基因芯片技术及其应用简介(精)
基因芯片技术及其应用简介
生物科学学院杨汝琪
摘要:随着基因芯片技术的发展,基因芯片越来越多的被人们利用,它可应用于生活中的方方面面,如:它可以应用于医学、环境科学、微生物学和农业等多个方面,基因技术的发展将有利于社会进一步的发展。
关键词:基因芯片;技术;应用
基因(gene是载有生物体遗传信息的基本单位,存在于细胞的染色体(chromosome上。将大量的基因片段有序地、高密度地排列在玻璃片或纤维膜等载体上,称之为基因芯片(又称DNA 芯片、生物芯片。在一块1 平方厘米大小的基因芯片上,根据需要可固定数以千计甚至万计的基因片段,以此形成一个密集的基因方阵,实现对千万个基因的同步检测。基因芯片技术是近年来兴起的生物高新技术,把数以万计的基因片段以显微点阵的方式排列在固体介质表面,可以实现基因检测的快速、高通量、敏感和高效率检测,将可能为临床疾病诊断和健康监测等领域,带来全新的技术并开拓广阔的市场。
1 基因芯片技术原理及其分类
1.1基因芯片的原理:
基因芯片属于生物芯片的一种"其工作原理是:经过标记的待测样本通过与芯片上特定位置的探针杂交,可根据碱基互补配对的原则确定靶序列[1],经激光共聚集显微镜扫描,以计算机系统对荧光信号进行比较和检测,并迅速得出所需的信息"基因芯片技术比常规方法效率高几十到几千倍,可在一次试验中间平行分析成千上万个基因,是一种进行序列分析及基因表达信息分析的强有力工具。
1.2基因芯片分类:
1.2.1根据其制造方法可分原位合成法和合成后点样法;
1.2.2根据所用载体材料不同分为玻璃芯片!硅芯片等;
1.2.3根据载体上所固定的种类可分为和寡核苷酸芯片两种;
1.2.4根据其用途可分测序芯片!表达谱芯片!诊断芯片等
2 基因芯片技术常规流程
2.1 芯片设计根据需要解决的问题设计拟采用的芯片,包括探针种类、点阵数目、片基种类等。
2.2 芯片制备将DNA, cDNA或寡核昔酸探针固定在片基上的过程。从本质上可分为两大类fz} ,一类是在片基上直接原位合成,有光蚀刻法、压电印刷法和分子印章多次压印法三种;另一类是将预先合成的探针固定于片基表面即合成点样法。
2.3 样品制备常规方法提取样品总RNA,质检控制。再逆转录为。DNAo
2.4 样品标记在逆转录过程中标记荧光素等。
2.5 芯片杂交标记的cDNA溶于杂交液中,与芯片杂交。
2.6 芯片扫描一用激光扫描仪扫描芯片。
2.7 图像采集和数据分析专用软件分析芯片图像,然后对数据进行归一化,最后以差异为两倍的标准来确定差异表达基因。
2.8 验证用定量PCR或原位杂交验证芯片结果的可信性。
3基因芯片合成的主要方法
目前已有多种方法可以将基因片段(寡核苷酸或短肽固定到固相支持物上。这些方法总体上有两种:
3.1原位合成:
此方法主要为光引导聚合技术,它不仅可用于寡聚核苷酸的合成,也可用于合成寡肽分子。光引导聚合技术是照相平板印刷技术与传统的核酸、多肽固相合成技术相结合的产物。半导体技术中曾使用照相平板技术法在半导体硅片上制作微型电子线路。固相合成技术是当前多肽、核酸人工合成中普遍使用的方法,技术成熟且已实现自动化。二者的结合为合成高密度核酸探针及短肽阵列提供了一条快捷的途径。作原位合成的支持物在聚合反应前要先使其表面衍生出羟基或氨基(视所要固定的分子为核酸或寡肽而定并与保护基建立共价连接;
3.2点样合成:
此方法在多聚物的设计方面与原位合成相似,合成工作用传统的DNA或多肽固相合成仪完成,只是合成后用特殊的自动化微量点样装置将其以比较高的密度涂布于硝酸纤维膜、尼龙膜或玻片上。作点样用的支持物为使其表面带上正电荷以吸附带负电荷的探针分子,通常需包被以氨基硅烷或多聚赖氨酸等。
4基因芯片技术的应用
4.1 在基础研究中的应用
4.1.1 基因表达分析
同一组织细胞在不同的发育阶段,不同的外界环境因素影响下,其基因的表达模式不同,同一个体的不同组织器官的基因表达模式也不同。如何研究众多基因表达与否及其表达丰度是人们关注的一个焦点问题。传统的方法一次只能研究某个基因的表达情况,远不能满足这一要求,而基因芯片技术由于具有高并行性、高通量的特点正适合于此研究。芯片杂交在对基因表达进行分析中能够从很少的样品提供有关基因表达差异表达的信息,对疾病的诊断、治疗和药物筛选有促进作用。
4.1.2基因组测序
基因组测序芯片技术中杂交测序技术和邻堆杂交技术都能进行高效快速的
测序。基因芯片技术用于测序提出的较早,Chee等利用 135000个探针的阵列对人类线粒体基因组测序,准确率达99%以上。
4.1.3发现新基因
寻找和发现新基因是各学科研究的主要任务之一。传统的分子生物学方法如差异显示 PCR、代表性差异分析法、消减杂交、抑制性消减杂交等以各自独特的设计策略,有效地发现了许多相关的新基因。但这些方法大多局限于对单个或几个基因的分析,无法阐明某一生物过程或某一病理生理过程中多基因的复杂作用及其相互调控关系,还存在有如所得序列往往是部分片段、对一些低丰度的基因不易发现、操作步骤繁琐费时、假阳性率较高、重复性差、特异性不高、低通量等不足,且受 PCR、电泳分辨率等条件的限制。基因芯片技术高通量、高灵敏度、自动快速、并行性的特点,在新基因发现中能克服传统方法的一些不足,能以极少量的样品,自动化地并行分析数以万计的基因在不同时空上的表达模式和变化,能满足多基因参与调控的复杂过程,能以各自不同的研究策略,灵活地设计不同的微阵列来大规模、快速地对成千上万的基因进行平行筛选,找出有差异表达的基因,能大大提高对新基因发现的效率和可能。
基因芯片技术的诸多优点:被检目标 DNA 密度高、样品用量极少、自动化程度高、便于大量筛选新基因等,使得发现新基因的速度大大提高。Sche na等对T细胞相应与 17 个阵列成分的c DNA 测序发现 3 个新基因。4.1.4突变体和多态性的检测
基因芯片技术还可规模地检测和分析 DNA 的变异及多态性。G uo等利用结合在玻璃支持物上的等位基因特异性寡核苷酸(ASO s微阵列建立了简单快速的基因多态性分析方法。将 ASO s共价固定于玻璃载片上,采用 PCR 扩增基因组 DNA 其一条引物用荧光素标记,另一条引物用生物素标记,分离两条互补的DNA 链,将荧光素标记DNA链与微阵列杂交,通过荧光扫描检测杂交模式,即可测定 PCR 产物存在的多种多态性,该方法对人的酪氨酸酶基因第 4 个外显子内含有的 5 个单碱基突变进行分析,结果显
示单碱基错配与完全匹配的杂交模式非常易于区别。这种方法可快速、定量地获得基因信息。
4.1.5基因文库作图 :
采用高密度 DNA探针阵列和相应的生化与信息学方法进行基因组文库克隆排序,该方法对基因组文库中每一个克隆,都可以检测出一个特征性序列标记物,而每一对克隆中,在标记物之间相似性基础上,测量其相对重叠部分,利用该重叠信息,即可连续性地将文库排列成重叠图谱。
4.2在医学中的应用
4.2.1 疾病诊断
目前,基因诊断是基因芯片中最具有商业价值的领域。许多疾病都与基因相关,传统的基因诊断方法往往只能对单个或少数几个基因进行检测,效率低且准确性差,利用基因芯片技术高速、并行、集成化程度高和灵敏度好等特点,可以实现对该疾病的快速、简便、高效的诊断。
4.2.2 药物筛选和药物开发
由于芯片技术具有高通量、大规模、平行性等特点,可以进行新药的筛选,尤其在对中药成分的真伪鉴定及有效成分的筛选、药理研究、化学药物的合成等方面具有重要的作用。而且用基因芯片作大规模的筛选研究可以省略大量的动物试验,缩短药物筛选所用时间;还可以利用基因芯片技术来寻找药物靶标,查检药物的毒性或副作用,从而在基因组药学领域带动新药的研究和开发。
4.2.3 避免遗传病的发生
目前知道有 600多种遗传病与基因有关,妇女在妊娠早期用 DNA 芯片做基因诊断,可以避免许多遗传疾病的发生。
4.2.4 法医鉴定
在法医学方面,DNA芯片比早先的 DNA 指纹鉴定更进一步,它不仅可以做基因鉴定,而且可以通过 DNA中包含的生命信息描绘生命体的脸形、长相和外貌特征。此外,基因芯片在病原体诊断、器官移植、细胞抑制方面等方面也有应用。
4.2.5药物研究
基因芯片在药物研发中的作用有以下几个方面:
①人类基因组芯片在一定程度上代替人体靶组织,为待测药物提供了理想
的研究对象;
②芯片可以用来分析代谢途径和信号调节通路。例如通过研究在某种药物
作用下,机体药物代谢过程相关基因的表达变化,进而对所有上调和下调
的基因的全面研究,能够发现一些新的信号调节通路,这些新的调节通路则为新药开发提供了思路;
③可以确定药物作用相关的靶组织,预测药物的副作用,进而通过对不同
组织的药物选择性试验,使药物的副作用减少到最小程度;
④引导医药开发如疫苗和抗菌素的研发。使用c DNA 芯片研究发现了脑膜
炎淋球菌在和宿主表皮细胞接触后表达增高的 189个基因,其中4
4%的功能是编码细胞表面蛋白,这项研究成果为开发预防脑膜炎
淋球菌感染的相关疫苗提供了可选择的靶位点;
⑤当传统检测方法难以追踪药物本身或者药物的临床效果显现的间期较长
时,通过基因芯片检测特定被诱导的基因(药品代谢相关的基因,
可以为预知药效及药物临床使用剂量提供一种简便的途径。
4.2.6 疾病的基因诊断
随着基因芯片使用范围的增加,其在疾病的早期诊断、分类、指导预后和寻找致病基因上都有着广泛的应用价值。在癌症的诊断上,医生们通常依靠检测一些基因和蛋白质的表达变化水平来进行诊断。通过基因芯片技术对这些基因的检测,可以对以上疾病进行准确的早期诊断。基因芯片技术还可用于病原菌的鉴定,通过构建多种细菌的抗原决定簇和毒力因子的基因芯片,可以用于诊断临床上不明确的感染性疾病的感染源。除上述应用外,基因芯片技术还可以应用在新的病原菌的鉴定,流行病学调查及微生物的衍化进程等方面。
4.2.7基因芯片技术在创伤骨科研究领域的应用
骨创伤的修复也涉及多个基因及复杂的信号转导机制l,基因芯片能够同时对多个基因组群的表达进行研究,这一特点使其在骨创伤修复研究中具有其他研究方式所不具备的优势。在骨的愈合过程中,力学环境、血管发生和成骨作用的相互依赖性亦被Fang等,通过生物芯片技术在基因表达水平加以证实。而雌激素通过复杂的代谢过程参与骨折愈合过程,对雌激素相关基因的研究是了解这一复杂机制的必要条件。Hatan。等[”]对骨折愈合过程中的雌激素相关基因进行表达谱分析,发现有52个相关基因在卵巢切除的大鼠中下调,但在给子雌激素后恢熨其中尿激酶纤溶酶原激活子在骨折大鼠模型的软骨与骨连接部位有-活化软骨细胞和破软骨细胞的功能,提示u一PA在愈合组织的再吸收和改建过程中具有重要的作用。
4.2.8基因芯片技术在输血医学中的应用
基因芯片技术的快速发展,对输血医学事业发展产生巨大的影响,其应用潜
力将给21世纪的输血医学事业带来历史性的变化。基因芯片技术现在已应用于医学各个领域。基因芯片技术在输血医学中的应用,包括血液制品的病毒性指标的检测与保存、血型鉴定、血液成分单采、输血相关性疾病诊断与治疗以及目前存在的问题。如:利用基因芯片技术进行血液不同血型间的转化,甚至“创造”新血型。
对最常见的红细胞ABO血型系统来说,应用基因芯片检测出不同血型间基因差别,再通过基因芯片技术进行必要的“剪切”和“装配”,使其转变为所需要的血型。
4.2.9 中药的鉴定
中药材通常经过处理而成为干药材,一般凭性状辨别不同的类别,有时连专
家也感到困难。尤其是要鉴别外观类似但药性及价值均差别很大的草本药材,更为棘手。若能将基因芯片技术用于中药的鉴别相信可以解决一些难题。利用这一技术的前提是应用分子生物学技术找出待鉴定中药的特定寡核苷酸序列,并将其
集成在芯片上。然后提取样本DNA进行扩增,荧光标记后与芯片杂交。若样本中存在与之互补的序列即可检测出来。李绍平等人将川贝母5SrRNA的一段特异序列做为探针制成芯片,用该芯片能准确地鉴定出真正的高效低毒、价格昂贵的川贝母。基因芯片还可用于药用植物种属的验证。这种检测的方法与上述方法不同,是将针对药用植物不同种属某基因多态性片段的寡核苷酸探针全部集成于芯片上,并设计特异引物,将来自于不同种属的PCR产物与芯片杂交,即得到结果。4.2.10基因芯片技术在中药中的应用研究进展
基因芯片技术是一种高通量筛选的研究手段,可以在同一时刻对成千上万个基因的表达情况进行分析"在药物研究领域中,基因芯片通过检测药物对生物体中基因表达水平的影响,可从整个生物分子途径来对药物药理和毒理等方面进行评价"传统中药在中国使用有上千年的历史,将这一新兴技术结合到古老中药的研究中去,在中药现代化的进程中将是一件很有意义的尝试"近年来,国内外已有多家研究机构将基因芯片技术应用到中药有效成分的筛选!药理和毒理机制的阐述及其品质鉴定等领域,并已取得了不少成就"
4.2.11基因芯片在脑创伤研究中的应用
脑创伤极为常见,其伤残率和致死率占全身各部位损伤的首位。所以,对脑创伤研究的意义犹为突出。怎样将众多基因的表达与脑创伤病情的发展和预后相联系,
怎样在基因水平上预防和治疗脑创伤及判断预后,成为目前研究的重点。自基因芯片技术问世以来,已有学者将其应用在脑创伤研究中,并取得一定的进展。
4.2.12基因芯片在中枢神经系统疾病中的应用
后基因组时代网络数据库提供了大量人类表达序列标记。采用集成大量ESTs 的基因芯片分析样品,能迅速有效地获得基因表达图谱。通过比较样本基因表达差异、分析基因产物的成分,可以发现新的疾病相关基因或线索,衍生出一些新的研究方向用于中枢神经系统疾病的研究。有人利用实验室利用基因芯片技术对大鼠脊髓损伤前后基因表达谱进行了研究,发现在胚胎期高表达的膜联蛋白(Annexin II在脊髓损伤后表达显著增高,我们对Annexin II进行了进一步研究。结果显示Annexin II 蛋白可以显著减轻神经细胞损伤和死亡,作用方式可能是通过抑制磷脂酶入(PLAZ 进行作用。这些现象表明,Annexin II有希望发展成为一种神经保护药物,减轻初次损伤向再次损伤发展,可用于脊髓损伤治疗。
4.2.13基因芯片在肿瘤治疗方面的应用前景
基因芯片技术通过对肿瘤基因表达谱分析,组成肿瘤基因诊断芯片,研究
肿瘤基因的功能,既可用于肿瘤普查,又能达到早期诊断和早期治疗的目的"基因芯片要成为临床诊断和治疗肿瘤普遍采用的技术仍有一些关键问题需要解决:现阶段芯片检测的灵敏度决定了需要首先扩增模板,而一般采用PCR方法,不可避免带来PCR所具有的局限性"目前采用的荧光标记方法存在检测灵敏度低的问题"芯片杂交的条件高度个体化,难以形成比较统一的!规范的杂交环境,会给应用带来障碍"芯片成本及后期信息处理费用较高"随着生命科学技术的进一步发展,这些问题将会被逐步解决,基因芯片在肿瘤临床治疗中会显示出越来越重要的作用.
4.3 在环境科学领域的应用
基因芯片技术可高效检测由微生物、有机物等引起的污染,对环境污染物进行检测与评价。同时能够帮助研究人员通过大规模的筛选制备能够治理污染源
的基因产品或寻找到保护基因并制备防治危害的基因工程产品。它克服了传统生物学技术操作繁杂、自动化程度低,检测效率低等不足,充分利用了生物科学、信息学等当今前沿领域的研究成果,现在已越来越广泛的被应用到多个领域中。环境科学研究的主要是环境中的物质,尤其是人类活动产生的污染物,及其在环境中的产生、迁移、转变、归宿等过程和运动规律,因此,将生物芯片技术引入环境科学研究中有重大意义。生物芯片高信息量快速、微型化、自动化、成本低、污染少、用途广等优点,很适应环境学研究中的技术需求,使其在环境科学领域有很好的应用前景。虽然生物芯片技术在环境领域的应用实例还较少,且其自身还有许多问题亟待解决(如提高芯片的特异性、简化样品制备和标记操作程序、增加信号检测的灵敏度等等,但随着技术的发展与完善,生物芯片技术必将会越来越广泛的应用到环境科学研究的各个领域,给21世纪人类对环境的保护和治理带来一场“革命”。
4.3.1 基因表达的检测
在现在已经明确包括人类、酵母菌及一些细菌等在内的多种生物的全基因序列的条件下,基因芯片依靠其高度密集的核苷酸探针,能够将一种生物所有的基因对应的m RNA 或c DNA 或者该生物的全部 ORF都编排在一张芯片上,从而简便地检测每个基因在不同环境下的转录水平。整体分析多个基因的表达则能够全面并且非常准确地揭示基因产物和其转录模式之间的关系。同时,细胞的基因表达产物决定了细胞的生化组成、细胞的构造、调控系统及功能范围,根据已知基因表达产物的特性,基因芯片技术能够全面、动态地了解生活细胞在分子水平的活动。
4.3.2 基因突变点的定位
基因序列的变异是物种间及物种内差异的主要原因,也是疾病状态和正常状态下表型差异的遗传学基础。利用基因芯片技术对这些突变点的定位、确认及分类是诊断基因疾病的基础。寡核苷酸芯片对于检测密切相关的变异基因序列有很好的操作性,能够指出变异位点、被代替的核苷酸及变异特性;但不适用于有大的插入、缺失片段的检测以及多态性分析。
4.3.3 序列分析
微小序列芯片是一种搜寻所有可能序列变化的有力工具,它将杂交反应和酶引物扩增反应结合在一起,在杂交反应中以寡核苷酸作为探针,其5′端通过一个末端连接被限制反应,使3′端的自由-OH暴露出来。引物扩增反应使用了标记的三磷酸双脱氧核苷酸。杂交反应后,杂交体和寡核苷酸探针分别作为模板和引物,反应后可以在荧光显微镜下观察从3′端伸出的不同长度的双脱氧核苷酸链,以确定目标核苷酸序列。
4.4 基因组及基因的研究
因为基因芯片具有高敏感性和高准确性,近来有研究利用此特性研究酵母基因组的复制活动,通过对酵母基因组在S期上千个位点DNA拷贝数的比较,发现了其复制起点;同时还研究了复制叉在基因组的移动与S期复制和转录活动的关系[12]。另外,在多种肿瘤的研究中,通过比较肿瘤发生的相关基因的DNA拷贝数,发现了一些新的基因。
4.7 基因芯片技术在病原微生物研究中的应用
4.7.1 基因芯片技术在病毒研究中的应用
4.7.1.1 病毒的分型
基因芯片是基于碱基互补的原理直接对病原体核酸进行检测,将来的诊断芯片有可能同时对所有肝炎病毒进行检测,具有非常大的发展前景[8]"吴海等(2001[9]以HBV!HCV高度保守的基因片段为探针,制备成/乙型!丙型肝炎病毒双检基因芯片0"检测时抽提患者血清中的病毒核酸,同时对不同血清(正常人血清,乙肝E抗原阳性血清,丙肝RNA阳性血清,乙肝!丙肝阳性混合血清能有效检测区分"
4.7.1.2 病毒感染对宿主细胞基因表达的影响
感染人巨细胞病毒HCMV后,宿主细胞的基因表达水平有所改变,利用基因芯片可以检测到mRNA的细微变化,利用病毒DNA芯片,在基因组水平上快速!平行地分
析基因表达,通过病毒基因表达对药物敏感性的动力学观察了解药物的作用机制,可以用于药物筛选和临床治疗"
4.7.1.3 病毒感染的诊断
将病毒的一段高度保守的基因片段,用芯片点样仪点样到包被过的玻璃片上,制备成检测芯片"提取样品中的RNA,进行反转录和荧光标记后滴加到芯片上进
行特异性杂交,对杂交结果进行扫描检测,可同时诊断上述5种动物传染病,此方法不但快速!准确!敏感,而且可同时进行多种病毒的检测"
4.8 基因芯片在食品检测中的应用
4.8.1 细菌检测
基因芯片技术细菌检测,在 PCR基础上的病原检测系统的应用,大大缩短了诊断时间,使那些不能培养或很难培养的细菌也得到快速诊断。Antho ny等人建立了1个在4h以内致病细菌的快速诊断方法。他们运用该法对158 例经血培养鉴定为阳性的样品进行检测,结果符合率为 79.9%Carl等在对4种细菌,即大肠埃希菌、痢疾杆菌、伤寒杆菌、空肠弯曲菌采用了基因芯片的检测方法,其检测结果不仅敏感度高于传统方法,且操作简单,重复性好,并节省了大量时间,大大提高了4种细菌诊断效率。选择从水、食品和临床样品中分离有关致病菌或卫生指标菌,并以沙门菌、志贺菌和大肠埃希菌的标准菌株作对照,观察基因芯片检测致病菌的敏感性、特异性,并与常规检测方法、PCR检测方法作对比。结果表明,采用基因芯片技术几乎可以检测上述所有的细菌,检测结果与传统方法符合率为98%,与PCR 检测结果的一致性为96.3%。基因芯片技术检测时间约4h;而PCR 检测需要8h;传统的方法需要
25d。基因芯片技术引入微生物检测领域为建立快捷高效的检测方法提供了技术平台,用于食品、水质中常见细菌、霉菌检测的基因芯片已经问世
4.8.2 病毒的检测
病毒由 1个DNA芯子和 1个蛋白外壳组成。按宿主不同主要分为植物病毒、动物病毒。其中与人类最密切相关的是动物病毒,特别是一些能为人类提供主要肉食来源的动物。人们捕杀或食用了带病毒的动物而使人类感染患病,如疯牛病病毒、口蹄疫病毒、 SARS 病毒,又如近几年在东南亚各国爆发的禽流感,除引起禽类大量死亡外,也使数十人感染身亡。由于目前人类掌握的医疗技术还不能有效地治疗病毒性疾病,所以对于这些可通过饮食传播,并会传染给人的病毒的有效检测就成为预防和控制疾病的首要措施,基因芯片技术是近几年运用的病毒检测新技术之一。现在世界各国都在积极地进行能够对人类构成危害的各种病毒快速检测芯片的研究。杨素等用分子克隆方法获得口蹄疫病毒、水泡性口炎病毒、蓝舌病病毒、鹿流行性出血热病毒和赤羽病病毒各一段高度保守
的基因片段,可同时诊断上述 5种动物传染病,此方法不但快速、准确、敏感,而且可同时进行多种病毒的检测。周琦等也研制出用于检测SARS病毒的全基因芯片,共 660 条病毒探针,覆盖了SARS 冠状病毒的全部序列,应用该基因芯片可对病人、出入境食品、动植物及其产品进行检测。
4.8.3 对转基因食品和食品原料的检测
4.8.3.1 转基因源食品
基因修饰食品,又被称为转基因食品或基因工程食品。在欧盟新型食品条例中将基因修饰食品定义为:“一种由经基因修饰的生物体生产的或该物质本身的食品。”具体包括2 类:包含基因修饰组分的食品和食品基料;由基因修饰生物生产,但并不包含基因修饰组分的食品。我国及菲律宾利用转基因技术培育出“超级水稻”和“超超级水稻”。我国培养生长速度快、节约饵料的转基因鱼上万尾。上海医学遗传研究所与复旦大学合作的转基因羊的乳汁中含有人的凝血因子,既可以食用,又可以药用,为通过动物廉价生产人类的珍贵药物迈出了重大的一步。转基因食品开始进入我们的生活。
4.8.3.2 转基因食品的安全性
对于转基因食品的安全问题目前还有较大的争论,且目前还没有通用的检测方法,而基因芯片技术可以快捷准确地对其检测。将目前通用的报告基因、抗性基因、启动子和终止子的特异片断制成检测芯片与待测产品的DNA进行杂交,就可以判断待测样品是否为转基因产品。基因芯片技术不但可对转基因食品进行定性检测,还可以定量的检测其种类。利用该技术既可检测食用成品,也可检测鲜活的动植物材料。其灵敏性好、自动化程度高、特异性强、假阳性低、简便快速及准确率高是一门极有发展前途的技术。该技术可靠性已被对大豆、玉米、油菜、棉花等农作物样品的检测结果所证实。另外,利用该技术也可以筛选转基因所需要的目的基因。在农业上,基因芯片筛选发生基因突变的食品原料作物;寻找高产、抗虫、抗病、经济价值高的作物,进行农药的筛选;检测各种作物的基因组;通过比较差异表达寻找新基因。
4.8.3.3 对食品营养成分等的检测
基因芯片技术在食品中的应用成为新的研究领域,利用基因芯片技术研究食品的营养成分,营养素与蛋白和基因表达的关系,将为揭示肥胖的发生机理和预防打下基础。Wodicka采Affymetrix公司制作酵母基因表达型芯片,对在营养丰富及营养
贫乏 2 种培养基中生长的酵母细胞的基因表达情况进行了分析,发现结构及核糖体蛋白基因的表达基本稳定,与培养基营养丰富与否关系不大。但是,一些目前尚未阐明功能基因的表达是与培养基营养状态有关。在营养缺乏时,有140个基因表达增加;而在营养丰富时,有36 个基因表达较多。Lvakhovith等应用 DNA 芯片技术检测1,5一二羟维生素 D3 处里过的乳腺癌细胞的FGF-7的表达,发现无论在mRNA 水平还是蛋白水平都有明显的增加,从而首次揭示了维生素D 可能通过调节FGF-7的表达而调节细胞的生长分化。
4.8.3.4 转基因农产品检测
广泛收集用于转基因技术的启动子!目的基因(如抗病基因!抗虫基因等和
标记基因的EST序列,制成基因芯片,可以对转基因农产品进行检测"SuzukiM
等使用寡聚核苷酸微阵列分析了携带35S:VP1的拟南芥转基因植株"用基因芯片分
析鉴定了353个VP1/ABA调控的基因"这些基因中的73%在植物组织中受VP1和ABA的影响,这显示了ABA信号传导和VP1功能之间的紧密联系"AbeH等报道了
rd22启动子区域MYC和MYB识别位点在干旱诱导的rd22基因的表达中是作为顺式作用元件发挥功能的"Sinvany-VillaloboG等利用70-mer的寡核苷酸微阵列研究了拟南芥线粒体和叶绿体中多基因家族成员在不同的生长条件刺激下的转录变化情况。
5基因芯片在现代农业中的应用
5.1 基因芯片在植物病毒检测中的应用
基因芯片将与核酸分子杂交完美结合,通过对植物病毒基因组分析,将该病
毒的外壳蛋白等高度保守序列作为鉴定指标,可以直接对植物病毒提取液进行检测"因其利用核酸杂交的特异性高的特点,通过平行分析扩增产物来快速!准确地鉴别多种病原体,避免了技术使用过程中由于非特异性产物增多导致假阳性检测结果的出现,可用于高通量!大规模的病毒分型"由于随机突变的发生,单核苷酸的多态性使相同基因型病毒的不同株的杂交结果不同,基因芯片的检测结果可为不同亚型的确定提供依据,因此基因芯片在植物病毒感染的分子鉴定方面前景广阔"另外,基因芯片技术可通过检测被感染的宿主细胞基因表达情况的改变,提供一种新型的研究植物病毒与宿主相互作用的重要手段。
农业是组成国民经济的重要部分,农业的发展关系到一个国家经济的发展和国家的安全稳定,尤其对以农业为主要基础产业的国家具有重大影响,现代分子生物学研究的深入推动了农业的发展,使农业研究进入飞速发展时代"而应用基因芯片技术,可以在分子生物学研究的基础上,使其研究成果得到迅速转化和利用目前在农业上基因芯片技术只得到一些有限的应用,从而使基因芯片在农业上的应用还基本上是一个空白领域"根据生物芯片的设计和应用原理,基因芯片技术应该在农业上和其他领域一样具有广泛应用前景。
综上所述基因芯片可以应用于医学、环境科学、微生物学和农业等多个方面,基因技术的发展将有利于社会进一步的发展。
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物联网技术的背景应用介绍
发表于 2010-4-12 定义 物联网的英文名称为"The Internet of Things”。由该名称可见，物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。 这里的“物”要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围：1、要有相应信息的接收器；2、要有数据传输通路；3、要有一定的存储功能；4、要有CPU； 5、要有操作系统； 6、要有专门的应用程序； 7、要有数据发送器； 8、遵循物联网的通信协议； 9、在世界网络中有可被识别的唯一编号。 背景 物联网的概念是在1999年提出的。过去在中国，物联网被称之为传感网。中科院早在1999年就启动了传感网的研究，并已取得了一些科研成果，建立了一些适用的传感网。 1999年，在美国召开的移动计算和网络国际会议提出了，“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”。 2003年，美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。 2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了“物联网”的概念。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有
的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。 根据ITU的描述，在物联网时代，通过在各种各样的日常用品上嵌入一种短距离的移动收发器，人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时间任何地点的人与人之间的沟通连接扩展到人与物和物与物之间的沟通连接。 2009年１月２８日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”，作为仅有的两名代表之一，ＩＢＭ首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。 2009年2月24日消息，IBM大中华区首席执行官钱大群在2009IBM论坛上公布了名为“智慧的地球”的最新策略。 此概念一经提出，即得到美国各界的高度关注，甚至有分析认为ＩＢＭ公司的这一构想极有可能上升至美国的国家战略，并在世界范围内引起轰动。ＩＢＭ认为，ＩＴ产业下一阶段的任务是把新一代ＩＴ技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成物联网。 针对中国经济的状况，钱大群表示，中国的基础设施建设空间广阔，而且中国政府正在以巨大的控制能力、实施决心、和配套资金对必要的基础设施进行大规模建设，“智慧的地球”这一战略将会产生更大的价值。 在策略发布会上，IBM还提出，如果在基础建设的执行中，植入“智慧”的理念，不仅仅能够在短期内有力的刺激经济、促进就业，而且能够在短时间内为中国打造一个成熟的智慧基础设施平台。 钱大群表示，当今世界许多重大的问题如金融危机、能源危机和环境恶化等，实际上都能够以更加“智慧”的方式解决。在全球经济形势低迷的同时，也孕育着未来的发展机遇，中国不仅能够籍此机遇开创新乐观产业和新的市场，加速发展，摆脱经济危机的影响。 IBM希望“智慧的地球”策略能掀起了“互联网”浪潮之后的又一次科技革
基因芯片技术基础知识(概念、制备、杂交、应用及发展方向)
生物科学正迅速地演变为一门信息科学。最明显的一个例子就是目前正在进行的HGP （human genome project），最终要搞清人类全部基因组的30亿左右碱基对的序列。除了人的遗传信息以外，还有其它生物尤其是模式生物（model organism）已经或正在被大规模测序，如大肠杆菌、啤酒酵母、秀丽隐杆线虫以及中国和日本科学家攻关的水稻基因组计划。但单纯知晓生物基因组序列一级结构还远远不够，还必须了解其中基因是怎样组织起来的，每个基因的功能是什么，又是怎样随发育调控和微环境因素的影响而在特定的时空域中展开其表达谱的，即我们正由结构基因组时代迈入功能基因组时代。随着这个功能基因组学问题的提出（后基因组时代，蛋白组学）[1]，涌现出许多功能强大的研究方法和研究工具，最突出的就是细胞蛋白质二维凝胶电泳（2-D-gel）（及相应的质谱法测蛋白分子量）和生物芯片（Biochip）技术[2]。 一．什么是基因芯片 生物芯片，简单地说就是在一块指甲大小（1cm3）的有多聚赖氨酸包被的硅片上或其它固相支持物（如玻璃片、硅片、聚丙烯膜、硝酸纤维素膜、尼龙膜等，但需经特殊处理。作原位合成的支持物在聚合反应前要先使其表面衍生出羟基或氨基（视所要固定的分子为核酸或寡肽而定）并与保护基建立共价连接；作点样用的支持物为使其表面带上正电荷以吸附带负电荷的探针分子，通常需包被以氨基硅烷或多聚赖氨酸等）将生物分子探针（寡核苷酸片段或基因片段）以大规模阵列的形式排布，形成可与目的分子（如基因）相互作用，交行反应的固相表面，在激光的顺序激发下标记荧光根据实际反应情况分别呈现不同的荧光发射谱征，CCD相机或激光共聚焦显微镜根据其波长及波幅特征收集信号，作出比较和检测，从而迅速得出所要的信息。生物芯片包括基因芯片、蛋白质芯片、组织芯片。而基因芯片中，最成功的是DNA芯片，即将无数预先设计好的寡核苷酸或cDNA在芯片上做成点阵，与样品中同源核酸分子杂交[3]的芯片。 基因芯片的基本原理同芯片技术中杂交测序（sequencing by hybridization, SBH）。
物联网及物联网工程专业介绍
物联网及物联网工程专业介绍 物联网是新一代信息技术的重要组成部分。物联网的英文名称叫“The Internet of things”。顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。 物联网工程专业 培养目标 本专业培养能够系统地掌握物联网的相关理论、方法和技能，具备通信技术、网络技术、传感技术等信息领域宽广的专业知识的高级工程技术人才。 培养要求 具有较好的数学和物理基础，掌握物联网的相关理论和应用设计方法，具有较强的计算机技术和电子信息技术的能力，掌握文献检索、资料查询的基本方法，能顺利地阅读本专业的外文资料，具有听、说、读、写的能力。 主干学科与课程 信息与通信工程、电子科学技术、计算机科学与技术。物联网概论、电路分析基础、信号与系统、模拟电子技术、数字电路与逻辑设计、微机原理与接口技术、工程电磁场、通信原理、计算机网络、现代通信网、传感器原理、嵌入式系统设计、无线通信原理、无
线传感器网络、近距无线传输技术、二维条码技术、数据采集与处理、物联网安全技术、物联网组网技术等。 本科，学制四年，授工学学士学位。 课程设置选项之一 2010年初教育部下达了高校设置物联网专业申报通知，众多高校争相申报。由于物联网涉及的领域非常广泛，从技术角度，主要涉及的现有高校院系与专业有：计算机科学与工程，电子与电气工程，电子信息与通讯，自动控制，遥感与遥测，精密仪器，电子商务等等。物联网专业可能会在上述这些院系中开设。与物联网应用相关的专业，如建筑与智能化，土木工程，交通运输与物流，节能与环保等等，可能会考虑开设选修课或在研究生、博士生阶段设置相关交叉学科的学位。 物联网可以是一个“专业”，但不一定是一个“学科”。国内有些专家反对设置“物联网专业”，因为定位不清，一个学校往往有好几个院系争夺“物联网专业“的申报，又不是一个明确的学科，难以培养出真正的专业人才，培养出来的人可能是“万精油”，懂得多但是不精，尤其是本科阶段，建议只作为研究生专业，像MBA一样的模式。和目前许多高校设置的“电子商务”专业一样，“电子商务”也有同样的定位不清问题，只要高校设置的物联网专业能够培养出社会需要的专业人才，尤其是跨专业复合型人才，就应该可以设置，不必拘泥于它究竟属于哪个现有的“学科”。下表列出了一个高校物联网专业课程设置的初步建议，算是抛砖引玉。 课程1、物联网产业与技术导论使用电子工业出版社《物联网：技术、应用、标准和商业模式》等等教材。在学完高等数学，物理，化学，通信原理，数字电路，计算机原理，程序设计原理等课程后开设本课程，全面了解物联网之RFID、M2M、传感网、两化融合等技术与应用。
基因芯片技术的应用和发展趋势
基因芯片技术的应用和发展趋势 随着基因芯片技术的日渐成熟, 在功能基因组、疾病基因组、系统生物学等领域中得到了广泛的应用, 已经发表了上万篇研究论文, 每年发表的论文呈现增长的趋势. 芯片制备技术极大地推进了生物芯片的发展, 从实验室手工或机械点制芯片到工业化原位合成制备, 从几百个点的芯片到几百万点的高密度芯片, 生物芯片从一项科学成为一项技术, 被越来越多的研究者广泛运用. 各个实验室不断产生海量的杂交数据, 相同领域的研究者需要比较不同实验平台产生的数据, 作为基于分子杂交原理的高通量技术, 芯片实验的标准化、可信度、重现性和芯片结果是否能作为定量数据等问题成为所有的芯片使用者关心的课题. 迈阿密原则和微阵列质量控制系列研究回答了这两个问题. 迈阿密原则(Minimum Information About a Micro- array Experiment, MIAME, 微阵列实验最小信息量)提出了生物芯片标准化的概念, 该原则的制定使世界各地实验室的芯片实验数据可以为所有的研究者共享. 同 时, 美国国家生物信息学中心(NCBI)和位于英国的欧洲生物信息学研究所(EBI)也建立了GEO ( https://www.360docs.net/doc/ba6520405.html,/geo/)和ArryExpress (http:// ;https://www.360docs.net/doc/ba6520405.html,/arrayexpress/)公共数据库, 接受和储存全球研究者根据迈阿密原则提交的生物芯片数据, 对某项研究感兴趣的研究人员可以下载到相关课题的芯片原始数据进行分析. 2006年美国FDA联合多个独立实验室进行了MAQC系列实验(micro array quality control, MAQC), 旨在研究目前所使用的芯片平台的质量控制. 该研究的12篇系列文章发表在2006年9月份的Nature Biotechnology 上, 用严格的实验分析了目前主流芯片平台数据质量, 芯片数据和定量PCR结果之间的相关性, 芯片数据均一化方法, 不同芯片平台之间的可重现性. 证明了不同芯片平台产生的数据具有可比性和可重现性, 各种芯片平台之间的系统误差远远小于人为操作和生物学样品之间本身的差异, 肯定了芯片数据的可信性, 打消了以往对芯片数据的种种猜疑, 明确了基于杂交原理的芯片同样可以作为一种定量的手段. 推动了生物芯片技术在分子生物学领域更广泛的应用. 生物信息学和统计学是在处理基因芯片产生的海量数据中必不可少的工具. 随着芯片应用的推进, 芯片数据分析的新理论和新算法不断地被开发出来, 这些方法帮助生物学家从海量的数据里面快速筛选出差异表达的基因. 一次芯片实验获得的是成千上万个基因的表达信息, 任何一种单一的分析方法都很难将所有蕴含在数据中的生物学信息全部提取出来, 从近年来生物信息学研究的趋势来看, 目前研究的重点开始转向芯片数据储存、管理、共享和深度信息挖掘, 旨在从芯片数据中获得更多的生物学解释, 而不再停留在单纯的差异表达基因筛选上。 目前基因芯片的制备向两个主要方向发展. 第一, 高密度化, 具体表现为芯片密度的增加, 目前原位合成的芯片密度已经达到了每平方厘米上千万个探针. 一张芯片上足以分析一个物种的基因组信息. 第二, 微量化, 芯片检测样品的微量化, 目前芯片检测下限已经能达到纳克级总RNA水平, 这为干细胞研究中特别是IPS干细胞对单个细胞的表达谱研究提供了可能. 另一方面, 微量化也体现芯片矩阵面积的微量化, 即在同一个芯片载体上平行的进行多个矩阵的杂交, 大大减少系统和批次可能带来的差异, 同时削减实验费用. 微阵列技术改变了生物学研究的方法, 使得微量样品快速高通量的分析成为可能, 从单个基因的研究迅速扩展到全基因组的系统生物学研究. 微阵列技术帮助生物学研究进入后基因组时代, 研究成果层出不穷。 2001年国家人类基因组南方研究中心韩泽广博士研究小组利用cDNA芯片对肝癌和正常组织中的12393个基因和EST序列进行了表达谱筛查, 其中发现了2253个基因和EST在肝癌中发生了差异表达, 并对这些差异基因的信号通路进行了分析, 发现WNT信号通路在肝癌的发生中出现了表达异常. 2002年中国科学院神经科学研究所张旭博士研究组利用表达谱芯片对大鼠外周神经损伤模型背根神经节的基因表达进行了研
基因芯片技术的研究进展与前景
基因芯片技术的研究进展与前景 摘要 关键词基因芯片，遗传性疾病，基因组计划， 一、基因芯片技术的产生背景 基因芯片技术是伴随着人类基因组计划而出现的一项高新生物技术。2001年6月公布了人类基因组测序工作草图；2002年出发飙了较高精确度和经过详细注解的人类基因组研究结果；2004年10月发表了已填补基因组中许多Gap片段的更精确的人类全基因组序列，标志人类基因组计划的完成和新时代的开始。随着人类基因组计划的开展，也同时进行了模式生物基因组测序工作。动物、植物、细菌及病毒基因组等测序工作都已取得重大进展。 随着各种基因组计划的实施和完成（有的即将完成），一个庞大的基因数据库已经建成。怎样从海量的基因信息中发掘基因功能。如何研究成千上万基因在生命过程中所担负的角色；如何开发利用各种基因组的研究成果，将基因的序列与功能关联起来，认识基因在表达调控、机体分化等方面的生物学意义；解释人类遗传进化、生长发育、分化衰老等许多生命现象的奥秘；深入了解疾病的物质基础及发生、发展过程；开发基因诊断、治疗和基因工程药物并用来预防诊断和治疗人类几千种遗传性疾病……这些都将成为现代生物学面临的最大挑战。这样的背景促使人们研究和开发新的技术手段来解决后基因组时代面临的一系列关键问题。20世纪90年代初，为适应“后基因组时代”的到来，产生了一项新的技术，即以基因芯片为先导的生物芯片技术。 二、基因芯片的概念 基因芯片（又称DNA芯片、DNA微阵列）技术是基于核酸互补杂交原理研制的。该技术指将大量（通常每平方厘米点阵密度高于400 ）探针分子固定于支持物上后与有荧光素等发光物质标记的样品DNA或RNA分子进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息，从而对基因表达的量及其特性进行分析。通俗地说，就是通过微加工技术，将数以万计、乃至百万计的特定序列的DNA片段（基因探针），有规律地排列固定于2cm2的硅片、玻片等支持物上，构成的一个二维DNA探针阵列，与计算机的电子芯片十分相似，只是在固相基质上古高度集成的不是半导体管，而是成千上万的网格状密集排列的基因探针，所以被称为基因芯片。 三、基因芯片技术的分类 1 根据功能分类：基因表达谱芯片和DNA测序芯片两类。基因表达图谱芯片可以将克隆的成千上万个基因特异的探针或其cDNA片段固定在一块DNA芯片上，对于来源不同的个体、组织、细胞周期、发育阶段、分化阶段、病变、刺激（包括不同诱导、不同治疗手段）下的细胞内mRNA或反转录后产生的cDNA进行检测，从而对这个基因表达的个体特异性、组织特异性、发育阶段特异性、分化阶段特异性、病变特异性、刺激特异性进行综合的分析和判断，迅速将某个或某几个基因与疾病联系起来，极大地加快这些基因功能的确定，同时可进一步研究基因与基因间相互作用的关系，DNA测序芯片则是基于杂交测序发展起来的。其原理是任何线状的单链DNA或RNA序列均可裂解成一系列碱基数固定、错落而重叠的寡核苷酸，如能把原序列所有这些错落重叠的寡核苷酸序列全部检测出来，就可据此重新组建出新序列。 2 根据基因芯片所用基因探针的类型不同，可分为cDNA微阵列和寡核苷酸微阵
基因芯片相关图像技术的简单介绍
本科课程论文 基因芯片相关图像技术的简单介绍 张大力 201330200125 指导教师邓继忠 学院名称生命科学学院专业名称14生物科学2班论文提交日期2017年6月9日
摘要 生物芯片是一种高效快速地生物学检测手段，以探针和底物的特异性结合为基本原理。其反应结果常常显示为荧光点阵列，往往具有信息量大，信息密度大的特点，人工难以识别和处理，因此多采用自动化手段进行处理，包括图像技术和计算机技术。本文简单介绍现有的几天芯片图像处理过程中所用到的图像技术。 关键词：图像技术、生物芯片、基因芯片。
1 生物芯片简介 生物芯片是20世纪90年代出现的一种将分子生物学/基因工程和芯片结合的一项技术，根据性能可分为功能芯片和信息芯片两大类。 功能芯片是指在芯片上集成一系列反应所需的试剂和条件，在一块芯片生完成固定的，程序化的，复杂的反应，从而大大减少检测人员的劳动强度，并使检测过程快速方便。 信息芯片又可以根据芯片探针和探测目标的不同分为基因芯片、蛋白芯片、细胞芯片、组织芯片等。[1]信息芯片是现在广泛使用的一类芯片，是在芯片基质材料上安装许多，基质可以是玻璃、金属、尼龙或者其他材料。基因芯片又是信息芯片中最常使用的。 生物芯片上探针可与样品液体中的目标的特异性结合，结合的产物可以经过处理，在激光的照射下发出特定波长的荧光，如果没有发生结合的探针或者目标不会发出荧光。 用特定的光照射反应后的芯片，使其上面发生特异性结合的部位发出荧光，再用技术手段取得此时芯片的图像。通过对芯片图像中荧光的位置，颜色、强弱进行分析可以推测基因芯片上探针发生反应的情况。进而得知样品中待测目标的情况，包括样品中某同可以和探针特异性结合的目标是否存在，含量、浓度是多少等，这些信息可以作为进一步判断的依据。 2 生物芯片图像信息的采集 反应后经光源照射发出荧光的芯片包含我们所需要的信息，所谓基因芯片的扫描就是指将含有大量的以微阵列方式排列的生物杂交反应样点的基因芯片以图像的方式读取出来，且在保证样点信息的能够准确描述前提下，扫描图像转变成可供计算机处理的数字图像[2]。基因芯片以外的生物芯片的与基因芯片类似。 常见的生物芯片扫描仪有两种分别是：CCD 系统扫描仪和激光共聚焦扫描仪，中CCD 扫描仪的应用较为广泛。[3]
综述基因芯片技术、蛋白芯片技术的原理及应用。
综述基因芯片技术、蛋白芯片技术的原理及应用。 1.1 基因芯片是生物芯片技术中发展最成熟和最先实现商品化的产品。基因芯片是基于核酸探针互补杂交技术原理而研制的。所谓核酸探针只是一段人工合成的碱基序列，在探针上连接上一些可检测的物质，根据碱基互补的原理，利用基因探针到基因混合物中识别特定基因。基因芯片，又称DNA芯片，DNA微阵列（DNAmicroar ray），和我们日常所说的计算机芯片非常相似，只不过高度集成的不是半导体管，而是成千上万的网格状密集排列的基因探针，通过已知碱基顺序的DNA片段，来结合碱基互补序列的单链DNA，从而确定相应的序列，通过这种方式来识别异常基因或其产物等。目前，比较成熟的产品有检测基因突变的基因芯片和检测细胞基因表达水平的基因表达谱芯片。基因芯片技术主要包括四个基本技术环节：芯片微阵列制备、样品制备、生物分子反应和信号的检测及分析。 目前制备芯片主要采用表面化学的方法或组合化学的方法来处理固相基质如玻璃片或硅片，然后使DNA片段或蛋白质分子按特定顺序排列在片基上。目前已有将近40万种不同的DNA分子放在1平方厘米的高密度基因芯片，并且正在制备包含上百万个DNA探针的人类基因芯片。生物样品的制备和处理是基因芯片技术的第二个重要环节。生物样品往往是非常复杂的生物分子混合体，除少数特殊样品外，一般不能直接与芯片进行反应。要将样品进行特定的生物处理，获取其中的蛋白质或DNA、RNA等信息分子并加以标记，以提高检测的灵敏度。第三步是生物分子与芯片进行反应。芯片上的生物分子之间的反应是芯片检测的关键一步。通过选择合适的反应条件使生物分子间反应处于最佳状况中，减少生物分子之间的错配比率，从而获取最能反映生物本质的信号。基因芯片技术的最后一步就是芯片信号检测和分析。目前最常用的芯片信号检测方法是将芯片置入芯片扫描仪中，通过采集各反应点的荧光强弱和荧光位置，经相关软件分析图像，即可以获得有关生物信息。 自从1992年Affymetrix公司首次合成第一块基因芯片诞生以来，在之后的十几年里该技术以其高通量、平行性、多样化、微型化、自动化的显著特点被广泛应用到了各个领域，展现出了巨大的发展前景。 1）在医学上的应用：
物联网简介
物联网简介 ——物联极码系列之一一、物联网的定义： 物联网就是物物相连的互联网，通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络；其目的是实现物与物、物与人所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。 二、物联网网络架构： 物联网网络架构由感知层、网络层和应用层组成。感知层实现对物理世界的智能感知识别、信息采集处理和自动控制并通过通信模块将物理实体连接到网络层和应用层。网络层主要实现信息的传递、路由和控制，包括延伸网、接入网和核心网，网络层可依托公众电信网和互联网，也可以依托行业专用通信网络。应用层包括应用基础设施/中间件和各种物联网应用。应用基础设施/中间件为物联网应用提供信息处理、计算等通用基础服务设施、能力及资源调用接口，以此为基础实现物联网在众多领域的各种应用。
三、物联网的现状与挑战： 近年来物联网的发展进入了快车道，世界各国也对物联网的发展前景表现出极大的热情，但是物联网还处于产业发展初期，仍有许多瓶颈等待突破。有专家总结以下几点： 1.缺乏统一的标准体系。 物联网从一种概念变为一种产业，进而形成真正的市场，需要大规模的物联网应用引导物联网产业的健康发展。在全世界范围内，尚没有统一的标准体系出台，标准的缺失影响了不同物联网企业的产品间的相互识别与互通互联，因而大大制约技术的发展和产品的规模化应用。尽快制定统一、规范的标准是物联网产业化发展的前提。 2.商业模式的问题。 物联网分为感知，网络，应用三个层次，在每一个层面上，都将有多种选择去开拓市场。目前没有一个成熟发展的商业盈利模式来推动行业的持续发展。 3.技术层面的制约。 限制物联网感知层的关键因素之一是能源！物联网的设备的小型化制约了设备电池的供电能力和可利用的太阳采光面积，所以低功耗的运行以及高效的
-物联网介绍
-物联网介绍 一、物联网介绍 物联网(The Internet of things)是在互联网基础上，通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术叫做物联网技术。物联网被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。 “物联网”概念的问世,打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开:一方面是机场、公路、建筑物,而另一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。而在“物联网”时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，在此意义上，基础设施更像是一块新的地球工地，世界的运转就在它上面进行，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。 物联网相关技术已经广泛应用于交通、物流、教学、医疗、卫生、安防、家居、旅游及农业等领域，在未来3年内中国物联网产业将在智能电网、智能家居、数字城市、智能医疗、车用传感器等领域率先普及，五个领域将实现三万亿的总产值。中国是物联网国际标准的主导国，标志着我国在未来物联网发展领域将占据举足轻重的地位。如何促进技术也理念革新，突破物联网发展瓶颈，把撑物联网发展态势，加强行业经验交流，谋求行业资源整合与优势互补等将成为中国物联网发展面临的问题。
二、RFID技术介绍 1、何谓RFID RFID是英文"Radio Frequency Identification"的缩写，中文称为无线射频身份识别、感应式电子芯片或是近接卡、感应卡、非接触卡...等等，是非接触式自动识别技术的一种最简单的RFID系统是由卷标(Tag)、读取器(Reader)和天线(Antenna)三部分组成:当卷标进入磁场区域后，接收的读取器发出信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag，无电源卷标或称被动卷标)，或者主动发送某一频率的信 1 号(Active Tag，有电源卷标或称主动卷标);读取器读取信息并译码后，送至中央信息系统进行有关的处理，但在实际应用中需要其它的软硬件支持。 根 2、RFID之特性
物联网技术概要介绍
物联网技术概要介绍
目录 1.前言 (3) 2.系统的特点 (3) 3.IoT中的聚合子系统 (4) 4.IoT中的云 (6) 5.IoT中的智能传感器 (9) 6.小结 (10)
1.前言 物联网是与云计算相伴而生的，事实上，正是物联网的概念帮我弄清了对云计算的工作定义。物联网是一个由三个不同的子系统组成的系统: ·云 ·聚合器 ·智能传感器 上述每一个子系统对于整个物联网系统的功能优化都是必需的。云是终极的计算单元和通用通信网络。智能传感器是通向现实世界的界面。最后，这些聚合者是中间人。对云来说，聚合器看起来像智能传感器，而对智能传感器而言，它看起来像云。 2.物联网系统的特点 系统的概念一直很有趣，这个术语引出了一些问题。例如,"一个系统存在的最小一组功能是什么?"或者,"一个系统可以由许多其他系统组成吗?"物联网是一个系统的系统。它的三个组件(云、聚合器和智能传感器)都有自己的系统。此外，任何两个组件也可以形成一个完整的IoT系统。例如，与聚合器进行通信的一系列智能传感器可以成为许多应用的一个最佳系统。同时，智能传感器直接对云进行通信也可以是一个最佳的系统。 然后，三者的区别是它们的具体性能，成本，功耗和规模的考量。特别是: ·云系统专注于性能。因此，成本、功耗和规模是次要的问题。 ·聚合系统较少关注性能和功耗，更多地关注灵活性。 ·智能传感器系统集中在电池寿命、大小和成本上，性能处于第三优先级。 也许一个示例应用可以帮助把这些系统放到一个维度上:
“智能咖啡杯”可以用来展示智能传感器如何直接与云进行通信。在最喜欢的咖啡馆，要上一杯"无限续杯"的咖啡。我会在咖啡店工作几个小时，不想每30分钟起来去续杯咖啡。有了无限的杯子，我可以坐在自己的桌子上工作，而我的咖啡杯正在和咖啡店的"云"通信，那就是WiFi。当云感觉到我的杯子温度越来越低，或者变冷了，咖啡师会给我另外一个杯子，如果需要的话自动完成付费。这最终成为咖啡馆现有云计算的一个新用途。它可以很容易地扩展到餐厅和饮品店。 当认为物联网是一个系统系统时，有很多的方式。正如星球大战三部曲是从中间开始的，然后进入过去和未来，讨论IoT的三个系统也可以从中间开始，然后再到另外两个。乍一看，聚合器看起来既像是智能传感器上的云，又看起来像一个云上的智能传感器，似乎是物联网中不必要的组成部分。 3.IoT中的聚合子系统 看待物联网的简单方法是假设云直接连接到智能电子设备上。从这个意义上说，也许智能传感器和聚合器的概念是同一装置的变体。但是这个概念在每个IoT机会中都不起作用。 聚合器是一个处理元素，它: ·使用标准通信方法与云进行通信 ·与具有专有通信功能的智能传感器进行通信，在这些传感器中，对长寿命和成本的需求超过了对标准的需求 ·有足够的处理性能来服务多个智能传感器。在这样做的过程中，它管理了来自大量智能传感器的原始数据，消化它们的数据，准备一组需要传送到云端的信息，然后将数据传送到云端。·在某些情况下，聚合器有足够的自主权，可以作为该系统的云。 聚合器与其他两个元素之间的差异如下：
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行业介绍资料 一、物联网概念 物联网（The Internet of things）的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网的概念是在2019年提出的。物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。 二、物联网发展史 物联网(The Internet of things)的概念是在2019年提出：Foundation of Auto-ID center of MIT (RFID technology) 2019 SUN article: Toward a Global “Internet of Things” 2019年11月17日：在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上，国际电信联盟(ITU)发布《ITU互联网报告2019：物联网》 2009年1月23日：IBM Smart Planet，奥巴马针对IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧的地球”这一概念,做出回应：物联网技术美国在21世纪保持和夺回竞争优势的方式2009年8月7日：温家宝考察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心。强调“在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术，把传感系统和3G中的TD技术结合起来”。 2009年9月21日：工信部在相关会议上，首次明确提出要进一步研究建设物联网、传感网，加快传感中心建设，推进信息技术在工业领域的广泛应用，提高资源利用率、经济运行效益和投入产出效率等 2009年9月：Internet of Things – An action plan for Europe 欧盟行动计划原理 物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。在这个网络中，物品(商品)能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别(RFID)技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享。 而RFID，正是能够让物品“开口说话”的一种技术。在“物联网”的构想中，RFID 标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)的识别，进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。 “物联网”概念的问世,打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物,而另一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。而在“物联网”时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，在此意义上，基础设施更像是一块新的地球工地，世界的运转就在它上面进行，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。 发展 (第二届国际epc与物联网高层论坛)2019年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上，国际电信联盟(ITU)发布了《ITU互联网报告2019：物联网》，报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术(RFID)、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。
《物联网技术及应用》最新版教学大纲课程简介
《物联网技术及应用》课程教学大纲 课程名称：物联网技术及应用课程编码：暂不填写 学分： 2.0 总学时：32 理论学时： 32 实验学时： 0 上机学时： 0 实践学时：0 开设实验（上机）项目总数 0 个，其中，必修（0）个，选修（0）个 开课单位：物联网工程学院自动化系 适用专业：自动化 一、课程的性质、目的 该课程是物联网学院自动化专业的专业选修课，旨在帮助学生对物联网有一个整体认识，掌握其体系结构和相关技术。通过对自动识别技术与RFID、传感技术、定位系统、智能信息设备的学习，掌握感知识别层的基本知识；通过对无线宽带网、无限低速网、移动通信网的学习，掌握网络构建层的基本知识；通过对大数据与海量信息存储、数据库系统、物联网中的信息安全与隐私保护的学习，掌握管理服务层的基本知识；通过对智能交通、智能物流、智能建筑等系统的学习，了解物联网技术在多个领域中的应用；最后还应将物联网前沿状况介绍给学生。在这个过程中强调掌握物联网涉及的基本概念和知识，提高自身对不断变化的物联网的适应能力。 二、课程培养目标 1.立德树人 通过课程学习了解物联网技术的发展历史以及其应用成果，明确科技进步和科技创新对国民经济的发展、国家军事力量的进步所发挥的作用，引领学生树立为中华民族伟大复兴的中国梦努力奋斗的信念。通过介绍国家在物联网领域所取得的进步和发展，培养学生的民族自豪感和民族自信心。通过介绍我国物联网领域的前沿发展，引导学生树立家国情怀、民族精神以及敢为人先、开拓创新、追究卓越的科学精神。同时要意识到我国在一些领域与国外还存在较大差距，激发学生承担社会责任，以国家富强、民族复兴为己任，努力学习。 2.课程目标 通过本课程的学习，学生所具备的素质、掌握的技能、知识和能力如下： 课程目标1. 使学生了解一定的物联网相关技术。掌握低频、高频、超高频和2.4G 有源RFID 读写器的原理及应用；了解低功耗WiFi、ZigBee、Bluetooth 4.0 BLE等多种无线传感网络。（对应第2、3、4、5、6、7、8章，支撑毕业要求指标点4-3。） 课程目标2. 通过讲解智能交通、智能物流、智能建筑等若干实际应用案例，使学生了解物联网前沿技术和相关应用。（对应第10章，支撑毕业要求指标点7-2。）课程目标3. 伴随着知识的学习，技能的训练，培养学生对新鲜事物的兴趣，激发学习动力，养成对新事物的好奇心和求知欲。特别是对于一些新技术，不仅要了解技术的更新，
基因芯片技术基本过程
基因芯片技术基本过程 1 DNA方阵的构建 选择硅片、玻璃片、瓷片或聚丙烯膜、尼龙膜等支持物，并作相应处理，然后采用光导化学合成和照相平板印刷技术可在硅片等表面合成寡核苷酸探针;（2）或者通过液相化学合成寡核苷酸链探针，或PCR技术扩增基因序列，再纯化、定量分析，由阵列复制器（arraying and replicating device ARD），或阵列机（arrayer）及电脑控制的机器人，准确、快速地将不同探针样品定量点样于带正电荷的尼龙膜或硅片等相应位置上，再由紫外线交联固定后即得到DNA微阵列或芯片。 2 样品DNA或mRNA的准备。 从血液或活组织中获取的DNA/mRNA样品在标记成为探针以前必须进行扩增提高阅 读灵敏度。Mosaic Technologies公司发展了一种固相PCR系统，好于传统PCR技术，他们在靶DNA上设计一对双向引物，将其排列在丙烯酰胺薄膜上，这种方法无交叉污染且省去液相处理的繁锁；Lynx Therapeutics公司提出另一个革新的方法，即大规模平行固相克隆（massively parallel solid-phase cloning）这个方法可以对一个样品中数以万计的DNA片段同时进行克隆，且不必分离和单独处理每个克隆，使样品扩增更为有效快速。 在PCR扩增过程中，必须同时进行样品标记，标记方法有荧光标记法、生物素标记法、同位素标记法等。 3 分子杂交 样品DNA与探针DNA互补杂交要根据探针的类型和长度以及芯片的应用来选择、优化杂交条件。如用于基因表达监测，杂交的严格性较低、低温、时间长、盐浓度高；若用于突变检测，则杂交条件相反。芯片分子杂交的特点是探针固化，样品荧光标记，一次可以对大量生物样品进行检测分析，杂交过程只要30min。美国Nangon公司采用控制电场的方式，使分子杂交速度缩到1min，甚至几秒钟（6）。德国癌症研究院的Jorg Hoheisel等认为以肽核酸（PNA）为探针效果更好。
基因芯片综述
基因芯片文献综述 摘要：基因芯片技术是伴随着人类基因组计划的实施而发展起来的生命科学领域里的前沿生物技术。目前，人们对疾病的分类和诊断的水平已经有了进一步的提高，基于基因芯片的特征选择技术在其中起到了关键性的作用。经过十几年的发展，基因芯片技术也在不断完善、成熟，并广泛运用于生命科学的各个领域。本文重点介绍基因芯片技术的进展、分类、应用领域及发展前景。 关键词：基因芯片技术背景，分类，应用领域，展望 1．基因芯片技术背景 1.1技术背景 20世纪80年代启动的由多个国家参加的人类基因组计划，被称为是继曼哈顿原子计划、阿波罗登月计划之后的第三大科学计划，这个计划的完成对人类认识自身，提高健康水平，推动生命科学、医学、生物技术、制药业、农业等的发展具有极其重要的意义。 随着人类基因组计划(Human Genome Project, HGP)的完成以及分子生物学相关学科的迅猛发展，极大地带动了人类疾病相关基因以及病原微生物基因的定位、克隆、结构与功能研究，基因芯片(gene chip)就是在这个背景下发展起来的一项分子生物学新技术[1]。 1.2基因芯片概念 基因芯片即DNA芯片或DNA微阵列，大小如指甲盖一般，每个芯片的基而上都可以划分出数万至数百万个小区，在指定的小区内，可固定大量具有特定功能、长约20个碱基序列的核酸分子。它是把大量己知序列探针集成在同一个基片(如玻片、膜)上[2-4]，经过标记的若干靶核苷酸序列与芯片特定位点上的探针杂交，通过检测杂交信号，对生物细胞或组织中大量的基因信息进行分析。 1.3基因芯片特点 其突出特点在十高度并行性、多样性、微型化和自动化。高度的并行性不仅可以大大提高实验的进程，而且有利于DNA芯片技术所展示图谱的快速对照和阅读。多样性可以在单个芯片中同时一进行样品的多参数分析，从而避免因不同实验条件产生的误差，大大提高分析的精确性。微型化可以减少试剂用量和减小反应液体积，降低实验费用。高度自动化则可以降低制造芯片的成本和保证芯片的制造质量[5]。1995年Science杂志首次报道了Schena等人用DNA微阵列技术并行检测拟南芥多个基因的表达水平。1994年第一张商业化基因芯片由Affymetrix公司推出。 二．分类 基因芯片有不同的分类方法： ①按其片基不同可分为无机片基芯片和有机合成片基芯片； ②按其应用不同，可分为表达谱芯片、诊断芯片、检测芯片； ③按其制备方法不同可分为原位合成芯片和合成后交联芯片(合成后点样芯片)； 最常用的还是按载体上所点探针的长度分为cDNA芯片和寡核苷酸芯片两种。
生物芯片的基本原理
第二章生物芯片的基本原理 § 2.1 生物芯片的基本概念 一般而言，我们所指的芯片是以硅晶体为材料制造的用来存储信息、进行科学计算等用途的半导体器件，如各种计算机芯片。硅芯片是通过电路高低电平来表示逻辑1或逻辑0，不同的0，1组合可以代表自然界的一切信息，从而方便存储。生物电子芯片与硅芯片有很大的相似之处。20世纪70年代，人们发现脱氧核糖核酸（DNA, Deoxyribonucleic acid）处于不同的状态可以代表信息的存在或没有信息。这一发现引起科学家们的极大兴趣，科学家们立即投身到生物电子元件这一研究领域[1]。 80年代初，国际上提出了“生物芯片”这一概念，形象地把微电子集成电路技术与生物活性分子功能结合，提出构建具有生物活性的能够获取存储信息并进行处理和传输的微生物构件（微功能单元），以达到仿生信息处理的目的。在此基础上诞生了“分子电子学”。 90年代以来，在美国硅谷又兴起了研究和开发“生物芯片”的热潮[1][2]。这一“生物芯片”的概念是指运用大规模集成电路的光刻技术以及生物分子的自组装技术，在一微小芯片上组装成千上万个不同生物分子（DNA，蛋白质，多肽，细胞等）微阵列，实现生物分子信息的快速、并行、大规模检测[1][3]。 芯片分析的实质是在面积不大的基片表面上有序地点阵排列了一系列固定于一定位置的可寻址的识别分子。结合或反应在相同条件下进行。反应结果用同位素、化学荧光法、化学发光法或酶标法显示，然后用精密的扫描仪或CCD摄像技术记录。通过计算机软件分析，综合成可读的IC总信息[3][4][5]。 芯片分析实际上也是传感器分析的组合。芯片点阵中的每一个单元微点都是一个传感器的探头[6]。所以传感器技术的精髓往往都被应用于芯片的发展。阵列检测可以大大提高检测效率，减少工作量，增加可比性。所以芯片技术也是传感器技术的发展。
物联网简介
物联网简介 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
物联网简介 从信息技术的角度来说，物联网是指具有感知和智能处理能力的可标识的亿万物品，基于标准的、可互操作的通信协议，在宽带移动通信、下一代网络和云计算平台等技术的支撑下，智能处理物品或环境的状态信息，提供对其进行管理和控制的决策依据，甚至在人类直接干预或无需人工干预情况下实现联动，从而形成信息获取、物品管理和控制的安全可信的全球性信息系统。 物联网是继个人计算机、互联网及移动通信网络之后的全球信息化的第三次浪潮，是传感网、互联网（移动通信）、云计算，以及智能信息处理等信息技术发展到一定阶段，在应用需求和供给创新的双轮驱动下，通过水平分层与垂直整合技术脉络与产业链条而形成的全球性信息系统。 从产业化角度分析，物联网可分为感知层、传输层和应用层，并表现出“全面感知、无缝互联、高度智能”的特征。 “全面感知”具体体现在利用传感器、射频识别（RFID）、二维码、全球定位系统GPS、摄像头等感知仪器设备对商品、动植物等各种客观存在、可测量的物理实体所处位置、环境、状态进行实时、精细感知。例如在精细化农业的生产中，根据农作物的生长特征，对其周边的生长环境，如水分、养分等进行实时监测，并通过RFID追踪果实的生长和运输过程，为食品安全与溯源提供完整信息。测量、感知和标示能力的需求带动了物品标识（条形码、RFID）、授时定位（GPS）和传感器等产业。 “无缝互联”具体体现在所有物品能够通过移动通信网络、互联网连接在一起，以便彼此之间的协作和互动。例如通过手机内嵌的RFID读卡功能，能够利用移动互联网信息平台获得该RFID标示商品的背景信息，配合生产流程中对商品的追踪，用户能够了解感兴趣商品从原材料组织到配送的全部过程。无缝互联的能力将促进终端通信设备（手机、计算机、智能终端等）、网络通信设备（交换机、路由器等）、网络支持中心（管理中心、信息中心和计算中心）和网络安全等多个产业的发展。 “高度智能”具体体现在物与物之间根据其内在的本质联系，实现对生产、流通和消费过程智能化的优化决策与高效实施。例如在商品流通过程中，通过对联网物品的精细统
基因芯片实验原理与方法
基因芯片(Gene Chip,DNA Chip)，又称DNA微阵列(DNA Micorarray)， 是指按照预定位置固定在固相载体上很小面积内的千万个核酸分子所组 成的微点阵阵列。在一定条件下，载体上的核酸分子可以与来自样品的 序列互补的核酸片段杂交。如果把样品中的核酸片段进行标记，在专用的芯片阅读仪上就可以检测到杂交信号。 详细 实验方法 ?基因芯片实验原理与方法 实验材料 ?组织或细胞样本 试剂、试剂盒 ?Oligo-dT (T15) - Roche ?dNTPs ?RNasin ?Superscript II ?Cot-1 DNA ?EDTA ?NaOH ?Tris 仪器、耗材 ?扫描仪：ScanArray 3000 ?图像处理软件：Genepix 3.0 ?Cartesian 7500点样仪 ?硅烷化玻片 ?PCR仪器 ?Scan Microarray 一、目的 本实验的目的是学会cDNA芯片的使用方法。了解各种基因芯片的基本原理和优缺点。 基因芯片这一技术方法在1991年的Science杂志上被首次提出，其高通量、并行检测的特点适应了分析人类基因组计划所提供的海量的基因序列信息的需要，
可以说，人类基因组计划是基因芯片技术发展的原因，而对深人研究基因突变和基因表达的有效方法的需求又是促进基因芯片技术发展的动力。 由于基因芯片高速度、高通量、集约化和低成本的特点，基诞生以来就受到科学界的广泛关注，正如晶体管电路向集成电路发展的经历一样，分子生物学技术的集成化正在使生命科学的研究和应用发生一场革命。 根据固定在芯片载体上的核酸分子的不同，基因芯片可以分为cDNA芯片和寡核昔酸芯片等。寡核昔酸芯片主要基于光引导聚合技术，该技术是Affymetrix公司开发的专利技术，由于其突出的优点，正得到越来越广泛的应用。 二、原理 基因芯片(Gene Chip,DNA Chip)，又称DNA微阵列(DNA Micorarray)，是指按照预定位置固定在固相载体上很小面积内的千万个核酸分子所组成的微点阵阵列。在一定条件下，载体上的核酸分子可以与来自样品的序列互补的核酸片段杂交。如果把样品中的核酸片段进行标记，在专用的芯片阅读仪上就可以检测到杂交信号。 基因芯片技术主要包括四个主要步骤：芯片制备、样品制备、杂交反应和信号检测和结果分析。 1、芯片制备-目前制备芯片主要以玻璃片或硅片为载体，采用原位合成和微矩阵的方法将寡核苷酸片段或cDNA作为探针按顺序排列在载体上。芯片的制备除了用到微加工工艺外，还需要使用机器人技术。以便能快速、准确地将探针放置到芯片上的指定位置。 2、样品制备-生物样品往往是复杂的生物分子混合体，除少数特殊样品外，一般不能直接与芯片反应，有时样品的量很小。所以，必须将样品进行提取、扩增，获取其中的蛋白质或DNA、RNA，然后用荧光标记，以提高检测的灵敏度和使用者的安全性。 3、杂交反应-杂交反应是荧光标记的样品与芯片上的探针进行的反应产生一系列信息的过程。选择合适的反应条件能使生物分子间反应处于最佳状况中，减少生物分子之间的错配率。 4、信号检测和结果分析-杂交反应后的芯片上各个反应点的荧光位置、荧光强弱经过芯片扫描仪和相关软件可以分析图像，将荧光转换成数据，即可以获得有关生物信息。 目前，基因芯片主要由寡核苷酸芯片和cDNA芯片两大类组成。以下分别介绍这两类芯片的基本原理和特点： 寡核苷酸芯片(Oligonucleotides Chip)