DNA微阵列基片的化学处理
原位合成法制造基因芯片技术概述
原位合成法制造基因芯片技术概述【摘要】近年来，DNA微阵列原位合成技术发展迅速，成为各国学者研究的重点。
原位合成法主要包括光脱保护法、喷印合成法、光致酸合成法、电喷雾合成法、虚拟掩模法和分子印章压印法等方法。
【关键词】基因芯片；原位合成法；分子印章压印法基因芯片的原位合成法是基于组合化学的合成原理，按精确设计的分布和顺序，通过一组定位模板来决定基片表面上不同化学单体的偶联位点和次序，运用现代高精度仪器和DNA合成化学技术在基片上直接并行定点合成所需的DNA 探针，这些合成的DNA微探针即构成了高集成度的DNA微阵列，即通称的“高密度基因芯片”。
其特点是：不仅由于集成了成千上万的密集排列的基因探针，能够在同一时间内分析大量的基因，使人们迅速地读取遗传密码，而且就同样探针数量的基因芯片来说，由于可实现大批量、低成本的集约化生产，制作成本将远低于点样法制作的寡核苷酸基因芯片，并且重复性好。
近年来，DNA微阵列原位合成以及相关技术（芯片微阵列设计及探针优化、基片修饰改性、靶基因标记方法、结果检测及分析仪器等）一直是研究的热点，代表着基因芯片的技术水平和发展趋势。
原位合成法制造基因芯片技术和方法有以下一些。
1、光脱保护法该技术为美国Affymetrix公司首创和拥有。
根据人为合成寡核苷酸是由3’端开始而终止于5’端的特点，该技术的核心是创造性地在核苷酸单体的5’端修饰了一个光敏基团及将微电子行业的光刻技术与DNA合成技术有机地结合在一起。
在进行DNA微阵列原位合成前，先设计好各阵列点对应的探针碱基序列，整个DNA微阵列各探针的第一个碱基构成整个芯片上的第一层，第二个碱基构成第二层，……，然后按照各层碱基的分布情况每层设计四块掩模，每张掩模的透光区域分别对应于该层碱基中四种碱基中的一种。
在进行DNA微阵列合成前，还需对芯片基体材料进行一定的修饰处理。
所谓修饰处理，就是通过一系列物理和化学处理过程，使基体材料表面带有可与核酸单体3’端共价偶联的功能基团（如-OH、-CHO和-NH2等）。
生物化学名词解释——核酸
DNA一级结构：指由数量极其庞大的4种脱氧核糖核苷酸以3´, 5´- 磷酸二酯键连接形成的线形或环形分子。
常指DNA分子中核苷酸的排列顺序。
DNA二级结构：两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴以右手盘绕成双螺旋结构碱基互补：碱基对位于内侧，两条链上的碱基借助H键一一配对，A与T配对, 形成两个H 键，C与G配对，形成三个H键——以上碱基配对原则，称碱基互补。
DNA超螺旋化：在双螺旋的基础上进一步螺旋化，形成超螺旋DNA。
是双螺旋的螺旋。
基因：DNA分子上携带并传递遗传信息的单位。
基因组：指生物体所含的全部基因。
对于真核生物，常指单倍体基因组断裂基因：大多数为蛋白质编码的基因都含有内含子和外显子。
由于内含子的存在使基因成为不连续基因或断裂基因。
外显子：基因中为蛋白质编码的片段。
内含子：基因中不编码的居间序列，不出现于成熟的mRNA分子中。
增色效应：由于DNA变性引起的光吸收增加称增色效应,也就是变性后DNA 溶液的紫外吸收作用增强的效应。
减色效应：变性DNA复性形成双螺旋结构后，其260nm紫外吸收会降低的现象。
变性：高温、酸、碱及某些变性剂（如尿素等）能破坏核酸中的氢键，使有规律的双螺旋结构变成单链的、无规律的线团，此作用称DNA的变性。
复性：在一定条件下，变性DNA两条彼此分开的单链重新缔合成双螺旋结构的过程。
Tm值：（熔点、熔解温度）DNA双螺旋结构失去一半时的温度。
一般在82-95℃之间。
杂交：相同或不同来源的两条单链DNA分子，或单链DNA与RNA分子，如果在某些区域具互补序列，则复性时根据碱基互补原则，可形成DNA-DNA或DNA-RNA杂交分子。
Souther杂交：Southern印迹杂交是进行基因组DNA特定序列定位的通用方法。
Norther杂交：Northern印迹杂交是进行基因组RNA特定序列定位的通用方法。
DNA凝胶电泳：琼脂糖凝胶电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳。
dna芯片的基本方法和原理
dna芯片的基本方法和原理DNA芯片是一种基于生物分子相互作用原理的微阵列分析技术，可以在一个玻璃片或硅片表面上固定上千种DNA分子，用于高通量的DNA测序、基因表达分析、基因突变检测等领域。
下面将介绍DNA芯片的基本方法和原理。
DNA芯片的制备方法主要分为六个步骤：DNA选择、DNA标记、芯片制备、杂交反应、芯片成像和数据分析。
第一步是DNA选择。
DNA芯片需要将目标DNA序列固定在芯片表面，这需要首先从样品中提取目标DNA序列。
目标DNA可以是基因组DNA、全长cDNA、PCR扩增产物等。
DNA的选择也可以是针对特定基因、突变位点等。
第二步是DNA标记。
目标DNA需要标记一个荧光信号，以便于测量和定量。
标记有两种常见方法：直接标记和间接标记。
直接标记是将目标DNA末端直接连接上荧光染料；间接标记是在目标DNA上连接一个标记物，如生物素或荧光素，后续再与荧光标记的探针杂交。
第三步是芯片制备。
DNA芯片通常采用玻璃片或硅片作为芯片载体，表面经过特殊处理，如Aminosilanation等，使其能够与DNA分子固定。
目标DNA序列通过共价键或非特异性吸附固定在芯片上，形成一个以单链DNA为特征的微阵列。
第四步是杂交反应。
杂交反应是指将标记好的目标DNA和未标记的探针DNA一起加到芯片上，使它们互相配对结合。
这种配对可以是理论上的完全互补，也可以是部分互补。
标记的荧光在杂交反应中会与芯片上的DNA结合，形成荧光信号且强度与目标DNA浓度有关。
第五步是芯片成像。
芯片成像是用一个高分辨率的荧光显微镜对芯片进行扫描，使各个荧光信号分别对应到芯片上的特定位置。
荧光信号的强度和颜色会通过相应的仪器进行测量和记录，从而得到芯片成像的结果。
第六步是数据分析。
芯片成像后，需要对成像数据进行处理和分析。
这包括元数据的提取，噪音的去除，荧光强度的标准化，数据归一化，聚类分析等。
数据分析的目的是研究芯片上不同的DNA分子之间的相互作用关系，找出差异性基因和表达模式。
基因芯片
基因芯片发展背景:随着人类基因组（测序）计划的逐步实施以及分子生物学相关学科的迅猛发展，越来越多的动植物、微生物基因组序列得以测定，基因序列数据正在以前所未有的速度迅速增长。
然而 , 怎样去研究如此众多基因在生命过程中所担负的功能就成了全世界生命科学工作者共同的课题。
为此，建立新型杂交和测序方法以对大量的遗传信息进行高效、快速的检测、分析就显得格外重要了。
基因芯片（又称 DNA 芯片、生物芯片）技术就是顺应这一科学发展要求的产物，它的出现为解决此类问题提供了光辉的前景。
该技术系指将大量（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标记的样品分子进行杂交，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。
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，所以被称为基因芯片。
种类:基因芯片又称为DNA微阵列(DNA microarray)，可分为三种主要类型：1）固定在聚合物基片（尼龙膜，硝酸纤维膜等）表面上的核酸探针或cDNA片段，通常用同位素标记的靶基因与其杂交，通过放射显影技术进行检测。
这种方法的优点是所需检测设备与目前分子生物学所用的放射显影技术相一致,相对比较成熟。
但芯片上探针密度不高，样品和试剂的需求量大，定量检测存在较多问题。
2）用点样法固定在玻璃板上的DNA探针阵列，通过与荧光标记的靶基因杂交进行检测。
这种方法点阵密度可有较大的提高，各个探针在表面上的结合量也比较一致，但在标准化和批量化生产方面仍有不易克服的困难。
3）在玻璃等硬质表面上直接合成的寡核苷酸探针阵列,与荧光标记的靶基因杂交进行检测。
该方法把微电子光刻技术与DNA化学合成技术相结合，可以使基因芯片的探针密度大大提高，减少试剂的用量，实现标准化和批量化大规模生产，有着十分重要的发展潜力。
DNA微阵列(或芯片)技术原理及应用演示教学
DNA微阵列(或芯片)技术原理及 应用
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LOGO 1 概念理论
DNA微阵列或芯片是指在大规模集成电路所控制的 机器人在尼龙膜或硅片固相支持物表面，有规律 地合成成千上万个代表不同基因的寡核苷酸“探 针”，或液相合成探针后由阵列器（arrayer）或 机器人点样于固相支持物表面.这些“探针”可与 用放射标记物如32P或荧光物如荧光素、丽丝胺等 标记的目的材料中的DNA或cDNA互补核酸序列相结 合，通过放射自显影或激光共聚焦显微镜扫描后 ，对杂交结果进行计算机软件处理分析，获得杂 交信号的强度及分布模式图，以此反映目的材料 中有关基因表达强弱的表达谱.
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LOGO 3.4 DNA序列测定
❖ 虽然Sanger、Maxan、Gilbert均有其标准的 DNA测序方法，但对HGP这类大范围的测序 工作已显过时，而用DNA微阵列或芯片快速测 定待测DNA序列则具有十分诱人的前景 .Pease等阐述了该方法的原理并指出它是在人 类遗传学、诊断学、病理检测及DNA分子识别 等方面发挥作用的强有力工具.Hacia等用含有 48 000个寡核苷酸的高密度微阵列分析了黑 猩猩和人BRCA1基因序列差异，结果发现在 外显子11约3.4kb长度范围内的核酸序列同源 性在98.2%至83.5 %之间,高度提示了二者 在进化上的相似性.
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2.2 液相探针的合成及在固相表面的 排列
由已知基因序列在液相中化学合成寡核苷酸链 探针，或通过PCR技术扩增已知基因的编码区 部分序列，或克隆的基因组片段，均需通过纯 化产物后再定量分析.再由具有多个微细加样 孔的阵列复制器（arraying and replicating device,ARD）或阵列机（arrayer）及由电脑 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预处理好的硅 片相应位置上，再由紫外线胶联固定后即得到 DNA微阵列或芯片
微阵列芯片法-概述说明以及解释
微阵列芯片法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述微阵列芯片法是一种基于微纳米技术的生物组学分析方法。
通过将数万至数百万个生物探针固定在芯片上，微阵列芯片能够同时检测大量样本中的多个目标序列或分子，并提供高通量、高灵敏度、高特异性的分析平台。
微阵列芯片的原理是将具有特定功能的DNA、RNA或蛋白质序列固定在芯片表面的离散区域。
这些固定的探针序列可以与待测样品中的特定目标序列或分子发生特异性的互补反应。
通过检测与探针序列结合的目标分子的信号变化，可以准确地识别和定量目标分子的存在和表达水平。
微阵列芯片的应用非常广泛。
在生物学研究中，它可以用于基因表达分析、基因突变检测、单核苷酸多态性分析等。
在医学诊断中，微阵列芯片可以用于癌症早期检测、基因治疗效果评估、药物毒性筛查等。
此外，微阵列芯片还可以用于农业育种、环境监测以及食品安全等领域。
微阵列芯片具有许多优势。
首先，它可以同时检测大量目标序列或分子，大大提高了实验效率和吞吐量。
其次，微阵列芯片的检测灵敏度高，能够检测到非常低浓度的目标物质。
此外，微阵列芯片还能够实现高通量、高特异性的分析，减少了实验的时间和成本。
综上所述，微阵列芯片是一种重要的生物组学分析工具，具有广泛的应用前景和巨大的发展潜力。
在未来，随着技术的不断进步，微阵列芯片将更加成熟和完善，为生物学研究和医学诊断带来更多的突破和进展。
1.2 文章结构文章结构主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，本文将首先概述微阵列芯片的基本概念和原理，同时介绍文章的结构安排和目的。
在正文部分，将深入探讨微阵列芯片的原理、应用和优势。
首先，阐述微阵列芯片的原理，即通过微小尺寸的阵列结构实现高通量的生物分析和检测。
其次，介绍微阵列芯片在生物医学、生物工程和环境监测等领域的广泛应用，如基因表达分析、蛋白质芯片和微生物检测等。
最后，分析微阵列芯片相比传统方法的优势，包括高通量、高灵敏度、低成本和快速分析等方面。
基因表达分析中的微阵列数据处理技术应用分析
基因表达分析中的微阵列数据处理技术应用分析微阵列技术是一种广泛应用于基因表达分析的高通量技术，它能够同时检测上千个基因在细胞或组织中的表达水平，并为我们提供大量的基因表达数据。
然而，处理和分析微阵列数据是一个复杂而繁琐的过程，需要采用一些专门的技术和方法，以提取和解释有价值的信息。
本文将对微阵列数据的处理技术及其在基因表达分析中的应用进行分析和讨论。
首先，微阵列数据处理流程主要包括预处理、质量控制、归一化和差异分析等步骤。
预处理是将原始的图像数据转换为表达矩阵的过程，通常包括背景校正和探针强度的计算。
质量控制是评估数据的可靠性和准确性的步骤，包括检测和删除低质量的样本、探针和基因。
归一化是对数据进行标准化处理，以消除技术和实验间的变异性。
差异分析则是比较不同组间基因的表达水平，找出显著差异的基因。
以上步骤在微阵列数据处理过程中相互关联，确保最终结果的可靠性和准确性。
在实际应用中，我们可以利用微阵列数据处理技术来解决一些生物学问题。
首先，微阵列数据处理技术可以帮助我们识别和鉴定与疾病相关的基因。
通过比较病例组和对照组的基因表达谱，我们可以筛选出在疾病发生和发展过程中显著改变的基因，进一步研究其功能和机制。
其次，微阵列数据处理技术可以帮助我们了解基因调控网络和信号通路。
通过构建基因共表达网络和进行功能富集分析，我们可以揭示基因之间的相互作用关系和重要的生物学通路，从而深入理解基因表达调控的机制。
此外，微阵列数据处理技术还可以帮助我们预测疾病的发生和预后。
通过建立预测模型和分析基因签名，我们可以根据患者的基因表达谱进行疾病的早期诊断、预后评估和个体化治疗。
虽然微阵列数据处理技术在基因表达分析中具有重要的应用价值，但是也存在一些挑战和限制。
首先，微阵列数据处理过程中存在大量的假阳性和假阴性结果，需要采取一些统计方法和策略来控制错误率。
其次，微阵列数据处理需要耗费大量的计算资源和时间，对于大规模数据分析来说尤为突出。
Illumina光纤微珠芯片技术
3 µm beads in wells
photoresist silicon wafer
plasma etching
cleaning
2024/2/7
Key Elements: Random Bead Assembly
Mixture of Different Bead Types
Bead Pool is pipetted on the Substrate
2024/2/7
Key Elements: Decoding Quality Metrics
2024/2/7
BeadArray Formats
Sentrix BeadChip Formats
Sentrix Array Matrix
Universal-16 Custom-16
Human-6 HumanRef-8
原位合成 2024/2/7
Peter J. Russell, iGenetics: Copyright © Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings.
2024/2/7
Peter J. Russell, iGenetics: Copyright © Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings.
• 原位合成法，
• 原位合成法是基于组合化学的合成原理,它通过一组定位模板 来决定基片表面上不同化学单体的偶联位点和次序。原位合 成法制备DNA芯片的关键是高空间分辨率的模板定位技术和 固相合成化学技术的精巧结合。
• 点样法。
• 基因芯片点样法首先按常规方法制备cDNA（或寡核苷酸）探 针库，然后通过特殊的针头和微喷头, 分别把不同的探针溶液 ，逐点分配在玻璃、尼龙或者其它固相基底表面上不同位点, 并通过物理和化学的结合使探针被固定于芯片的相应位点。
基因芯片与高通量DNA测序技术前景分析
基因芯片与高通量DNA测序技术前景分析一、本文概述随着生物技术的飞速发展，基因芯片与高通量DNA测序技术已成为现代生物学和医学领域的重要工具。
这两种技术以其独特的优势，为生命科学的研究开辟了新的路径，极大地推动了我们对生命本质的理解和应用。
本文旨在对基因芯片与高通量DNA测序技术的现状、优势、挑战以及未来发展前景进行深入的分析和探讨。
我们将简要介绍基因芯片和高通量DNA测序技术的基本原理和应用领域。
基因芯片，也称为DNA微阵列，是一种能够同时检测大量基因表达或突变情况的高通量技术。
而高通量DNA测序技术则能够以极高的速度和精度，对DNA序列进行大规模的分析。
我们将分析这两种技术在生物学研究、医学诊断、药物研发等领域的应用实例和效果。
这些实例将展示基因芯片和高通量DNA测序技术如何帮助科学家们更深入地理解生命的奥秘，如何为疾病的预防和治疗提供新的思路和方法。
然后，我们将探讨基因芯片与高通量DNA测序技术所面临的挑战和问题。
例如，数据的解读和分析、技术的准确性和稳定性、伦理和隐私等问题。
这些问题不仅影响着这两种技术的发展和应用，也引发了广泛的讨论和争议。
我们将对基因芯片与高通量DNA测序技术的未来发展前景进行展望。
随着技术的不断进步和成本的降低，这两种技术有望在更多的领域得到应用，为生命科学的发展带来更大的影响。
我们也将讨论如何克服现有的挑战和问题，推动这两种技术的健康、可持续发展。
通过本文的概述，我们希望能够为读者提供一个全面、深入的视角，以理解基因芯片与高通量DNA测序技术的现状和未来发展趋势，以及它们对生命科学和医学领域的深远影响。
二、基因芯片技术的前景分析基因芯片技术，又称为DNA微阵列或生物芯片，是一种在微小固体基片上进行的DNA杂交的分子生物学技术。
近年来，随着生物信息学、微加工技术和分子生物学等相关领域的飞速发展，基因芯片技术也取得了显著的进步，展现出广阔的应用前景。
在医学诊断领域，基因芯片技术有望成为未来疾病诊断的重要工具。
dna芯片基本原理
dna芯片基本原理
DNA芯片，也被称为基因芯片或微阵列，是基于DNA碱基配对和互补的
基本原理，通过将DNA或RNA分解为一系列碱基数固定交错且重叠的寡
核苷酸并进行测序，然后进行序列拼接。
具体来说，其基本原理和步骤如下：
1. 待测基因的酶切：将待测基因切割成不同长度的片段。
2. 荧光标记：对切割后的基因片段进行荧光定位标记。
3. 杂交：标记的基因片段与DNA芯片上的寡核苷酸探针进行杂交。
4. 扫描和检测：应用激光共聚焦荧光显微镜扫描芯片，由于生物标记受激光激发后发出荧光，并且其强度与杂交程度有关，可以获得杂交的程度和分布。
5. 结果分析：根据探针的位置和序列，可以确定靶序列相应基因的序列或表达及突变情况。
以上步骤完成后，就可以通过分析杂交结果来反映样品中基因表达的情况，并根据探针的样品量进行计算。
在一张DNA芯片上，探针的数量与芯片的设计和制作方法有很大的关系，一般都是采取在一张芯片上杂交两种样本，这样可以避免不同芯片产生的误差。
以上信息仅供参考，如需更多信息，建议查阅相关文献或咨询生物学家。
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中 国 生 物 工程 杂 志
JOURNAL OF CHINESE BIOTECHNOLOGY
2002 年 12 月
DNA 微阵列基片的化学处理*
鲁艳芹* * 韩金祥
( 山东省医药生物技术研究中心 国家卫生部生物技术药物重点实验室 济南 250062)
摘要 对于合成后点样的 DNA 微阵列, 基片的表面化学处理非常重要。它直接影响到样品 与基片的结合效率, 进而影响杂交结果。基片表面的各种化学修饰方法多种多样, 物理吸附 主要以赖氨酸包被为主。共价结合通常使用同源偶联分子或异源偶联分子, 还可以在基片 表面组装线状、分支状连接分子或包被琼脂糖。着重介绍了 DNA 微阵列的制备, 即样品如 何固定到玻璃基片上。总结了不同类型基片表面的化学修饰方法以及 DNA 与基片的化学 结合。 关键词 DNA 微阵列 玻璃基片 化学修饰
无水吡啶 二甲基甲酰胺配制) 室温处理 2h, 经甲 醇和超纯 水分 别漂洗 数次后, 真空 干燥[4] 。用 5% 的戊二醛[ glutaraldehyde, GA] 水溶液处理亦可 以得到同样的效果。常见的同源偶联分子还有 丁二酰亚胺基碳酸[ disuccinimidylcarbonate, DSC] 、 丁二 酰亚 胺 基草 酸 [ disuccinimidyl oxalate, DSO] 等[ 5] 。图 2 是硅烷化的玻璃基片与戊二醛偶联 分子的连接, 修饰后的玻片可进一步结合末端带 有氨基的寡核苷酸或核酸片段( 图 3, 引自 www. arrayit . com) 。二者首先形成中间体, 经脱水后变 成希佛碱。在碱性环境下( pH 9 0~ 11 0) , 形成 稳定的共价结构。 2 2 2 异源偶联分子的连接 异源双功能官 能团偶联分子同时携带有两种不同的官能团, 如 氨基和巯基。与同源偶联分子相比, 它消除了形 成二聚体和发生分子间相互作用的可能性。该 类分子主要有丁二酰亚胺基 4 马来酰亚胺苯基
DNA 微阵列的制备主要有两种方法, 原位合 成与合成后点样。Affymetrix 公司利用固相光化 学合成法已开发出一系列寡核苷酸芯片, 每平方 厘米上探针的数量可达 244000 个。但该方法合 成成本高, 不适合较长的寡核苷酸。合成后点样 法可用于较长的寡核 苷酸片段或 PCR 产物, 其 点样密度约为每平方厘米 6500 个点。该方法主 要有接触式与非接触式两种, 支持物可以是尼龙 膜、硝 酸 纤维 素 膜、玻璃 基 片、镀 金 片和 硅 片 等[ 1] 。
3 线状、树枝状连接分子的合成以及探针 的固定
除了使用偶联分子将探针和基片直接相连 外, 还可以在玻片表面组装线状、树枝状连接分
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中 国 生 物 工程 杂 志
第 22 卷
子( 一般为胺 类) , 其表面经 激活后即 可固定探 针。
连接分子的合成如图 5 和图 6( 引于参考文 献 5) 所示, 基片表面结合的氨 基基团在二异丙 基乙 胺( diisopropylethyl amine, DIEA) 的催 化下, 与 4 硝 基 苯 氯 代 甲 酸 酯 ( 4 nitrophenyl chloroformate) 或丙烯酰氯( acryloylchloride) 发生酰 化反应。若使用不同类型的胺类, 可形成不同的 分支结构。在双胺试剂的作用下形成线状结构
Surf ace S H + H2C CH CO NH R DNA
巯基
丙烯酰氨基探针
Surf ace S CH2 硫醚键连接
CH2
CO NH
R DNA
H2C CH CO NH2 + H2C CH CO NH R DNA
( H2C CH CO NH2) n( H2C CH CO NH R DN A) n
图 1 玻璃基片表面的硅烷化过 程
据报道, PEDA 的结合效率要高于 HAD、EDA 与 DETA, 但该试剂不易纯化且价格较贵, 使用较 多的是HAD、EDA 与 DETA[ 3] 。此处, 硅烷化试剂 见光易分解或发生聚合反应, 为保持其活性, 该 类试剂应置于避光、干燥处, 一经打开, 氮气流中 保存。 2 2 偶联分子的合成
DNA 微 阵 列 又 称 DNA 芯 片、基 因 芯 片 ( Genechip) , 是指通过微电子技术和微加工技术 将大 量特定序 列的 DNA 有序 地固定在 载体表 面, 形成储 存有大量信息的 DNA 阵 列。该阵列 与标记的探针杂交后, 在短时间内快速、准确地 获取大量信息。基于它的高通量、缩微化及平行 分析的特点, 目前已广泛用于基因组功能研究、 突变检测、SNP 分析、药物筛选、法医鉴定、环境 监测等领域。该技术主要包括四个部分: DNA 微 阵列的制备, 样品制备及标记, 分子杂交与扫描, 生物信息学分析等。
范围内调节( 图 4) [ 6] 。与其它类型修饰的玻片相 比, 5!端丙烯酰氨基修饰的探针在与玻片结合前 非常稳定, 它的水溶液在 pH 值和温度变化的大 幅度范围内都非常稳定。而且探针可固定在玻 璃基片、塑料片或交联胶表面。探针与巯基修饰 的玻片结合效率高, 所形成的 硫醚键在 PCR 反 应条件及加热下非常稳定。
玻片表面覆有碎屑和油, 在各种化学处理前 必需清洗干净。可以先用铬酸洗液浸泡, 然后用 10% NaOH 清洗, 再用 1% HCl( 1) 将清洗过的片子烘干, 浸入 100 g ml 的 poly l lysine 溶液( 用 0 1 PBS 配制) , 室温温和 振荡 30 分钟。
2 共价键结合
本方法是利用不同的活化试剂, 通过化学反 应使基片表面结合上各种形式的活化官能团, 便 于与配基共价结合。它适用于较短的寡核苷酸 ( 十几到几十个碱基) 合成后点样。较常见的就 是在 硅烷 化 的 玻 璃基 片 上 连 接 偶联 剂 ( crosslinker) , 其两端带有化学修饰官能团, 如氨 基、巯基或苯醛基, 寡核苷酸通过偶联剂固定在
图 2 玻璃基片表面的醛基化修 饰
图 3 醛基化的玻璃基片与末端氨基化的 DNA 的结合过程
Mosaic 技术公司推出的 EZ RAYS 玻片表面 采用二硫化物修饰, 用户在使用前只需将其激活 成有活性的巯基团。基片表面的基团与 5!端丙 烯酰氨基修饰的探针共价结合成稳定的硫醚环。 另外, 5!端丙烯酰氨基修饰的探针还可以与丙烯 酰胺发生共聚合反应, 形成包含链状探针的交联 胶。探针的浓度以及胶层的特性可以在很大的
( 2) 超纯水清洗。 ( 3) 6000r min 甩干玻璃基片或 42 过夜烘
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中 国 生 物 工程 杂 志
第 22 卷
干。 包被好 的基片一 般放置 两周, 方可 用于点
样。该方法处理过的基片最好在 4 个月内使用, 时间过长, 多聚赖氨酸易发生降解。处理过的赖 氨酸溶液可以重复使用不超过 6 次。使用过的 溶液过 滤, 贮 于 4 , 下次使 用前加 约 2 5% ~ 4 5% 的新配制的多聚赖氨酸溶液即可。该方法 利用玻璃基片的物理吸附特性, 多聚赖氨酸由于 富集正电荷, 而易于吸附 DNA。它主要用于固定 PCR 产物, 以及较长片段的寡核苷酸。
第6 期
鲁艳 芹等: DNA 微阵列基片的化学处理
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丁 酸 [ succinimidyl 4 ( maleimidophenyl ) butyrate, SMPB] 、m 羧化马来酰亚胺苯甲酰基 N 羟化丁二 酰亚胺酯、[ m maleimidobenzoyl N hydroxysuccinimide easter, MBS] 、丁二酰亚胺基 4 马来酰亚胺基环己烷 1 羧 化 酯 [ succinimidyl4 ( N maleimidomethyl ) cyclohexane 1 carboxylate, SMCC ] 、 N [ N ( maleimidobutryloxy) succinimide ester, GMBS] 、m 马 来酰 亚 胺 基 丙 酸 N 羟 化 丁 二 酰 亚 胺 酯 [ m
图 4 硫醚键的形成以及丙烯酰氨基修饰的探针与其 它丙烯基的共聚和反应
Mikhail 等人采用三乙氧基硅烷引入半卡巴 氮( semicarbazide, SC) , SC 基片与苯醛基( BAL ) 修 饰的寡核苷酸通过半卡巴腙共价结合。SC 玻片 要比常用 的氨基丙 基修饰的 玻片 稳定, 且 BAL 修饰的寡核苷酸易于储存[ 7] 。
在 DNA 微阵列的制备过程中, 基片的化学 处理极为重要, 它直接影响 DNA 与基片的结合 强度与效率, 进而影响杂交结果的检出。如何提 高基片与 DNA 样品的亲和力是基片表面化学处 理的关键。基片表面的化学处理方法多样, 总体 来说, 有物理吸附与共价结合两种方式。本文将 就广泛使用的玻璃基片为例, 介绍几种不同的玻 璃基片表面化学处理方法。
基片上。通常在寡核苷酸序列前端连接有手臂 分子, 以消除空间阻碍。 2 1 玻璃基片的硅烷化
如图 1, 基片 硅烷 化所 使用 的试 剂通 常为 1% 的 N 2 ( 氨基乙基) 3 氨基丙基三甲氧基硅烷
[ N ( 2aminoethyl ) 3! aminopropyltrimethoxysilane, EDA] 溶液、N 6 氨基己基氨基丙基三甲氧基硅 烷[ N ( 6 aminohexyl ) aminopropyl trimethoxysilane ] 溶液 或 三甲 氧 基 丙基 二 乙 烯 基 三胺 [ trimethoxylpropyldiethylenetriamine, DETA ] 溶 液、 ( 用 1mmol L 醋 酸水 溶 液 配 制) [ 2, 3] , 浸 泡 玻片 20min 后 用超 纯 水清 洗 数次。氮气 流 中干 燥, 120 烘干 3~ 4min, 确保硅烷化膜完全脱水。另 外, 也 可以 使用 1% 的 m, p ( 氨 基甲 基 氨基乙 基) 苯 乙 基 三 甲 氧 基 硅 烷 [ m, p ( aminomethyl aminoethyl ) phenethyltrimethoxysilane, PEDA ] 溶 液 ( 用 95: 5 的甲醇: 1mmol L 醋酸水溶液配制) 处理 20min 后先后用甲醇、超纯水清洗数次。