第十三章 生物芯片
生物芯片技术用于中药研究的新进展
2、中药提取新技术研究进展
随着科技的不断进步，中药提取新技术不断涌现。下面介绍几种近年来研究 较多的中药提取新技术。
（1）膜分离技术
膜分离技术是一种利用半透膜对溶液进行分离、纯化的技术。在中药提取中， 膜分离技术可有效分离大分子与小分子物质，提高提取物的纯度和收率。但该技 术的不足在于膜的稳定性和选择性有待提高。
参考内容
摘要
中药提取技术是中药产业发展的重要环节，对于提高中药疗效、降低不良反 应以及推进中药现代化具有重要意义。本次演示综述了近年来中药提取新技术的 研究进展，重点介绍了传统中药提取技术、膜分离技术、超临界流体萃取技术、 高压脉冲电场技术、超声波辅助提取技术和酶辅助提取技术等，并总结了各种技 术的优缺点及实际应用效果。关键词：中药提取，新技术，研究进展，膜分离技 术，超临界流体萃取
引言
中药提取是指将中药材中的有效成分通过一定的方法提取出来，是中药制剂 和中药现代化的重要环节。随着科技的不断进步，中药提取新技术不断涌现，不 仅提高了中药材的利用率，更有效地保护了中药材资源。本次演示将重点介绍近 年来中药提取新技术的研究进展。
研究现状
1、传统中药提取技术
传统的中药提取方法主要包括煎煮法、浸渍法、回流法、渗漏法等。这些方 法具有操作简单、适应面广等优点，但也存在提取效率低、耗时长、溶剂消耗大 等缺点。
结论
生物芯片技术在中药研究领域的应用正日益广泛，为中药的机制研究、疗效 评估和质量控制等方面提供了新的手段。通过不断提高生物芯片技术的检测灵敏 度和准确性、发展多维数据分析方法和结合其他技术，可以进一步推动生物芯片 技术在中药研究中的应用和发展。希望本次演示能为从事中药研究和生物芯片技 术应用的人员提供有益的参考和启示。
生物芯片技术用于中药研究的新进 展
第十三章化学性食物中毒的快速检验
2008年1月1日～9月22日
重大食物中毒事件31起 中毒人数近1200人 死亡16人
造成这些事故的主要原因： 集体食堂供餐条件达不到要求 不法分子投毒作案 误食有毒动植物及食物原料残留有毒物质
污染因素
1.化学性污染：农药、有害金属、多环芳族化合物、杂环胺、 N-亚硝基化合物、食品添加剂、食品容器、包装材料中的单 体、助剂、二恶英。 2.生物性污染：黄曲霉毒素、单端孢霉烯族化合物、伏马菌素、 椰毒假单孢菌酵米面亚种食物中毒、大肠埃烯氏菌属食物中 毒、单核细胞增多性李斯特菌； 食源性寄生虫病： 隐孢子虫、园孢子虫 食源性病毒： 甲型肝炎 疯牛病 3.特殊食品卫生问题 转基因食品的安全性、 肉乳蛋中兽药的残留问题、功能性 食品的安全性。
化学性食物中毒的分类
化学性食物中毒快速检验的程序 化学性食物中毒检验的特点
化学性食物中毒的快速检验方法
通常采用快速定性分析和实验室确证分析。快速定性分析 适合于可疑目标毒物的快速筛查，通常采用试纸、液体或 固体试剂、试剂盒等，通过沉淀反应、颜色反应、免疫学 反应、酶抑制率等与标准物质比较定性或半定量。常用的 有比色（比浊）法、免疫法以及生物芯片、生物传感器、 金(荧光素)标记法等一些现场快速筛选法。目前实验室常 用的确证分析方法也可以用于快速检测，如气相色谱法、 液相色谱法、气相色谱-质谱法、液相色谱-质谱法等仪器 方法，尤其是与相应的质谱数据库配合使用，可以对可疑 毒物的进行快速筛查和确证。
砷的确证试验
升华法：将预试验变色的铜丝放入一端 封口的毛细管，小火加热使铜丝变红色。 显微镜下观察，如有正四面体或八面体 闪光的结晶，可确定砷化物存在。
砷的确证试验
生物芯片 基因芯片
生物芯片基因芯片**Biological and Genetic Chips: The Future of Biomedicine**In the rapidly advancing field of biotechnology, biological and genetic chips have emerged as革命性的创新工具, revolutionizing the way we approach medical research and diagnostics. These chips, miniaturized versions of complex laboratory procedures, enable scientists to analyze vast amounts of genetic information with unprecedented speed and accuracy.生物芯片，作为生物技术的杰出代表，集成了生物学、医学、物理学、化学、计算机科学等多个学科的知识。
它们通过微纳加工技术，将生物活性分子如DNA、RNA、蛋白质等固定在芯片表面，从而实现对生物样本的高效、快速检测。
生物芯片的应用领域广泛，从基因表达分析、疾病诊断到药物筛选等，都可见其身影。
Genetic chips, specifically, are designed to detect and analyze specific genetic sequences, providing critical insights into a person's genetic makeup. These chips are invaluable in areas like personalized medicine, where doctors can tailor treatment plans based on an individual's unique genetic profile. The potential of genetic chips is immense, as they hold the key to understanding the genetic basis of diseases and developing targeted therapies.基因芯片则是生物芯片的一种，它专注于基因序列的检测和分析，为揭示个体遗传信息提供了有力工具。
食品分析智慧树知到答案章节测试2023年华南理工大学
第一章测试1.我国的法定分析方法有中华人民共和国国家标准(GB)、行业标准和地方标准等。
其中行业标准为仲裁法。
A:错B:对答案:A2.国际组织中与食品质量安全有关的组织主要有国际标准化组织（ISO）、世界卫生组织（WHO）、食品法典委员会（CAC）、国际制酪业联合会（IDF）、国际辐射防护委员会（ICRP）、国际葡萄与葡萄酒局（IWO）。
A:错B:对答案:B3.CAC制定的9项限量标准，包括了食品中农药残留最大限量标准、兽药最大限量标准、农药再残留最大限量，但不包括有害元素和生物毒素的限量标准。
A:错B:对答案:A4.按照标准的具体内容可将CAC的标准分为商品标准、技术规范标准、限量标准、分析与取样方法标准、一般准则及指南五大类。
A:错B:对答案:B5.国际AOAC是世界性的会员组织，但不属于标准化组织。
A:对B:错答案:A第二章测试1.测定样品中挥发性酸含量时，可用水蒸汽蒸馏样品，将馏出的蒸汽冷凝，测定冷凝液中酸的含量即为样品中挥发性酸的含量。
A:错B:对答案:B2.灭酶法预处理样品中常用的温度是100℃左右。
A:错B:对答案:A3.皂化法是利用热碱溶液处理样品提取液，以除去脂肪等干扰杂质。
其原理是利用盐酸－乙醇溶液将脂肪等杂质皂化除去，以达到净化目的。
A:对B:错答案:B4.对样品进行理化检验时，采集样品必须有。
A:随意性B:适时性C:代表性D:典型性答案:C5.常压干法灰化的温度一般是。
A:100℃～150℃B:200℃～300℃C:300℃～400℃D:500℃～600℃答案:D第三章测试1.误差的计算结果值可能有正数也可能有负数。
A:错B:对答案:B2.真实值是指某物理量本身具有的客观值或实际值。
随着科学技术的进步，检测结果能逼近真值并达到真值。
A:错B:对答案:A3.误差和偏差是两个不同的概念，误差是以真实值作为标准，偏差是以多次测量值的平均值作为标准。
A:对B:错答案:A4.系统误差可以进行修正，随机误差无法进行修正。
普通遗传学第十三章 基因组学
PubMed
Entrez
BLAST
OMIM
Books
TaxBrowser
Structure
Site Map Guide to NCBI resources About NCBI An introduction for researchers, educators and the public GenBank Sequence submission support and software Literature databases PubMed, OMIM, Books, and PubMed Central
Figure XU78-1第一个同源连锁群
二、物理图谱
由于遗传图谱的分辨率有限、精确性不 A 高，所以还要构建物理图谱
chal B glkl chal his4 SUP53 leu2 pgkl pgkl pet18 cryl MAT thr4 SUP61 pet18 Cryl MAT thr4 SUP61
四、基因组图谱的应用
1、基因组序列测定 2、基因定位 3、基因的克隆与分离 4、分子标记辅助选择 5、比较基因组研究
Derivation of genome trees from comparative analyses of complete genomes
第三节 生物信息学
1、生物信息学 (Bioinformatics) 采用计算机技术和信息论方法对蛋 白质及其核酸序列等多种生物信息 采集、加工、储存、传递、检索、 分析和解读，旨在掌握复杂生命现 象的形成模式和演化规律的科学。
植物基因组遗传图谱的构建:
P1 ×P2
选择亲本 P3 ×F1 产生构图群体 遗传标记的染色体定位 F2 三交群体 标记间的连锁分析
生物芯片在生命科学中的应用
生物芯片在生命科学中的应用生物芯片（Biochip）是一种集成电子学、计算机科学、微型机械学、分子生物学、生物医学、微流控技术于一体的新型生物技术设备。
它以微流控芯片和微阵列芯片为代表，集成了无数的微型反应系统和微型检测系统，可用于生命科学中的多个领域。
生物芯片的基本构成元素主要包括微管道、阀门、泵等，以及定点分子生物学技术和微电子学技术。
通过微流控芯片随机运移、混合和反应、小样本操作等多项技术操作，将生物样品分子化、微细化，使得微小的钠离子和蛋白质分子等能够被快速侦测出来，极大的提升了检测灵敏度和精度。
在此基础上，生物芯片可以广泛用于基因测序、蛋白质质谱分析、生物样品分析、临床诊断及药物筛选等应用，大大拓展了生命科学的研究及应用领域。
1.生物芯片在基因测序中的应用基因测序是人类对基因信息进行解析的一种重要手段，它能够通过对基因中不同区域序列的测定及分析，在分子水平上揭示遗传性状及疾病发生的机理。
生物芯片在基因测序领域中的应用主要包括基因芯片、基因表达芯片和基因泛酸芯片等。
基因芯片可同时检测数万个基因，大大提升了基因信息的获取和处理能力，特别适用于基因组测序、基因再组合、疾病诊断及治疗等领域。
2.生物芯片在蛋白质质谱分析中的应用蛋白质质谱分析是研究蛋白质间相互作用及构型和功能变化的重要手段。
在这一领域，生物芯片主要应用于蛋白质修饰分析、蛋白质鉴定及结构分析等方面。
蛋白质芯片可以实现对数千种蛋白质相互作用关系的快速检测，同时检测不同样本中的蛋白质量，从而深入研究蛋白质构型和功能变化等，为生物医学研究提供了新的思路和方法。
3.生物芯片在药物筛选中的应用药物筛选是针对某一疾病的反向分子设计和优选的过程，其关键在于对药物与靶点之间相互作用过程的评价和验证。
利用生物芯片进行药物筛选可以快速评价药物与靶点的结合亲和力及振动频率等信息，为药物优化设计和合理用药提供了良好的基础。
4.生物芯片在体外诊断中的应用体外诊断是一种通过实验室检测来诊断疾病的手段，生物芯片在体外诊断中有着广泛的应用前景。
生物信息学教学大纲
《生物信息学概论》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：生物信息学概论英文名称：Introduction to Bioinformatics二、课程代码及性质课程代码：0704583性质：学科大类基础课，必修三、学时与学分总学时：16（理论学时：16学时）学分：1四、先修课程先修课程：无.五、授课对象本课程面向生物信息学专业（含国家生命科学与技术人才培养基地班）学生开设.六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）1．介绍本专业的教学、科研与人才培养等情况，帮助学生尽快熟悉专业内容，逐渐适应大学的学习和生活；2. 介绍生物信息学研究各个方向的最新进展，使学生对专业研究有一个较为全面的了解；3. 介绍生物信息学方面的一些基本研究手段以及所需的知识储备，激发学生的学习兴趣。
七、教学重点与难点：课程重点：生物信息学领域各个研究方向的最新进展课程难点：生物信息学与高通量组学、传统实验生物学之间的关系八、教学方法与手段：教学方法：课堂讲授结合幻灯片演示教学手段：口头语言、文字和书籍、印刷教材和多媒体网络技术九、教学内容与学时安排（一）生物信息学专业简介（教师课堂教学学时（4小时）+ 学生课后学习学时（8小时））教学内容：介绍本专业的发展现状，以及最新的研究成果课后文献阅读：Wei, L. and Yu, J. (2008) Bioinformatics in china: a personal perspective, PLoS computational biology, 4, e1000020.课后作业和讨论：根据文献讨论我国生物信息学未来可能的发展方向。
（二）高通量测序技术（教师课堂教学学时（4小时）+ 学生课后学习学时（8小时））教学内容：介绍高通量组学技术，尤其是测序技术在生物信息学研究中的应用。
课后文献阅读：Metzker, M.L. (2010) Sequencing technologies - the next generation, Nat Rev Genet, 11, 31-46.课后作业和讨论：讨论生物信息学与高通量组学和传统实验生物学之间的关系。
教学课件第十三章DNA芯片技术
第三节 DNA芯片技术的应用
DNA测序；杂交测序（SBH） 基因表达分析：
基因组研究：作图、测序、和检测与疾病相关的基因 及在RNA水平上检测致病基因的表达
药物研究与开发：
cDNA microarray expression patterns of small (S) and large (L) neurons
2.压电打印法
压电毛细管喷射器 产率较高
喷墨打印技术
Syringe Pump
Reservoir
Switching Valve
Connecting Tubing
High-Speed MicroSolenoid Valve
Removable Tip Orifice
Controller
（三）DNA微集阵列的制备 方式：预先合成DNA或制备基因探针然后
产率较低
原位合成(In Situ Synthesis)
Light directed oligonucleotide synthesis.
A solid support is derivatized with a covalent linker molecule terminated with a photolabile protecting group. Light is directed through a mask to deprotect and activate selected sites, and protected nucleotides couple to the activated sites. The process is repeated, activating different sets of sites and coupling different bases allowing arbitrary DNA probes to be constructed at each site.
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• 3.生物分子反应为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 最佳状态中，减少生物分子之间的错配率。
• 4.芯片信号检测，常用的芯片信号检测方 法是将芯片置入芯片扫描仪中，通过扫描 以获得有关生物学信息。
生物芯片原理及应用
芯片模式图
二、生物芯片的主要类型
包括四个基本要点
• 芯片方阵的构建、样品的制备、生物分子反应和信
号的检测等。
• 1.芯片制备是先将玻璃片或硅片进行表面处理，然
后使DNA片断或蛋白质分子按顺序排列在芯片上
• 2.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反应。可将
样品进行处理，获取其中的蛋白质或DNA、RNA， 并且加以标记，以提高检测的灵敏度。
2.点膜型
• 合成工作用传统的DNA固相合成仪完成， 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、尼纶 膜或玻片上。支持物应事先进行特定处理， 例如包被以带正电荷的多聚赖氨酸或氨基 硅烷，以便能够牢固地结合寡核苷酸分子。 该方法是目前大多数中小型公司所采用的 方法。本法优点为设备廉价，技术简便， 研制周期短，灵活性高。缺点是点阵密度 低。
1.原位合成型(In Situ Synthesis)
• 指根据预先设计的点阵序列在每个位 点通过有机合成的方式直接聚合得到 所要求的探针分子。聚合之后芯片片 基的制作即告结束。该方法有两类： 光引导原位聚合技术与压电打印原位 聚合技术。
光引导原位聚合技术
• 简要过程是使支持物羟基化，用光敏集团将 其保护起来，选择适当的蔽光膜（mask） 使需要聚合的部位透光，其它部分不透光， 光通过蔽光膜照射致支持物上，受光部位的 羟基解保护，进而与单体分子共价结合。合 成所用的单位分子一端按传统固相合成方法 活化，另一端受光敏保护基的保护。发生偶 联的部位反应后仍旧带有光敏保护集团。
接触式点样
接触式点样：Chipmaker Pin (Telechem专利)
非接触式点样：nQUAD Technology
Switching Valve
Connecting Tubing High-Speed MicroSolenoid Valve Removable Tip Orifice
Syringe Pump
Biochips DNA Chips Protein Chips Lab Chips
(一) 基因芯片（Genechip）
• 又称DNA芯片(DNAchip)。它是在基因探 针的基础上研制出的，它将大量探针分子 固定于支持物上，然后与标记样品进行杂 交，检测杂交信号的强度及分布，以获取 样品分子的数量和序列信息。可同时对数 以千亿的DNA片断同时进行处理分析。基 因芯片技术的主要特点：技术操作简单、 自动化程度高、序列数量大、检测效率高、 应用范围广、成本相对低。
DNA微点阵芯片的 制作方法和分类：
原位合成 (in situ synthesis) 预先合成后点样 (off-chip 荧光， 激光共聚焦 玻片、薄膜片基 扫描、定量分析； synthesis) 如 NC、Nylon 膜 生物传感器等 片基 显色及检测方式 钢性片基如玻 荧光， 激光共聚焦 片、半导体硅片 扫描、定量分析； 等 生物传感器等
Reservoir Controller
• 点膜型根据支持物的不同，有如下几种： • 薄膜型：如聚丙烯膜、硝酸纤维素膜、尼 纶膜等。这种类型芯片的点阵是通过点膜 形式制作的，并通过一定的方法使探针能 够牢固地结合于其上，整个过程类似于斑 点杂交技术（如clone tech公司）。 • 玻片型：这种芯片的点阵是通过原位合成 技术制作的，点阵密度很高，须借助于特 殊的仪器对测定结果进行解读和分析。当 前具有此类产品研制能力的公司很少（如 Affymetrix公司）。
第十三章
生物芯片技术
一、生物芯片的概念 :(Biochip)
• 所谓生物芯片就是缩小了的生物化学分析器， 通过芯片上微加工获得的微米结构和生物化学 处理结合，将成千上万个与生命相关的信息集 成在一块厘米见方的氧化硅，玻璃或塑料等材 质制成的芯片上。是将生命科学研究中所涉及 的不连续的分析过程（如样品制备、化学反应 和分析检测），利用微电子、微机械、化学、 物理技术、计算机技术在固体芯片表面上构建 的微流体分析单元和系统使之连续化、集成化、 微型化。
• 微板型；这种芯片是一种具有高密度小容 量测试孔的小型酶联免疫检测板（如PE公 司等）。 • 集成电路型：将杂交技术与微电子技术结 合于一体有目的地通过电子装置检测或控 制DNA等生物大分子的作用过程（如 Nanogen公司）。 • 点膜型动画
DNA microarray spots - the red fluorescence originates from genes expressed in normal tissue, green from genes expressed in abnormal tissue, and yellow (red + green) for commonly expressed genes. The intensities represent relative populations.
• 因此，每次通过控制蔽光膜的图案（透光 不透光）决定哪些区域被活化，以及所用 单体的种类和反应次序就可以实现在特定 位点合成大量预定序列寡聚体的目的。本 方法优点是合成效率高பைடு நூலகம்点阵密度高。缺 点为设备昂贵，技术复杂，反应产率低。 • 芯片合成动画1 • 芯片检测动画2
压电打印原位聚合技术
• 其装置与普通的彩色喷墨打印机相似，所用 技术也是常规的固相合成方法。即将墨盒中 的墨汁分别用四种碱基合成试剂替代，支持 物经包被后，通过计算机控制喷墨打印机将 特定种类的试剂喷洒到预定的区域上。冲洗、 去保护、偶联等同于一般的固相原位合成技 术。如此类推，可合成出长度为40—50bp的 探针。本法优点是设备廉价，技术相对简单， 反应产率高。缺点是点阵密度低，易产生交 叉污染。