《基因芯片技术》PPT课件.ppt

1、生物芯片是80年代末在生命科学领域迅速发展的高新技术，主要是指通过微加工技术和微电子技术建立在固体筹码表面的微生物化学分析系统。能够准确、快速、大量地检测有关细胞、蛋白质、DNA和其他生物成分的信息。世界著名的商业杂志部门对基因生物芯片领域很有好感。1997年三月31号上说：“多亏了微处理器，我们的经济发生了根本变化，给人类带来了巨大的财富，改变了我们的生活方式。”但是生物芯片对人类的影响可能更大.“，酵母全基因组基因筹码，第一节生物芯片简介，1.1生物芯片的定义生物芯片是指通过机器人自动压印或诱导光的化学合成技术在硅、玻璃、凝胶或尼龙薄膜上制造的生物分子微阵列。根据分子间特异性相互作用的原理

2、，整合生命科学领域的离散分析过程。基因筹码(也称为DNA筹码或DNA阵列)是生物芯片的一种，将DNA分子固定在支持物上，与标记的样品杂交，通过自动化仪器检测杂交信号的强度，从而判断样品中靶分子的数量，从而知道样品中mRNA的表达量。还可以进行基因突变体的检测和基因序列测量。1.2基因筹码分析过程基因筹码分析过程主要包括样品及其标记处理、筹码制作、分子杂交、信号检测、数据处理和分析等多个阶段。基因芯片的理论基础：传统的Southern blot和Northern blot将检测到的样本固定在尼龙膜上，然后使用特定的已知探针，确定检测样本内是否有互补的DNA序列。基因芯片的核心原理与Souther

3、n blot和Northern blot相同，但在检查的样本中，为了检测与各种探针互补的核酸物质的变化，将各种探针固定在基质上。1样品准备2 DNA提取3荧光标记4分子杂交5信号检测6点分析，1.3基因筹码技术的特点1，基因芯片的优点1)痛苦性：可以同时分析数千种分子。节省时间并减少系统错误。2)小型化3)高度自动化4)结果再现性和准确度更高。(基因芯片可以在同一芯片上同时杂交实验组和对照组材料，实现并行化工作，避免各种误差，比较实验结果。)，2，基因芯片的缺点基因筹码技术体系的建立和使用需要大投资。但是单个基因分析的成本与传统的表达分析技术相比仍然很低。)，2节生物芯片分类，2.1载体材料的

4、玻璃筹码硅筹码陶瓷筹码玻璃芯片很容易得到，荧光背景低，应用方便，目前在国际上得到了广泛应用。以2.2点式方式分类1，原位合成芯片(将半导体的光蚀角技术应用于DNA合成化学，以单个核苷酸或其他分子大分子为基底，在玻璃芯片上原位合成寡妇核苷酸)2，微矩阵筹码(目前应用最广泛的基因筹码之一)。具有高密度制作方便的特点。用PCR或化学合成等方法获得的DNA或过核苷酸片段，用针孔或喷雾点方法直接排列在幻灯片等载体上，使之成为芯片。(阿尔伯特爱因斯坦，美国电视电视剧，计算机)3，传记位置筹码(利用静电吸附的原理，将DNA快速定位在硅基质上，导电玻璃上)。)，2.3筹码固定生物分子类型分类(1)基因筹码或D

5、NA筹码(2)蛋白质筹码(3)筹码实验室(lab-on-chip)，实验的每个步骤一个筹码，芯片实验室(la B- on-A-chip)，筹码实验室功能：第一，集成。目前重要的趋势之一是集成单位部件越来越多，集成规模也越来越大。相关部件是与注入和样品处理相关的透析、膜、固相萃取、净化。流体控制用微阀(包括主动阀和被动阀)、微泵(包括机器泵和非机器泵)微混合器、微反应器、微通道和微探测器。第二，分析速度很快。Mathies研究小组在半径为8厘米长的圆盘上集成了384个通道的传记电泳芯片。他们在325秒内检测出了与血色病相关的384株H63D突变(来自人类HFE基因)样本，每个样本分析时间不到1秒

6、。第三，高吞吐量。第四，能耗低，耗水少，污染少。每个分析样品消耗的试剂数量只有几微升到几十微升，分析的物质体积只需要升级或真皮升级。第五，既便宜又安全。无论是化学反应芯片还是分析芯片，随着这些特征在技术上的成熟，其价钱价格将越来越便宜。(威廉莎士比亚，温斯顿，分析，分析，分析，分析，分析，分析，分析)对于化学反应芯片来说，在小空间里化学反应，小反应体积，小分子数，小反应热，大反应空间表面积，物质传递和传热过程快，因此比普通化学反应更安全。2.4筹码使用功能分类(1)排序筹码(2)表达频谱筹码(3)基因差异表达分析筹码、排序筹码、基因表达频谱筹码、基因差异表达分析芯片、三节基因芯片制作、固相介质

7、硅芯片、二氧化硅、玻璃靶探索用模板合成mRNA或MRNA的cDNA。标记经常使用荧光剂(例如Cy3，cy5)。同位素等。从3.1筹码制作的DNA样本的来源(1)细胞或组织中提取mRNA后，通过cDNA文库反向转录、测序和生物信息学分析，获得代表每个基因的DNA序列，利用PCR扩增技术或DNA固体结合技术，获得人们想要的各种基因片段。(2)利用基因组测序数据，通过生物信息学分析获得代表每个基因的数据，利用PCR技术或DNA固相结合技术获得人们期望的各种基因片段。3.2生物芯片制作方法生物芯片微阵列制作技术可根据制作方法分为现场合成和字典合成后点样品。原位合成法是在探针合成和传输的同时，将探针的组

8、件从点采样系统逐步传输到气体。字典合成后，点样品是指在准备筹码微阵列之前，需要固定的探针被合成，点样品系统需要做的是将合成的样品涂在机身上或喷涂。1、原位合成光刻DNA合成法(将DNA化学合成与半导体产业的光刻技术相结合，将受光不稳定保护组保护的4茄子DNA模块固定在幻灯片上，通过光脱保护，按照少量保护寡核苷酸和试剂设计顺序进行DNA合成)。)优点：合成的密度和准确度优于最后两种方法。缺点：设计和制造价钱高的照片口罩网需要很长时间。，1通过光刻掩模曝光2激活保护区3固化合成1碱4通过其他光刻掩模曝光5引入其他碱6，重复牙齿步骤。2、字典合成后点样品(1)接触点样品方法(将样品直接连接到机体)的

9、优点：仪器结构简单、容易开发、快速、经济、缺点：每个样品必须合成、纯化、提前保存。2202筹码点取样器制造商Bio-Rad性能简介分辨率：1.25um(x，Y轴)和0.25um(Z轴)；重复：3um球体精度：l0um。一次能制造的筹码数：每126个筹码碎片82，000个点，(2)喷墨(通过压力晶体或其他推进，从小喷嘴向玻璃载体喷射生物样品)。牙齿法所需的样品都必须是合成的纯样品(cDNA，染色体DNA，抗体)。与接触点样本不同，喷嘴不与芯片接触。点样法首先按常规方法准备cDNA(或寡核苷酸)探针库，然后通过特殊的针和微喷嘴，分别将不同的探针溶液分布在玻璃、尼龙或其他固相纪宁表面的不同部位，通过

10、物理和化学结合将探针固定在芯片的相应部位。玻璃矩阵，基因筹码微阵列准备系统，3.3 DNA分子固定在坚硬的表面，制造生物芯片的载体材料必须满足以下要求：(1)载体表面必须适应透射或反射光的测量。(2)以最佳容量实现单元载体上组合的生物分子容量。(3)载体必须惰性，具有充分的稳定性。基因筹码制作的关键是将大量探针分子固定在支持物上，保持探针分子的结构自然，使探针DNA分子能与样本分子自由杂交。4节基因芯片的杂交及结果分析，4.1探针的标记方法通常是在逆转录的基质中添加带标记基团的过核苷酸单体，通过逆转录将标记分子渗透到cDNA分子中。MRNA逆转录的显示方法直接影响DNA筹码分析结果的准确性和再

11、现性。，4.3筹码结果读取和扫描机生物芯片的扫描(扫描)是指与目的DNA(或RNA)杂交后，或与目的抗原、抗体、受体等目标分子反应相结合的生物芯片上的数千个点阵生物特征反应结果读取，并替换为可以用计算机处理的数据。标记为荧光的生物芯片扫描仪可以根据原理和结构分为激光系统扫描仪和CCD系统扫描仪。基因筹码杂交结果应读入专用扫描系统。B、B、A、C、D、E、放大器、数字模拟转换器、电脑、A 3360激光B 3360过滤器C 3360双色镜子D 3360反射镜E 3360栅极、基因筹码扫描结果、其他颜色代表1红色、完整的生物芯片集软件应包括生物芯片扫描仪的硬件控制软件、生物芯片的图像处理软件和数据提

12、取或统计分析软件、筹码表达基因在内的国际互联网上的基因数据库分析和积累。，5节基因芯片的应用，1，基因表达分析2，基因型和多态性分析3，杂交测序4，核酸和蛋白质相互作用研究5，疾病诊断和治疗6，药物开发7，基因芯片在营养和食品卫生领域的应用8，基因芯片在环境科学领域的应用1)肿瘤的基因诊断实例：AAA2)诊断遗传性疾病案例：上海市联合基因公司开发了-地中海贫血检测芯片，3)致病源检测和确定案例：西安市联合公司开发了呼吸机致病源诊断芯片，可以检测引起呼吸机感染的各种致病源。第二，组织配型案例：上海市复旦长江生物医药股份有限公司开发HLA分型筹码开发，目前已投入国内各大血站。第三，包括药物研究、疾病相关基因检测、用于疾病诊断、目前主要由癌症、心血管疾病、血液病、遗传性疾病