基于基因芯片的生物信息学研究-生物信息技术硬件方面的研究

1、基于基因芯片的生物信息学研究计算机系 田晓生物信息息学交叉领域域一门新新兴的学学科起源：计算机技技术和人人类基因因组计划划的发展展学科组成成：传统意义义上的生生物信息息学（bioinformatics）：用于建建立现代代生物学学所需信信息系统统框架（支持生生物学的的信息管管理系统统、分析析工具和和通讯网网络）的的研究开开发工作作。计算生物物学（computational biology）：旨在在理解基基本生物物学问题题的基于于计算的的研究工工作。生物信息息学的研研究内容容生物信息息的收集集、存储储、管理理与提供供基因组序序列信息息的提取取和分析析功能基因因组相关关信息分分析生物大分分子结构构模

2、拟和和药物设设计生物信息息分析的的技术与与方法研研究应用与发发展研究究生物信息息学的研究目标揭示“基基因组信信息结构构的复杂杂性及遗遗传语言言的根本本规律”。生物信息息技术的的研究方方法和工工具两种研究究方法和和工具：细胞蛋白白质二维维凝胶电电泳即2-D-gel及相相应的质质谱法测测量蛋白白质分子子量生物芯片片技术（Biochip技术术）什么是生生物芯片片一块指甲甲大小（1cm3）的有多多聚赖氨氨酸包被被的硅片片或其它它固体支支持物（如玻璃璃片、硅硅片、聚聚丙烯膜膜、硝酸酸纤维素素膜、尼尼龙膜等等 ）。生物芯片片通过微微加工和和微流体体系统将将生化分分析中的的样品制制备、生生化反应应、及结结果

3、检测测有机地地结合集集成在一一起。具有高速速度、分分析自动动化、及及高度并并行处理理能力。生物芯片片的发展展80年代代，俄罗罗斯国家家科学院院恩格尔尔分子生生物学研研究所和和美国阿阿贡国家家实验室室开始探探索生物物芯片技技术1989年，在在美国AFFYMETRIX公司诞诞生了世世界上第第一块原原位合成成基因芯芯片1992年，斯斯坦福大大学P.B.Brown实验验室发布布了世界界第一个个微阵列列技术1996年，AFFYMETRIX公司登登陆纳斯斯达克2004年，全全球有超超过2000家家公司和和实验室室从事生生物芯片片相关研研究和产产业生物芯片片类型基因芯片片蛋白质芯芯片组织芯片片细胞芯片片基因

4、芯片片及其特特点基因芯片片是按特定定的排列列方式固固定有大大量基因因探针（或基因因片段）的硅片片、玻片片、塑料料片。基因芯片片的特点：技术操作作简单自动化程程高序列数量量大检测效率率高应用范围围广成本相对对低基因芯片片的类型型（一）基因芯片片按其材材质和功功能，可可以分为为一下几几类：元件型微微阵列芯芯片生物电子子芯片凝胶元件件微阵列列芯片药物控制制芯片通道型微微阵列芯芯片毛细管电电泳芯片片PCR扩扩增芯片片集成DNA分析析芯片毛细管电电层析芯芯片生物传感感芯片光学纤维维阵列芯芯片白光干涉涉谱传感感器芯片片基因芯片片的类型型（二）按基因芯芯片点阵阵的制备备方法，可以分分为：原位合成成适用于寡寡

5、核苷酸酸。根据预先先设计的的点阵序序列在每每个位点点通过有有机合成成的方式式直接聚聚合得到到所要求求的探针针分子。两种途途径：光刻法：可合成30nt左右，每步缩缩合率较较低为95左左右，产产率仅20，需要特殊殊的合成成试剂。压电打印印法：可合成50nt左右，每步缩缩合率为为99以上，产率可可达74不需要特特殊的合合成试剂剂。直接点样样多用于大大片段DNA，有时也也用于寡寡核苷酸酸，甚至至mRNA。将将合成好好的探针针、cDNA、基因组组通过特特定的高高速点样样机器人人直接点点在芯片片上。优点：方方法较原原位合成成简单，定量准准确，重重现性好好，使用用寿命命长。缺点：喷喷印的斑斑点大，探针密密度

6、低。基因芯片片的类型型（三）按基因芯芯片的支支持物，可以分分为：薄膜型：如聚丙烯烯膜、硝硝酸纤维维素膜、尼龙膜膜等。其其点阵通通过“点点膜”形形式制作作，并通过一定定的方法法使探针针能够牢牢固地结结合在上上面。玻片型：其点阵通通过原位位合成技技术制作作，点阵阵密度很很高，必必须借助助于特殊殊的仪器器对测定结果进进行解读读和分析析。微板型：一种具有有高密度度、小容容量测试试孔的小小型酶联联免疫检检测板集成电路路型：将杂交技技术与微微电子技技术结合合于一体体有目的的地通过过电子装装置检测测或控制DNA等等生物大大分子的的作用过过程。基因芯片片的应用用基因表达达检测寻找新基基因DNA测测序突变体和和多态性性的检测测其它：如如药物筛筛选、疾疾病诊断断、基因因扫描、基因文文库作图图等基因芯片片研制的的总体蓝蓝图基因组序序列分析析与待检检基因探探针序列列的确定定检测样品品的的制制备探针阵列列的准备备杂交检测测与数据据分析检测设备备的研制制研制方向向的确定定基因芯片片的相关关技术合适探针针的选择择PCR技技术点样技术术包被技术术Microarray和Macroarray基因芯片片相关的的设备制作设备备杂交箱洗板机点样仪烘箱成像及分分析系统统原位合成