生物芯片技术PPT精品课程课件讲义
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(推荐)《生物芯片简介》PPT课件
生物芯片原理初探
黄思宇 19120051203260
1
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
2
微处理芯片VS微阵列
3
概述
• 生物芯片又称微阵列(micro—array) • 生物活性物质以点阵的形式有序地固定
在固相载体上. • 在特定条件下与荧光标记过的待检测样
品进行生化反应(杂交实验). • 反应结果用化学方法显示，光学仪器进
行数据采集，通过计算机软件进行数据 分析，得到样品的分子信息
4
生物芯片的制作步骤
细胞
对mRNA进行标记 杂交
基因表达资料
5
生物芯片的制作步骤
• 方阵的构建 • 样品的制备和生物分子反应 • 反应图谱的检测和分析
6
方阵的构建
7
基因芯片结构示意图
14
生物芯片的应用
15
生物芯片的应用
• 基因表达水 平的检测
• 药物筛选 • 基因诊断
16
应用示例：基因芯片在肿瘤 研究中的应用
❖癌基因的活化 • 原癌基因的突变 • 原癌基因由于启动因子而转录活性增高 • 原癌基因的甲基化程度降低而被激活 • 原癌基因的拷贝数增加 • 基因易位或重组使原癌基因激活
17
能诊断癌症的基因芯片
18
生物芯片面临的挑战
能否得到大量的组织标本。 能否制备出高密度的芯片。 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。
19
结语
• 医学诊断 • 克隆技术 • 农业生物技术 • 生物信息产业
20
谢谢 新年快乐！218来自微流控芯片检测仪9
黄思宇 19120051203260
1
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
2
微处理芯片VS微阵列
3
概述
• 生物芯片又称微阵列(micro—array) • 生物活性物质以点阵的形式有序地固定
在固相载体上. • 在特定条件下与荧光标记过的待检测样
品进行生化反应(杂交实验). • 反应结果用化学方法显示，光学仪器进
行数据采集，通过计算机软件进行数据 分析，得到样品的分子信息
4
生物芯片的制作步骤
细胞
对mRNA进行标记 杂交
基因表达资料
5
生物芯片的制作步骤
• 方阵的构建 • 样品的制备和生物分子反应 • 反应图谱的检测和分析
6
方阵的构建
7
基因芯片结构示意图
14
生物芯片的应用
15
生物芯片的应用
• 基因表达水 平的检测
• 药物筛选 • 基因诊断
16
应用示例：基因芯片在肿瘤 研究中的应用
❖癌基因的活化 • 原癌基因的突变 • 原癌基因由于启动因子而转录活性增高 • 原癌基因的甲基化程度降低而被激活 • 原癌基因的拷贝数增加 • 基因易位或重组使原癌基因激活
17
能诊断癌症的基因芯片
18
生物芯片面临的挑战
能否得到大量的组织标本。 能否制备出高密度的芯片。 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。
19
结语
• 医学诊断 • 克隆技术 • 农业生物技术 • 生物信息产业
20
谢谢 新年快乐！218来自微流控芯片检测仪9
《生物芯片》课件
技术挑战与解决方案
技术成熟度
生物芯片技术仍处在不断发展和 完善阶段，面临着诸多技术挑战 ，如灵敏度、特异性、可重复性
等。
解决方案
针对技术挑战，科研人员正在不断 探索和开发新的技术方法和解决方 案，如改进芯片制作工艺、优化检 测系统等。
标准化和规范化
为了提高生物芯片技术的可靠性和 可重复性，需要制定标准化的制作 和检测流程，推动技术的规范化应 用。
VS
详细描述
生物芯片技术也可应用于环境监测和食品 安全检测领域。通过检测环境样本中微生 物种类和数量，生物芯片技术能够评估环 境质量，为环境保护提供科学依据。在食 品安全方面，生物芯片技术可用于检测食 品中的有害物质、农药残留等，确保食品 质量和安全。
PART 05
生物芯片的挑战与前景
REPORTING
差异表达分析
比较不同条件下的分子表达谱 ，找出差异表达的基因或蛋白 质。
功能注释
对差异表达的基因或蛋白质进 行功能注释，揭示其在生物学 过程中的作用。
通路分析
对差异表达的基因或蛋白质进 行通路分析，揭示其在特定生
物学通路中的作用。
PART 03
生物芯片的类型与比较
REPORTING
DNA芯片
DNA芯片是一种高通量检测技术， 用于检测基因表达、基因突变和基因 组测序等方面。
详细描述
在新药研发和筛选过程中，生物芯片技术发挥着重要作用。利用生物芯片可以对大量候 选药物进行高通量筛选，快速找出具有潜在治疗作用的候选药物。同时，生物芯片技术
还可以用于研究药物作用机制和药物之间的相互作用，为新药研发提供有力支持。
环境监测与食品安全
总结词
生物芯片技术可以用于环境监测和食品 安全检测，保障公众健康和生态安全。
生物芯片技术精品PPT课件
Protein chips
蛋白质芯片是一种高通量的蛋白功能分 析技术，可用于蛋白质表达谱分析，研究蛋 白质与蛋白质的相互作用，甚至DNA－蛋白质、 RNA－蛋白质的相互作用，筛选药物作用的蛋 白靶点等。
Lab chips
芯片实验室是以芯片为平台的微全分析系统， 它是把生物和化学等领域所涉及的样品制备、生 物与化学反应、分离与检测等基本操作单元集成 到一块几平方厘米的芯片上，用以完成不同的生 物或化学反应过程，并对其产物进行分析的一种 技术。通俗言之，就是把实验室搬到芯片上。
目前应用较多的领域，用基因芯片进行的表达水平检测可自动、 快速地检测出成千上万个基因的表达情况，通过分析那些有表达差 异的基因来达到研究目的。
2、基因诊断
从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出标 准图谱。从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出 病变图谱。通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNA信 息。
息学研究的主要技术支撑。
生物芯片的发展趋势
• Greater density • Accelerated automation • Cost reduction
Literature
Abstract
A giant magnetoresistive (GMR) biochip based on spin valve sensor array and magnetic nanoparticle labels was developed for inexpensive, sensitive and reliable DNA detection. The DNA targets detected in this experiment were PCR products amplified from Human Papillomavirus (HPV) plasmids. The concentrations of the target DNA after PCR were around 10nM in most cases, but concentrations of 10pM were also detectable, which is demonstrated by experiments with synthetic DNA samples. A mild but highly specific surface chemistry was used for probe oligonucleotide immobilization. Double modulation technique was used for signal detection in order to reduce the 1/f noise in the sensor. Twelve assays were performed with an accuracy of approximately 90%. Magnetic signalswere consistent with particle coverage data measured with Scanning Electron Microscopy (SEM). More recent research on microfluidics showed the potential of reducing the assay time below one hour. This is the first demonstration of magnetic DNA detection using plasmid-derived samples. This study provides a direct proof that GMR sensors can be used for biomedical applications.
《生物芯片技术hu》PPT课件
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15
• 点样装置采用的机器人有一套计算机控制三维移动装置、 多个打印/喷印针的打印/喷印头；一个减震底座，上面可 放内盛探针的多孔板和多个芯片。
• 根据需要还可以有温度和湿度控制装置、针洗涤装置。
• 打印/喷印针将探针从多孔板取出直接打印或喷印于芯片 上。直接打印时针头与芯片接触，而在喷印时针头与芯片 保持一定距离。
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30
• 引物具有较强的特异性，扩增反应也不存 在交叉污染，因而省略了处理常规多重和 多个PCR反应的繁琐工作。
• 如Lynx Therapeutics 公司，引入的大规模 并行固相克隆法 (Massively parallel solidphase cloning) ，可在一个样品中同时对 数以万计的 DNA 片段进行克隆，且无需 单独处理和分离每个克隆。
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26
2.1 样品制备
• 样品制备是芯片发展的瓶颈所在。
• 对于较大规模制作芯片的用户，由于点样 样品数目太多，即使采用高通量试剂盒还 是不够方便。
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27
2.1.1 核酸样品
• RNA样品通常需要首先逆转录成cDNA并进行标 记后才可进行检测。
• 由于检测灵敏度所限，尚难以普通探针对极少量 的核酸分子进行杂交和检测，所以需要对样品或 后续测试信号进行适当的放大。
一、凝胶的三维化能加进更多的已知物质，增加了敏感 性。
二、可以在芯片上同时进行扩增与检则。
• 一般情况下，必须在微量多孔板上先进行PCR扩增， 再把样品加到芯片上，因此需要进行许多额外操作。
• 本芯片所用凝胶体积很小。使PCR扩增体系的体积减 小1,000倍（总体积约纳升级），从而节约了每个反应 所用的PCR酶（约减少100倍）。
《生物芯片技术》课件
详细描述
细胞芯片可用于药物筛选、毒理学研 究、细胞分型等方面。细胞芯片能够 模拟细胞在体内的环境，为研究细胞 生理和病理过程提供了有力工具。
其他类型生物芯片
总结词
除了基因芯片、蛋白质芯片和细胞芯 片外，还有组织芯片、免疫芯片等多 种类型的生物芯片。
详细描述
这些生物芯片根据不同的应用需求而 设计，具有各自独特的特点和优势。 它们在生命科学研究、医学诊断和治 疗等领域发挥着重要作用。
《生物芯片技术》课 件
目录
• 生物芯片技术概述 • 生物芯片的类型与原理 • 生物芯片的制作流程 • 生物芯片技术的应用实例 • 生物芯片技术的挑战与前景 • 相关资源推荐
01 生物芯片技术概述
定义与特点
A
定义
生物芯片技术是一种将生物分子或细胞等生物 样本高密度排列在玻璃、硅等固相支持物上的 微电子技术。
总结词
生物芯片技术可以用于环境污染物和食品中 有毒有害物质的快速检测，保障环境和食品 安全。
详细描述
生物芯片技术能够检测环境中的有毒有害物 质，如重金属、农药残留、工业废水等，以 及食品中的有害物质，如细菌、病毒、农药 残留等。这种快速、准确的检测方法能够及 时发现环境或食品中的安全隐患，保障公众
健康。
新药研发与筛选
总结词
生物芯片技术可以用于高通量药物筛选和化合物活性评 估，有助于加速新药研发进程和提高药物研发成功率。
详细描述
生物芯片技术能够快速检测大量化合物对细胞或组织的 影响，从而筛选出具有潜在活性的药物候选物。这种高 通量筛选方法能够显著降低药物研发成本和时间，提高 药物研发的效率。
环境监测与食品安全
标记物
将探针与荧光物质、酶等标记物结合，以便于后续的信号检测。
细胞芯片可用于药物筛选、毒理学研 究、细胞分型等方面。细胞芯片能够 模拟细胞在体内的环境，为研究细胞 生理和病理过程提供了有力工具。
其他类型生物芯片
总结词
除了基因芯片、蛋白质芯片和细胞芯 片外，还有组织芯片、免疫芯片等多 种类型的生物芯片。
详细描述
这些生物芯片根据不同的应用需求而 设计，具有各自独特的特点和优势。 它们在生命科学研究、医学诊断和治 疗等领域发挥着重要作用。
《生物芯片技术》课 件
目录
• 生物芯片技术概述 • 生物芯片的类型与原理 • 生物芯片的制作流程 • 生物芯片技术的应用实例 • 生物芯片技术的挑战与前景 • 相关资源推荐
01 生物芯片技术概述
定义与特点
A
定义
生物芯片技术是一种将生物分子或细胞等生物 样本高密度排列在玻璃、硅等固相支持物上的 微电子技术。
总结词
生物芯片技术可以用于环境污染物和食品中 有毒有害物质的快速检测，保障环境和食品 安全。
详细描述
生物芯片技术能够检测环境中的有毒有害物 质，如重金属、农药残留、工业废水等，以 及食品中的有害物质，如细菌、病毒、农药 残留等。这种快速、准确的检测方法能够及 时发现环境或食品中的安全隐患，保障公众
健康。
新药研发与筛选
总结词
生物芯片技术可以用于高通量药物筛选和化合物活性评 估，有助于加速新药研发进程和提高药物研发成功率。
详细描述
生物芯片技术能够快速检测大量化合物对细胞或组织的 影响，从而筛选出具有潜在活性的药物候选物。这种高 通量筛选方法能够显著降低药物研发成本和时间，提高 药物研发的效率。
环境监测与食品安全
标记物
将探针与荧光物质、酶等标记物结合，以便于后续的信号检测。
《生物芯片技术介绍》课件
02
生物芯片的种类与制作方法
基因芯片
总结词
基因芯片是利用微阵列技术将大量基因探针固定在硅片、玻 璃片、塑料片或尼龙膜等固相支持物上，再与标记的样品进 行杂交，通过检测杂交信号强度和分布来获取样品分子的数 量和序列信息。
详细描述
基因芯片主要用于基因表达谱分析、基因突变检测、基因组 多态性分析等生物学研究领域。其制作方法包括直接合成法 、原位合成法、显微打印法等。
环境监测与食品安全
01
02
03
环境污染物监测
生物芯片可用于监测环境 中的有害物质，如重金属 、有机污染物等，为环境 保护提供技术支持。
食品安全检测
生物芯片可以快速检测食 品中的有害物质，如农药 残留、兽药残留、毒素等 ，保障食品安全。
转基因食品检测
生物芯片可用于转基因食 品的检测和分析，帮助消 费者了解食品的基因改造 情况。
数据分析与解读
生物芯片产生大量的数据，如 何进行有效的数据分析和解读
是技术挑战之一。
发展前景
临床应用
随着技术的不断进步，生物芯片在临 床诊断、治疗监测等领域的应用前景 广阔。
药物研发
利用生物芯片技术可以高通量筛选药 物候选物，加速药物研发进程。
科学研究
生物芯片在基因组学、蛋白质组学等 领域的研究中发挥重要作用，有助于 深入揭示生命活动的规律。
《生物芯片技术介绍》ppt课 件
• 生物芯片技术概述 • 生物芯片的种类与制作方法 • 生物芯片技术的应用实例 • 生物芯片技术的挑战与前景
01
生物芯片技术概述
定义与特点
生物芯片技术定义
生物芯片技术是一种将生物分子或细胞等样品高密度排列在固定载体上的微电 子芯片上，通过特定的检测手段对生物分子或细胞进行快速、高通量的检测和 分析的技术。
生物芯片技术77222-PPT课件
在于细胞的染色体上。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。
基因芯片发展历史
Southern & Northern Blot
Dot Blot
Macroarray
Microarray
一、基因芯片的原理
基因芯片技术是建立在基因探针和杂交测序技术 上的一种高效、快速的核酸序列分析手段。
生物芯片技术
了解生物芯片的功能，及其医学研究领域中的作用， 以及生物芯片技术的最新进展。 熟悉生物芯片的种类及其作用，基因芯片、蛋白芯片
和微缩芯片实验室的原理及其制备方法。
掌握基因芯片的工作原理、制备方法及其在临床诊断 中的意义。
第一节 生物芯片概述
第二节 基因芯片
第三节 蛋白芯片 第四节 芯片实验室
二、生物芯片的特点
高通量、集成化、并行化和微型化
生物芯片的分类
生物芯片 点阵型芯片
DNA芯片
蛋白芯片
细胞芯片
…
实验室芯片 反应器芯片 流体芯片
纯化芯片
…
三、生物芯片在医学中的应用
分子生物学、生物进化（生物起源及新物种鉴定）
生物医学（新药的筛选与合成，疾病诊断和治疗，如癌症、
早年性痴呆症等的病因研究）
基因芯片杂交结果要用专用的扫描系 统读取。
D A B C 数模转 换器 计算机 A:激光器 B:滤光片 C:二色镜 D:反光镜 E:关栅 B E 放大器
基因芯片扫描结果
不同的颜色代表一个探针点杂交上的带荧光标记 的核酸分子数的差异。红〉黄〉绿〉兰〉紫
GENERAL SCANNING - ScanArray System
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DNA芯片
概念：指在固相支持物上原位合成寡核苷酸 或直接将大量预先合成的DNA探针以显微打印 的反式有序地固化于支持物表面，然后与标记 的样品杂交，通过对杂交信号的检测分析，可 得出样品的遗传信息。
固定探针：DNA cDNA 寡核苷酸 基因片段
分类
• 原位合成芯片：Affymetrix • DNA微集阵列：
生物芯片是将生物分子(寡聚核苷酸、cDNA、
基因组 DNA、多肽、抗原、抗体等) 固定于硅片、
玻璃片、塑料片、凝胶、尼龙膜等固相介质上 形成的生物分子点阵。 在待分析样品中的生物 分子与生物芯片的探针分子发生杂交或相互作 用后,利用激光共聚焦显微扫描仪对杂交信号进 行检测和分析。
生物芯片的分类（据芯片探针不同）
DNA芯片使用的基本流程
1. 2. 3. Sample intake Sample Processing Interaction
1. 2. 3. 4.
Glass cover Molecules to be analyzed Microtube for feeding the sample Biochip probes for testing
PPT内容可自行编辑
生物芯片技术
主讲：XX XX
凡大医治病，必当安神
定志，无欲无求，先发大慈恻 隐之心，誓愿普救含灵之苦。
- - 孙思邈
PPT内容可自行编辑
开始上课！
概述
生物芯片的概念 生物芯片是通过微电子、微加工技术在平方 厘米大小的固相介质表面构建的微型分析系统， 以实现对组织细胞中DNA、蛋白质及其它生物 组分的快速、高效、敏感的处理与分析。
Pool of Cell Lines
Tumor Different amounts of starting Differential material. labeling efficiency of dyes
Different amounts of RNA in eachefficiency channel of Differential scanning in each channel. of Differential efficiency hybridization over slide surface.
• 来源方便 • DNA样品共价结合
• 耐高温、耐高离子强度的清洗
• 非孔性材料，杂交体积最小 • 荧光信号本底低 • 可使用双荧光或多荧光检测系统
• 打印前支持物表面化学处理：氨基化 醛基化 • 探针的打印：喷墨打印 针式打印 • 探针的固化：
氨基修饰 紫外照射胸腺嘧啶与氨基形成共价键 醛基修饰 Schiff碱连接法 修饰探针的氨基与醛基形 成Schiff碱
• 待测样品的准备
组织细胞中分离纯化样品核酸
样品的标记 荧光标记法
样品的纯化
• 分子杂交反应 探针的量显著大于靶基因片段 杂交反应的条件：盐浓度，温度，时间等 • 检测分析 CCD检测的摄像系统
激光共聚焦扫描仪
如何对杂交信号进行检测？
光学法中的荧光检测法
检测仪器和设备
芯片信息采集：
荧光标记
Biochip Based on Hybridization
Sample DNA
Complementary DNA hybridize
Biochip
Each spot contains known DNA
Signal appears
Juang RH (2004) BCbasics
基因芯片反应的全过程
激光激发光源
共聚焦扫描
计算机处理
双波长扫描
Clustering Random vs. Biological Data
Clustering: Two-way Clustering
Two-way clustering can help show which samples are most similar, as well as which genes.
蛋白质芯片
• 概念：指将大量的蛋白质或多肽显微固化于固相
支持物表面，通过蛋白质－蛋白质相互作用，对 样品中靶蛋白分子进行高通量检测的一种新技术。 • 基本原理：蛋白质－蛋白质相互作用，如抗原－
抗体，受体－配体等之间的特异识别与结合。
• 芯片的制备：原位合成 点样
• 样品的准备：荧光素等标记
• 压电打印法：喷墨打印技术
• 分子印章法：压印
三 种 制 作 芯 片 方 法 的 示 意 图
DNA微集阵列芯片的制作
• 探针的设计与制备
寡核苷酸探针芯片 基因突变检测
cDNA芯片
基因表达谱
• 支持物的类型与预处理 实性材料：硅芯片 玻片 瓷片 模性材料：聚丙烯膜 尼龙膜 NC膜
玻片作为支持物的优点
信息芯片 • 基因芯片（ Gene chip, DNA chip , DNA microarray) • 蛋白质芯片（Protein chip) 功能芯片 • 芯片实验室 (Lab - on - a - chip)
Gene chip 则已经被Affymetrix 公司注册专利,特指该公司的产品系列， 其他厂家的同类产品通常称为DNA微阵列(DNA Microarray)
基因芯片载体
将探针（ssDNA、cDNA 、 PNA、mRNA）固定在载体上
分离、扩增、标记
分子杂交（关 键） 处理过的基因
待分析的基因
对杂交信号进行检测和分析
原位合成DNA芯片的制作
显微光蚀刻技术
支持物表面活性基团
→去保护游离基团→单
核苷酸亚磷酰胺活化端与基团 偶连→光敏保护后更换掩膜→
去保护偶连→重复至完成
原位合成 DNA微集阵列
制作方式
探针类型 探针长度原位化学合成 Nhomakorabea寡核苷酸 短，小于50nt
收集探针、显微打印
cDNA、基因片段、寡核苷酸、RNA等 可较长，100-500nt或更长 1-10万点阵
最高集成度 10-40万点阵
专利保护
严格保护
无
基因芯片基本原理
基因芯片技术是基于核酸探针杂交技术原理 而研制的,即依据DNA双链碱基互补配对、变性 和复性的原理以大量已知序列的寡核苷酸、 cDNA或基因片段为探针检测样品中那些核酸序 列与其互补，然后通过定性、定量分析得出待测 样品的基因序列及表达的信息。一般包括DNA 微阵列制备、样品制备、杂交和信号的检测分 析.