生物芯片技术-生物化学与分子生物学ppt课件

生物芯片技术,刘超李世燕谢宏林2008.11.3,.,什么是生物芯片,生物芯片（Biochips）是90年代中期发展起来的一项尖端技术。一种微型多参数生物传感器。它通过在一微小的基片表面固定大量的分子识别探针，或构建微分析单元和系统，实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞或其它生物组分准确、快速、大信息量的筛选或检测。他是继大规模集成电路之后的又一次具有深远意义的科学技术革命。,.,生物芯片种类按芯片上固定的生物材料分,.,Genechips,是最早出现的一种生物芯片。是指通过微阵列(Microarray)技术将高密度DNA片段阵列通过高速机器人或原位合成方式以一定的顺序或排列方式使其附着固相表面，以荧光标记的DNA探针，借助碱基互补杂交原理，进行大量的基因表达及监测等方面研究的最新革命性技术。,.,.,Proteinchips,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。,.,.,Labchips,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。,优点：芯片上集成了各种不同的实验室单元技术，能够在短时间内分析大量的生物分子，准确获取样品中的大量信息，信息量是传统检测手段的成百上千倍。,.,生物芯片技术的优点,与传统的仪器检测方法相比：高通量微型化自动化高灵敏成本低防污染,.,生物芯片技术的应用,1、基因表达水平的检测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。,.,3、药物筛选目前,药物开发中的重大障碍是-如何分离和鉴定药的有效成份进而达到最佳治疗效果，基因芯片技术是解决这一障碍的有效手段。它能够大规模地筛选、通用性强，能够从基因水平解释药物的作用机理。,4、个体化医疗临床上，不同的人对相同剂量的药物的反应不一样，主要是由于病人遗传学上存在差异。如果将这些基因突变部位的全部序列构建为DNA芯片，则可快速地检测病人是这一个或那一个或多个基因发生突变，从而可对症下药。,.,5、测序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_卜万个基因的表达情况。Markchee等用含135000个寡核苷酸探针的阵列测定了全长为16.6kb的人线粒体基因组序列，准确率达99%。,6、生物信息学研究使用基因芯片技术可以同时测定成千上万个基因的作用方式，几周内获得用其它方法需要几年才能得到的信息。它成为基因组信息学研究的主要技术支撑。,.,生物芯片的发展趋势,GreaterdensityAcceleratedautomationCostreduction,.,Literature,.,Abstract,Agiantmagnetoresistive(GMR)biochipbasedonspinvalvesensorarrayandmagneticnanoparticlelabelswasdevelopedforinexpensive,sensitiveandreliableDNAdetection.TheDNAtargetsdetectedinthisexperimentwerePCRproductsamplifiedfromHumanPapillomavirus(HPV)plasmids.TheconcentrationsofthetargetDNAafterPCRwerearound10nMinmostcases,butconcentrationsof10pMwerealsodetectable,whichisdemonstratedbyexperimentswithsyntheticDNAsamples.Amildbuthighlyspecificsurfacechemistrywasusedforprobeoligonucleotideimmobilization.Doublemodulationtechniquewasusedforsignaldetectioninordertoreducethe1/fnoiseinthesensor.Twelveassayswereperformedwithanaccuracyofapproximately90%.MagneticsignalswereconsistentwithparticlecoveragedatameasuredwithScanningElectronMicroscopy(SEM).Morerecentresearchonmicrofluidicsshowedthepotentialofreducingtheassaytimebelowonehour.ThisisthefirstdemonstrationofmagneticDNAdetectionusingplasmid-derivedsamples.ThisstudyprovidesadirectproofthatGMRsensorscanbeusedforbiomedicalapplications.,.,HPV的传统检测方法,.,Principle,Fig.1.Experimentcycle.(a)TheoligonucleotideprobewasimmobilizedontheGMRsensorsurface.(b)TargetsamplecontainingtheHPVDNAswasappliedtothesensor.ComplementaryDNAswerehybridizedandstayedonthesensorsurface.Non-complementaryDNAswerewashedaway.(c)Solutioncontainingmagneticparticleswasappliedtothesensor.ThestreptavidinmoleculesonthemagneticparticlesboundtothebiotingrouponthefreeendofthedoublestrandedDNAonthesensorsurface.,.,ExperimentalProcedure,传感器的制备聚核苷酸探针的制备及固定于传感器目标DNA的生物素酰基化磁性颗粒的功能化加样目标DNA与磁性颗粒结合检测,.,Fig.2.Atypicalmeasurementcycleandsignalcurve.(A)Thechipwasplacedinthemeasurementsetupandsignalwasrecordedtoestablishabasesignallevel.(B)Phosphatebuffersolution(PBS,pH7.2)wasappliedtomeasurethe“waterlevel”ofthesensor.(C)PBSwasremovedandthechipwasleftindrycondition.(D)TheMACSparticleswereaddedtothechip.(InterimbetweenDandE)ThechipwasrinsedwithDIwateranddried.(E)Thechipwasleftindryconditiontomeasurethefinalsignallevel.,.,Results,.,Fig.3.SignalcurvesoffourassaysinexperimentphaseI.ThephaseIexperimentusedfourchipstodetectHPVDNAinthesamesample.Therearefourprobesoneachchip,correspondingtoHPV16,18,33and45strains.ThetargetsamplecontainsHPV16and45,confirmedbypyrosequencing.TheconcentrationofeachtypeofDNAwas10nM.ThepurposeofphaseIwastotestthestabilityandsignalconsistencyofGMRsensors.,.,Conl