基因芯片
基因芯片技术简介
基因芯片技术简介引言随着基因组学的快速发展，基因芯片技术作为一种高通量、高效率的基因表达分析方法，越来越受到科学家们的关注和广泛应用。
本文将介绍基因芯片技术的定义、原理、应用领域以及发展趋势。
定义基因芯片技术，又称DNA芯片技术，是利用半导体芯片上固定携带有特定DNA序列或cDNA序列的探针，通过杂交技术测定样本中的基因表达水平的一种新兴技术。
它通过将大量DNA序列固定在芯片表面上，可以同时检测成千上万个基因的表达水平，从而实现了高通量、高灵敏度、高速度的基因表达分析。
基因芯片技术的原理主要包括芯片设计、样本处理、杂交和信号检测四个步骤。
芯片设计芯片设计是基因芯片技术的核心环节。
通过将感兴趣的DNA序列打印到芯片表面上，实现对这些DNA序列的同时检测。
芯片设计要考虑到实验的目的、样本来源、携带探针的芯片类型等因素。
样本处理样本处理是基因芯片技术中非常重要的一步。
首先，需要提取样本中的RNA，并转录成cDNA。
然后，对cDNA进行标记，常见的方法是采用荧光标记。
标记完成后，将标记的cDNA与芯片上的探针进行杂交。
杂交是将标记的cDNA与芯片上的DNA探针进行特异性结合的过程。
通过杂交反应，可以使标记的cDNA与芯片上的探针发生碱基配对，从而检测基因表达水平。
信号检测信号检测是基因芯片技术的最后一步。
常见的检测方法包括荧光扫描、激光检测和图像分析等。
这些方法可以量化样本中的基因表达水平，并生成可视化的热图或散点图，以方便科学家对数据进行分析和解读。
应用领域基因芯片技术在生物学、医学和农业等领域具有广泛的应用。
生物学研究基因芯片技术的高通量性能使其成为生物学研究的重要工具。
研究人员可以通过基因芯片技术分析不同组织、不同时间点或不同个体中的基因表达变化，探究基因在生物体发育、疾病发展等过程中的功能。
医学诊断基因芯片技术在医学诊断中有着重要的应用价值。
通过分析患者样本中的基因表达谱，可以为医生提供辅助诊断和治疗的信息。
基因表达谱芯片
基因表达谱芯片（Gene Expression Microarray），简称基因芯片，是一种高通量的基因分析技术，它可以同时检测数千个基因的表达水平。基因芯片的核心是由成千上万的探针组成的芯片，每个探针可以检测一个特定的基因的表达水平。通过对样本进行处理和标记，然后与芯片上的探针进行杂交和检测，可以获得每个基因的表达水平数据。
基因芯片的应用非常广泛，特别是在生命科学领域中。它可以用于研究不同生物条件下基因表达的变化，探索基因调控机制，发现新的基因标记，甚至可以用于疾病的早期诊断和治疗。除此之外，基因芯片还可以应用于农业、环境、食品安全等领域。
基因芯片技术的优点是可以同时检测大量基因的表达水平，从而提高研究效率和减少研究成本。此外，基因芯片还可以在不需要繁琐实验和检测的情况下，快速、准确地得到大量基因表达数据。这些数据可以用于建立基因表达谱和生物信息学分析，从而发现新的基因调控机制，识别疾病相关基因和生物标志物，提高研究和诊断水平。
基因芯片名词解释
基因芯片名词解释基因芯片是一种可以同时测量几千到数百万个基因在一个特定生物样本中表达水平的大规模平行检测技术。
基因芯片通常由玻璃片或硅片制成，上面带有数千至数百万个微小的探针，每个探针与一个特定的基因序列或基因组区域相关联。
通过将待测样本中的RNA转录成cDNA，然后与芯片上的探针杂交，基因芯片可以快速、高通量地测量每个基因的表达水平。
基因芯片有许多不同的应用，包括基因表达分析、基因型检测、突变检测和DNA甲基化等。
基因芯片可以帮助科学家们揭示基因与疾病之间的关系，理解生物体内基因的功能和相互作用。
以下是基因芯片中一些常用的名词解释：1. 探针（Probe）：探针是芯片上的小片段DNA或RNA序列，用于与待测样本中的RNA或DNA杂交。
通过测量探针与待测样本中的RNA或DNA的配对程度，可以确定基因的表达水平或基因型。
2. 表达水平（Expression Level）：基因芯片可以测量基因在生物样本中的表达水平，即该基因的mRNA的相对或绝对数量。
表达水平的高低可以表明该基因在特定生物过程中的重要性。
3. 杂交（Hybridization）：基因芯片上的探针与待测样本中的RNA或DNA发生互补配对的过程。
通过杂交，可以测量样本中的RNA或DNA与探针的亲和性，从而确定基因的表达水平或基因型。
4. 基因组学（Genomics）：基因组学研究生物体内所有基因的组成、结构和功能。
基因芯片是基因组学研究中最重要的工具之一，可以帮助科学家们理解基因组的组成和调控。
5. 转录组学（Transcriptomics）：转录组学研究生物体内所有基因的转录产物，即mRNA的组成、结构和功能。
基因芯片可以帮助科学家们测量转录组的表达水平，从而理解基因在特定生物过程中的调控。
6. 基因型（Genotype）：基因型指的是一个生物体内某个基因的具体变种或突变形式。
基因芯片可以通过检测基因组中的多个SNP（单核苷酸多态性）位点，帮助科学家们确定个体的基因型。
基因芯片概念
基因芯片概念嘿，你有没有想过，在我们肉眼看不到的微观世界里，正发生着一场科技革命呢？今天呀，我就想跟你唠唠这个超酷的基因芯片。
我有个朋友叫小李，他是个生物科技迷。
有一次我们聊天，他就特别兴奋地跟我说：“你知道基因芯片吗？那可真是个神奇的东西，就像是微观世界的超级侦探！”我当时就被他这个说法给吸引住了。
基因芯片到底是啥呢？简单来说，基因芯片就像是一个超微型的基因信息库，只不过这个信息库是被集成在一块小小的芯片上的。
想象一下，把整个图书馆的书都压缩成一张小小的卡片，这卡片就是基因芯片，而那些书里的内容就是各种各样的基因信息。
这芯片的表面布满了密密麻麻的基因探针，这些探针就像一个个小触角，专门用来捕捉特定的基因片段。
我记得去参加一个科技展的时候，有个讲解员给我打了个很有趣的比方。
他说基因芯片就像是一个拥有无数小坑的筛子，每个小坑都有特定的形状，只能让特定形状的东西通过，而这些东西就是我们要检测的基因片段。
这时候我才恍然大悟，原来基因芯片的工作原理这么有趣。
基因芯片在医疗领域可是个大功臣呢。
就拿癌症检测来说吧。
以前呀，检测癌症可能要经过一系列繁琐的检查，而且有时候还不能早期发现。
但是有了基因芯片就不一样了。
医生可以通过基因芯片快速检测患者的基因样本，看看有没有那些与癌症相关的基因变异。
就像我的另一个朋友小王，他家里有人患了癌症。
他就特别担心自己也会得。
后来他去做了基因芯片检测，结果显示他并没有那些高危的基因变异。
他当时就松了一口气，高兴得不得了，直说：“这基因芯片可真是个好东西，就像给我吃了一颗定心丸！”不仅在癌症检测方面，在遗传病的诊断上，基因芯片也是威力巨大。
我有个邻居，他们家有遗传性的疾病。
他们一直担心自己的孩子也会遗传到这个病。
当孩子出生后，就赶紧做了基因芯片检测。
结果很快就出来了，幸运的是，孩子并没有携带那种致病基因。
他们一家人当时那种喜悦的心情，真的是难以形容。
他们不停地说：“基因芯片简直就是我们家的大救星啊。
基因芯片的基本原理
基因芯片的基本原理
基因芯片(Gene Chip,DNA Chip)，又称DNA微阵列(DNA Micorarray)，是指按照预定位置固定在固相载体上很小面积内的千万个核酸分子所组成的微点阵阵列。
在一定条件下，载体上的核酸分子可以与来自样品的序列互补的核酸片段杂交。
如果把样品中的核酸片段进行标记，在专用的芯片阅读仪上就可以检测到杂交信号。
基因芯片技术主要包括四个主要步骤：芯片制备、样品制备、杂交反应和信号检测和结果分析。
1、芯片制备-目前制备芯片主要以玻璃片或硅片为载体，采用原位合成和微矩阵的方法将寡核苷酸片段或cDNA作为探针按顺序排列在载体上。
芯片的制备除了用到微加工工艺外，还需要使用机器人技术。
以便能快速、准确地将探针放置到芯片上的指定位置。
2、样品制备-生物样品往往是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，有时样品的量很小。
所以，必须将样品进行提取、扩增，获取其中的蛋白质或DNA、RNA，然后用荧光标记，以提高检测的灵敏度和使用者的安全性。
3、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。
选择合适的反应条件能使生物分子间反应处于最佳状况中，减少生物分子之间的错配率。
4、信号检测和结果分析-杂交反应后的芯片上各个反应点的荧光位置、荧光强弱经过芯片扫描仪和相关软件可以分析图像，将荧光转换成数据，即可以获得有关生物信息。
目前，基因芯片主要由寡核苷酸芯片和cDNA芯片两大类组成。
什么是基因芯片
什么是基因芯片基因芯片是一种用于检测和分析基因表达的技术工具。
它可以同时检测和量化数千个基因在特定生物样本中的表达水平。
基因芯片已经广泛应用于生命科学研究和临床医学领域，为我们提供了解细胞和生物体内基因调控的重要工具。
基因芯片通常由玻璃或硅片制成，具有一系列微小的孔洞或微阵列。
这些孔洞中包含着固定的DNA探针，每个探针都与一个特定的基因序列相对应。
在检测过程中，将RNA提取出来，将其转录成互补DNA，并使用荧光标记将其标记。
然后将标记的DNA片段注入基因芯片中，DNA片段与芯片上的DNA探针序列互补匹配，形成互补杂交。
通过测量荧光强度，可以确定每个基因的表达水平。
基因芯片可以提供大量有关基因表达的信息。
它可以同时检测成千上万个基因的表达水平，可以揭示出在不同条件下基因调控的变化。
例如，可以将正常组织与癌细胞组织进行比较，找出与癌症发展相关的基因表达变化。
这些信息对于了解疾病的发病机制、治疗方法和预后有着重要的意义。
基因芯片还可以用于个性化医学的研究和临床应用。
通过分析基因芯片数据，可以根据个体的基因表达谱来预测患者对某种药物的反应情况，从而指导个体化的治疗方案。
此外，基因芯片还可以用于研究基因与环境相互作用对健康和疾病的影响，为预防和控制疾病提供依据。
然而，基因芯片技术也存在一些挑战和限制。
首先，基因芯片分析需要大量的样本，才能提供可靠的结果。
其次，基因芯片技术对样本的预处理和实验操作要求非常高，操作不当可能会导致数据的偏差。
此外，基因芯片分析得到的是基因表达水平的快照，无法体现基因互作和调控的动态变化。
为了应对这些挑战，研究人员正在不断改进基因芯片的设计和数据分析方法。
例如，新一代的基因芯片可以检测更多的基因，并具有更高的分辨率和灵敏度。
同时，新的生物信息学工具和算法的开发，可以更好地处理和解释基因芯片数据，揭示更全面和准确的基因调控网络。
综上所述，基因芯片是一种重要的生物技术工具，可以帮助我们快速、准确地了解基因表达谱，揭示出基因调控的变化，为生命科学研究和临床医学提供重要的支持和指导。
基因芯片名词解释
检验检测的分类与选择检验方法的选择正确与否将直接影响到检验的结果和检验的效率,正是从这个意义上说：掌握检验的各种分类标准至关重要。
一、按照检验数量分类1、免检：免检是指如果可以得到由有资格的单位进行过检验的可靠性资料、如合格证、检验报告等，就可以不需要检验。
免检的适用范围生产过程稳定对后续生产无影响时可采用免检长期检验证明质量优良信誉很高的产品在交接中可采用免检、国家批准的免检产品或通过产品质量认证的产品可采用免检2、抽检：抽检是指按照一定的比例和取样方法抽取样品，通过逐个检验样品品质，判断总体合格与否的检验。
3、全数检验(100%检验/产品筛选)：全数检验的含义全数检验就是对全部产品逐个地进行测定，从而判定每个产品合格与否的检验。
全数检验适用范围1、产品价值高但检验费用不高时应全数检验;2、关键质量特性和安全性指标应全数检验;3、生产批量不大质量又无可靠措施保证时应全数检验;4、产品质量不稳定时应全数检验;5、精度要求比较高或对下道工序加工影响比较大的质量特性要全数检验;6、手工操作比重大质量不稳定的加工工序所生产的产品要全数检验;7、用户退回的不合格交验品应全数重检筛选不合格产品。
全数检验存在的问题1、需增加人员添置设备多设检验站点2、人力有限的条件下进行全检势必要缩短每个产品的检验时间或减少检验项目这将降低产品质量的保证程序特别提示：全数检验不能用于破坏性检测等一些试验费用昂贵的检验，对价值低、批量大的产品采用全检显得很不经济，全检也存在着错检、漏检。
在一次全检中平均只能检出70%的不合格品，如果希望得到产品100%合格，必须重复多次进行全数检验才能接近100%合格，检验误差与批量大小、不合格率高低、检验技术水平、责任心强弱等因素有关。
3.抽样检验：抽样检验的含义：抽样检验是按预先确定的抽样方案，从交验批中抽取规定数量的样品构成一个样本，通过对样本的检验推断产品批合格或产品批不合格。
抽样检验适用范围1、量多值低且允许有不合格品混入的检验;2、检验项目较多时;3、希望检验费用较少时;4、生产批量大、产品质量比较稳定的情况;5、不易划分单位产品的连续产品、例如钢水、粉状产品等;6、带有破坏性检验项目的产品;7、生产效率高、检验时间长的产品;8、有少数产品不合格不会造成重大损失的情况;9、希望检验对供应商改进质量起促进作用，强调生产方风险的场合。
基因芯片
a基因表达的检测 b发现新基因 c基因多态性的检测 d作物杂交优势预测 e鉴别假冒伪劣种子
a在空间科学上的用途 采用生物芯片技术,许多研究工作就可以在太空 中进行,成本低,研究效果却非常好. b商品检验、检疫 针对商检的内容和对象的不同，检验、检疫基 因芯片可分为四种：食品卫生检验芯片、植物检验 芯片、动物检验芯片、转基因植物检测芯片。 c环境保护 检测污染微生物或有机化合物对环境、人体、 动植物的污染和危害，同时也能够通过大规模的 筛选寻找保护基因、制备防治危害的基因工程药品 或能够治理污染源的基因产品。 d基因表达分析 e寻找新基因和基因功能研究
4完成了光敏保护试剂的全合成、对胸腺核苷 （T）5′﹣羟基的光敏保护N﹣酰基化和2′﹣脱 氧核苷的制备。
5开展了微型PCR装置、毛细血管电泳微芯片等方 面的研究工作，包括毛细血管制作、光学检测系统 温度控制系统等方面的研究工作。
中国的基因芯片的发展方向 1发展具有自主知识产权的高密度基因芯片制备的 关键技术，发展一个可进行高密度基因芯片加工基 因芯片的加工设备和工艺。 2发展和研制的基因芯片设计和分析软件。 3发展出高集成度的生物活性单元微阵列芯片，包 括DNA、PNA、多肽、蛋白质、病毒、细胞组和细 胞以及微小生物组织等生物活性微阵列芯片。玻片修饰技术、固定技术的研究， 以满足cDNA在不同修饰玻片上的高效率固定、杂 交的需要，成功地制作了每平方厘米超过25000点 的DNA芯片。 2多病毒基因检测芯片的研究，主要完成了4﹣6种 病毒基因的PCR共扩增、DNA探针的固化和简易 信号检测技术研究。 3高灵敏度的DNA芯片检测系统研究，现已初步建 立了DNA芯片检测仪，包括成像系统、软件和样品 平台等
一药物筛选 A 通过基因芯片的筛选，可以了解中药在基因水平 的调控机制，为中药的应用奠定坚实的理论基础。 B 通过基因芯片的筛选，能为中药的进一步开发和 设计提供理论指导，有利于研制单位重新组织中 药复方中的有效组分，得到专一性更强、疗效更 显著、毒性更低的新药。 C 基因芯片技术可以筛选药物的毒副作用和致畸 致突变作用。 意义：应用生物芯片来进行药物筛选寻找，查检药 物的毒性或副作用，用芯片做大规模的筛选研究可 以省略大量的动物试验，缩短药物筛选所用的时间 从而带动创新药物的研究和开发。
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40万组寡核苷酸。
(二）样品的准备
样品的分离纯化：DNA , mRNA 扩增：PCR, RT—PCR 探针的标记： 荧光标记（常用Cy3、 Cy5），生物素、放射性标记,通常是在待 测样品的PCR扩增、逆转录或体外转录过 程中实现对探针的标记。对于检测细胞内 mRNA表达水平的芯片,一般需要从细胞和 组织中提取RNA,进行逆转录,并加入偶联有 标记物的dNTP,从而完成对探针的标记过程。
支持物的预处理
实性材料：硅芯片、玻片和瓷片,需进行 预处理,使其表面衍生出羟基、氨基活性 基团。 膜性材料：聚丙烯膜、尼龙膜、硝酸纤 维膜,通常包被氨基硅烷或多聚赖氨酸。
2、目前常用的基因芯片制作方法：
接触点样法 喷黑法
原位合成法
接触点样法：是将样品直接点在基体上.
优点是仪器结构简单、容易研制，是一种快
同位素标记靶基因，其后的信号检测即是放射
自显影；若用荧光标记，则需要一套荧光扫描 及分析系统，对相应探针阵列上的荧光强度进 行分析比较，得到待测样品的相应信息。
激光激发使含荧光标记的DNA片段发射 荧光 激光扫描仪或激光共聚焦显微镜采集各 杂交点的信号
软件进行进行图象分析和数据处理
四、基因芯片的应用
基因芯片技术主要包括四个主要步骤：
芯片制作 样品制备 分子杂交 信号检测与结果分析
（一）芯片的制备
1、载体材料要求：
①载体表面必须具有可以进行化学反应的活性基 团，以便与生物分子进行偶联。 ②使单位载体上结合的生物分子达到最佳容量。 ③载体应当是惰性的和有足够的稳定性，包括机 械的、物理的和化学的稳定性。 惰性:是指载体的其他性能或特异性吸附都不应该 干扰生物分子的功能。 稳定性:是指在进行分子杂交或结合时，可能遭受 一定的压力或酸、碱条件而不发生变化。
速、经济、多功能的仪器，可以在3.6cm2面 积内点上10000个cDNA。不足之处是每个样 品都必须合成好、经过纯化、事先保存的。
喷黑法:是以定量供给的方式，通过压电
晶体或其他推进形式从很小的喷嘴内把生物 样品喷射到玻璃载体上。同样需要合成好的 纯样品，包括cDNA、染色体DNA片段和抗体。 在1cm2面积上可喷射10000个点。
第四章 基因芯片技术
一、基因分析芯片开发的动力
1、遗传信息迅猛增长 2、相关学科与技术的高度发展和相互渗透
二、定义 基因芯片 (gene chip):
就是将大量探针分子固定于支持
物上，根据碱基互补配对原理，与标
记的样品分子进行杂交，通过检测杂
交信号的强度及分布进而获取样品中
靶分子的数量和序列信息。
（一） 疾病的诊断与治疗：寻找和 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。
（二）、基因芯片技术与中药品种 鉴定
使用基因芯片对中药进行鉴别的前提是找出
标准品的特定基因排列方式，然后用这些特定基
因在硅片基上制作“基因探针”，如果在中药供
试品种存在与之互补的特定基因，“基因探针”
可能把它测试出来，从而达到鉴别的目的。
不同药物或不同 药物成分
癌细胞株
提取细胞株中的mRNA
察看基因表达情况的变化
原位合成法：主要是美国Affymetrix公司开发的寡
聚核苷酸原位光刻DNA合成技术。
采用的技术原理是在合成碱基单体的5’羟基末端连
上一个光敏保护基，利用光照射使羟基端脱保护， 然后逐个将5’端保护的核苷酸单体连接上去，这个 过程反复进行直至合成完毕。此方法的优点是合成 循环中探针数目呈指数增长，在1.6cm2面积上合成
近年来运用的多色荧光标记技术可 更直观地比较不同来源样品的基因表达差
异，即把不同来源的探针用不同激发波长
的荧光素标记，并使它们同时与基因芯片
杂交，通过比较芯片上不同波长荧光的分
布图获得不同样品间差异表达基因的图谱，
常用的双色荧光试剂有Cy3-dNTP和Cy5dNTP。
(三)分子杂交
该反应是指标记的样品与芯片上的靶基因
蛋白质芯片(protein chip):
就是选择一种能够牢固地结合蛋白质
分子(抗原或抗体)的固相载体，在上面按 预先设计的方式固定大量蛋白质(抗原或抗 体)，形成蛋白质的微阵列，然后加入与之 特异性结合的带有特殊标记的蛋白质分子 (抗原或抗体)，通过对标记物的检测来实 现抗原抗体的互检。
三、基因芯片的制备
进行杂交，产生检测信号的过程。
与经典分子杂交的区别：杂交时间短，30
分钟内完成,可同时平行检测许多基因序列。
影响杂交分子和探针的序列组成、盐浓度、
杂交温度和反应时间、DNA二级结构等。
(四)信号检测与结果分析
芯片经杂交反应后，各反应点形成强弱不 同的光信号图像，用芯片扫描仪和相关软件加 以分析，即可获得有关的生物信息。如果是用
特征DNA序列1
特征DNA序列2
特征DNA序列3
从9种贝母球茎的 基因组DNA
选取每种贝母的 特定序列 制成基因芯片 检测贝母药材 的真伪优劣
（三）基因芯片 与中药新药的研究开发
通过检测不同药物成分作用于细胞后 基因表达的变化,迅速找到有效成份, 从而更快速、更准确地进行药与药的 配伍、成分与成分的配伍,缩短新药 研究的周期。