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1、第十章第十章 生物芯片技术生物芯片技术大连医科大学大连医科大学 赵春艳赵春艳第十章第十章 生物芯片技术生物芯片技术生物芯片生物芯片（biochipbiochip）的概念）的概念 指采用光导原位合成或微量点样等方法，将大量指采用光导原位合成或微量点样等方法，将大量生物大分子如核酸片段、多肽分子甚至组织切片、细生物大分子如核酸片段、多肽分子甚至组织切片、细胞等生物样品有序地固化于支持物的表面，组成密集胞等生物样品有序地固化于支持物的表面，组成密集二维分子排列，然后与已标记的待测生物样品中的靶二维分子排列，然后与已标记的待测生物样品中的靶分子杂交，通过特定的仪器对杂交信号的强度进行快分子杂交，通过特
2、定的仪器对杂交信号的强度进行快速、并行、高效地检测分析，从而判断样品中靶分子速、并行、高效地检测分析，从而判断样品中靶分子的数量。的数量。第十章第十章 生物芯片技术生物芯片技术生物芯片的主要特点：生物芯片的主要特点：高通量、微型化和自动化高通量、微型化和自动化生物芯片的分类：生物芯片的分类：基因芯片、蛋白质芯片和芯片实验室基因芯片、蛋白质芯片和芯片实验室 第十章第十章 生物芯片技术生物芯片技术 1.1.基因芯片基因芯片（GenechipGenechip）又称又称DNADNA芯片芯片,是根据核酸杂交的原理，将大是根据核酸杂交的原理，将大量探针分子固定于支持物上，然后与标记的样品量探针分子固定于支
3、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进行杂交，通过检测杂交信号的强度及分布来进行分析行分析 。第十章第十章 生物芯片技术生物芯片技术 2.蛋白质芯片蛋白质芯片(proteinchip)(proteinchip)利用抗体与抗原特异性结合即免疫反应的原利用抗体与抗原特异性结合即免疫反应的原理理，将蛋白质分子（抗原或抗体）结合到固相支，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，即蛋白质芯片持物上，形成蛋白质微阵列，即蛋白质芯片 。第十章第十章 生物芯片技术生物芯片技术 3.3.芯片实验室芯片实验室(labs-on-chip)(labs-on-chi
4、p)高度集成化的集样品制备、基因扩增、核酸标记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芯片实验室是生物芯片技术发展的最终目标 第十章第十章 生物芯片技术生物芯片技术第二节第二节 蛋白质芯片蛋白质芯片第一节第一节 DNA DNA芯片芯片第一节第一节 DNA DNA芯片芯片第一节第一节 DNA DNA芯片芯片DNADNA芯片技术包括四
5、个主要步骤芯片技术包括四个主要步骤芯片的设计与制备芯片的设计与制备样品制备样品制备杂交反应和信号检测杂交反应和信号检测结果分析结果分析第一节第一节 DNA DNA芯片芯片第一节第一节 DNA DNA芯片芯片 二、样品的制备二、样品的制备 三、杂交与结果分析三、杂交与结果分析 四、基因芯片技术在医学中的应用四、基因芯片技术在医学中的应用一、芯片制备一、芯片制备一、芯片制备一、芯片制备基因芯片制备主要包括两个方面基因芯片制备主要包括两个方面探针的设计：探针的设计：根据应用目的不同，设计不同的固定于芯片上根据应用目的不同，设计不同的固定于芯片上的探针的探针 探针在芯片上的布局：探针在芯片上的布局：选
6、择合适的方式将探针排布在芯片上选择合适的方式将探针排布在芯片上 一、芯片制备一、芯片制备（二）（二）DNADNA芯片的制备芯片的制备（一）探针的设计（一）探针的设计（一）探针的设计（一）探针的设计 1.1.表达型芯片探针的设计表达型芯片探针的设计 不需要知道待测样品中靶基因的精确序列的不需要知道待测样品中靶基因的精确序列的特异性应放在首要位置特异性应放在首要位置 2.2.单核苷酸多态性检测芯片探针的设计单核苷酸多态性检测芯片探针的设计 等长移位设计法等长移位设计法 3.3.特定突变位点探针的设计特定突变位点探针的设计 叠瓦式策略叠瓦式策略 一、芯片制备一、芯片制备一、芯片制备 图102（二）（
7、二）DNADNA芯片的制备芯片的制备 1.1.载体选择与预处理载体选择与预处理 2.2.基因芯片制备基因芯片制备 （1 1）原位合成（）原位合成（in situ synthesisin situ synthesis）光导原位合成法光导原位合成法 原位喷印合成原位喷印合成 分子印章多次压印合成分子印章多次压印合成 （2 2）点样法）点样法 一、芯片制备一、芯片制备一、芯片制备一、芯片制备图103二、样品的制备二、样品的制备样品的制备过程包括：样品的制备过程包括：核酸分子的纯化核酸分子的纯化 扩增扩增 标记标记 三、杂交与结果分析三、杂交与结果分析（一）杂交反应：与传统的杂交方法类似（一）杂交反应
8、：与传统的杂交方法类似 （二）杂交信号的检测：最常用荧光法（二）杂交信号的检测：最常用荧光法（三）数据分析：芯片杂交图谱的处理与存储由专（三）数据分析：芯片杂交图谱的处理与存储由专 门设计的软件来完成门设计的软件来完成 四、基因芯片技术在医学中的应用四、基因芯片技术在医学中的应用1.1.基因表达分析基因表达分析 2.2.基因型、基因突变和多态性分析基因型、基因突变和多态性分析 3.3.疾病诊断：遗传性、感染性、肿瘤疾病诊断：遗传性、感染性、肿瘤 4.4.药物筛选药物筛选 5.5.指导用药及治疗方案指导用药及治疗方案 6.6.预防医学预防医学 四、基因芯片技术在医学中的应用四、基因芯片技术在医学
9、中的应用第二节第二节 蛋白质芯片蛋白质芯片第二节第二节 蛋白质芯片蛋白质芯片蛋白质芯片（蛋白质芯片（protein chipprotein chip）又称蛋白质微阵列，是指以蛋白质或多肽作又称蛋白质微阵列，是指以蛋白质或多肽作为配基为配基,将其有序地固定在固相载体的表面形成微将其有序地固定在固相载体的表面形成微阵列；用标记荧光的蛋白质或其它分子与之作用，阵列；用标记荧光的蛋白质或其它分子与之作用，洗去未结合的成分，经荧光扫描等检测方式测定洗去未结合的成分，经荧光扫描等检测方式测定芯片上各点的荧光强度，来分析蛋白质之间或蛋芯片上各点的荧光强度，来分析蛋白质之间或蛋白质与其它分子之间的相互作用关系
10、。白质与其它分子之间的相互作用关系。第二节第二节 蛋白质芯片蛋白质芯片 根据制作方法和应用的不同，蛋白质芯片分为两种根据制作方法和应用的不同，蛋白质芯片分为两种:1.1.蛋白质功能芯片蛋白质功能芯片 细胞中的每一种蛋白质占据芯片上一个确定的细胞中的每一种蛋白质占据芯片上一个确定的 点，主要是高度平行地检测天然蛋白质活性点，主要是高度平行地检测天然蛋白质活性 。2.2.蛋白质检测芯片蛋白质检测芯片 将能够识别复杂生物溶液（如细胞提取液）中将能够识别复杂生物溶液（如细胞提取液）中 靶多肽的高度特异性配体进行点阵，这种芯片靶多肽的高度特异性配体进行点阵，这种芯片 能够高度并行的检测生物样品中的蛋白质能够高度并行的检测生物样品中的蛋白质 。第二节第二节 蛋白质芯片蛋白质芯片第二节第二节 蛋白质芯片蛋白质芯片 蛋白质芯片技术在医学中的应用蛋白质芯片技术在医学中的应用1.1.特异性抗原抗体的检测特异性抗原抗体的检测 2.2.生化反应的检测生化反应的检测 3.3.疾病诊断疾病诊断 4.4.疾病分子机制的研究疾病分子机制的研究 5.5.药物筛选及新药的研制开发药物筛选及新药的研制开发