生物芯片技术及其应用研究

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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

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。

生物芯片技术在基因组学研究中的应用

生物芯片技术在基因组学研究中的应用

生物芯片技术在基因组学研究中的应用1. 引言基因组学是对生物体基因组的全面研究,旨在解释生物体遗传信息的组织和功能。

随着科技的发展,生物芯片技术逐渐在基因组学研究中发挥着重要的作用。

本文将介绍生物芯片技术在基因组学研究中的应用,并探讨其带来的潜在影响。

2. 生物芯片技术简介生物芯片是一种能够在微小芯片上进行高通量生物分子分析的技术。

它通过将成百上千种生物分子固定在芯片表面上,结合高通量的检测方法,可以在短时间内同时检测上千种目标分子。

常见的生物芯片包括基因芯片、蛋白质芯片和代谢芯片等。

3. 基因芯片在基因组学研究中的应用基因芯片是生物芯片技术最常见的应用之一。

它可以同时检测上千种基因的表达水平,从而揭示基因在生物体中的功能和调控机制。

基因芯片的应用广泛,涉及基因表达谱分析、疾病诊断和药物筛选等方面。

4. 基因表达谱分析基因芯片可用于调查不同组织或病理状态下基因表达的差异。

研究人员可以将不同样本的RNA提取后转录成cDNA,然后杂交到基因芯片上。

通过测量芯片上每个探针的荧光信号,可以计算出每个基因的表达水平。

这可以帮助我们了解基因在不同组织或疾病状态下的表达变化,并挖掘新的功能基因。

5. 疾病诊断基因芯片在疾病诊断中的应用也是非常重要的。

研究人员可以采集患者样本,提取其中的DNA或RNA,并通过基因芯片分析来鉴定患者是否存在特定的基因突变或表达模式。

这种个性化的诊断方法可以帮助医生更准确地确定疾病类型,并为患者提供更精确的治疗方案。

6. 药物筛选基因芯片还可以用于药物筛选。

研究人员可以将不同药物处理后的细胞样本提取RNA,通过基因芯片分析来筛选出对特定疾病有治疗效果的药物。

这大大加快了新药开发的速度,为疾病治疗提供了更多选择。

7. 生物芯片技术的进展与挑战虽然生物芯片技术在基因组学研究中有着广泛的应用前景,但其依然面临着一些挑战。

首先,芯片设计和制备的复杂性限制了其应用的广度和精度。

其次,数据分析和解读也是一个挑战,因为生物芯片产生的数据量庞大,并且需要经过复杂的统计和计算。

生物芯片技术在生物学研究与医学应用中的进展

生物芯片技术在生物学研究与医学应用中的进展

生物芯片技术在生物学研究与医学应用中的进展生物芯片是一种集成了多种生物学功能于一体的微型化系统,在生物学研究与医学应用领域中具有广泛的应用前景。

自20世纪90年代初,生物芯片技术逐渐兴起至今,已取得了一系列重要的进展。

一、生物芯片技术的基本原理生物芯片技术的基本原理是利用微观制造技术制造出具有特定功能的微小芯片,通过微流控技术将生物样本输入芯片,再利用集成的光学或电化学检测系统,实现对生物分子、细胞、组织等物质的快速检测与分析。

二、生物芯片技术在生物学研究中的应用1.基因芯片技术基因芯片是一种可同时检测多个基因表达水平的芯片,它可以在短时间内对成千上万个基因进行高通量筛查。

在基因功能研究中,基因芯片技术可用于探究各个基因在不同生物状态和环境信号下的表达模式,从而了解基因调控网络。

同时,基因芯片技术也可用于疾病诊断和个性化治疗方案的制定,为临床医学提供了有力的支撑。

2.蛋白芯片技术蛋白芯片是一种可同时检测多种蛋白质的芯片,可以在高通量的条件下进行多蛋白质间的相互作用和信号传递研究。

在生物学研究中,蛋白芯片技术可用于疾病分子机制的研究,进一步认识疾病的发生、发展和转归,为疾病诊断和治疗提供指导意义。

3.细胞芯片技术细胞芯片是一种可将细胞移植到芯片上进行培养、观察、操控的芯片,能够对细胞行为进行定量化研究。

在细胞生物学研究中,细胞芯片技术可用于探究不同因素对细胞活动的影响,及其在分子机制层面上的作用机制。

三、生物芯片技术在医学应用中的应用1.基因诊断基因芯片技术可以快速、准确地检测基因序列的变异和表达差异,进一步诊断出遗传性疾病和乳腺癌等疾病的基因突变,并对患者制定个性化治疗方案。

2.蛋白质诊断蛋白芯片技术可以检测血清、尿液等生物样本中的蛋白质水平,对诊断癌症、感染、免疫性疾病等疾病具有很大的帮助作用。

3.药物筛选生物芯片技术可以利用细胞芯片来筛选新药物的作用效果,进一步发现新的药物靶点和药效。

四、生物芯片技术面临的挑战生物芯片技术面临的主要挑战之一是芯片数据的处理和挖掘。

生物芯片技术及临床应用

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。

生物芯片技术的发展与应用

生物芯片技术的发展与应用

生物芯片技术的发展与应用生物芯片技术是近年来发展迅猛的综合性技术,它是集电子、信息、生物学、化学等多个学科的交叉学科,可以被应用于许多领域,如医药、农业、环境保护等。

本文将为大家介绍生物芯片技术的发展和应用,以及其在不同领域中的具体应用。

一、生物芯片技术的发展生物芯片技术起源于20世纪80年代,最初只是用于基因测序和基因诊断。

随着科技的发展,生物芯片技术的应用范围逐渐扩大,并形成了一些新的应用领域,如蛋白芯片、细胞芯片、病菌芯片等。

目前,生物芯片技术正处于一个高速发展的阶段。

新的生物芯片产品不断被研发出来,这些新产品更加方便、快捷、易用,也更加适合不同的应用场合。

同时,生物芯片技术的成本也正在逐渐降低,这有利于更广泛地推广生物芯片技术。

二、生物芯片技术的应用1. 医学领域生物芯片技术可以在医学领域中得到广泛应用。

比如,在医学研究中,研究人员可以使用生物芯片技术来测定细胞内的蛋白质、RNA、DNA的表达水平,以便更好地了解疾病的发生机制;在医学诊断中,使用生物芯片技术可以对某些疾病进行快速的检测,提高诊断的准确性。

生物芯片技术的应用还可以令医疗行业实现个性化医疗,因为它可以根据患者的基因信息来制定治疗方案。

2. 农业领域生物芯片技术也可以应用于农业领域。

比如,可以利用生物芯片技术来鉴定不同的种子和农产品,以便验证它们的品种和质量;还可以使用生物芯片技术来研究作物的生长环境对其品质和产量的影响,以便更好地控制作物的生长条件。

3. 环境保护领域生物芯片技术在环境保护领域也有广泛的应用。

比如可以利用生物芯片技术来监测污染物的类型和浓度,以便更好地保护环境;还可以使用生物芯片技术来检测水、空气或土壤样本中是否存在污染物,以便更好地控制和消除污染源。

4. 其他领域除了上述应用领域,生物芯片技术还可以被应用于体育、食品安全、地质勘探等领域。

比如,在体育领域,可以使用生物芯片技术来监测运动员的基因快速突变情况,预测其运动表现;在食品安全方面,可以使用生物芯片技术来快速检测食品是否存在污染物或添加物;在地质勘探领域,可以利用生物芯片技术来探测矿物质或化石遗迹。

生物芯片技术的应用研究与发展

生物芯片技术的应用研究与发展

生物芯片技术的应用研究与发展生物芯片技术是一种融合了生物学和微电子学的新兴技术,它可以将生物分析、检测、诊断与治疗等应用集成在一个小型芯片中。

随着生物芯片技术的不断发展和成熟,它在生命科学、医学、农业等领域的应用逐渐广泛起来,具有巨大的应用潜力和市场前景。

首先,生物芯片技术在基础生物研究中发挥着重要作用。

传统的生物实验往往需要大量的时间、人力和资源,而使用生物芯片技术可以实现高通量、高灵敏度和高精确度的生物样本分析。

通过生物芯片技术,研究人员可以同时检测大量的生物分子,如基因、蛋白质和代谢产物等,从而加速科学研究的进展。

其次,生物芯片技术在医学诊断与治疗中有着广泛的应用前景。

传统的临床诊断往往需要进行繁琐的实验室检测,而生物芯片技术可以将多种生物标志物的检测集成在一个芯片上,实现快速、精准的病理诊断。

此外,生物芯片技术还可以用于个体化治疗,通过检测患者的基因型和表型信息,为患者提供个性化的治疗方案,提高治疗效果,减少药物副作用。

再次,生物芯片技术在农业领域的应用也具有广阔前景。

传统的农业生产往往依赖于经验和大量的人工劳动,而生物芯片技术可以实现对农作物和畜禽的快速、高效的检测和监测。

通过检测农作物的遗传信息、生长环境和病虫害情况等,可以实现农作物的品种鉴定、种植管理和病虫害防控的智能化,提高农业生产的效益和质量。

最后,生物芯片技术还具有广泛的应用于环境监测和食品安全等领域。

生物芯片技术可以实现对水体、土壤、空气等环境样品中的污染物的快速、高通量的检测和分析,为环境保护和生态建设提供重要的技术支持。

此外,生物芯片技术还可以用于食品安全领域,通过检测食品中的有害物质和食品的真实性和安全性,保障人民群众的饮食健康和生命安全。

综上所述,生物芯片技术在生命科学、医学、农业和环境保护等领域具有广泛的应用前景。

随着生物芯片技术的不断发展和成熟,它将为人类的健康和生活带来巨大的改变,推动社会的进步和发展。

因此,我们应该加大对生物芯片技术的研究与发展力度,推动其在各个领域的应用,实现科技与生活的良性互动。

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生物芯片技术及其应用研究宋杭杰11152228[ 摘要]近年来,生物芯片已成为科学界的研究热点之一。

本文综述了生物芯片的概念、主要分类和制作,介绍了生物芯片的应用,分析了生物芯片技术中存在的问题并对其发展前景作了展望。

[关键词]生物芯片应用检测问题发展前景[正文]1 生物芯片概述生物芯片(biochip) 是将大量的生物大分子,如核苷酸片段、多肽分子、组织切片和细胞等生物样品制成探针,以预先设计的方式有序地、高密度地排列在玻璃片或纤维膜等载体上,构成二维分子阵列,然后与已标记的待测生物样品靶分子杂交,通过检测杂交信号实现对样品的检测,因此该技术一次能检测大量的目标分子,从而实现了快速、高效、大规模、高通量、高度并行性的技术要求;并且芯片技术的研究成果具有高度的特异性、敏感性和可重复性。

因常用玻片/硅片等材料作为固相支持物,且在制备过程中模拟计算机芯片的制备技术,所以称之为生物芯片技术。

2 生物芯片的分类生物芯片技术是一种高通量检测技术,其主要类型包括基因芯片( gene -chip) 、蛋白质芯片( protein-chip) 、组织芯片( tissue -chip) 和芯片实验室( lab-on -chip) 等。

2. 1 基因芯片基因芯片又称为DNA 芯片(DNA -chip) ,是基于核酸探针互补杂交技术原理研制的。

它是将大量的寡核苷酸片段按预先设计的排列方式固化在载体表面如硅片或玻片上,并以此为探针,在一定的条件下与样品中待测的靶基因片段杂交,通过检测杂交信号的强度及分布来实现对靶基因信息的快速检测和分析。

2. 2 蛋白质芯片蛋白质芯片与基因芯片的原理类似,它是将大量预先设计的蛋白质分子( 如抗原或抗体等) 或检测探针固定在芯片上组成密集的阵列,利用抗原与抗体、受体与配体、蛋白与其它分子的相互作用进行检测。

2. 3 组织芯片组织芯片技术则是一种不同于基因芯片和蛋白芯片的新型生物芯片。

它是将许多不同个体小组织整齐地排布于一张载玻片上而制成的微缩组织切片,从而进行同一指标( 基因、蛋白) 的原位组织学的研究。

2. 4 芯片实验室所谓实验室就是一种功能的集成。

在普通实验室,检侧、分析等是分成不同步骤进行的,芯片实验室就是把所有的步骤聚在一起,也是有形的,只是把这些功能微缩到一个小的平台上。

生物检测三大步骤:样品的处理、生物反应、反应的检测,在以前,是由不同的机器做,最后才得出结果。

芯片实验室则是把这三大步骤浓缩到一个平台上做,对用户来说无需知道中间步骤,是一个微型的自动化过程。

3 生物芯片的制作生物芯片制作的方法有很多,大体分为两类:原位合成和合成点样。

原位合成主要指光引导合成技术,可用于寡核苷酸和寡肽的合成,所使用的片基多为无机片基,现在也有用聚丙烯膜的。

该方法合成的寡核苷酸的长度一般少于30nt,缩合率可达95 % ,特异性不是太好。

原位合成的另外一种方法是压电打印法或称作喷印合成。

该方法合成寡核苷酸的长度一般在40-50nt,缩合率达99 % ,特异性较好。

合成点样最常用的方法是机械打点法。

点样的可以是寡核苷酸和寡肽,也可以是DNA 片段或蛋白质。

所使用的片基多为尼龙膜等有机合成物片基。

该方法的特点是操作迅速、成本低、用途广,但定量准确性和重现性不好,加样枪头与支持物接触易污染。

另外一种方法是合成点样的改进型,采用类似喷墨打印机的方法点样。

该方法定量准确性和重现性好、无接触、喷嘴的寿命比机械打点法的枪头的寿命长。

4 生物芯片的应用和发展方向以生物芯片为核心的相关产业正在全球崛起。

当前主要把生物芯片相关产品分为DNA 芯片及相关耗材、试剂盒,DNA 芯片相关仪器类产品、软件及相关服务,芯片实验室相关产品,蛋白芯片及相关耗材、试剂盒,蛋白芯片相关仪器、服务,特制以及其他生物芯片。

在DNA芯片相关仪器类产品方面,逐渐降低价格以及恰当地提高自动化水平将很大程度上成为今后国际市场上仪器产品的走向。

对于相关软件的发展方向来说,主要包括两个方面:一是寻求更有用的工具进行整和,二是寻求更亲和的界面。

其他方面来说,芯片实验室被视为分子诊断领域的一个巨大的潜在市场。

它将在疾病控制和预防,食品和环境安全,公安和国防等诸多领域发挥重要作用。

目前客户需求的服务主要包括扫描、杂交、靶标制备、DNA 芯片点样、探针制备和核酸靶样品制备。

还有,芯片服务的供应商将竭尽所能满足逐渐增长的客户需求。

所以这些服务项目也会因此成为生物芯片优先发展领域。

随着业务的逐渐扩大,服务供应商将投资下一阶段的新微阵列技术和仪器。

另外,由于人类蛋白组太大以至于无法放到一张芯片上,许多公司将选择最小范围的蛋白靶目标以获得研发的最大回报。

特制芯片技术也处于持续的发展变化当中,产品多样化将是下一代特制芯片的主要特点。

该市场的主要驱动在于客户独特应用的需求,其主要发展方向在于芯片中的芯片(array to array)、基于孔板和磁珠等的多样化技术,以及这些技术在高通量的基因突变筛选和疾病诊断中的应用。

以下举出几个近年来芯片的应用实例。

4. 1 诊断疾病有关于犬常见传染病诊断基因芯片的研究者,研究在现有的探针反相杂交技术的基础上融合基因芯片的基本原理,发展多病原同步检测技术,针对犬常见致病病原,将待测病原体的保守片段( 探针) 固定在硝酸纤维素膜上制成检测基因芯片。

从疑似病料中抽提核酸,经标记、扩增后与基因芯片进行杂交,杂交信号由基因芯片检测仪检测分析进行确诊。

研究取得成功,并在与其他检测方法的对比中,证实使用芯片的稳定性、可靠性更好。

4. 2 突变体和多态性检测DNA 芯片技术可快速、准确地研究大量样品中特定基因所有可能的突变和多态性。

单核苷酸多态性( single nucleotide polymorphism ,SNP) 是生物体基因组中遗传多态性和突变的主要体现者,SNPs 可以用于解释个体不同时期基因表达差异及对环境刺激的反应差异等,对于性状的连锁分析、未知基因定位、环境因子易感基因的检出具有重要的应用。

目前利用芯片检测SNPs 获得了较大的成功,CheeM 等用一块含有135 ,000 条寡核苷酸探针,探针长度为25 个核苷酸的基因芯片对16. 6 kb 的人类线粒体基因组进行序列测定,在10 个样品中共检出了505 个SNPs,重复精度高达99 %。

Maxwell 和Davi2s 利用DNA 芯片分别检测p53 敏感和抗性的肿瘤细胞的基因表达模式,是利用基因芯片进行基因多态性的十分成功的实例。

Wei 等发明了一种分析人类线粒体tRNA单核苷酸多态性的方法。

首先,他们构建了一种称为“XNA on Gold Chip”的技术平台,然后设计各含有一个碱基突变的等位基因特异性探针固定于芯片上,再与荧光标记的参考核酸及扩增产物进行杂交,通过分析杂交信号成功获得多个SNPs。

4. 3 遗传作图与多态性检测DNA 芯片的作图原理是单核苷酸多态性。

单核苷酸多态性是第三代分子遗传标记,DNA 芯片即可以用于制作第三代遗传图谱。

在人类基因组中大约1000 个碱基SNPs 出现一次,多态性高、覆盖密度大。

由于单碱基突变就会形成许多双等位基因。

在多态性检测方面,Kruglyak 等将DNA芯片用于遗传图谱的连锁研究。

Hacia 等利用DNA 芯片研究黑猩猩、大猩猩和猩猩等密切相关物种的DNA序列,可以得到它们定向进化同源基因的全部序列。

因此可以用于多样性研究和进化研究。

5 生物芯片发展中存在的问题与展望生物芯片技术还只是在研发阶段,并没有转化为商品进行大量的使用,是因为该技术仍存在许多问题。

最主要的问题是成本过高,目前的生物芯片技术需一系列昂贵的尖端仪器,如光刻机器、寡核苷酸合成仪和激光共聚焦显微器等设备,如Affymetrix 的一套系统需要13. 5 万美元,对普通的实验室来说开支较大,是生物芯片技术推广的一大障碍。

而且样品制备和待测定靶标探针标记方法复杂,需专项技术人员才可以操作,这都导致研究成本相对较高,无法普及。

第二,目前的芯片存在不同程度的假阳性,重复性也有差异,这可能与靶分子浓度、探针浓度、杂交双方的序列组成、盐浓度及温度等对杂交的动力学存在影响有关,因此需要充分研究这些物质的物化性质,提高芯片的特异性。

第三,是芯片的标准化问题,即如何将不同实验室、不同操作人员做出的结果进行统一化、标准化,尤其对那些表达量低、差异不明显的基因就更为重要,目前认为,这些误差可以通过传统的蛋白质分析技术如酶谱、双向电泳、免疫组织化学等方法进行验证。

第四,基因组学的资源库还需要极大的丰富,信号检测的灵敏度需要增加。

芯片发展的最终目标是实现从样品制备、化学反应到检测的整个分析过程的集成化,组成微型全分析系统,实现自动化。

随着新材料、新技术的不断开发,生物芯片的应用领域必然会继续从实验室研究应用扩展到临床应用等更广的范围。

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