生物芯片技术及其应用
生物芯片技术简介及应用
生物芯片技术简介及应用一、生物芯片概念生物芯片（biochip）是指通过微加工技术，将生物大分子如核酸片段、多肽分子甚至细胞，组织切片等生物样品，有序地固化于支持物表面，然后与已标记的探针杂交，通过特定仪器如激光共聚焦显微扫描仪或电荷偶联元件（charge-coupled device，CCD）等对杂交信号的强度进行快速、并行、高效的检测，再经计算机分析和处理数据，从而获得相关生物信息。
由于常用玻片或硅片作为固相支持物，其与半导体芯片都有高度集成的特点，故称之为生物芯片。
生物芯片技术是20世纪90年代中期以来影响最深远的科技进展之一，是集生物学、物理学、化学、微电子学、计算机科学为一体的高度交叉的新技术。
由于该技术可将大量的探针同时固定于固相支持物上，所以一次可以对大量的生物分子进行检测，从而解决了传统生物学分析方法复杂、自动化程度低、检测物数量少（通量低）等不足。
另外，通过设计不同的阵列、使用特定的分析方法可使该技术具有多种不同的应用价值，如基因表达谱测定、突变检测、多态性分析、基因组文库作图及杂交测序（sequencing by hybridization，SBH）等，为“后基因组计划”时代基因功能的研究及临床检验诊断学发展提供了强有力的工具。
同一种芯片从不同的角度，可有不同的归类组别和定位。
最为通用的分类方法是根据芯片基片上固定的探针分子不同，将生物芯片分为基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片和组织芯片等。
二、生物芯片的应用生物芯片技术可广泛应用于疾病诊断和治疗、药物筛选、农作物的优育优选、司法鉴定、食品卫生监督、环境检测、国防、航天等许多领域。
它将为人类认识生命的起源、遗传、发育与进化、为人类疾病的诊断、治疗和预防开辟全新的途径，为生物大分子的全新设计和药物开发中先导化合物的快速筛选和药物基因组学研究提供技术支撑平台。
（一）疾病诊断基因芯片诊断技术以其快速、高效、灵敏、经济、平行化、自动化等特点，已成为一项现代化诊断新技术。
生物芯片技术及其在医学上的应用
生物芯片技术及其在医学上的应用近年来，随着生物芯片技术的高速发展，其在医学领域中的应用越来越广泛。
生物芯片技术是指将微小的生物材料固定在芯片的表面上，以探测生物分子、细胞或组织的一种技术手段。
它的优势在于快速、准确、高通量和高灵敏度，被广泛应用于高通量基因分型、蛋白质鉴定、细胞生物分析、药物筛选、立体图像构建等领域。
一、生物芯片技术生物芯片技术是指使用微电子技术制造出小型芯片，在芯片上通过精巧的设计排列多个生物分子检测元件，可同时进行大量生物学实验，并可快速记录和分析实验结果，极大地提高了实验效率。
其中，常用的生物芯片技术有基因芯片技术、蛋白质芯片技术和细胞芯片技术。
1.基因芯片技术基因芯片技术是基于DNA、RNA的芯片技术，用于同步探测及分析大量基因DNA序列的表达情况，从而了解不同组织、不同状态下基因表达水平的变化，并寻找与特定疾病有关的基因表达水平的差异。
它的快速高通量的处理能力可为全基因组表达分析、基因突变筛查、SNP检测、基因亚型鉴定、疾病识别、药物靶标发现和新药研究等提供有力的支持。
2.蛋白质芯片技术蛋白质芯片技术是利用固相法在玻片、滤膜、微球或微芯片的表面上制备一系列纯化的特异性或全长的蛋白质样品阵列，用于快速大规模地筛选靶蛋白质，分析蛋白质相互作用、酶活性或某些组分与特定蛋白质的结合能力等。
它可用于疾病标记物的检测和筛选、蛋白功能鉴定、蛋白特异性鉴别、药物筛选等方面。
3.细胞芯片技术细胞芯片技术是利用微流控技术制作微小的通道和微型反应器，在芯片上实现细胞的悬浮、培养和观测等操作。
它可应用于各种组织细胞的轻松快捷的分离、单细胞的提取、测序和分析，可推广到药物筛选和个性化医疗等领域。
二、生物芯片技术在医学上的应用生物芯片技术的高通量、高灵敏度、高可靠性和高通用性，使其成为了医学领域中的重要工具，可应用于诊断、预后分析、治疗方案的制定和药物研究等方面。
1.疾病诊断和预后分析基因芯片技术可用于疾病的早期诊断，如乳腺癌、卵巢癌、肾癌、直肠癌等癌症的检测。
生物芯片技术的概念和应用
生物芯片技术的概念和应用生物芯片技术是一种通过微电子加工技术制造的能够检测、分析、控制生物分子或细胞的微型化器件。
其研究领域主要涉及生物医学、生物检测、环境监测及生命科学等领域，成为生命科学研究的重要工具。
一、生物芯片技术的原理生物芯片技术利用光学、电学、电化学和微机械等技术制造出微结构，通过这些结构能够实现检测、分析、控制微生物、蛋白质、DNA等生物大分子的功能。
生物芯片技术主要包括基因芯片和蛋白质芯片两种类型。
基因芯片是一种能够同时测量和分析大量基因表达的微型器件，它利用光刻技术制作出了成千上万个DNA探针，用于检测样品中的特异性反应。
蛋白质芯片则是用于检测蛋白质间相互作用的一种微型器件，可以用来研究生物分子间的复杂相互作用，如酶的活性、蛋白质结构和功能等。
二、生物芯片技术的应用1. 生物医学领域生物芯片技术在生物医学领域中得到广泛应用，可以用来研究和诊断各种疾病。
例如，利用基因芯片可以在短时间内测定一个人DNA中的基因表达谱，从而发现罹患某种疾病的风险；利用蛋白质芯片可以测量人体内各种重要蛋白质的水平，从而帮助医生发现患病的机理，研究药物疗效和药物毒性。
2. 生物检测领域生物芯片技术在生物检测领域中也有着广泛的应用，可以用来检测各种污染物、病原体和生物标志物。
例如，利用生物芯片可以检测食品中是否含有农药、重金属等有害物质，还可以利用生物芯片检测水中的细菌和病毒等微生物，从而确保饮用水的安全。
3. 环境监测领域生物芯片技术在环境监测领域也有着广泛的应用，可以用来检测水体、大气、土壤等环境中的各种污染物。
例如，利用生物芯片可以检测空气中的细颗粒物、大气中的有机污染物、水体中的重金属等，从而为环境保护和治理提供重要的技术手段。
三、生物芯片技术的未来发展随着生物芯片技术的发展，其应用范围将会更加广泛。
未来，生物芯片技术将会在“精准医疗”领域中得到广泛应用，可以用来定制个性化医疗方案，提高疗效和减少副作用。
生物芯片技术及应用
生物芯片技术及应用随着科技的不断发展，生物芯片技术也越来越受到人们的关注和重视。
生物芯片技术是指利用微电子、微机械、光学和生物技术等多种学科交叉的技术，将生物分子识别、生物分析和化学反应等过程集成在微小芯片中，实现快速、高通量、高精度的分析和检测。
该技术具有快速高效、灵敏度高、准确性好、样品量少等优点，被广泛应用于生物医学、环境监测、食品安全等领域。
生物芯片可以按照功能分为多种类型，其中最常见的包括基因芯片、蛋白质芯片和细胞芯片。
基因芯片用于检测一定数量的基因表达变化，是研究基因调控和功能的重要手段。
例如，利用基因芯片技术可以研究个体间基因表达的差异，从而找出导致某种疾病发生的遗传因素。
蛋白质芯片则用于筛选蛋白质的相互作用和功能，是了解蛋白质相关疾病和药物研发的重要工具。
细胞芯片则利用微细节的构造形成据点，在相应的微环境中被固定，用于模拟细胞在体内的形态和生理状态，可以研究细胞肿瘤、细胞分化等问题。
生物芯片技术在临床诊断中起着越来越重要的作用。
疾病的早期诊断和治疗是提高治疗成功率的关键因素之一，而生物芯片技术正是通过分析基因和蛋白质等生物标志物，实现早期诊断和治疗。
例如，利用基因芯片技术可以对肿瘤患者的基因进行分析，提供个性化的治疗方案，从而提高治疗成功率和患者生存时间。
利用蛋白质芯片技术则可以筛选出特定的蛋白质标志物，用于诊断某些疾病的早期阶段，提高诊断准确性。
生物芯片技术在食品安全检测中也发挥着重要作用。
食品安全是人们关注的热点之一，而生物芯片技术可以通过对食品中的微生物、毒素等进行检测，保障食品安全。
例如，利用基因芯片技术可以检测食品中的致病菌和变异菌株，提高食品安全防范能力。
利用蛋白质芯片技术则可以对食品中的毒素进行检测，如检测肉毒杆菌毒素、黄曲霉毒素等。
生物芯片技术在环境保护领域也有广泛应用。
环境污染愈发严重，而生物芯片技术可以对空气中的污染物和水中的污染物进行分析。
例如，利用基因芯片技术可以对空气中细颗粒物中的有毒元素进行检测，提高空气质量监测水平。
生物芯片技术及临床应用
副流感病毒
衣原体类 肺炎衣原体
常用检查方法
1、分离与鉴定； 2、抗原检测：免疫荧光； 3、血清学检测特异性抗体
支原体类 肺炎支原体
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呼吸道病毒感染抗体谱检测芯片
（100ul血清，同时检测六项指标）
❖ 肺炎衣原体(CP) IgM
❖ 肺炎支原体(MP ) IgM ❖ 合胞病毒(RSV) IgM ❖ 腺病毒(ADV) IgM ❖ 流感病毒(IV) IgM ❖ 副流感病毒(PIV) IgM
一般引起流感样症状： ❖ 发热（体温高于37.8℃，舌下温度） ❖ 咳嗽和/或喉咙肿痛 重症者可发展为肺炎乃至死亡
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关注呼吸道病毒
❖ 不同地区引起呼吸道感染的病原体可能不同，但目 前缺乏不同地区之间的比较研究
❖ 同一地区不同时间引起呼吸道感染的主要病原体也 不相同，需要及时监测病原体的流行情况
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HP的生物学特性
❖HP 菌株毒力不同。 ❖ 可释放空泡毒素（VacA）和细胞毒素相关蛋
白A（CagA）的菌株，这种HP被称为产毒 型HP。致病力更强!
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HP与疾病的关系
❖ 幽门螺杆菌是慢性活动性胃炎的主要原因，是 慢性萎缩性胃炎和胃溃疡的重要元凶，与胃癌 发生关系密切，已被世界卫生组织（WHO） 列为胃癌的第一类致癌因子。
❖ 美国CDC统计的肺炎和流感导致的死亡比例
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近几年国内流行性报道
❖ 武汉大学中南医院报道，2008年5月至2009年4月间因呼吸 道疾病住院的儿童中感染率最高的为甲型流感病毒、乙型
流感病毒、腺病毒和肺炎支原体 （Peng D. et al.
生物芯片技术及其在医学中的应用
生物芯片技术及其在医学中的应用生物芯片技术是一种能够同时检测多个生物分子的技术。
随着科技的不断进步，目前的生物芯片技术已经发展到了可以同时检测数万种生物分子的程度。
生物芯片技术已经被广泛应用于医学领域，可以用于诊断疾病、监测患者的治疗效果以及帮助开发新的药物等。
一、生物芯片技术概述生物芯片是一种基于微电子制造技术制备的小型芯片，它可以在芯片表面制备上万条微小通道和微小反应池，能够容纳多种生物材料和生物分子。
通过先进的科技手段，科学家可以将这些生物分子、DNA、蛋白质等通过斑点、微喷和光刻等技术固定在芯片表面，使芯片具有检测生物分子的功能。
生物芯片技术不仅可以检测分子的存在，还能够分析其结构、功能，甚至探索分子之间以及与细胞之间的交互作用，成为研究分子生物学和系统生物学的重要工具。
二、生物芯片技术在医学上的应用生物芯片技术在医学领域的应用主要表现在以下方面：1、疾病诊断：生物芯片技术可以通过检测血液、组织、细胞等样本中的生物分子或特定基因，将其与健康人群的比较，进而诊断疾病。
例如，可以通过检测癌细胞标志物来早期诊断癌症。
2、疾病治疗监测：生物芯片技术不仅可以检测疾病，还可以检测治疗的效果。
例如，可以监测肿瘤治疗后的重组抗体在患者体内的代谢和分布情况。
这不仅可以帮助医生对治疗方案进行调整，还可以帮助病人更好地了解他们的病情和治疗效果。
3、药物研发：生物芯片技术可以帮助开发新的药物。
例如，科学家可以通过生物芯片技术鉴定药物对特定分子的作用，从而筛选出潜在的新药物，大大加快药物研发的速度。
三、生物芯片技术的发展趋势未来，生物芯片技术的发展趋势将会以以下方向为主：1、微型化：随着微电子学的进步，生物芯片技术将会变得越来越小。
未来的生物芯片将会更加微型化，这将使得更多的检测可以在体内进行，从而大大提高检测的灵敏度和准确度。
2、多重信息检测：未来的生物芯片将会越来越多地同时检测多种信息。
例如，生物芯片技术可以检测DNA、蛋白质、RNA等多种分子，可以同时检测病毒、细菌等多个病原体，从而提高了疾病的诊断效率。
生物芯片技术及应用
生物芯片技术及应用
生物芯片技术是一种将微小的基因组、蛋白质或其他生物分子包含在小尺寸的晶片内
的生物技术，其主要原理是将检测的物质(如基因、蛋白质等)复制到微小晶片(也称为芯片)上，以检测和测定其表达。
这种新技术应用广泛，特别是在基因治疗领域非常成功。
研究人员可以考虑将一组特
定的基因复制到芯片上，以测量基因表达情况，从而揭示与疾病有关的生物学信号。
例如，可以使用此技术来检查某种基因表达水平是否较高或较低，以及与基因表达相关的细胞凋
亡水平是否存在变化，从而为疾病的调控提供新的诊断和治疗策略。
在临床诊断方面，生物芯片技术给疾病的早期检测、准确诊断及相关治疗提供了可行
的模式。
重要的是，生物芯片技术具有快速，准确，灵敏的特点，能够涉及大量基因因子，并能够以逻辑和统计学的方式处理数据，提高检测和诊断的可靠性。
它还能够探索基因表
达组和蛋白质表达组之间的关联，提供一种新的诊断手段。
目前，生物芯片技术已经应用在抗肿瘤药物的研究中，使我们能够更加清晰地明白这
种药物的作用，更好地检测激素水平等。
尽管生物芯片技术的成本高昂，但其应用领域也在不断扩大，可以让基因领域的研究
更快捷，更有效。
在今后几年内，将会有更多可靠的芯片产品上市，从而进一步推动生物
芯片技术更加可靠，更加节能环保，更有效利用，更加安全和有效。
综上所述，生物芯片技术在基因治疗、临床诊断、抗肿瘤药物研究等领域具有重要的
应用，这种技术给可以快速、准确地检测生物物质表达水平，进而提供实际的治疗策略。
生物芯片技术及其应用
生物芯片技术及其应用随着现代科技的不断发展，生物芯片技术也日益成为了许多领域的重要研究方向。
生物芯片技术是以微电子加工技术为基础，将各种生物分子如DNA、RNA、蛋白质等固定在芯片上，并利用微流控技术对这些生物分子进行分析和检测的一种新兴技术。
它具有高通量、高灵敏度、高精度、高速度等优点，广泛应用于医学诊断、环境监测、生命科学等领域。
一、生物芯片技术的发展历程生物芯片技术最初可以追溯到20世纪80年代，当时科学家们开始关注如何利用微观和纳米级别的生物材料进行生物分析。
20世纪90年代初期，生物芯片技术开始得到普及，并且得到了快速发展。
1993年，美国的Affymetrix公司推出了基因芯片技术，这是生物芯片技术的重要里程碑之一。
二、生物芯片技术的分类目前生物芯片技术主要分为两类：基因芯片和蛋白质芯片。
基因芯片主要用于基因表达谱分析、基因突变检测和疾病相关基因的筛查等方面。
蛋白质芯片主要用于蛋白质相互作用研究、蛋白质鉴定和药物筛选等方面。
此外，还有细胞芯片和抗体芯片等。
三、生物芯片技术的应用生物芯片技术可以广泛应用于医学、环境监测、农业、食品生产等领域。
1. 医学应用生物芯片技术在医学领域有广泛的应用，例如用于癌症筛查、无孔不入诊疗、基因组学研究等。
基因芯片可以为临床用药提供个体化的药物治疗方案，这是针对疾病的精准医疗方案的一个重要方向。
此外，基因芯片也可以用于检测遗传病，进一步提高疾病的诊断和治疗效果。
2. 环境监测生物芯片技术在监测环境中的污染和生物多样性方面也很有用。
例如，通过基因芯片和微生物芯片技术可以对环境中的微生物进行高通量检测，了解污染物的来源、类别和程度等。
3. 农业生产生物芯片技术也可以应用于农业生产领域，例如利用基因芯片进行植物遗传变异筛查、耐盐性筛查等等。
这些技术将有助于提高农业生产效率和产品质量以及降低面临的挑战。
同时，他们也能保护环境并减少对食品的农药和化肥的使用。
四、生物芯片技术的发展前景生物芯片技术在生物科学、医学、环境科学和其他一些领域中的应用前景非常广泛。
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Gene chips的制备
在片原位光刻合成
•
O d NTP- 5´-光敏保护基因
光照 O dNTP-OH + dNTP -5´-保护基因
在片原位喷印合成
Gene chips的制备
蛋白芯片的原理
1.将抗原或抗体交联（UV）或吸附在膜上
不均等硝酸纖維膜的空氣面結構
• SEM AE 100 (12 µm), air side, 500 x
背裱濾紙的硝酸纖維膜橫切面圖
• SEM FT 020 (0.2 µm), cross-section, 150 x
2. 抗体或抗抗体标记示踪 ①酶：HRPO、AKP ②胶体金
常用的双色荧光标记试剂有Cy3-dNTP和Cy5-dNTP。它们 在反转录过程中在DNA中的结合性好，激发和发射谱的间 距大，以及光量子产率高。亦可标记酶和生物素。
核酸雜交芯片原理
POTOMAC
基因芯片实验程序
基因芯片实验程序
Gene chips的应用
病原体的检出 肿瘤相关基因表达谱 位点突变 遗传性疾病 测序 耐药基因检测 疾病的分子分型 HLA分型
• Microscopic elements: ①Semiconductor tech produce 15~30μm features ② Printed spot size is 50~350 μm ③ Tissue spot is 200~600 μm
Macroarrays contain sample spot sizes of about 300 microns or larger
生物芯片技术及其应用
南京医科大学第一附属医院 临床检验中心 童明庆
1.What is a microarray
• Microarray 或 Biochip （生物芯片）是
一种微型多参数生物传感器。它通过在一微小 的基片表面固定大量的分子识别探针，或构建 微分析单元和系统，实现对化合物、蛋白质、 核酸、细胞或其它生物组分准确、快速、大信 息量的筛选或检测。
Four distinct characteristics of microarray :
• Microscopic target elements or spots; • Planar substrates; • Rows and columns of elements; • Specific binding between microarray target
and United States of America. In U.S.A. the probe are usually in solution. In China the probe is a reagent to detect target
from sample.
Biochips的主要类别
蛋白芯片 Protein chips(protein microarray)： 肽芯片，蛋白芯片 基因芯片 Gene chips（Gene microarray）： 靶DNA芯片，多探针芯片 ③芯片实验室Laboratory-on-a-chip or Microfluidics-based chip
• A microarray is an ordered array of
microscopic elements on a planar substrate that allows the specific binding of genes or gene products.
1.What is a microarray
③荧光素：Cy3、Cy5、FITC、RB200、藻胆 蛋白等
3.检测标本中的抗体或抗原
點抗原測抗體
POTOMAC
點抗原測抗體
2.Microarray manufacturing
The three main manufacturing methods: • Contact printing:uses direct contact between the
printing implement or the sample contained in the implement and the microarray substrate; • Noncontact printing:on-the-fly printing including ink-jet tech.,microsolenoid tech.,and thermal bubble jet dispenser; • Semiconductor tech: photolithographic masks and micromirrors.
element on the substrate and probe molecules in solution.
1.What is a microarray
Which is the probe?and which is the target? There are some differences between China
Stratagene) • 点样后变性
PCR擴增産物被點入(或布陣)至Nytran尼龍膜 上之後,在0.4N NaOH/3M NaCl中浸濕5分鐘變 性DNA,隨後放在用6×SSC浸濕5分鐘中和，再
用120mj/cm2UV交聯固定。
我們有世界第一部量產的點樣機及相關的配套生產線
核酸的杂交
核酸的杂交
cDNA点样法
醛基修饰玻片 Silanized slide（与DNA上氨基反应）
Silane slide
氨基修饰玻片 Silylated slide（UV照射与DNA交联）
Polylysine s前变性 變性的終濃度1×0.4N NaOH/10mM EDTA， 變性的擴增産物被點樣到Nytran尼龍膜上， 用120mj/cm2UV交聯固定(Stratalinker 1800,