生物芯片综述报告

1、Biochip生物芯片、药学部、公司日志、定义、广义的生物芯片是指使用生物科技应用于制造或生物科技的微处理器。 包括用于研制生物计算机的生物芯片、健康细胞球与电子IC集成电路结合的仿生芯片、微型实验室芯片实验室、利用生物分子相互之间的特异识别作用进行生物信号处理的基因芯片、蛋白质芯片、细胞球芯片与组织芯片等。 狭义的生物芯片为微阵列，包括基因芯片、蛋白质芯片、细胞球芯片、组织芯片等。 特征，高通量：提高了实验过程，显示图像的快速对照和读取微细化：减少了试剂使用量和反应液体积，提高了样品浓度和反应速度，自动化3360降低了成本，保证了质量，有利于Company Logo，分类。 固定于运载体的物

2、质成分分类(1)基因芯片(gene chip ) :也称为DNA芯片(DNA chip )或基因芯片(DNA microarray )，是将cDNA或寡聚核苷酸以微阵列方式固定于微运载体而成。 (2)蛋白质芯片(protein chip或protein microarray ) :通过微阵列方式将蛋白质和抗原等几种非核酸生命物质固定在微运载体上而得到。 芯片上的探针构成蛋白质或芯片作用对象的蛋白质的物质统称为蛋白质芯片。 (3)细胞芯片：用特定的方法将细胞球固定在运载体上，检测细胞球间的相互影响和相互作用。 (4)组织芯片(tissue chip ) :用特定的方法将组织切片等固定在载体上，进

3、行免疫组化等组织内成分的差异研究。 (5)芯片实验室、Company Logo、历史介绍、生物芯片技术起源于核酸分子的单孢杂交。 生物芯片(biochip或bioarray )基于生物分子间特异性相互作用的原理，将生化分析过程集成在芯片表面，实现对DNA、RNA、多肽、蛋白质及其他生物成分的高通量快速检测。 狭义的生物芯片概念是指，使用生物分子(寡聚核苷酸、cDNA、genomic DNA、多肽、抗体、抗原等)不同的方法在硅片、玻璃片(玻璃珠)、塑料片(玻璃珠)、凝胶、尼龙膜等固相传递物质上形成的生物分子晶格，comma 为了便于历史介绍，生物芯片技术也被称为微显视器(microarray )

4、技术，包括大量生物资讯的固相基质也被称为微阵列，也被称为生物芯片。 生物芯片在这种芯片的基础上发展了微流控芯片，也被称为微电子芯片(microelectronic chip )，也就是微实验室芯片。 Company Logo，研究历史，1991年Affymatrix公司福特(Fodor )组织半导体专门人才和分子生物学专门人才共同利用光蚀刻开发光合成多晶肽，1992年使用半导体摄影图片平板技术首次报告了insitu合成制造的DNA芯片1993年修订了寡聚核苷酸生物芯片1994年又提出了使用光导合成的寡聚核苷酸芯片进行DNA序列的迅速分析的1996年摄影图片平板印刷、计算机、半导体、激光共焦点扫

5、描、 1995年，斯坦福大学布朗(PBrown )实验室发明了第一个以玻璃为运载体的基因迈克吉卜赛人矩阵芯片，它利用寡聚核苷酸合成和荧光标识牌探针单孢杂交等多学科技术，研制出了世界上第一个商业化的生物芯片。 2001年，全球生物芯片市场达到170亿美元，使用生物芯片与药理遗传学和染色体组学研究所相关的世界药物市场每年达到约1800亿美元的生物芯片巨头-affymetrix，Company Logo，研究历史，2000-2004 2005年，只有美国用于染色体组研究的芯片销售额达到50亿美元，到2010年可能上升到400亿美元，这不包括疾病预防和诊疗等领域使用的基因芯片，部分比染色体组研究的使用

6、量多100倍。 因此，基因芯片及相关产品产业将取代微电子芯片产业，成为21世纪最大的产业。2004年3月，英国萩名咨询公司Frost Sulivan公司出版了世界芯片市场分析报告世界DNA芯片市场战略分析。 报告显示，全球DNA生物芯片市场每年平均增长6.7%，2003年市场总额为5.96亿美元，2010年达到93.7亿美元。 纳米大市集(NanoMarkets )的调查公司预测，以纳米仪器为溶解热的医疗技术在2009年将达到13亿美元，在2012年将增加到250亿美元，其中芯片实验室最有发展潜力，市场生长率最快。 Company Logo，研究价值，最大用途是检测疾病检测基因表达水平的基因诊

7、断(从健康人的染色体组中分离DNA和DNA芯片进行杂交可得到标准图谱。 从患者的染色体组中分离DNA和DNA芯片的杂交得到病变图像。 通过对这两种图像进行对比分析，可以得到病变的DNA信息。 该基因芯片诊断技术以其快速、效率、敏感、经济、平行化、自动化等特点成为现代化诊断的新技术。 例如，Affymetrix公司将p53基因的全长序列和已知变异的探针集成在芯片上制作p53基因芯片，有助于癌症的早期诊断。 Heller等人还建构了96个基因的cDNA微阵列，检测分析了类风湿性关节炎(RA )相关基因，探讨DNA芯片在感染性疾病诊断中的应用。Company Logo、研究价值、药物筛选个性化医疗测

8、序生物学研究、Company Logo、制造方法综述、光诱导原位合成适用于寡聚核苷酸和寡肽微阵列芯片的制造，具有合成速度快、相对成本低、便于规模化生产等优点摄影图片平板印刷工艺是平板印刷工艺、DNA和多肽固相化学合成技术的组合，能够以预定序列简单快速地合成大量的寡聚核苷酸和多肽分子。 以生物芯片的研究开发而闻名的美国Affymetrix公司使用这一技术制造了大规模集成Genechip。 原位合成后的寡聚核苷酸或多肽分子与玻璃板共价结合。 使用预先制作的遮光板和修饰的4种盐化学基，通过光活性化，固相合成微点阵。 合成前，预先将玻璃板氨基化，用光不稳定保护剂保护活性化的氨基化学基。 聚合用单体分子

9、一端被活化，另外一端被感光性保护剂保护。 不需要选择适当的遮光板，使需要聚合的部位透光，遮挡需要聚合的部位。 这样，光经由遮光板照射至支撑体，受光部分的氨基化学基得到分解保护，与单体分子耦合反应。 每一反应数千个部位添加特定的盐化学基。 由于反应后也受保护剂保护，所以通过控制遮光板的透光遮光图案及参与反应的单体分子的种类，可以在特定部位大量合成规定排列的寡聚核苷酸或低聚肽。 由于摄影图片平板印刷工艺的每一步的合成效率为低(95%)2、合成30nt的最终收率为20%，因此该技术只能合成30nt左右长度的寡聚核苷酸。 在此基础上，光诱导合成技术和半导体工业中使用的负性光刻胶技术相结合，以酸为保护剂

10、，可以使每一步的合成生产率提高99%，但制造工艺的复杂度增加3%。 因此，如何简便地提高合成生产率是光诱导原位合成技术需要解决的问题。 Company Logo、制备方法综述、印刷原位合成压电原位合成方式类似于喷码机，合成原理与传统的核酸或寡肽固相合成技术相同。 合成过程在合成前与光诱导原位合成同样对芯片基板进行预处理，使其具有反应活化基团，例如伯氨基化学基。在云同步中，将合成用前驱物分子(DNA合成盐化学基、cDNA和其他分子)放入打印盒中，计算机按照规定的计程仪程序，自动控制打印头在芯片支撑体上的移动，根据芯片不同部位的探针排列，制作特定的盐化学基合成前驱物试剂(纳米量) 喷墨的试剂以固相

11、合成原理与那里的支撑体耦合反应。 由于脱保护方式为酸脱保护，因此每步的合成生产率高达99%，合成的探针长度为4050nt。 以后的各轮的耦合反应，同样将需要连接的分子喷射到规定的位置进行后续的耦合反应。 通过以相同方式重复该操作，可以在特定站点以预定排列合成多个寡聚核苷酸引物。Company Logo、制造方法概要、点样法点样法在多聚体的设定修订方面与原位合成技术类似。 合成工作采用传统的DNA、多肽合成器、PCR扩增或体内爱沙尼亚克朗等方法进行。 大量制备的核酸探针、聚肽、蛋白等生物大分子采用特殊的自动化微点样品装置，在经过特殊处理的玻璃板、尼龙膜、硝酸电池里肌肉膜上高密度地点着，而不相互干

12、扰作用，与支撑物牢固地结合。 支撑体需要预先实施聚赖氨酸和氨基硅烷等特殊处理。 也可以用其它共价键方法将这些个的生物大分子牢固地附着在支撑件上。 现在，美国Biodot公司的“喷墨印花”机器和Cartesian Technologies公司的Pix-Sys NQ/PA系列的“印刷”机器等比较成形的点样装置正在销售。 这些个的自动化设备根据所配备的“印刷”或“喷雾”大头针，从多孔板直接“印刷”或“喷雾”生物大分子并将其挤出至芯片基板。 “印刷”时针尖与芯片基板表面接触，“喷墨”时针尖与芯片基板表面保持一定距离。 因此，“印刷”装置适于制作高密度的微阵列(例如2500点/cm2)，“喷墨”法由于“

13、喷墨”的点大，所以只能形成低密度的探针阵列，通常为400点/cm2。 点样法制作芯片技术较简单，易于掌握，分析设备易于获得，适合用户根据自各儿的需要灵活动态修订微点，用于科研和实践工作。 在Company Logo、中国研究现状、“十五”期间，中国生物芯片研究申请了国内专利356项、国外专利62项。 2005年4月，科技部组织实施的国家重大科技专业“功能染色体组与生物芯片”在生物芯片产业取得了阶段性成果，诊断芯片产品、高密度基因芯片产品、食品安全检测芯片、建立具有自主知识产权的生物芯片创新技术等一系列成果蜂拥而至。Company Logo、中国研究现状、2006年7月，中国科学院力学研究所国家微重力实验室实践课题组在中科院知识创新工程和国家自然科学基金的资助下，研