数据分析
实际应用
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芯片制备
探针的制备：原位合成 合成点样来自芯 片 合 成 过 程
芯片合成过程：
三 种 制 作 芯 片 方 法 的 示 意 图
基因芯片制备流程
合成点样：
Oligo芯片制备流程：获取基因序列→设计探 针 → 合 成 OligoDNA 探 针 → PAGE 或 HPLC 纯 化 → 收集DNA→去离子水溶解→测定浓度→调整浓 度→加入等体积DMSO→打印芯片→紫外交联固 定
结果检测
Cy3/Cy5标记：
红色氦氖（HeNe） 激光（643 nm） 激发Cy5；
绿色氦氖（HeNe） 激光（552 nm） 激发Cy3。
检测芯片杂交结果
A：阳性对照样品 B：阴性对照样品
鉴别诊断
A
B
C
D
A: Y. pseudotuberculosis B: Y. enterocolitica C: E.coli D: H. sapiens
这个最新芯片上的点阵直径，降至50nm。 也就是说，未来研究人员将可以在基因芯片 上，约一个针头大小的面积中，进行100,000 个不同的测试。
杂 交 基 本 原 理
拟南芥
Cy5: ~650 nm Cy3: ~550 nm
No differential expression Induced Repressed
应用
疾病诊断：传染病、遗传病、肿瘤诊断等 预防医学：产前诊断 基因测序：基因突变和多态性检测 个性化用药：Amway公司 新药开发： 司法鉴定：身份、亲子、性别鉴定等 军事医学：
DNA芯片制备流程：提取克隆的DNA→PCR扩增 →纯化PCR产物→沉淀DNA片段→去离子水溶解 →测定浓度→调整浓度→加入等体积DMSO→打 印芯片 →紫外交联固定
生物芯片点样仪
探针示意图
左：已固定的探针 右：杂交示意
样品的制备
❖ 提取样品中的DNA或mRNA
❖ 标记待测样品核酸（样品扩增与标记） DNA: PCR扩增 RNA: RT-PCR扩增
荧光素介绍
Cy3-dUTP
缩写 荧光素
cyanin
Cy3 吲哚二羧菁 Cy5 吲哚二羧菁
激发光波长 (nm) 552 643
发射光波长(nm)
570 667
杂交过程
步骤：预杂交、杂交和杂交后清洗三步。
向杂交缸中加入适量体积的预杂交液，42℃预热， 将Oligo芯片置入，孵育45min，然后用去离子水清 洗数次，并用异丙醇脱水干燥。 将样品2.5μl，加入0.5μl human Cot-1 DNA 和 3μl 2×SSC杂交液混匀，95℃变性5min，14000rpm 离心2min。吸取3μl在阵列中央，并覆以盖玻片 （避免产生气泡和盖玻片滑动），在42℃杂交16h。 将杂交完芯片取出置于42℃已预热的洗液Ⅰ中搅动 使该玻片脱落，并逐次在洗液Ⅱ、Ⅲ中清洗，并用 去离子水漂洗，最后用无水乙醇漂洗，600rpm离心 2min,彻底抛干玻片（均应在避光环境中进行）。
产生的背景：
早在1988年，Bains等人就将短的DNA片段 固定到支持物上，以反向杂交的方式进行序 列测定。随着生命科学与众多相关学科（如 计算机科学、材料科学、微加工技术、有机 合成技术等）的迅猛发展，为基因芯片的出 现提供了可能。
基因芯片首次应用记录记载
Schena, M.et al.
Quantitative monitoring of gene expression patterns with a complementary DNA microarray.
主要技术流程
1.芯片制备:先将玻璃片或硅片等表面进行处理， 使其活化，然后使单链DNA片段按顺序排列在 载体上。
2.样品来源:DNA样品主来获取需要的各种基因序列。
3.DNA分子的杂交:芯片上的单链DNA与样品 之间的结合是芯片检测的关键一步，通过选择 合适的条件处理样品和进行杂交，对后续的检 测尤为重要。
4.芯片信号检测:常用的芯片信号检测方法是将 芯片置入激光共聚焦扫描仪中，通过扫描以获 得有关生物信息。
分析步骤为： 生物芯片的制作、样品处理、
杂交或反应、杂交检测及数据处理等。
芯片设计
原位合成 点样方法
芯片制作
PCR扩增 靶基因标记
样品处理 芯片杂交
放射显影 光化学 电化学 酶促反应
杂交检测
图11-2 生物芯片分析步骤
第九章 生物芯片技术
生物化学与分子生物学学科
2012-4-18
整体概述
概述一
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概述二
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概述三
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2
定义
Biochip 上世纪90年代初兴起的一种新技术，它通过 微加工技术和微电子技术，根据分子间相互作用的原 理，将不连续的分析过程集成在硅芯片或玻璃芯片表 面的微型生物化学分析系统。
第一节 基因芯片 gene chip
DNA chip
DNA芯片
DNA microarray DNA微点阵
是指将许多特定的寡核苷酸片段或基因片 段作为探针，有规律地排列固定于支持物 上 ， 样 品 DNA/RNA 通 过 PCR 扩 增 、 体 外 转录等技术掺入荧光标记分子，然后按碱 基配对原理进行杂交，再通过荧光检测系 统等对芯片进行扫描，并配以计算机系统 对每一探针上的荧光信号作出比较和检测， 从而迅速得出所要的信息。
Science 1995; 270, 467–470
芯片的信息量
目前的基因芯片，点阵直径约为20-40微米， 美国西北大学研究人员利用一种以原子力显 微镜为尖端的笔，沾上单链DNA，可制造超 高密的基因芯片。使原本一个只能点上 100,000个不同DNA点的基因芯片中，每一 个DNA点的面积大小内再点上100,000个 DNA点。
主要包括三类产品： 基因芯片（gene chip） 蛋白质芯片（protein chip） 芯片实验室（lab-on-chip）
特点（优势）：高通量、高集成、微型化、连续化和 自动化
❖ 芯片实验室(lab-on-chip):是将纳米技术引 入生物芯片，在微小的硅材料表面，制造出 能够对微量样品进行变性、分离、纯化、电 泳、PCR扩增、加样及检测等微小结构，使过 去一个实验的各个实验步骤微缩于一个芯片 上,这种技术称为芯片实验室。