基于基因芯片的生物信息学生物信息技术硬件方面的

基于基因芯片的生物信息学研究计算机系田晓生物信息学

交叉领域一门新兴的学科起源：计算机技术和人类基因组计划的发展学科组成：传统意义上的生物信息学（bioinformatics）：用于建立现代生物学所需信息系统框架（支持生物学的信息管理系统、分析工具和通讯网络）的研究开发工作。计算生物学（computationalbiology）：旨在理解基本生物学问题的基于计算的研究工作。生物信息学的研究内容生物信息的收集、存储、管理与提供基因组序列信息的提取和分析功能基因组相关信息分析生物大分子结构模拟和药物设计生物信息分析的技术与方法研究应用与发展研究生物信息学的研究目标揭示“基因组信息结构的复杂性及遗传语言的根本规律”。生物信息技术的研究方法和工具

两种研究方法和工具：细胞蛋白质二维凝胶电泳即2-D-gel及相应的质谱法测量蛋白质分子量生物芯片技术（Biochip技术）什么是生物芯片一块指甲大小（1cm3）的有多聚赖氨酸包被的硅片或其它固体支持物（如玻璃片、硅片、聚丙烯膜、硝酸纤维素膜、尼龙膜等）。生物芯片通过微加工和微流体系统将生化分析中的样品制备、生化反应、及结果检测有机地结合集成在一起。具有高速度、分析自动化、及高度并行处理能力。生物芯片的发展80年代，俄罗斯国家科学院恩格尔分子生物学研究所和美国阿贡国家实验室开始探索生物芯片技术1989年，在美国AFFYMETRIX公司诞生了世界上第一块原位合成基因芯片1992年，斯坦福大学P.B.Brown实验室发布了世界第一个微阵列技术1996年，AFFYMETRIX公司登陆纳斯达克2004年，全球有超过2000家公司和实验室从事生物芯片相关研究和产业生物芯片类型基因芯片蛋白质芯片组织芯片细胞芯片基因芯片及其特点基因芯片是按特定的排列方式固定有大量基因探针（或基因片段）的硅片、玻片、塑料片。基因芯片的特点：技术操作简单自动化程高序列数量大检测效率高应用范围广成本相对低基因芯片的类型（一）

基因芯片按其材质和功能，可以分为一下几类：元件型微阵列芯片生物电子芯片凝胶元件微阵列芯片药物控制芯片通道型微阵列芯片毛细管电泳芯片PCR扩增芯片集成DNA分析芯片毛细管电层析芯片生物传感芯片光学纤维阵列芯片白光干涉谱传感器芯片基因芯芯片的的类型型（二二）按基因因芯片片点阵阵的制制备方方法，，可以以分为为：原位合合成适用于于寡核核苷酸酸。根据预预先设设计的的点阵阵序列列在每每个位位点通通过有有机合合成的的方式式直接接聚合合得到到所要要求的的探针针分子子。两种种途径径：光刻法法：可合成成30nt左右右，每每步缩缩合率率较低低为95％％左右右，产产率仅仅20％，，需要特特殊的的合成成试剂剂。压电打打印法法：可合成成50nt左右右，每每步缩缩合率率为99％％以上上，产产率可可达74％％不需要要特殊殊的合合成试试剂。。直接点点样多用于于大片片段DNA，有有时也也用于于寡核核苷酸酸，甚甚至mRNA。。将合合成好好的探探针、、cDNA、基基因组组通过过特定定的高高速点点样机机器人人直接接点在在芯片片上。。优点：：方法法较原原位合合成简简单，，定量量准确确，重重现性性好，，使用用寿命命命长。。缺点：：喷印印的斑斑点大大，探探针密密度低低。基因芯芯片的的类型型（三三）按基因因芯片片的支支持物物，可可以分分为：：薄膜型型：如聚丙丙烯膜膜、硝硝酸纤纤维素素膜、、尼龙龙膜等等。其其点阵阵通过过“点点膜””形式式制作作，并并通过一定的的方法使探探针能够牢牢固地结合合在上面。。玻片型：其点阵通过过原位合成成技术制作作，点阵密密度很高，，必须借助助于特殊的的仪器对测测定结果进行行解读和分分析。微板型：一种具有高高密度、小小容量测试试孔的小型型酶联免疫疫检测板集成电路型型：将杂交技术术与微电子子技术结合合于一体有有目的地通通过电子装装置检测或或控制DNA等生生物大分子子的作用过过程。基因芯片的的应用基因表达检检测寻找新基因因DNA测序序突变体和多多态性的检检测其它：如药药物筛选、、疾病诊断断、基因扫扫描、基因因文库作图图等基因芯片研研制的总体体蓝图基因组序列列分析与待待检基因探探针序列的的确定检测样品的的制备探针阵列的的准备杂交检测与与数据分析析检测设备的的研制研制方向的的确定基因芯片的的相关技术术合适探针的的选择PCR技术术点样技术包被技术Microarray和Macroarray基因芯片相相关的设备备制作设备杂交箱洗板机点样仪烘箱成像及分析析系统原位合成仪仪分子交联仪仪激光共聚焦焦扫描仪点样机器