第14讲 微阵列技术

必须符合：
①有规则的；
②显微尺度的； ③平面的； ④特异性的。
①规则的微阵列
微阵列上的点按照行和列规则地排列而非无规则排列； 点的大小和点间距均一而非不均一； 点的位置明确而非模棱两可。
②显微尺度的点
显微尺度（microscopic):是一个物体若没有显 微镜的帮助，不能清楚地被看见。一般以小 于1mm为界。
测序芯片原理
人工合成的已知序列的所有可能的nt寡核苷酸探 针与一个未知的荧光标记DNA/RNA序列杂交， 通过对杂交荧光信号检测，检出所有能与靶DNA 杂交的寡核苷酸，从而推出靶DNA中的所有8 nt 亚序列，最后由计算机对大量荧光信号的谱型 （pattern）数据进行分析，重构靶DNA 的互补寡 核苷酸序列。
微阵列：
光引导原位合成的点：15～30µm
点制的点：50～350µm
组织芯片的点：200～600µm
基因芯片的密度：100-1 million DNA 探针/1 cm2
一块指甲大小
③平面基片
平面基片是像玻璃、塑料、硅片一样平行不
能弯曲的基质载体。玻片是微阵列中用得最为
广泛的基质载体。
单核苷酸多态芯片(SNP-chip)
The three mandatory components of the SNP arrays are:
① An array containing immobilized allele-specific oligonucleotide (ASO) probes.
微阵列类别 1.0% 1.4% 6.6% 26.0% 组织 寡聚核苷酸 cDNA 蛋白质 其他
65.0%
不同生物种类 3.7% 2.1% 1.3% 4.0% 7.3% 11.8% 大肠杆菌 大鼠 酵母 小鼠 人 线虫 果蝇 拟南芥
12.8% 57.0%
蛋白质芯片
蛋白质芯片（protein chip）, 又称蛋白质微阵列， 是指以蛋白质或多肽作为配基,将其有序地固定在 固相载体的表面形成微阵列；用标记了荧光的蛋白 质或其它分子与之作用，洗去未结合的成分，经荧 光扫描等检测方式测定芯片上各点的荧光强度，来 分析蛋白质之间或蛋白质与其它分子之间的相互作 用关系。
ห้องสมุดไป่ตู้
Hybridization methods
Southern and Northern blot hybridization
Colony in situ hybridization
Fluorescent in situ hybridization (FISH)
抗原抗体
酶联免疫吸附测定 (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay , ELISA)
There are two general types of protein microarray: Analytical protein microarrays involve a highdensity array of affinity reagents (e.g. antibodies or antigens) that are used for detecting proteins in a complex mixture. Functional protein chips are constructed by immobilizing large numbers of purified proteins on a solid surface. It has an enormous potential in assaying for a wide range of biochemical activities (protein-protein, proteinlipid, protein-nucleic acid, and enzyme-substrate interactions), as well as drug and drug target identification.
ChIP-chip：将共沉淀的 DNA和合适的对照用荧光标记，加在载玻片上， 用于芯片分析。使用外源性DNA作为背景，免疫沉淀DNA与作为背景 的对照进行比较，可以找到特异性蛋白在基因组中的结合位点。
POI，protein of interest
表达谱芯片
基因表达谱芯片是采用DNA片段作探针，固化在芯片上； 将待测样品（处理组）与对照样品的cDNA以两种不同的 荧光分子进行标记，然后同时与芯片进行杂交，通过分析 两种样品与探针杂交的荧光强度的比值，来检测基因表达 水平的变化。
测序芯片
任何线状的单链DNA或RNA序列均可被分解为一 个序列固定、错落而重叠的寡核苷酸，又称亚序 列（subsequence）。
例如 可把寡核苷酸序列TTAGCTCATATG分解成5个8 nt亚序列； 这5个亚序列依次错开一个碱基而重叠7个碱基。亚序列中，A、T、 C、G 4个碱基自由组合而形成的所有可能的序列共有65536种。
组序列完全互补的探针序列。据此可重组出靶核酸的序列。
ChIP-chip
(chromatin immunoprecipitation（ChIP) ：在生理状态下把胞内蛋白质和 DNA甲醛作用下交联在一起，用超声波打碎为0.2-2 kb的染色体小片 段，然后通过目的蛋白质特异性抗体沉淀此复合物，获得特异地作用 于目的蛋白结合的DNA片段，通过对目的片段的纯化与检测，从而获 得蛋白质与DNA相互作用的信息。
蛋白质芯片protein chip：利用抗体与抗原特异性结合 即免疫反应的原理，将蛋白质分子（抗原或抗体）结 合到固相支持物上，形成蛋白质微阵列，即蛋白质芯 片。 组织芯片tissue microarray
芯片实验室(labs-on-chip) ：微流体芯片：微流控芯片 技术(Microfluidics)是把生物、化学、医学分析过程的 样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到 一块微米尺度的芯片上， 自动完成分析全过程。
• SNP-chip has millions of spots, each containing a different single-stranded oligonucleotide that contains a site of variation. （ ASO probes，600,000 SNPs for an Affymetrix SNP-chip ） • Each of the probes on each position of the chip corresponds to a genetic locus • For each such site, the four oligonucleotides containing each of the four possible bases at that site are adjacent to each other on the chip
测序芯片原理
芯片测序的原理是杂交测序方法，即通过与一组已知序列的核 酸探针杂交进行核酸序列测定的方法。如图在一块基片表面固 定了序列已知的八核苷酸的探针。当溶液中带有荧光标记的核 酸序列TATGCAATCTAG，与基因芯片上对应位置的 核酸探针 产生互补匹配时，通过确定荧光强度最强的探针位置，获得一
1.生物芯片的诞生
生物芯片（Biochip, Bioarray, microarray）： 将高密度核酸、抗原、抗体、细胞或组织等 生物识别分子按预先设置的排列固定于一种 载体（如硅片、玻片及高聚物载体等）表面， 利用生物分子的特意性亲和反应，如DNADNA杂交、DNA-RNA杂交、抗原-抗体以及 受体-配体之间的特异性结合，检测生物样品 中对应生物分子的有无、多少或者结构改变 等。
3. Biochip的类型
①狭义：微阵列芯片，主要包括cDNA微阵 列、寡核苷酸微阵列、蛋白质微阵列和小分 子化合物微阵列等 ②广义：能对生物成分或生物分子进行快 速并行处理和分析的厘米见方的固体薄型器 件，主要还包括微流体芯片和‚芯片实验 室‛。
生物芯片的类型
基因芯片gene chip：又称DNA芯片,是根据核酸杂交 的原理，将大量探针分子固定于支持物上，然后与标 记的样品进行杂交，通过检测杂交信号的强度及分布 来进行分析。
单核苷酸多态芯片(SNP-chip)
What are SNPs?
SNPs make up 90% of all human genetic variations, ≥ 1% occur every 100 to 300 bases along the human genome, on average. SNPs can affect how humans develop diseases, respond to pathogens, chemicals, drugs, etc. As a consequence SNPs are of great value to biomedical research and in developing pharmacy products. We have two alleles: From mom and from dad；Each one is either A or B, so you can be AA, AB, BB SNP-chip is used to determine genotype for 1000s SNPs at a time
Principle：Hybridization of the target to the probe
核酸分子固相杂交方法
菌落原位杂交（Colony in situ hybridization） Southern印迹杂交（Southern blot） Northern印迹杂交（Northern blot） 斑点杂交（Dot blot） 组织原位杂交（Tissue in situ hybridization）