世界十大基因芯片研制单位简要情况一览
公司 Affymetrix （美国）
Brax（ 英国）
阵列方法
20-25mer 探针光引导 合 成 在 1.25/5.25cm2 的硅片
Oligo 合 成 后 结 合 于 芯片上
Hyseq（美国） 500-2000ntDNA 样品 印 刷 于 0.6cm2/18cm 学的研究现状
1. 人 类 基 因 组 （ 测 序 ） 计 划 （ Human genome project）的逐步实施，现（1997年底）已完成2%序列 及800，000个cDNA片段(EST)的测序工作，预计2005年 可全部完成；
2. 其 它 生 物 基 因 组 的 测 定 工 作 ： 11 种 微 生 物 0.64.2Mb、大肠杆菌4.6Mb、酵母13Mb全序列，线虫71%、 果蝇6%、小鼠0.2%序列得到测定。
预组装的 5mer-Oligo 打印于 1.15 的玻璃片
Incyte Pharmacetical s （美国）
压 电 打 印 PCR 产 物 或芯片上合成 Oligos
杂交方式
检测
10000-260000 个 Oligo 荧光 探针与 30-40 个标记样 品 cDNA/asRNA 片断
通用芯片上 100 个探针 质谱 与标记核酸
64/55000 个样品 cDNA 同位素 点与 8000/300 个 7mer 探针
通用 1024 个 Oligo 点 探测 10kbcDNA 样品， 加标记的 5mer 探针和 连接酶 1000 最 终 可 达 10000 荧 光 / 同 个 Oligo/PCR 片断与标 位素 记 RNA
应用领域 表达谱检测多 态性分析诊断
德国癌症研究 所（德国）
压 电 打 印 PCR 产 物 或 芯 片 上 合 成 Oligos
500-5000nt 的 cDNA 用 笔 打 印 于 10 cm2 玻璃片 预 组 装 的 20mer 的 探 针俘获于电活化芯片 位点 通过打印于表面张力 阵 列 将 40-50mer O ligo 合 成 于 9 cm 2 玻璃片 20-25mer 探 针 合 成 后 打印成阵列 500-5000nt cDNA 用 滴头打印于 4 cm2 的 玻璃片 约 1000 个 PNA 合 成 于 8× 10 cm2 的 芯 片
七、基因芯片当前研究状况
现在全世界已有十多家公司专门从事基因芯片 的研究和开发工作，而且已有较为成型的产品和设 备问世。这些公司主要以美国的Affymetrix公司为 代表，该公司聚集有多位计算机、数学和分子生物 学专家，其每年的研究经费在一千万美元以上，且 已历时六七年之久，拥有多项专利。产品即将或已 有部分投放市场，产生的社会效益和经济效益令人 瞩目。详情如下表所示：
250 点 ， 激 光 解 吸 -质 谱 分析 10000 个 cDNA 点 与 200 标 记 cDNA
荧 光 /同 位素 荧光
荧光
荧光
质谱 荧光
荧 光 /质 谱
表达检谱测多 态性分析诊断
新基因鉴定 表达谱检测
诊断及短的重 复序列鉴定
表达谱检测 多态性分析
新基因鉴定 诊断及作图 新基因鉴定 表达谱检测
– 图 象 的 采 集 用 落 射 荧 光 显 微 镜 (epifluorescence microscope)、激光共聚焦显微镜或其它荧光显微装置 对片基扫描
基因芯片的主要类型及其简要特点
片 基
探 针 固 定 方 式 探 针 密 度 显 色 及 检 测 方 式
钢 性 片 基 如 玻 片 、 原 位 合 成 （ insitu
半 导 体 硅 片 等 synthesis）
薄 膜 片 基 如NC、 预 先 合 成 后 点 样
Nylon膜 等
(off-chip synthesis)
ACGT
杂交、冲洗
扫描分析
1 小时
图 2 样品处理与检测过程简图
基本过程
– 用生物素标记并经扩增（也可使用其它放大技术）的靶 序列或样品然后再与芯片上的大量探针进行杂交
– 用链霉亲和素(streptavidin)偶联的荧光素（常用的荧 光素还有lassamine 和phycoerythrin）进行显色
高 低
荧光，激光共聚焦扫描、 定 量 分 析 ； 生 物 传 感 器 等
荧 光
不过，也有人(Robert S. Matson)等以聚丙烯膜为支持
物用传统的亚磷酰胺固相法原位合成高密度探针序列。
九、基因芯片检测原理及简要过程
T7 promoter
PCR T7 promoter
体内转录
荧光素
片段化
1.5 小时
表达谱检测及 诊断
八、基因芯片的主要类型
基因芯片以其片基(substrate)的不同可以分为 无机片基和有机合成物片基。前者主要包括半导 体硅片和玻璃片，其上的探针主要以原位聚合的 方法合成，后者主要有特定孔径的硝酸纤维膜和 尼龙膜，其上的探针主要是预先合成后通过特殊 的微量点样装置或仪器滴加到片基上去（如下表 所示）。
诊断、表达谱 检测及新基因 鉴定 诊断、表达谱 检测、多态性 分析、新基因 鉴定及大规模 测序
表达检谱测多 态性分析诊断
续表
Incyte Pharm acetical s （美国） M olecular dynam ics （美国） N anogen （美国）
Protogene Lab （美国）
Sequenom (德 国 ， 美 国 ) Synteni （美国）
然而，怎样去研究如此众多基因的生物信息及其在生命 过程中所担负的功能，成了全世界生命科学工作者共同的 课题！
软件
– 基因序列分析及探针筛选技术（可能涉及专 利等产权问题）
– 序列合成及定位技术（光引导原位合成或微 量点样技术）
– 杂交信号的采集和分析技术（需要处理极大 量的杂交信号并能由此得到所需信息）
1000 最 终 可 达 10000 个 Oligo/PC R 片 断 与 标 记 RNA
10000 个 cDNA 点 与 200-400nt 标 记 cDNA
25/64/100/400/ 最 终 10000 个 O ligo 点 与 200-400nt 标 记 cDNA 8000 个 O ligo 点 与 200400nt 标 记 核 酸 样 品