《组生物芯片技术》PPT课件.ppt
生物芯片技术,了解生物芯片的功能，及其医学研究领域中的作用，以及生物芯片技术的最新进展。熟悉生物芯片的种类及其作用，基因芯片、蛋白芯片和微缩芯片实验室的原理及其制备方法。掌握基因芯片的工作原理、制备方法及其在临床诊断中的意义。,第一节 生物芯片概述,一、生物芯片的定义二、生物芯片的特点及分类三、生物芯片在医学中的应用概况与前景,一、生物芯片的定义,指在一块大不上不等（一般约12cm2）的载体材料上，以大规模阵列的形式排布了不同的生物分子探针，形成可与目的靶分子相互作用，并行反应的固相表面。将芯片与荧光标记的靶分子进行化学反应（如杂交、免疫反应等），经过激发光扫描后，不同反应强度的标记荧光将呈现不同的荧光发射谱征。用激光共聚焦显微扫描仪或CCD相机收集信号后，经计算机分析数据结果，从而获得相关的生物信息。,生物芯片技术是通过缩微技术，根据分子间特异性地相互作用的原理，将生命科学领域中不连续的分析过程集成于硅芯片或玻璃芯片表面的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、蛋白质、基因及其它生物组分的准确、快速、大信息量的检测。按照芯片上固化的生物材料的不同，可以将生物芯片划分为基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片和组织芯片。,简单来说,二、生物芯片的特点,高通量、集成化、并行化和微型化,生物芯片的分类,三、生物芯片在医学中的应用,分子生物学、生物进化（生物起源及新物种鉴定）生物医学（新药的筛选与合成，疾病诊断和治疗，如癌症、早年性痴呆症等的病因研究）农林科学（农作物育种改良、食品卫生监督、微生物检测）环境科学生化武器侦检司法鉴定等,基因芯片,一、基因芯片的原理二、基因芯片技术三、基因芯片的应用,基因芯片(gene chip)又称DNA芯片(DNA chip)或DNA微阵列(DNA micro-array)。基因是载有生物体遗传信息的基本单位，存在于细胞的染色体上。将大量的基因片段有序地、高密度地排列在玻璃片或纤维膜等载体上，称之为基因芯片。,基因芯片发展历史,Southern&Northern Blot,Dot Blot,Macroarray,Microarray,一、基因芯片的原理,基因芯片技术是建立在基因探针和杂交测序技术上的一种高效、快速的核酸序列分析手段。基因芯片技术主要包括四个主要步骤：芯片制备、样品制备、杂交反应和信号检测以及结果分析。,基因芯片研制的总体蓝图,图11-1 基因芯片技术主要步骤,二、基因芯片技术,（一）芯片制备 1.合成探针 基因组探针 cDNA探针 寡核苷酸探针,2.探针在载体表面的固定 固相载体固体片状：主要有玻片、硅片和瓷片等；薄膜状：有硝酸纤维素膜、尼龙膜以及聚丙烯膜等。,探针在载体表面的固定可分为两大类方法：合成后点样，多用于大片段DNA，有时也用于寡核苷酸，甚至mRNA。原位合成（即在支持物表面原位合成寡核苷酸探针），适用于寡核苷酸。,（二）样品制备,常见的基因芯片实验样品有DNA、mRNA(cDNA)两种。根据样品来源、基因含量及检测方法和分析目的不同，采用的基因分离、扩增及标记方法各异。,（三）杂交反应,杂交反应是荧光标记的样品与芯片上的探针进行的反应产生一系列信息的过程。过程类似于一般的杂交法。把要杂交的分子的溶液覆盖芯片的探针，用盖玻片覆盖，即可杂交。,（四）信号检测和分析,在杂交反应完成后，将矩阵插入扫描仪中。主要为荧光法，其重复性较好，不足的是灵敏度仍较低。目前正在发展的方法有质谱法、化学发光法、光导纤维法等。,基因芯片杂交结果要用专用的扫描系统读取。,A:激光器 B:滤光片 C:二色镜 D:反光镜 E:关栅,基因芯片扫描结果,不同的颜色代表一个探针点杂交上的带荧光标记的核酸分子数的差异。红黄绿兰紫,GENERAL SCANNING-ScanArray System,三、基因芯片的应用,（一）寻找和发现新基因（二）基因表达分析（三）DNA序列测定与序列间比较（四）突变体和多态性的检测,表达谱芯片实例,PCR法从外周血淋巴细胞cDNA文库扩增产物,扩增产物点样于包被的玻片上,DNA芯片,热击T细胞cDNA,未处理的细胞cDNA,杂交 杂交,激光共聚焦扫描,发现17个差异表达基因,11个被热诱导,6个被热抑制,发现其中3个为未发现的新基因,（五）在疾病诊断的应用（1）感染性疾病的诊断 性传播疾病、肝炎等。（2）遗传性疾病的诊断 地中海贫血、婚前检查等。（3）耐药性检测 结核分支杆菌耐药性检测芯片等。,生物芯片的优、缺点,优点：1）高通量性：可同时并行分析成千上万种分子。节省时间。2）微型化，实验所需试剂用量少。3）高度自动化。缺点：在同一温度下杂交，不同探针杂交效率不同。,生物芯片于一般分子杂交比较,存在问题,基因芯片的缺点在于其不能对待检测基因在多细胞类型组织中的精确定位进行判断,在这点上，Northern也一样，而原位杂交技术可以克服此缺点。另外很多蛋白质调节其功能不主要是依赖其是否表达或表达量高低，而是依赖蛋白质磷酸化-去磷酸化等方式。在这种情况下，用核酸类生物芯片就没有什么意义了，正在研究开发中的蛋白类芯片可能会有所作为的。,基因芯片技术本身有一些关键问题亟待解决：(1)基因芯片的特异性的提高(2)样品制备和标记操作的简化(3)增加信号检测的灵敏度(4)高度集成化样品制备、基因扩增、核酸标记 及检测仪器的研制和开发。,制约基因芯片技术发展及应用的最主要的因素是这种技术的成本较为昂贵，目前只有制药公司和少数研究所才能承受。,THE END,
