生物芯片及應用簡介

一、簡介

生物芯片（biochip）是指采用光導原位合成或微量點樣等方法，將大量生物大分子比如核酸片段、多肽分子甚至組織切片、細胞等等生物樣品有序地固化于支持物（如玻片、硅片、聚丙烯酰胺凝膠、尼龍膜等載體）的表面，組成密集二維分子排列，然后與已標記的待測生物樣品中靶分子雜交，通過特定的儀器比如激光共聚焦掃描或電荷偶聯(lián)攝影像機（CCD）對雜交信號的強度進行快速、并行、高效地檢測分析，從而判斷樣品中靶分子的數(shù)量。由于常用玻片/硅片作為固相支持物，且在制備過程模擬計算機芯片的制備技術(shù)，所以稱之為生物芯片技術(shù)。

根據(jù)芯片上的固定的探針不同，生物芯片包括基因芯片、蛋白質(zhì)芯片、細胞芯片、組織芯片，另外根據(jù)原理還有元件型微陣列芯片、通道型微陣列芯片、生物傳感芯片等新型生物芯片。如果芯片上固定的是肽或蛋白，則稱為肽芯片或蛋白芯片；如果芯片上固定的分子是寡核苷酸探針或DNA，就是DNA芯片。由于基因芯片（Genechip）這一專有名詞已經(jīng)被業(yè)界的*Affymetrix公司注冊，因而其他廠家的同類產(chǎn)品通常稱為DNA微陣列（DNA Microarray）。

這類產(chǎn)品是目前重要的一種，有寡核苷酸芯片、cDNA芯片和Genomic芯片之分，包括二種模式：一是將靶DNA固定于支持物上，適合于大量不同靶DNA的分析，二是將大量探針分子固定于支持物上，適合于對同一靶DNA進行不同探針序列的分析。

生物芯片技術(shù)是90年代中期以來影響深遠的重大科技進展之一，是融微電子學、生物學、物理學、化學、計算機科學為一體的高度交叉的新技術(shù)，具有重大的基礎研究價值，又具有明顯的產(chǎn)業(yè)化前景。由于用該技術(shù)可以將極其大量的探針同時固定于支持物上，所以一次可以對大量的生物分子進行檢測分析，從而解決了傳統(tǒng)核酸印跡雜交（Southern Blotting 和Northern Blotting等）技術(shù)復雜、自動化程度低、檢測目的分子數(shù)量少、低通量（low through-put）等不足。

而且，通過設計不同的探針陣列、使用特定的分析方法可使該技術(shù)具有多種不同的應用價值，如基因表達譜測定、突變檢測、多態(tài)性分析、基因組文庫作圖及雜交測序（Sequencing by hybridization，SBH）等，為“后基因組計劃”時期基因功能的研究及現(xiàn)代醫(yī)學科學及醫(yī)學診斷學的發(fā)展提供了強有力的工具，將會使新基因的發(fā)現(xiàn)、基因診斷、藥物篩選、給藥個性化等方面取得重大突破，為整個人類社會帶來深刻廣泛的變革。該技術(shù)被評為1998年度世界科技進展之一。

二、應用領(lǐng)域

1、基因表達水平的檢測

用基因芯片進行的表達水平檢測可自動、快速地檢測出成千上萬個基因的表達情況。Schena等采用擬南芥基因組內(nèi)共45個基因的cDNA微陣列（其中14個為*序列,31個為EST），檢測該植物的根、葉組織內(nèi)這些基因的表達水平，用不同顏色的熒光素標記逆轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物后分別與該微陣列雜交，經(jīng)激光共聚焦顯微掃描，發(fā)現(xiàn)該植物根和葉組織中存在26個基因的表達差異，而參與葉綠素合成的CAB1基因在葉組織較根組織表達高500倍。

Schena等用人外周血淋巴細胞的cDNA文庫構(gòu)建一個代表1046個基因的cDNA微陣列，來檢測體外培養(yǎng)的T細胞對熱休克反應后不同基因表達的差異，發(fā)現(xiàn)有5個基因在處理后存在非常明顯的高表達，11個基因中度表達增加和6個基因表達明顯抑制。該結(jié)果還用熒光素交換標記對照和處理組及RNA印跡方法證實。在HGP完成之后，用于檢測在不同生理、病理條件下的人類所有基因表達變化的基因組芯片為期不遠了。

2、基因診斷

從正常人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交就可以得出標準圖譜。從病人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交就可以得出病變圖譜。通過比較、分析這兩種圖譜，就可以得出病變的DNA信息。這種基因芯片診斷技術(shù)以其快速、高效、敏感、經(jīng)濟、平行化、自動化等特點，將成為一項現(xiàn)代化診斷新技術(shù)。例如Affymetrix公司，把P53基因全長序列和已知突變的探針集成在芯片上，制成P53基因芯片，將在癌癥早期診斷中發(fā)揮作用。

又如，Heller等構(gòu)建了96個基因的cDNA微陣，用于檢測分析關(guān)節(jié)炎、風濕性關(guān)節(jié)炎（RA）相關(guān)的基因，以探討DNA芯片在感染性疾病診斷方面的應用?，F(xiàn)在，肝炎病毒檢測診斷芯片、結(jié)核桿菌耐藥性檢測芯片、多種惡性腫瘤相關(guān)病毒基因芯片等一系列診斷芯片逐步開始進入市場?；蛟\斷是基因芯片中具有商業(yè)化價值的應用。

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