virus yenotyping. Anal Biochem，1998， 255(2)：188. 6 Chambers J，Angulo A，Amaratanga D，et al.DNA microarrays of the complex human cyto-megalovirus genome： profiling ki-netic class with drug expression. J Virol， 1999，73(7)：5757. 7 赵伟，刘伟，刘新钰,等.病毒性肝炎基因诊断芯片测定HBV-DNA、HCV-RNA的价值.世界感染杂志，2001， 14(4)： 298-302. 8 李慧卿(综述).生物芯片在病原体检测中的应用.国外医学·临床生物化学与检验学分册，2002， 23(1)： 12. 9 Wen WH，Leslie B，Jennifer L，