第14讲 微阵列技术

1、高通量、微型化和自动化高通量、微型化和自动化 Southern blot可以被看作是生物芯片的雏形 一块指甲大小一块指甲大小POI，protein of interesthybridization conditionshybridization conditions！The sample has a duplication.点样芯片：多用于大片段点样芯片：多用于大片段DNADNANatural DNA (PCR Products)Natural DNA (PCR Products)gene expressiongenomic DNA detection光蚀刻原位合成法：适用于寡核苷酸光蚀刻原位

2、合成法：适用于寡核苷酸Artificial DNA (oligonucleotideArtificial DNA (oligonucleotide，30nt30nt左右左右) )gene expressionSNP genotypinggene mutationgene mutationon-chip on-chip SynthesisSynthesis（in situ synthesisin situ synthesis）spottingspotting光源光源遮蔽板遮蔽板芯片芯片array probesA 33 arrayCGACGACACGAGCGAGCNucleotide Deposi

3、tion Sequence ACGA Mask 1AAAAAarray probesA 33 arrayCGACGACACGAGCGAGCNucleotide Deposition Sequence ACGC Mask 2CCCCCCAAAAAA 33 arrayCGACGACACGAGCGAGCG Mask 3CCCCCCAAAAAGGGGGGCGACGACGAGCGAGCAC完成的芯片完成的芯片Nucleotide Deposition Sequence ACG样品制备样品制备 杂交杂交 荧光标记杂交信号的检测方法荧光标记杂交信号的检测方法 生物素标记方法中的杂交信号探测生物素标记方法中的

4、杂交信号探测 荧光标记杂交信号的检测方法荧光标记杂交信号的检测方法激光扫描荧光显微镜激光扫描荧光显微镜: :将杂交后的芯片经处理后固定在计算机将杂交后的芯片经处理后固定在计算机控制的二维传动平台上，并将一物镜置于其上方，由氩离子控制的二维传动平台上，并将一物镜置于其上方，由氩离子激光器产生激发光经滤波后通过物镜聚焦到芯片表面，激发激光器产生激发光经滤波后通过物镜聚焦到芯片表面，激发荧光标记物产生荧光，光斑半径约为荧光标记物产生荧光，光斑半径约为5 510m10m。同时通过同。同时通过同一物镜收集荧光信号经另一滤波片滤波后，由冷却的光电倍一物镜收集荧光信号经另一滤波片滤波后，由冷却的光电倍增管探

5、测，经模数转换板转换为数字信号。通过计算机控制增管探测，经模数转换板转换为数字信号。通过计算机控制传动平台传动平台X XY Y方向上步进平移，方向上步进平移，DNADNA芯片被逐点照射，所采芯片被逐点照射，所采集荧光信号构成杂交信号谱型，送计算机分析处理，最后形集荧光信号构成杂交信号谱型，送计算机分析处理，最后形成成20m20m象素的图像。象素的图像。这种方法分辨率高、图像质量较好。这种方法分辨率高、图像质量较好。采用了采用了CCD相机的荧光显微镜相机的荧光显微镜这种探测装置与以上的扫描方这种探测装置与以上的扫描方法都是基于荧光显微镜，但是以法都是基于荧光显微镜，但是以CCDCCD相机作为信号

6、接收器而相机作为信号接收器而不是光电倍增管，因而无须扫描传动平台。由于采用了不是光电倍增管，因而无须扫描传动平台。由于采用了CCDCCD相机，因而大大提高了获取荧光图像的速度，曝光时间可缩相机，因而大大提高了获取荧光图像的速度，曝光时间可缩短至零点几秒至十几秒。其特点是扫描时间短，灵敏度和分短至零点几秒至十几秒。其特点是扫描时间短，灵敏度和分辨率较低，比较适合临床诊断用辨率较低，比较适合临床诊断用 生物素标记方法中的杂交信号探测生物素标记方法中的杂交信号探测 5.5.基因芯片的应用基因芯片的应用p基因功能分析研究基因功能分析研究p检测与疾病相关的基因检测与疾病相关的基因, , 进而用于疾病诊断

7、进而用于疾病诊断p药物筛选药物筛选, , p检测基因突变检测基因突变p其他其他( (环境化学毒物的环境化学毒物的筛选筛选 体质医学的研究 )基因功能分析研究基因功能分析研究 将成千上万个我们克隆到的特异性靶基因固定在一块芯片上，将成千上万个我们克隆到的特异性靶基因固定在一块芯片上，对来源于不同个体不同组织不同细胞周期不同发育阶段不同分对来源于不同个体不同组织不同细胞周期不同发育阶段不同分化阶段不同病变不同刺激（包括不同诱导不同治疗手段）下细化阶段不同病变不同刺激（包括不同诱导不同治疗手段）下细胞内的胞内的mRNAmRNA或逆转录所得的或逆转录所得的cDNAcDNA进行检测，从而对这些基因进行检

8、测，从而对这些基因表达的个体特异性组织特异性发育阶段特异性分化阶段特异性。表达的个体特异性组织特异性发育阶段特异性分化阶段特异性。进行综合评定与判断，极大加快这些基因功能的确立。进行综合评定与判断，极大加快这些基因功能的确立。癌症癌症、心血管疾病、心血管疾病、血液病、血液病、遗传性疾病遗传性疾病、神经系统疾病、神经系统疾病、感染性疾病感染性疾病、免疫反应相关性疾病免疫反应相关性疾病毒物引起的损伤毒物引起的损伤个体化医学个体化医学等等检测与疾病相关的基因检测与疾病相关的基因, , 进而用于疾病诊断进而用于疾病诊断药物筛选药物筛选 在基因功能研究基础上，特别是确立了与某些疾病相关在基因功能研究基础上，特别是确立了与某些疾病相关基因的表达变化情况后，就可针对疾病发生机理进行药物基因的表达变化情况后，就可针对疾病发生机理进行药物筛选工作。将这些基因特异性片段固定在芯片上，研究病筛选工作。将这些基因特异性片段固定在芯片上，研究病变组织和正常组只在某些药物刺激下这些基因表达的变化，变组织和正常组只在某些药物刺激下这些基因表达的变化，可快速判断药物作用的效果，并进行高通量筛选（可快速判断药物作用的效果，并进行高通量筛选（high high throughout screeningthroughout screening），可使新药开发获得技术上的突破。），可使新药开发获得技术上的突破。成为常规