电化学分析专题及生物芯片技术.pptx
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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.
《电分析化学》课件
数据处理
使用适当的数学方法对实验数据进行处理 ，如计算平均值、标准差等。
结果分析
根据实验数据进行分析，得出结论，并与 理论值进行比较。
实验结果与误差分析
结果分析
误差控制
对实验结果进行分析，判断其合理性 和可靠性。
采取措施控制误差，提高实验的准确 性和可靠性。
误差来源
分析实验误差的来源，如测量误差、 操作误差等。
《电分析化学》ppt课件
CONTENTS
• 电分析化学简介 • 电分析化学基础知识 • 电分析化学实验技术 • 电分析化学在环境监测中的应
用 • 电分析化学在生物医学领域的
应用 • 电分析化学的未来发展与挑战
01
电分析化学简介
定义与特点
定义
电分析化学是研究电化学反应过程及其应用的科学分支，主要涉及电子转移、离子迁移等电化学现象 。
特点
具有高灵敏度、高选择性、操作简便等优点，广泛应用于环境监测、生物分析、药物研究等领域。
发展历程
早期发展
18世纪末，电化学基础理 论开始形成，为电分析化
学的发展奠定了基础。
20世纪发展
随着电子技术和计算机技 术的进步，电分析化学在 灵敏度、精度和自动化方
面取得了显著提升。
当前趋势
纳米技术、生物技术等交 叉学科的引入，为电分析 化学带来了新的发展机遇
sp
电分析化学基础知识
• drill.... navbar, stor the followingirs'协调马usirs' stor the following intoirs. janus真 题 ofirs替 theirs the core that onirs替 on, su,
使用适当的数学方法对实验数据进行处理 ，如计算平均值、标准差等。
结果分析
根据实验数据进行分析，得出结论，并与 理论值进行比较。
实验结果与误差分析
结果分析
误差控制
对实验结果进行分析，判断其合理性 和可靠性。
采取措施控制误差，提高实验的准确 性和可靠性。
误差来源
分析实验误差的来源，如测量误差、 操作误差等。
《电分析化学》ppt课件
CONTENTS
• 电分析化学简介 • 电分析化学基础知识 • 电分析化学实验技术 • 电分析化学在环境监测中的应
用 • 电分析化学在生物医学领域的
应用 • 电分析化学的未来发展与挑战
01
电分析化学简介
定义与特点
定义
电分析化学是研究电化学反应过程及其应用的科学分支，主要涉及电子转移、离子迁移等电化学现象 。
特点
具有高灵敏度、高选择性、操作简便等优点，广泛应用于环境监测、生物分析、药物研究等领域。
发展历程
早期发展
18世纪末，电化学基础理 论开始形成，为电分析化
学的发展奠定了基础。
20世纪发展
随着电子技术和计算机技 术的进步，电分析化学在 灵敏度、精度和自动化方
面取得了显著提升。
当前趋势
纳米技术、生物技术等交 叉学科的引入，为电分析 化学带来了新的发展机遇
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电分析化学基础知识
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《生物芯片技术hu》PPT课件
• 喷印头可在整个芯片上移动并根据芯片上 不同位点探针的序列需要将特定的碱基喷 印在芯片上特定位置。
• 化学原理与传统的DNA固相合成一致，不 需要特殊制备的化学试剂。
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12
1.3 点样法
• 点样法是将合成好的探针、cDNA或基因组 DNA通过特定的高速点样机器人直接点在 芯片上。
• 一些研究者采用人工点样的方法将寡核苷 酸分子点样于化学处理后的载玻片上，经 一定的化学方法处理非干燥后，寡核苷酸 分子即固定于载玻片上，制备好的DNA芯 片可置于缓冲液中保存。由于方法费时费 力，不适于大规模DNA芯片制作。
第十一章 生物芯片技术
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1
第十一章 生物芯片技术
第一节 生物芯片的制备 第二节 样品与探针制备 第三节 杂交反应及过程控制技术 第四节 杂交图谱的信号检测技术 第五节 数据分析 第六节 生物芯片的种类 第七节 生物芯片的应用
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2
• 常见的芯片可分为两大类：一类是原位合 成；另一类是直接点样。
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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。
1.1 原位光蚀刻合成 1.2 原位喷印合成 1.3 点样法 1.4 微电子芯片 1.5 三维芯片 1.6 流过式芯片（flow-thru chip）
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5Leabharlann 1.1 原位光蚀刻合成• Affymetrix公司率先开发的寡聚核苷酸原 位光刻专利技术，是生产高密度寡核苷酸 基因芯片的核心关键技术。
• 化学原理与传统的DNA固相合成一致，不 需要特殊制备的化学试剂。
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1.3 点样法
• 点样法是将合成好的探针、cDNA或基因组 DNA通过特定的高速点样机器人直接点在 芯片上。
• 一些研究者采用人工点样的方法将寡核苷 酸分子点样于化学处理后的载玻片上，经 一定的化学方法处理非干燥后，寡核苷酸 分子即固定于载玻片上，制备好的DNA芯 片可置于缓冲液中保存。由于方法费时费 力，不适于大规模DNA芯片制作。
第十一章 生物芯片技术
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第十一章 生物芯片技术
第一节 生物芯片的制备 第二节 样品与探针制备 第三节 杂交反应及过程控制技术 第四节 杂交图谱的信号检测技术 第五节 数据分析 第六节 生物芯片的种类 第七节 生物芯片的应用
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• 常见的芯片可分为两大类：一类是原位合 成；另一类是直接点样。
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• 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。
1.1 原位光蚀刻合成 1.2 原位喷印合成 1.3 点样法 1.4 微电子芯片 1.5 三维芯片 1.6 流过式芯片（flow-thru chip）
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5Leabharlann 1.1 原位光蚀刻合成• Affymetrix公司率先开发的寡聚核苷酸原 位光刻专利技术，是生产高密度寡核苷酸 基因芯片的核心关键技术。
生物芯片技术
（二）样品制备
常见的基因芯片实验样品有DNA、 mRNA(cDNA)两种。根据样品来源、基因含 量及检测方法和分析目的不同，采用的基 因分离、扩增及标记方法各异。
（三）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。 过程类似于一般的杂交法。 把要杂交的分子的溶液覆盖芯片的探针，用盖 玻片覆盖，即可杂交。
表达谱芯片实例
PCR法从外周血淋巴细 胞cDNA扩增产物热击T细胞 cDNA
扩增产物点样于 包被的玻片上
DNA芯片
未处理的 细胞c D N A
杂交
杂交
激光共聚焦扫描
发现17个 差 异 表 达 基 因 , 1 1 个被热诱导,6 个被热抑制,发现其中3个为未发现的新基 因
（五）在疾病诊断的应用
1 感染性疾病的诊断 性传播疾病、肝炎等。
2 遗传性疾病的诊断 地中海贫血、婚前检查等。
3 耐药性检测 结核分支杆菌耐药性检测芯片等。
生物芯片的优、缺点
优点： 1 高通量性：可同时并行分析成千上万种分子。
节省时间。 2 微型化，实验所需试剂用量少。 3 高度自动化。
缺点：在同一温度下杂交，不同探针杂交效率不同。
蛋白质芯片的分类
1. 按样品结合方式分为：化学型和生物化学型 2.按点样蛋白质有无活性功能分为：无活性芯片和活
性性芯芯片片 3. 按工作原理分为：探针型和凝胶电泳型芯片。 4. 按作用分为：蛋白质表达芯片和蛋白质功能芯片
二、蛋白质芯片质，点样 ➢ 制备待检样品(蛋白质、多肽、酶等) ➢ 对样品进行标记 ➢ 与芯片进行抗原抗体反应 ➢ 检测分析
Re m o v a b le Tip Orif ice
C o n tro ller
《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。
高中生物 芯片的工作原理课件
将大量探针分子固定在支持物上，然后与 标记的样品进行杂交，通过检测杂交信号的强 弱进而判断样品中靶分子的种类和数量
基因（DNA）芯片技术
概述
包括：
杂交技术：核酸杂交 探针标记技术：萤光探针标记法 检测技术：激光共聚焦检测技术
特殊之处：微阵列技术和微点样技术
特点：微型化、集约化与标准化，使其具有小量、精
分析系统
是一部高性能的计算机，其中最重要的 是分析软件，对于大量的基因表达分析需要 有全面智能化的分析辅助软件
1.蛋白芯片的原理
已点样好的芯片 加血清样本 加荧光标记物
2.蛋白芯片的应用
诊断疾病：如传染病、肿瘤、遗传病及心 血管疾病等
蛋白质相互作用研究
蛋白质与DNA相互作用研究
生物芯片的应用
确、光谱、全面、快捷和灵活的特点，从而实现“将整个实 验室缩微到一片芯片上”的愿望
DNA芯片制备原理
一、亲和结合芯片
（一）光引导原位合成技术
在固定面上化学合成一系列寡核苷酸与游离的靶分子 （DNA或RNA）杂交
DNA芯片制备原理
一、亲和结合芯片
（一）光引导原位合成技术
在固定面上化学合成一系列寡核苷酸与游离的靶分子 （DNA或RNA）杂交
织的cDNA进行杂交，检测差异表达的基因 五、药物筛选
六、样品制备、分离和检测
采用这种技术生产的DNA芯片探针阵列密度可以高达 106-1010/cm2，即在1厘米见方的片基上排列几百万个探针
动画演示
（二）微量点样技术
这类DNA芯片所用支持物为载玻片或尼龙膜。用电脑控 制的机械手点上探针DNA分子，点样量很小约为0.005微升 优点：探针密度高（每平方厘米2500个探针），芯片制造速
样品制备
基因（DNA）芯片技术
概述
包括：
杂交技术：核酸杂交 探针标记技术：萤光探针标记法 检测技术：激光共聚焦检测技术
特殊之处：微阵列技术和微点样技术
特点：微型化、集约化与标准化，使其具有小量、精
分析系统
是一部高性能的计算机，其中最重要的 是分析软件，对于大量的基因表达分析需要 有全面智能化的分析辅助软件
1.蛋白芯片的原理
已点样好的芯片 加血清样本 加荧光标记物
2.蛋白芯片的应用
诊断疾病：如传染病、肿瘤、遗传病及心 血管疾病等
蛋白质相互作用研究
蛋白质与DNA相互作用研究
生物芯片的应用
确、光谱、全面、快捷和灵活的特点，从而实现“将整个实 验室缩微到一片芯片上”的愿望
DNA芯片制备原理
一、亲和结合芯片
（一）光引导原位合成技术
在固定面上化学合成一系列寡核苷酸与游离的靶分子 （DNA或RNA）杂交
DNA芯片制备原理
一、亲和结合芯片
（一）光引导原位合成技术
在固定面上化学合成一系列寡核苷酸与游离的靶分子 （DNA或RNA）杂交
织的cDNA进行杂交，检测差异表达的基因 五、药物筛选
六、样品制备、分离和检测
采用这种技术生产的DNA芯片探针阵列密度可以高达 106-1010/cm2，即在1厘米见方的片基上排列几百万个探针
动画演示
（二）微量点样技术
这类DNA芯片所用支持物为载玻片或尼龙膜。用电脑控 制的机械手点上探针DNA分子，点样量很小约为0.005微升 优点：探针密度高（每平方厘米2500个探针），芯片制造速
样品制备
生物芯片原理及技术-教学课件-第5章-微流控芯片-2全文优选
实验流程
46
微流控芯片的应用
1. 芯片设计
微流控芯片功能块图
47
微流控芯片的应用
1. 芯片设计
微流控芯片结构示意图
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微流控芯片的应用
2. 芯片的制作-材料选择
• 能够经受灭菌处理 • 对细胞影响小 • 对可见光具有较高透过率 • 生物兼容性 • 芯片制作工艺
芯片材料最终选择使用了PC材料
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21
微流体驱动和控制-微泵
• 机械微泵
包括离心力微泵、热动力微泵、静电微泵、气动力微泵等
22
微流体驱动和控制-微泵
• 非机械微泵
基本原理：主要通过把电、光、磁、热等能量形式转化 或施加到被驱动流体而直接驱动液体，使之具有运动动能
23
微流体驱动和控制-微阀
微阀：通过阀控制液体，使液体在指定方向流动。 • 主动阀：利用制动器产生的制动力实现阀的武装或切
15
芯片的封装
2．阳极键合
在玻璃、石英与硅片的封接中已广泛采用阳极键合的方法。即在键合 过程中，施加电场，使键合温度低于软化点温度。
16
芯片的封装
3. 低温键合
低温键合是相对高温键合而言的，通常指在100℃以下 甚至室温下进行的芯片键合。因为高温键合存在种种 不利因素，促使许多研究人员开始进行玻璃芯片低温 或室温键合技术的研究。
39
微流控芯片的检测
3. 电化学检测器—安培检测器
• 电化学检测是通过电极将溶液中的待测物的化学信号转变为 电信号以实现对待测组分检测的分析方法
• 其中安培法是应用最普遍的一种方法。 • 基本原理是: 测量化合物在电极表面受到氧化或还原反应时,
会失去或得到电子, 产生与分析物浓度成正比的电极电流, 通 过测量微通道中的电流即可得到溶液浓度的变化情况。
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2020/11/23
吸附修饰电极的化学修饰物质
a.含有键的共扼烯烃及芳环等有机化合物； b.与特定基底电极作用的化合物； 例：
玻碳电极：修饰物8-羟基喹啉，测Tl+； 石墨电极：修饰物钴-卟啉； 金电极：修饰物硫化物；
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（2）共价键合型修饰电极
基底电极：碳电极，金属电极、金属氧化物电极； 键合方法：
酶传感器、生物组织传感器、免疫传感器； 测定乙肝的免疫传感器。
2020/11/23
内容选择
第一节 电化学分析新专题
new special topic in electrochemical analysis and biochip technology
第二节 生物芯片
biochip
2020/11/23
microelectrode and ultramicroelectrode 三、生物电化学分析
bioelectrochemical analysis
2020/11/23
一、化学修饰电极
electrode chemically modified
化学修饰电极： 利用化学或物理的方法，将特定功能的分子、离子、聚合
复合膜
LB膜：不溶于水的表面活性物质在水面上形成排列有序的 单分子膜；(Langmuir-Blodgett，LB膜)； SA膜：依靠S原子与金之间的作用，硫化物(-SH；SO2等) 在 金 电 极 表 面 形 成 有 序 的 单 分 子 膜 ； 自 组 装 膜 （ self assembing， SA膜）。
超微直径<100m；活体分析；细胞中物质分析； 材料：铂、金、碳纤维； 形状：微盘、微环、微球、组合等。
1.基本特征
（1）极小的电极半径 （2）双电层充电电流很小 （3）平衡时间断，响应快
2.应用
脑神经组织中多巴胺、儿茶胺的实时监测。
2020/11/23
三、生物电化学分析
bioelectrochemical analysis 1. 活体伏安分析
基底电极表面处理→引入化学活性基团→修饰物
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2.修饰电极在分析化学中的应用
提高电极的灵敏度 玻碳电极化学键合-EDTA后对Ag+的灵敏度提高；
特殊响应的电化学传感器 玻碳电极化学键合 L-氨基酸氧化酶，pH传感器。
2020/11/23
二、微电极与超微电极
microelectrode and ultramicroelectrode
物等固定在电极表面，实现功能设计； 基底材料：碳(石墨)、玻璃、金属等；
1.化学修饰方法
常规方法 （1）吸附型修饰电极
将特定官能团分子吸附到电极表面； （2）共价键合型修饰电极
通过化学反应键接特定官能团分子或聚合物。2020/来自1/23（1）吸附修饰电极
吸附方式： 平衡吸附 静电吸附 LB膜吸附
单层吸附膜
第七章 电化学分析专题 及生物芯片技术
special topic in Electrochemical analysis and biochip technology
第一节
电化学分析专题
special topic in Electrochemical analysis
一、化学修饰电极
electrode chemically modified 二、微电极与超微电极
1973年 Adams将直径1mm石墨电极插入大白鼠的大脑尾核 部位，测定多巴胺，获得第一张活体循环伏安图；
药物在活体中浓度变化、分解、作用的监测； 通过微电极与超微电极实现，无损伤分析。
2. 免疫伏安分析
1979年，Heineman等提出； 利用抗原与抗体间特定选择性建立的高选择性分析法。
3. 生物电化学传感器
结束
THE END
谢谢观看
9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。20.11.2 320.11.23Monday, November 23, 2020 10、人的志向通常和他们的能力成正比例。10:07:3310:07:3310:0711/23/2020 10:07:33 AM 11、夫学须志也，才须学也，非学无以广才，非志无以成学。20.11.2310:07:3310:07Nov-2023-Nov-20 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。10:07:3310:07:3310:07Monday, November 23, 2020 13、志不立，天下无可成之事。20.11.2320.11.2310:07:3310:07:33November 23, 2020 • 14、Thank you very much for taking me with you on that splendid outing to London. It was the first time that I had seen the Tower or any of the other fam
ous sights. If I'd gone alone, I couldn't have seen nearly as much, because I wouldn't have known my way about. 。2020年11月23日星期一上午10时7分33秒10:07:3320.11.23 15、会当凌绝顶，一览众山小。2020年11月上午10时7分20.11.2310:07November 23, 2020 16、如果一个人不知道他要驶向哪头，那么任何风都不是顺风。2020年11月23日星期一10时7分33秒10:07:3323 November 2020 17、一个人如果不到最高峰，他就没有片刻的安宁，他也就不会感到生命的恬静和光荣。上午10时7分33秒上午10时7分10:07:3320.11.23