第十章 生物芯片技術(shù)

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1、大連醫(yī)科大學(xué)大連醫(yī)科大學(xué) 趙春艷趙春艷第十章第十章 生物芯片技術(shù)生物芯片技術(shù) 生物芯片生物芯片（biochipbiochip）的概念）的概念 指采用光導(dǎo)原位合成或微量點(diǎn)樣等方法，將大量指采用光導(dǎo)原位合成或微量點(diǎn)樣等方法，將大量生物大分子如核酸片段、多肽分子甚至組織切片、細(xì)生物大分子如核酸片段、多肽分子甚至組織切片、細(xì)胞等生物樣品有序地固化于支持物的表面，組成密集胞等生物樣品有序地固化于支持物的表面，組成密集二維分子排列，然后與已標(biāo)記的待測(cè)生物樣品中的靶二維分子排列，然后與已標(biāo)記的待測(cè)生物樣品中的靶分子雜交，通過(guò)特定的儀器對(duì)雜交信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行快分子雜交，通過(guò)特定的儀器對(duì)雜交信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行快速、并

2、行、高效地檢測(cè)分析，從而判斷樣品中靶分子速、并行、高效地檢測(cè)分析，從而判斷樣品中靶分子的數(shù)量。的數(shù)量。第十章第十章 生物芯片技術(shù)生物芯片技術(shù) 生物芯片的主要特點(diǎn)：生物芯片的主要特點(diǎn)： 高通量、微型化和自動(dòng)化高通量、微型化和自動(dòng)化 生物芯片的分類：生物芯片的分類：基因芯片、蛋白質(zhì)芯片和芯片實(shí)驗(yàn)室基因芯片、蛋白質(zhì)芯片和芯片實(shí)驗(yàn)室 第十章第十章 生物芯片技術(shù)生物芯片技術(shù) 1. 1.基因芯片基因芯片（GenechipGenechip） 又稱又稱DNADNA芯片芯片, ,是根據(jù)核酸雜交的原理，將大是根據(jù)核酸雜交的原理，將大量探針?lè)肿庸潭ㄓ谥С治锷?，然后與標(biāo)記的樣品量探針?lè)肿庸潭ㄓ谥С治锷希缓笈c標(biāo)記的樣

3、品進(jìn)行雜交，通過(guò)檢測(cè)雜交信號(hào)的強(qiáng)度及分布來(lái)進(jìn)進(jìn)行雜交，通過(guò)檢測(cè)雜交信號(hào)的強(qiáng)度及分布來(lái)進(jìn)行分析行分析 。第十章第十章 生物芯片技術(shù)生物芯片技術(shù) 2. 蛋白質(zhì)芯片蛋白質(zhì)芯片(proteinchip(proteinchip) ) 利用抗體與抗原特異性結(jié)合即免疫反應(yīng)的原利用抗體與抗原特異性結(jié)合即免疫反應(yīng)的原理理，將蛋白質(zhì)分子將蛋白質(zhì)分子（抗原或抗體抗原或抗體）結(jié)合到固相支結(jié)合到固相支持物上持物上，形成蛋白質(zhì)微陣列形成蛋白質(zhì)微陣列，即蛋白質(zhì)芯片即蛋白質(zhì)芯片 。 第十章第十章 生物芯片技術(shù)生物芯片技術(shù) 3. 3.芯片實(shí)驗(yàn)室芯片實(shí)驗(yàn)室(labs-on-chip) (labs-on-chip) 高度集成化的集

4、樣品制備、基因擴(kuò)增、核酸標(biāo)記高度集成化的集樣品制備、基因擴(kuò)增、核酸標(biāo)記及檢測(cè)為一體的便攜式生物分析系統(tǒng)及檢測(cè)為一體的便攜式生物分析系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)生化分析全過(guò)程集成在一片芯片上完成，從實(shí)現(xiàn)生化分析全過(guò)程集成在一片芯片上完成，從而使生物分析過(guò)程自動(dòng)化、連續(xù)化和微縮化而使生物分析過(guò)程自動(dòng)化、連續(xù)化和微縮化 芯片實(shí)驗(yàn)室是生物芯片技術(shù)發(fā)展的最終目標(biāo)芯片實(shí)驗(yàn)室是生物芯片技術(shù)發(fā)展的最終目標(biāo) 第十章第十章 生物芯片技術(shù)生物芯片技術(shù)第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質(zhì)芯片蛋白質(zhì)芯片第一節(jié)第一節(jié) DNADNA芯片芯片第一節(jié)第一節(jié) DNADNA芯片芯片DNADNA芯片技術(shù)包括四個(gè)主要步驟芯片技術(shù)包括四個(gè)主要步驟芯片的設(shè)計(jì)與制備芯片的設(shè)

5、計(jì)與制備樣品制備樣品制備雜交反應(yīng)和信號(hào)檢測(cè)雜交反應(yīng)和信號(hào)檢測(cè)結(jié)果分析結(jié)果分析第一節(jié)第一節(jié) DNADNA芯片芯片第一節(jié)第一節(jié) DNADNA芯片芯片 二、樣品的制備二、樣品的制備 三、雜交與結(jié)果分析三、雜交與結(jié)果分析 四、基因芯片技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用四、基因芯片技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用一、芯片制備一、芯片制備一、芯片制備一、芯片制備基因芯片制備主要包括兩個(gè)方面基因芯片制備主要包括兩個(gè)方面 探針的設(shè)計(jì)：探針的設(shè)計(jì)： 根據(jù)應(yīng)用目的不同，設(shè)計(jì)不同的固定于芯片上根據(jù)應(yīng)用目的不同，設(shè)計(jì)不同的固定于芯片上的探針的探針 探針在芯片上的布局：探針在芯片上的布局： 選擇合適的方式將探針排布在芯片上選擇合適的方式將探針排布在

6、芯片上 一、芯片制備一、芯片制備（二）（二）DNADNA芯片的制備芯片的制備 （一）探針的設(shè)計(jì)（一）探針的設(shè)計(jì)（一）探針的設(shè)計(jì)（一）探針的設(shè)計(jì) 1. 1.表達(dá)型芯片探針的設(shè)計(jì)表達(dá)型芯片探針的設(shè)計(jì) 不需要知道待測(cè)樣品中靶基因的精確序列的不需要知道待測(cè)樣品中靶基因的精確序列的特異性應(yīng)放在首要位置特異性應(yīng)放在首要位置 2.2.單核苷酸多態(tài)性檢測(cè)芯片探針的設(shè)計(jì)單核苷酸多態(tài)性檢測(cè)芯片探針的設(shè)計(jì) 等長(zhǎng)移位設(shè)計(jì)法等長(zhǎng)移位設(shè)計(jì)法 3.3.特定突變位點(diǎn)探針的設(shè)計(jì)特定突變位點(diǎn)探針的設(shè)計(jì) 疊瓦式策略疊瓦式策略 一、芯片制備一、芯片制備一、芯片制備 圖102（二）（二）DNADNA芯片的制備芯片的制備 1. 1.載體

7、選擇與預(yù)處理載體選擇與預(yù)處理 2.2.基因芯片制備基因芯片制備 （1 1）原位合成（）原位合成（in situ synthesisin situ synthesis） 光導(dǎo)原位合成法光導(dǎo)原位合成法 原位噴印合成原位噴印合成 分子印章多次壓印合成分子印章多次壓印合成 （2 2）點(diǎn)樣法）點(diǎn)樣法 一、芯片制備一、芯片制備一、芯片制備一、芯片制備圖103二、樣品的制備二、樣品的制備 樣品的制備過(guò)程包括：樣品的制備過(guò)程包括： 核酸分子的純化核酸分子的純化 擴(kuò)增擴(kuò)增 標(biāo)記標(biāo)記 三、雜交與結(jié)果分析三、雜交與結(jié)果分析（一）雜交反應(yīng)：與傳統(tǒng)的雜交方法類似（一）雜交反應(yīng)：與傳統(tǒng)的雜交方法類似 （二）雜交信號(hào)的檢測(cè)

8、：最常用熒光法（二）雜交信號(hào)的檢測(cè)：最常用熒光法（三）數(shù)據(jù)分析：芯片雜交圖譜的處理與存儲(chǔ)由專（三）數(shù)據(jù)分析：芯片雜交圖譜的處理與存儲(chǔ)由專 門設(shè)計(jì)的軟件來(lái)完成門設(shè)計(jì)的軟件來(lái)完成 四、基因芯片技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用四、基因芯片技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用1.1.基因表達(dá)分析基因表達(dá)分析 2.2.基因型、基因突變和多態(tài)性分析基因型、基因突變和多態(tài)性分析 3.3.疾病診斷：遺傳性、感染性、腫瘤疾病診斷：遺傳性、感染性、腫瘤 4.4.藥物篩選藥物篩選 5.5.指導(dǎo)用藥及治療方案指導(dǎo)用藥及治療方案 6.6.預(yù)防醫(yī)學(xué)預(yù)防醫(yī)學(xué) 四、基因芯片技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用四、基因芯片技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質(zhì)芯片蛋白質(zhì)芯片

9、蛋白質(zhì)芯片（蛋白質(zhì)芯片（protein chipprotein chip） 又稱蛋白質(zhì)微陣列，是指以蛋白質(zhì)或多肽作又稱蛋白質(zhì)微陣列，是指以蛋白質(zhì)或多肽作為配基為配基, ,將其有序地固定在固相載體的表面形成微將其有序地固定在固相載體的表面形成微陣列；用標(biāo)記熒光的蛋白質(zhì)或其它分子與之作用，陣列；用標(biāo)記熒光的蛋白質(zhì)或其它分子與之作用，洗去未結(jié)合的成分，經(jīng)熒光掃描等檢測(cè)方式測(cè)定洗去未結(jié)合的成分，經(jīng)熒光掃描等檢測(cè)方式測(cè)定芯片上各點(diǎn)的熒光強(qiáng)度，來(lái)分析蛋白質(zhì)之間或蛋芯片上各點(diǎn)的熒光強(qiáng)度，來(lái)分析蛋白質(zhì)之間或蛋白質(zhì)與其它分子之間的相互作用關(guān)系。白質(zhì)與其它分子之間的相互作用關(guān)系。 第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質(zhì)芯片蛋白質(zhì)芯

10、片 根據(jù)制作方法和應(yīng)用的不同，蛋白質(zhì)芯片分為兩種根據(jù)制作方法和應(yīng)用的不同，蛋白質(zhì)芯片分為兩種: :1.1. 蛋白質(zhì)功能芯片蛋白質(zhì)功能芯片 細(xì)胞中的每一種蛋白質(zhì)占據(jù)芯片上一個(gè)確定的細(xì)胞中的每一種蛋白質(zhì)占據(jù)芯片上一個(gè)確定的 點(diǎn)，主要是高度平行地檢測(cè)天然蛋白質(zhì)活性點(diǎn)，主要是高度平行地檢測(cè)天然蛋白質(zhì)活性 。2.2. 蛋白質(zhì)檢測(cè)芯片蛋白質(zhì)檢測(cè)芯片 將能夠識(shí)別復(fù)雜生物溶液（如細(xì)胞提取液）中將能夠識(shí)別復(fù)雜生物溶液（如細(xì)胞提取液）中 靶多肽的高度特異性配體進(jìn)行點(diǎn)陣，這種芯片靶多肽的高度特異性配體進(jìn)行點(diǎn)陣，這種芯片 能夠高度并行的檢測(cè)生物樣品中的蛋白質(zhì)能夠高度并行的檢測(cè)生物樣品中的蛋白質(zhì) 。第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質(zhì)芯片蛋白質(zhì)芯片第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質(zhì)芯片蛋白質(zhì)芯片 蛋白質(zhì)芯片技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用蛋白質(zhì)芯片技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用1.1.特異性抗原抗體的檢測(cè)特異性抗原抗體的檢測(cè) 2.2.生化反應(yīng)的檢測(cè)生化反應(yīng)的檢測(cè) 3.3.疾病診斷疾病診斷 4.4.疾病分子機(jī)制的研究疾病分子機(jī)制的研究 5.5.藥物篩選及新藥的研制開(kāi)發(fā)藥物篩選及新藥的研制開(kāi)發(fā)