应用生物化学6-生物芯片

生物芯片化学与生命科学学院应用生物化学

一些画家把太阳画成一个黄色的点，而另外一些画家把黄色的点画成了太阳。——PabloPicasso微处理芯片VS微阵列一、概念

生物芯片（Biochip）：是将大量生物识别分子按预先设置的排列固定于一种载体表面（如硅片、玻片及高聚物载体等），利用生物分子的特异性亲和反应，如核酸杂交反应，抗原抗体反应等来分析各种生物分子存在的量的一种技术。生物芯片的主要特点：高通量、微型化和自动化常用的生物芯片的分类：基因芯片、蛋白质芯片、芯片实验室基因芯片（Genechip）

又称DNA芯片,是根据核酸杂交的原理，将大量探针分子固定于支持物上，然后与标记的样品进行杂交，通过检测杂交信号的强度及分布来进行分析。基因芯片结构示意图2.蛋白质芯片(proteinchip)

利用抗体与抗原特异性结合即免疫反应的原理，将蛋白质分子（抗原或抗体）结合到固相支持物上，形成蛋白质微阵列，即蛋白质芯片。芯片实验室(labs-on-chip)高度集成化的集样品制备、基因扩增、核酸标记及检测为一体的便携式生物分析系统。实现生化分析全过程集成在一片芯片上完成，从而使生物分析过程自动化、连续化和微缩化。芯片实验室是生物芯片技术发展的最终目标。Lab

onaChipsPDMSLab-on-a-ChipCapillaryflowAgilentBioanalyzer(CaliperTech)PortableCellChip(StanfordUniversity)DetectionofToxicMaterialsAb

1Ab

2Ab

1Ab

2Toxicantigen-AbInteractionOpticalDetectionReaderDiagnosticChipReaderLEDSourceCMOSCameraModuleDiagnosticChipImageControllerCardiacDiagnostics

二、生物芯片的制作步骤

方阵的构建

样品的制备和生物分子反应

反应图谱的检测和分析

生物芯片的制作步骤

细胞对mRNA进行标记杂交基因表达资料微流控芯片检测仪基因芯片的阅读分析系统芯片扫描仪

生物芯片的原理——微阵列技术

有规则：显微尺度平面

特异性地吸附

芯片杂交盒生物芯片的分类生物材料微阵列构成的芯片

DNA芯片蛋白质芯片组织芯片以各种微结构为基础的微流控芯片

毛细管电泳芯片PCR反应芯片介电电泳芯片生物芯片的应用生物芯片的应用

基因表达水平的检测

药物筛选基因诊断

应用示例：基因芯片在肿瘤研究中的应用

癌基因的活化原癌基因的突变原癌基因由于启动因子而转录活性增高原癌基因的甲基化程度降低而被激活原癌基因的拷贝数增加基因易位或重组使原癌基因激活

能诊断癌症的基因芯片生物芯片面临的挑战

能否得到大量的组织标本。能否制备出高密度的芯片。荧光标记技术的改进，免疫组织化学技术的提高和计算机系统的优化。结语

医学诊断克隆技术农业生物技术生物信息产业

方阵的构建BasicDesign-ProteinMicroarraysHall,Ptacek,Snyder2007MechAgeingDev.128:161-167CovalentlyattachviaprimaryaminesoradsorptionontoslideswithnitrocelluloseHis-tagproteinonnickel-derivatizedslide;Biotinylated-proteinonstrepavidin-coatedslideProteinAttachmentMethodsIdentificationofDNA-bindingproteinCognateSiteIdentifier(CSI)ArraysWarrenetal.,PNAS103:867-872YYYQueryInteractionYYYYYYCellfreeexpressionoftargetproteinYYYMulti-componentComplexesxYYYEnzymeSubstrateIdentificationNAPPA–NucleicAcidProgrammableProteinArrayEasytomakeDNAarraysareconvertedtoreadytouseproteinarraysManufactureReporters(orprobes)areboundtoaglassortreatedsiliconchip.Manycopiesofdifferentreporterscanbeboundtoasinglechipinagridpattern.Thiscanbeaccomplishedbyanumberofdifferenttechniques.Spottinginvolvestheuseofarobotizedarmwhichspotspre-synthesizedoligonucleotidesorPCRfragmentsontotheplateinagridpattern.Oligonucledotidemicroarraysareanothermethod.Theyuseoligonucleotidesjustasspottingmethodsoftendo,buttheoligonucleotidesaresynthesizeddirectlyontothechiponebasepairatatime.ManufactureContinuedWhenusingDNAmicroarrays,thelongertheprobe,themore