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1、应用生物化学生物芯片第1页，共45页，编辑于2022年，星期六 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。Pablo Picasso第2页，共45页，编辑于2022年，星期六微处理芯片微处理芯片VSVS微阵列微阵列第3页，共45页，编辑于2022年，星期六一、概一、概 念念 生物芯片生物芯片（BiochipBiochip）：是将大量）：是将大量生物识别生物识别分子分子按预先设置的排列按预先设置的排列固定于固定于一种一种载体表面载体表面（如硅片、玻片及高聚物载体等），利用生（如硅片、玻片及高聚物载体等），利用生物分子的物分子的特异性亲和反应特异性亲和反应，如核酸杂交反应
2、，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。量的一种技术。第4页，共45页，编辑于2022年，星期六 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 常用的生物芯片的分类：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、蛋白质芯片、芯片实验室第5页，共45页，编辑于2022年，星期六1.1.基因芯片（基因芯片（GenechipGenechip）又称又称DNADNA芯片芯片,是根据是根据核酸杂交的原理核酸杂交的原理，将大量，将大量探针分子固定于支持物上，然后与标记的样品进探针分子
3、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行杂交，通过检测杂交信号的强度及分布来进行分析。分析。第6页，共45页，编辑于2022年，星期六基因芯片结构示意图第7页，共45页，编辑于2022年，星期六第8页，共45页，编辑于2022年，星期六 2.2.蛋白质芯片蛋白质芯片(proteinchip)(proteinchip)利用利用抗体与抗原特异性结合抗体与抗原特异性结合即免疫反应的原即免疫反应的原理，将蛋白质分子（抗原或抗体）结合到固相理，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。支持物上，形成蛋白质微阵列，即蛋白质芯片。第9
4、页，共45页，编辑于2022年，星期六第10页，共45页，编辑于2022年，星期六第11页，共45页，编辑于2022年，星期六第12页，共45页，编辑于2022年，星期六第13页，共45页，编辑于2022年，星期六3.3.芯片实验室芯片实验室(labs-on-chip)(labs-on-chip)高度集成化的集样品制备、基因扩增、核酸标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。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，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。从而使生物分析过程自动化、连
5、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14页，共45页，编辑于2022年，星期六LabLab on a Chipson a ChipsPDMS Lab-on-a-ChipCapillary flowAgilent Bioanalyzer (Caliper Tech)Portable Cell Chip(Stanford University)第15页，共45页，编辑于2022年，星期六Detection of Toxic MaterialsAb 1Ab 2Ab 1Ab 2Toxic antigen-Ab InteractionOptic
6、al Detection第16页，共45页，编辑于2022年，星期六ReaderDiagnostic Chip ReaderDiagnostic Chip ReaderLED SourceLED SourceCMOS Camera ModuleCMOS Camera ModuleDiagnostic Diagnostic ChipChipImage ControllerImage ControllerCardiac Diagnostics 第17页，共45页，编辑于2022年，星期六二、生物芯片的制作步骤二、生物芯片的制作步骤 方阵的构建方阵的构建 样品的制备和生物分子反应样品的制备和生物分子
7、反应 反应图谱的检测和分析反应图谱的检测和分析 第18页，共45页，编辑于2022年，星期六生物芯片的制作步骤生物芯片的制作步骤 细胞细胞对对mRNA进行标记进行标记杂交杂交基因表达资料基因表达资料第19页，共45页，编辑于2022年，星期六微流控芯片检测仪第20页，共45页，编辑于2022年，星期六基因芯片的阅读分析系统第21页，共45页，编辑于2022年，星期六芯片扫描仪第22页，共45页，编辑于2022年，星期六生物芯片的原理生物芯片的原理微阵列技术微阵列技术 有规则：有规则：显微尺度显微尺度 平面平面 特异性地吸附特异性地吸附 第23页，共45页，编辑于2022年，星期六芯片杂交盒芯片
8、杂交盒第24页，共45页，编辑于2022年，星期六生物芯片的分类生物芯片的分类v生物材料微阵列构成的芯片生物材料微阵列构成的芯片 DNADNA芯片芯片蛋白质芯片蛋白质芯片组织芯片组织芯片 v以各种微结构为基础的微流控芯片以各种微结构为基础的微流控芯片 毛细管电泳芯片毛细管电泳芯片PCRPCR反应芯片反应芯片介电电泳芯片介电电泳芯片 第25页，共45页，编辑于2022年，星期六生物芯片的应用第26页，共45页，编辑于2022年，星期六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 第27页，共45页，编辑于2022年，星期六应用示例：基因芯片在肿瘤研究应用示例：基因芯片在肿瘤
9、研究中的应用中的应用 v癌基因的活化癌基因的活化原癌基因的突变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甲基化程度降低而被激活 原癌基因的拷贝数增加原癌基因的拷贝数增加 基因易位或重组使原癌基因激活基因易位或重组使原癌基因激活 第28页，共45页，编辑于2022年，星期六能诊断癌症的基因芯片第29页，共45页，编辑于2022年，星期六生物芯片面临的挑战生物芯片面临的挑战 l能否得到大量的组织标本。l能否制备出高密度的芯片。l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。第30页，共45页，编辑于
10、2022年，星期六结结 语语 医学诊断克隆技术农业生物技术生物信息产业 第31页，共45页，编辑于2022年，星期六第32页，共45页，编辑于2022年，星期六第33页，共45页，编辑于2022年，星期六第34页，共45页，编辑于2022年，星期六方阵的构建方阵的构建第35页，共45页，编辑于2022年，星期六第36页，共45页，编辑于2022年，星期六Basic Design-Protein MicroarraysHall,Ptacek,Snyder 2007 Mech Ageing Dev.128:161-167第37页，共45页，编辑于2022年，星期六Covalently attach
11、 viaprimary amines or adsorption onto slides with nitrocelluloseHis-tag protein on nickel-derivatized slide;Biotinylated-protein on strepavidin-coated slideProtein Attachment Methods第38页，共45页，编辑于2022年，星期六Identification of DNA-binding protein第39页，共45页，编辑于2022年，星期六Cognate Site Identifier(CSI)ArraysWar
12、ren et al.,PNAS 103:867-872第40页，共45页，编辑于2022年，星期六Query InteractionCell free expression of target proteinMulti-component ComplexesxEnzyme Substrate IdentificationNAPPA Nucleic Acid Programmable Protein ArrayEasy to make DNA arrays are converted to ready to use protein arrays第41页，共45页，编辑于2022年，星期六Manu
13、factureReporters(or probes)are bound to a glass or treated silicon chip.Many copies of different reporters can be bound to a single chip in a grid pattern.This can be accomplished by a number of different techniques.Spotting involves the use of a robotized arm which spots pre-synthesized oligonucleo
14、tides or PCR fragments onto the plate in a grid pattern.Oligonucledotide microarrays are another method.They use oligonucleotides just as spotting methods often do,but the oligonucleotides are synthesized directly onto the chip one base pair at a time.第42页，共45页，编辑于2022年，星期六Manufacture ContinuedWhen using DNA microarrays,the longer the probe,the more specific the array is.The complexity of arrays can be varied from 10 to 390,000 different reporters.第43页，共45页，编辑于2022年，星期六PROTEIN ARRAYS(prepared mostly by Ailie)第44页，共45页，编辑于2022年，星期六第45页，共45页，编辑于2022年，星期六