基因工程作业浅谈基因芯片目录摘要: (2)关键词: (2)前言: (2)1概念特点 (2)1.1概念 (2)1.2特点 (2)2原理 (3)3分类 (3)3.1根据用途分类 (3)3.2根据作用方式分类 (3)3.3根据固定在载体上的物质成分分类 (3)4制备 (4)4.1原位合成 (4)4.2点样合成 (4)5应用领域 (4)5.1基因表达检测 (4)5.2突变检测 (5)5.3杂交测序 (5)5.4基因文库作图 (5)5.5药物筛选 (5)5.6基因诊断 (5)5.7 个体化医疗 (5)6面临问题 (5)6.1样品的制备 (5)6.2探针合成与固定 (6)6.3分子的标记 (6)7发展情况 (6)7.1世界发展情况 (6)7.2中国发展情况 (6)参考文献: (7)浅谈基因芯片Preliminary Study on Gene Chips摘要：基因芯片就是按特定的排列方式固定有大量基因探针、基因片段的硅片、玻片、塑料片。

基因芯片技术是高效地大规模获取相关生物信息的主要手段。

目前，该技术应用领域主要有基因表达检测、突变检测、基因组多态性分析、基因文库作图、杂交测序等。

九十年代初以美国为主开始进行的各种生物芯片的研制，将近十年的功夫，芯片技术得以迅速发展，并呈现发展高峰。

Abstract：Gene chips are silicon slices, glass slide, and plastic plate arranged in particular orders fixed with quantity of gene probes, gene fragments. The gene chip technology is the main means to obtain corresponding biological information effectively. Biochips were developed primarily by Americans in early nineties and the development reached a climax in late nineties. Presently, the main application domain of the technology includes gene expression detection, mutation detection, genome polymorphism analysis, gene library mapping and hybridization sequencing.关键词：基因芯片；基因；应用Key words：gene chip; gene; application前言基因芯片，又称DNA芯片或基因芯片，它们是DNA杂交探针技术与半导体工业技术相结合的结晶。

该技术是指将大量探针分子固定于支持物上后与带荧光标记的DNA样品分子进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。

生物芯片技术为人类基因组学从理论研究向实用研究过渡以及生命科学从分子水平研究向细胞乃至整体水平研究的回归架起了一座桥梁。

1概念特点1.1概念生物芯片：和微缩集成电路一样，也是在一块指甲大小的硅片或尼龙膜等材料上，将生物分子探针(包括细胞、蛋白质、核酸及其他生物组分)以大规模阵列的形式排布，形成可与目的分子相互作用、并行反应的固相表面。

将生物芯片与荧光标记分子进行化学反应(如杂交等)，经过激光扫描，不同反应强度的标记荧光将呈现不同特征的荧光发射光谱，用CCD 相机或激光共聚焦显微镜收集信号后，采用计算机软件分析数据和处理结果，从而获得大量的相关生物信息。

1.2特点生物芯片对样品的检测是以高通量、集成化、并行化和微型化为特征。

举例来说，要研究肿瘤细胞的基因表达发生了哪些变化，或想了解在炎症时机体和细胞的反应性变化，就必须对肿瘤细胞的相关基因(如癌基因、抗癌基因、凋亡基因、细胞周期相关基因等)进行逐一分析，或对炎症相关的细胞因子、趋化因子、黏附分子等的表达状况进行研究。

如果这些工作采用常规的分析方法来做，将耗费大量的人力和物力去从事重复性的工作。

一般而言，常规做法将会采用各种不同的方法在基因水平、mRNA转录水平或蛋白质翻译水平上进行研究。

如果想观察mRNA表达水平的改变，首先就要提取细胞的总RNA，然后通过逆转录反应，获得cDNA，再以其为模板进行定量PCR扩增，以确定不同基因表达水平变化；也可采取Northern杂交的方法进行分析。

不管怎样，总是一个基因一个基因地、不连续地去分析，效率之差显而易见。

如果以一天分析一个基因的速率计算，分析100个基因至少也得花去3个月左右；加上不是并行地进行操作和分析，实验的组间误差和批间误差难免产生。

但是采用生物芯片来研究基因的表达，则可以避免这些问题，因为它具有高通量、集成化分析的优势，特别适应基因组和后基因组时代大规模生物信息分析的需要。

2原理基因芯片在一个微小的基片(硅片、玻片、塑料片等)表面集成了大量的DNA分子识别探针，能够在同一时间内平行分析大量的基因，进行大信息量的筛选与检测分析。

这些DNA 分子探针可以是基因组DNA、eDNA或脱氧寡核苷酸片段等，用于构成不同类型的基因芯片，如用于基因多态位点(SNP)、基因突变检测、基因测序的寡核苷酸芯片；用于定量监测大量基因表达水平的cDNA表达谱或EST检测芯片；用于基因作图、物种鉴定和进化分析的DNA芯片等。

基因芯片的工作原理与经典的核酸分子杂交方法(Southern杂交、Northern杂交)是一致的，都是应用已知核酸序列作为探针与样品中未知的互补靶核苷酸序列杂交，通过随后的信号检测进行定性与定量分析。

3分类生物芯片虽然只有20年的历史，但包含的种类较多，分类方式和种类也没有完全的统一。

现在列举以下三种分类方式：3.1根据用途分类3.1.1生物电子芯片用于生物计算机等生物电子产品的制造。

3.1.2生物分析芯片用于各种生物大分子、细胞、组织的操作以及生物化学反应的检测。

前一类目前在技术和应用上很不成熟，一般情况下所指的生物芯片主要为生物分析芯片。

3.2根据作用方式分类3.2.1主动式芯片把生物实验中的样本处理纯化、反应标记及检测等多个实验步骤集成，通过一步反应就可主动完成。

其特点是快速、操作简单，因此有人又将它称为功能生物芯片。

主要包括微流体芯片(microftuidic chip)和缩微芯片实验室(lab on chip，也叫“芯片实验室”，是生物芯片技术的高境界)。

3.2.2被动式芯片即各种微阵列芯片，是指把生物实验中的多个实验集成，但操作步骤不变。

其特点是高度的并行性，目前的大部分芯片属于此类。

由于这类芯片主要是获得大量的生物大分子信息，最终通过生物信息学进行数据挖掘分析，因此这类芯片又称为信息生物芯片。

包括基因芯片、蛋白芯片、细胞芯片和组织芯片。

3.3根据固定在载体上的物质成分分类3.3.1基因芯片(gene chip)又称DNA芯片(DNA chip)或DNA微阵列(DNA microarray)，是将cDNA或寡核苷酸按微阵列方式固定在微型载体上制成。

3.3.2蛋白质芯片(protein chip或protein microarray)将蛋白质或抗原等一些非核酸生命物质按微阵列方式固定在微型载体上获得。

3.3.3细胞芯片(cell chip)将细胞按照特定的方式固定在载体上，用来检测细胞间相互影响或相互作用。

3.3.4组织芯片(tissue chip)将组织切片等按照特定的方式固定在载体上，用来进行免疫组织化学等组织内成分差异研究。

3.4.5其他如芯片实验室(Lab on chip)，用于生命物质的分离、检测的微型化芯片。

还可以完成诸如样品制备、试剂输送、生化反应、结果检测、信息处理和传递等一系列复杂工作。

这些微型集成化分析系统携带方便，可用于紧急场合、野外操作甚至放在航天器上。

4制备目前已有多种方法可以将基因片段（寡核苷酸或短肽）固定到固相支持物上。

这些方法总体上有：4.1原位合成（in situ synthesis）原位合成法主要为光引导聚合技术（Light-directed synthesis），它不仅可用于寡聚核苷酸的合成，也可用于合成寡肽分子。

光引导聚合技术是照相平板印刷技术（photolithography）与传统的核酸、多肽固相合成技术相结合的产物。

半导体技术中曾使用照相平板技术法在半导体硅片上制作微型电子线路。

固相合成技术是当前多肽、核酸人工合成中普遍使用的方法，技术成熟且已实现自动化。

二者的结合为合成高密度核酸探针及短肽阵列提供了一条快捷的途径。

作原位合成的支持物在聚合反应前要先使其表面衍生出羟基或氨基（视所要固定的分子为核酸或寡肽而定）并与保护基建立共价连接。

4.2点样合成此方法在多聚物的设计方面与原位合成相似，合成工作用传统的DNA或多肽固相合成仪完成，只是合成后用特殊的自动化微量点样装置将其以比较高的密度涂布于硝酸纤维膜、尼龙膜或玻片上。

作点样用的支持物为使其表面带上正电荷以吸附带负电荷的探针分子，通常需包被以氨基硅烷或多聚赖氨酸等。

4.2.1预合成后点样将提取或合成好的多肽、蛋白、寡核苷酸、cDNA、基因组DAN等通过特定的高速点样机器人直接点在芯片上。

该技术优点在于相对简易低廉，被国内外广泛使用。

4.2.1接触式点样打印针从多孔板取出样品后直接打印在芯片上。

打印时针头与芯片接触。

优点是探针密度高，通常一平方厘米可打印2500个探针。

缺点是定量准确性及重现性不太好。

4.2.3非接触式点样针头与芯片保持一定距离。

优点是定量准确重现性好，缺点是喷印的斑点大，密度低。

通常一平方厘米只有400点。

固相支持物有多种：如玻璃片、硅片、聚丙烯膜、硝酸纤维素膜、尼龙膜等，但需经特殊处理。

5应用领域基因芯片可同时、快速、准确地分析数以千计基因组信息的本领而显示出了巨大的威力。

它的应用领域主要包括：5.1基因表达检测基因表达的检测影响到从基础生物学研究到药物研发和临床诊断的一系列领域。

研究基因表达最强大的工具就是基因芯片。

5.2突变检测基因芯片是已知顺序的寡核苷酸DNA被排列在一块集成电路板上,彼此之间重叠一个碱基,并覆盖整个所需检测的基因,荧光标记的正常DNA和突变DNA分别与两块基因芯片杂交,由于至少存在一个碱基的差异,正常DNA和突变DNA将会得到不同的杂交图谱,通过共聚焦显微镜分别检测两种DNA分子产生的荧光信号即可确定是否存在突变。

5.3杂交测序基因芯片杂交测序技术和邻堆杂交技术都是一种新的高效快速测序方法。