片(分喷点和针点)和电定位芯片3类。 ❖ (4)根据用途的不同分类为基因表达芯片和基因测序芯片。
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1.3 DNA芯片的优点
作为新一代基因诊断技术，DNA芯片的突出特 点在于快速、高效、敏感、经济，平行化、自 动化等，与传统基因诊断技术相比，DNA芯片 技术具有明显的优势： （1）快速准确 （2） 检测效率高 （3）基因诊断的成本降低。 （4）自动化程度高 （5） 避免了交叉感染 （6）多功能 （7）高度的平行性
Syringe Pump
Reservoir
Switching Valve
Connecting Tubing
High-Speed MicroSolenoid Valve
Removable Tip Orifice
Controller
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离片合成法(off-chip synthesis) 首先利用各种方 法制备出寡核苷酸探针，再由具有多个微细加样 孔的阵列复制器(arraying and replicating device,ARD)及由电脑控制的机器将探针按一定的 顺序固定在固相载体表面，再由紫外交线交联固 定后得到DNA方阵。
质谱法
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1.4.1 DNA芯片的制备
原位合成法(in situ synthesis) 借鉴半导体照相 平版印刷技术,在固相载体上原位合成寡核苷酸探 针序列。主要有光蚀刻法及压电印刷法。
光蚀刻法基本过程为:光有选择地照射到有光掩蔽 剂保护的玻璃片上,以去掉玻璃片上的光敏集团,激 活DNA合成过程,在去掉光敏集团的特定部位偶联 一个光保护碱基,再将第二个光掩蔽剂置于这个受 光保护的碱基上,如此不断地去保护和偶联,就可以 得到寡核苷酸片断,许多这样的不同序列的片段就 构成了DNA方阵。
DNA芯片技术的原理与应用
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主要内容
DNA DNA
存
芯
在
芯
片
的
片
技
一
技
术
些
术
的
问
的
应
题
概
用
及
况
概
展
况
望
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1 DNA芯片技术的一些概况
1.1 DNA芯片技术的概念和基本原理 DNA芯片也称DNA微阵列,是生物芯片 的一种。基因芯片原理最初是由核酸的 分子杂交衍生而来的,即应用已知序列的 核酸探针对未知序列的核酸序列进行杂 交检测
Southern & Northern Blot Dot Blot
Macroarray
Microarray
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近7(2011.9前)年来公开发表的与基因芯片相关的学术论文
10000 9000 8000 7000
6626
7397
7941
8326
8943
9327
9839
6000 5000 4000
3000
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原位合成(In Situ
Synthesis) 光定向合成寡核苷酸
Light directed oligonucleotide synthesis.
A solid support is derivatized with a covalent linker molecule terminated with a photolabile protecting group. Light is directed through a mask to deprotect and activate selected sites, and protected nucleotides couple to the activated sites. The process is repeated, activating different sets of sites and coupling different bases allowing arbitrary DNA probes to be constructed at each site.
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1.4 DNA芯片的制备过程
DNA芯片的制备
光蚀刻合成法 电压印刷法
DNA
点样法
芯 片
为了提高结果的准确性，来自血液或组织中的 样品的制备 DNA/mRNA样本须先行扩增，然后再被荧光素
技
或同位素标记成为探针。
术
的 步 骤
杂交 杂交条件的选择要根据芯片上核酸片段的长短及其 本身的用途来定。
激光共聚焦荧光检测系统 杂交图谱的检测和读出 CCD摄像原理 检测系统
该方法优点是芯片制造速度快,成本低,而且芯片之 间制造误差小。其缺点是与原位合成法相比,构成 方阵的DNA片段需要先合成、纯化，以及在制造 DNA芯片前必须将如此大量具有微小差别的片段 分别保存,并且需要特制的自动点样装置。
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点样法 即预先合成寡核苷酸，肽核苷酸或分 离得到cDNA，再通过点样机直接将其点到芯片上。 寡核苷酸或肽核苷酸的合成主要是通过多孔玻璃合 成法。肽核苷酸虽然在制备上比较复杂，但是它与 DNA探针相比，由于PNA（肽核酸）与DNA结合 的复合物更加稳定和特异，因而更加有利于单碱基 错配基因的检测。
2000
1000
0
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2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
1.2 DNA芯片分类
据不同分类标准,DNA芯片的分类如下: ❖ (1)根据固相支持物的不同,DNA芯片分为无机(玻璃、硅片、
陶瓷等)和有机(聚丙烯膜、硝酸纤维素膜、尼龙膜等)芯片。 ❖ (2)根据芯片上所用探针不同分为寡核苷酸芯片和cDNA 芯片。 ❖ (3)根据芯片点样方式不同,可分为原位合成芯片、微矩阵芯
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基因芯片制备及检测流程是利用原位合成法 或将已合成好的一系列寡核苷酸以预先设定 的排列方式固定在固相支持介质表面,形成高 密度的寡核苷酸的阵列,样品与探针杂交后, 由特殊的装置检出信号,并由计算机进行分析 得到结果。
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原理如下图：.Fra bibliotek集成电子线路
电子芯片
集成分子线路
基因芯片
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基因芯片发展历史
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DNA芯片技术，实际上就是一种大规模集成 的固相杂交，是指在固相支持物上原位合成 ( situ synthesis)寡核苷酸或者直接将大量预先 制备的DNA探针以显微打印的方式有序地固 化于支持物表面，然后与标记的样品杂交。通 过计算机对杂交信号的检测分析，得出样品的 遗传信息(基因序列及表达的信息)。由于常计 算机硅芯片作为固相支持物，所以称为DNA 芯片。
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压电印刷法的基本原理类似于目前采用 的喷墨打印机:打印头在方阵上移动,在方 阵每点上电流使喷头放大,并将装有机某 种碱基的试剂滴在晶片表面,然后固定,在 洗脱和去保护后另一轮寡核苷酸的延伸 就可以继续进行。压片印刷法由于不需 要与载体表面直接接触,故有很高的效率, 但制造工艺还不太成熟。
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喷墨打印技术