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1、Biochip生物芯片,藥學(xué)院,,Company Logo,定義,廣義的生物芯片指一切采用生物技術(shù)制備或應(yīng)用于生物技術(shù)的微處理器。包括用于研制生物計算機(jī)的生物芯片、將健康細(xì)胞與電子集成電路結(jié)合起來的仿生芯片、縮微化的實(shí)驗(yàn)室即芯片實(shí)驗(yàn)室以及利用生物分子相互間的特異識別作用進(jìn)行生物信號處理的基因芯片、蛋白質(zhì)芯片、細(xì)胞芯片和組織芯片等。狹義的生物芯片就是微陣列，包括基因芯片、蛋白質(zhì)芯片、細(xì)胞芯片和組織芯片等。,特點(diǎn),高通量: 提高實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，利于顯示圖譜的快速對照和閱讀 微型化: 減少試劑用量和反應(yīng)液體積，提高樣品濃度和反應(yīng)速度 自動化: 減低成本和保證質(zhì)量,,Company Logo,分類,根據(jù)
2、固定在載體上的物質(zhì)成分分類 (1)基因芯片(gene chip)：又稱DNA芯片(DNA chip)或DNA微陣列(DNA microarray)，是將cDNA或寡核苷酸按微陣列方式固定在微型載體上制成。 (2)蛋白質(zhì)芯片(protein chip或protein microarray)：是將蛋白質(zhì)或抗原等一些非核酸生命物質(zhì)按微陣列方式固定在微型載體上獲得。芯片上的探針構(gòu)成為蛋白質(zhì)或芯片作用對象為蛋白質(zhì)者統(tǒng)稱為蛋白質(zhì)芯片。 (3)細(xì)胞芯片(cell chip)：是將細(xì)胞按照特定的方式固定在載體上，用來檢測細(xì)胞間相互影響或相互作用。 (4)組織芯片(tissue chip)：是將組織切片等按照特
3、定的方式固定在載體上，用來進(jìn)行免疫組織化學(xué)等組織內(nèi)成分差異研究。 (5) 芯片實(shí)驗(yàn)室,,Company Logo,歷史簡介,生物芯片技術(shù)起源于核酸分子雜交。 生物芯片（biochip或bioarray）是根據(jù)生物分子間特異相互作用的原理，將生化分析過程集成于芯片表面，從而實(shí)現(xiàn)對DNA、RNA、多肽、蛋白質(zhì)以及其他生物成分的高通量快速檢測。狹義的生物芯片概念是指通過不同方法將生物分子（寡核苷酸、cDNA、genomic DNA、多肽、抗體、抗原等）固著于硅片、玻璃片（珠）、塑料片（珠）、凝膠、尼龍膜等固相遞質(zhì)上形成的生物分子點(diǎn)陣。,,Company Logo,歷史簡介,因此生物芯片技術(shù)又稱微陳
4、列（microarray）技術(shù)，含有大量生物信息的固相基質(zhì)稱為微陣列，又稱生物芯片。生物芯片在此類芯片的基礎(chǔ)上又發(fā)展出微流體芯片（microfluidics chip），亦稱微電子芯片（microelectronic chip），也就是縮微實(shí)驗(yàn)室芯片。,,Company Logo,研究歷史,1991年Affymatrix公司福德（Fodor）組織半導(dǎo)體專家和分子生物學(xué)專家共同研制出利用光蝕刻光導(dǎo)合成多肽； 1992年運(yùn)用半導(dǎo)體照相平板技術(shù)，對原位合成制備的DNA芯片作了首次報道，這是世界上第一塊基因芯片； 1993年設(shè)計了一種寡核苷酸生物芯片； 1994年又提出用光導(dǎo)合成的寡核苷酸芯片進(jìn)行DN
5、A序列快速分析； 1996年靈活運(yùn)用了照相平板印刷、計算機(jī)、半導(dǎo)體、激光共聚焦掃描、寡核苷酸合成及熒光標(biāo)記探針雜交等多學(xué)科技術(shù)創(chuàng)造了世界上第一塊商業(yè)化的生物芯片； 1995年，斯坦福大學(xué)布朗（PBrown）實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了第一塊以玻璃為載體的基因微矩陣芯片。 2001年，全世界生物芯片市場已達(dá)170億美元，用生物芯片進(jìn)行藥理遺傳學(xué)和藥理基因組學(xué)研究所涉及的世界藥物市場每年約1800億美元； 生物芯片巨頭-affymetrix,,Company Logo,研究歷史,2000-2004年的五年內(nèi)，在應(yīng)用生物芯片的市場銷售達(dá)到200億美元左右。2005年，僅美國用于基因組研究的芯片銷售額即達(dá)50億美元，
6、2010年有可能上升為400億美元，這還不包括用于疾病預(yù)防及診治及其它領(lǐng)域中的基因芯片，部分預(yù)計比基因組研究用量還要大上百倍。因此，基因芯片及相關(guān)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)將取代微電子芯片產(chǎn)業(yè)，成為21世紀(jì)最大的產(chǎn)業(yè)。 2004年3月，英國著名咨詢公司弗若斯特沙利文(Frost & Sulivan)公司出版了關(guān)于全球芯片市場的分析報告世界DNA芯片市場的戰(zhàn)略分析。報告認(rèn)為，全球DNA生物芯片市場每年平均增長6.7%，2003年的市場總值是5.96億美元，2010年將達(dá)到93.7億美元。納儂市場（NanoMarkets）調(diào)研公司預(yù)測，以納米器械作為解決方案的醫(yī)療技術(shù)將在2009年達(dá)到13億美元，并在2012年增加
7、到250億美元，而其中以芯片實(shí)驗(yàn)室最具發(fā)展?jié)摿?，市場增長率最快。,,Company Logo,研究價值,最大用途在于疾病檢測 基因表達(dá)水平的檢測 基因診斷（從正常人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交就可以得出標(biāo)準(zhǔn)圖譜。從病人的基因組中分離出DNA與DNA芯片雜交就可以得出病變圖譜。通過比較、分析這兩種圖譜，就可以得出病變的DNA信息。這種基因芯片診斷技術(shù)以其快速、高效、敏感、經(jīng)濟(jì)、平行化、自動化等特點(diǎn)，將成為一項現(xiàn)代化診斷新技術(shù)。例如Affymetrix公司，把p53基因全長序列和已知突變的探針集成在芯片上，制成p53基因芯片，將在癌癥早期診斷中發(fā)揮作用。又如，Heller等構(gòu)建了96個基
8、因的cDNA微陣，用于檢測分析風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎（RA）相關(guān)的基因，以探討DNA芯片在感染性疾病診斷方面的應(yīng)用。）,,Company Logo,研究價值,藥物篩選 個體化醫(yī)療 測序 生物信息學(xué)研究,,Company Logo,制造方法簡述,光引導(dǎo)原位合成 原位合成適于制造寡核苷酸和寡肽微點(diǎn)陣芯片，具有合成速度快、相對成本低、便于規(guī)?；a(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。照相平板印刷技術(shù)是平板印刷技術(shù)與DNA和多肽固相化學(xué)合成技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，可以在預(yù)設(shè)位點(diǎn)按照預(yù)定的序列方便快捷地合成大量寡核苷酸或多肽分子。在生物芯片研制方面享有盛譽(yù)的美國Affymetrix公司運(yùn)用該技術(shù)制造大規(guī)模集成Genechip。原位合成后的寡核苷酸
9、或多肽分子與玻片共價連接。它用預(yù)先制作的蔽光板和經(jīng)過修飾的4種堿基，通過光進(jìn)行活化從而以固相方式合成微點(diǎn)陣。合成前，預(yù)先將玻片氨基化，并用光不穩(wěn)定保護(hù)劑將活化的氨基保護(hù)起來。聚合用單體分子一端活化另一端受光敏保護(hù)劑的保護(hù)。選擇適當(dāng)?shù)膿豕獍迨剐枰酆系牟课煌腹?，不需要發(fā)生聚合的位點(diǎn)蔽光。這樣，光通過擋光板照射到支持物上，受光部分的氨基解保護(hù)，從而與單體分子發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)。每次反應(yīng)在成千上萬個位點(diǎn)上添加一個特定的堿基。由于發(fā)生反應(yīng)后的部位依然接受保護(hù)劑的保護(hù)，所以可以通過控制擋光板透光與蔽光圖案以及每次參與反應(yīng)單體分子的種類，就可以實(shí)現(xiàn)在特定位點(diǎn)合成大量預(yù)定序列寡核苷酸或寡肽的目的。由于照相平板印刷
10、技術(shù)每步的合成效率較低（95%）2，合成30nt的終產(chǎn)率僅為20%，所以該技術(shù)只能合成30nt左右長度的寡核苷酸。在此基礎(chǔ)上，有人將光引導(dǎo)合成技術(shù)與半導(dǎo)體工業(yè)所用的光敏抗蝕技術(shù)相結(jié)合，以酸作為去保護(hù)劑，將每步合成產(chǎn)率提高到99%，但制造工藝復(fù)雜程度增加了許多3。所以如何簡便地提高合成產(chǎn)率是光引導(dǎo)原位合成技 術(shù)有待解決的問題。,,Company Logo,制造方法簡述,打印原位合成 壓電打印原位合成的方式類似于噴墨打印機(jī)，合成原理與傳統(tǒng)的核酸或寡肽固相合成技術(shù)相同。合成過程為：合成前以與光引導(dǎo)原位合成類似的方式對芯片片基進(jìn)行預(yù)處理，使其帶有反應(yīng)活性基團(tuán)，例如伯氨基。同時，將合成用前體分子（DNA
11、合成堿基、cDNA和其它分子）放入打印墨盒內(nèi)，由電腦依據(jù)預(yù)定的程序在xyz方向自動控制打印噴頭在芯片支持物上移動，并根據(jù)芯片不同位點(diǎn)探針序列需要將特定的堿基合成前體試劑（不足納升）噴印到特定位點(diǎn)。噴印上去的試劑即以固相合成原理與該處支持物發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)。由于脫保護(hù)方式為酸去保護(hù)，所以每步延伸的合成產(chǎn)率可以高達(dá)99%，合成的探針長度可以達(dá)到4050nt。以后每輪偶聯(lián)反應(yīng)依據(jù)同樣的方式將需要連接的分子噴印到預(yù)定位點(diǎn)進(jìn)行后續(xù)的偶聯(lián)反應(yīng)。類似地重復(fù)此操作可以在特定位點(diǎn)按照每個位點(diǎn)預(yù)定的序列合成出大量的寡核苷酸探針。,,Company Logo,制造方法簡述,點(diǎn) 樣 法 點(diǎn)樣法在多聚物的設(shè)計方面與原位合成
12、技術(shù)相似。只是合成工作用傳統(tǒng)的DNA、多肽合成儀或PCR擴(kuò)增或體內(nèi)克隆等方法完成。大量制備好的核酸探針、多肽、蛋白等生物大分子再用特殊的自動化微量點(diǎn)樣裝置將其以較高密度互不干擾地印點(diǎn)于經(jīng)過特殊處理的玻片、尼龍膜、硝酸纖維素膜上，并使其與支持物牢固結(jié)合。支持物需預(yù)先經(jīng)過特殊處理，例如多聚賴氨酸或氨基硅烷等。亦可用其它共價結(jié)合的方法將這些生物大分子牢牢地附著于支持物上?，F(xiàn)在已經(jīng)有比較成型的點(diǎn)樣裝置出售，例如美國Biodot公司的“噴印”儀以及Cartesian Technologies公司的Pix-Sys NQ/PA系列“打印”儀。這些自動化儀器依據(jù)所配備的“打印”或“噴印”針將生物大分子從多孔板
13、吸出直接“打印”或“噴印”于芯片片基上?！按蛴 睍r針頭與芯片片基表面發(fā)生接觸而“噴印”時針頭與片基表面保持一定的距離。所以，“打印”儀適宜制作較高密度的微陣列（例如2500點(diǎn)/cm2），“噴印”法由于“噴印”的斑點(diǎn)較大，所以只能形成較低密度的探針陣列，通常400點(diǎn)/cm2。點(diǎn)樣法制作芯片的工藝比較簡單便于掌握、分析設(shè)備易于獲取，適宜用戶按照自己的需要靈活機(jī)動地設(shè)計微點(diǎn)陣，用于科研和實(shí)踐工作。,,Company Logo,我國研究現(xiàn)狀,“十五”期間，中國生物芯片研究共申請國內(nèi)專利356項，國外專利62項。 2005年4月，由科技部組織實(shí)施的國家重大科技專項“功能基因組和生物芯片”在生物芯片產(chǎn)業(yè)取
14、得階段成果，診斷檢測芯片產(chǎn)品、高密度基因芯片產(chǎn)品、食品安全檢測芯片、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的生物芯片創(chuàng)新技術(shù)創(chuàng)建等一系列成果蜂擁而出。,,Company Logo,我國研究現(xiàn)狀,2006年7月，中國科學(xué)院力學(xué)研究所國家微重力實(shí)驗(yàn)室靳剛課題組在中科院知識創(chuàng)新工程和國家自然科學(xué)基金的資助下，主持研究的“蛋白質(zhì)芯片生物傳感器系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)，目前已實(shí)現(xiàn)乙肝五項指標(biāo)同時檢測、腫瘤標(biāo)志物檢測、微量抗原抗體檢測、SARS抗體藥物鑒定、病毒檢測及急性心肌梗死診斷標(biāo)志物檢測等多項應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。全程只需40分鐘，采血只需幾十微升血液。該項研究成果有望為中國的生物芯片技術(shù)開辟新的途徑。,,Company Logo,2012最新進(jìn)展,新加坡研制生物芯片可探測抗癌藥物藥效 生物芯片植入視網(wǎng)膜 男子失明20年重見光明（英國） 成都開展耳聾基因篩查 用生物芯片尋找致病基因,,Company Logo,,謝謝觀看,,Company Logo,
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