DNA芯片
分子杂交
芯片的杂交： 将已知序列的DNA探针显微固化于支持物表面，将已标
记好的样品与之进行杂交，杂交过程一般在30分钟 完成。样品与DNA芯片上的探针阵列进行杂交。 与经典分子杂交的区别： 杂交时间短，30分钟内完成 可同时平行检测许多基因序列 影响杂交反应的因素： 盐浓度、温度、反应时间、DNA二级结构
DNA芯片
检测分析
原理：待测样品与支持物上探针列阵杂交后，荧光标记的 样品结合在芯片的特定位置，未结合的探针被除去； 样品与探针严格配对的杂交分子，热力学稳定性高，产生的 荧光信号强，不完全配对的，荧光信号弱；不能杂交不产生 荧光信号 分析：采用激光扫描或激光共聚焦显微镜采集杂交信号 （位置、强度、颜色），并与对照比较，经相关软件进行图 像和数据处理。即可得也待测样品的信息。 经以上获得的数据十分庞大，还需进行分析，比较，归纳， 才能得出明晰的结论。
ATACGTTAGATC TATGCAATCTAG
重组的互补序列 靶序列
DNA芯片
DNA芯片分类
根据DNA芯片的制备方式可以将其分为两大类：
• 原位合成芯片 synthetic genechips:指采 用显微光蚀刻技术在芯片的特定部位合成 寡核苷酸而制成的芯片。 特点：合成的寡核苷酸链较短，密度较高。
• DNA 微集阵列 DNA microarry:指将预先 制备的DNA片段以显微打印的方式有序地 固化于支持物表面。 特点：片段较长，密度较低。
DNA芯片
DNA芯片的操作及应用
DNA芯片
基因芯片使用步骤
芯片制作
样品处理
把探针固定于载体表面 目标分子富集
分子间的杂交 结果检测与数据分析
DNA芯片
DNA芯片
• DNA芯片技术是指在固相支持物上原位合成（in situ synthesis）寡 核苷酸探针，或者直接将大量的DNA探针以显微打印的方式有序的 固化于支持物表面，然后与标记的样品杂交，通过对杂交信号的检测 分析即可得出样品的遗传信息（基因序列及表达的信息）。
• 由于常用计算机硅芯片作为固相支持物，所以称为DNA芯片。DNA 芯片又被称为基因芯片（gene chips）、DNA阵列（DNA array）、 cDNA芯片（cDNA chips）、寡核苷酸阵列（oligonucleotide array）等。
DNA芯片
DNA芯片
基因芯片扫描结果
不同的颜色代表一个探针点杂交上的带荧光标记 的核酸分子数的差异。红〉黄〉绿〉兰〉紫
DNA芯片 DNA芯片技术的应用
基因表达分析
2 疾病的诊断与治疗,
1
杂交测序
3
DNA芯片
基因表达分析
DNA芯片
原理 -- 通过杂交检测信息
制备原理
一组寡核苷酸探针
ห้องสมุดไป่ตู้ATACGTTA
TACGTTAG
由杂交位置确定的一组 核酸探针序列
ATACGTTA
TACGTTAG ACGTTAGA CGTTAGAT GTTAGATC
杂交探针组
ACGTTAGA —TATGCAATCTAG
CGTTAGAT GTTAGATC
DNA芯片
样品准备
样品扩增和标记
样品的扩增：扩增的目的在于获得足够的样品量。现 已发展出固相PCR系统。 样品的标记：主要采用荧光标记法，也可用生物素， 或放射性核标记。标记的方式采用PCR或RT-PCR。常 用的荧光色素为Cy3、Cy5。用Cy3、Cy5标记dNTP， 经PCR后，产物即可被标记。待测样品和对照可采用 双色荧光标记。
基因芯片
荧光标记的样品
共聚焦显微镜
获取荧光图象
杂交
探针设计
杂交结果分析
DNA芯片
DNA芯片的制备
芯片的制备包括 支持物的预处理、 原位合成芯片的准备 DNA微集陈列的制备
基因芯片结构示意图
DNA芯片
DNA芯片的制备
支持物的预处理:
支持物分两类 • 实性材料 包括硅芯片，玻璃，瓷片等。目
前最常用者为玻璃。预处理的目的是使其表 面形成羟基，氨基等活性基团，以便与单核 苷酸或DNA形成共价键 • 膜性材料 包括聚丙烯膜，尼龙膜，硝酸纤 维素膜等 通常要包被氨基硅烷或多聚赖氨 酸等，使其带上正电荷，以吸附DNA
DNA芯片
喷墨打印技术
Syringe Pump
Reservoir
Switching Valve
Connecting Tubing
High-Speed MicroSolenoid Valve
Removable Tip Orifice
Controller
DNA芯片
针式打印法（接触式点样）
Best!
DNA芯片
点阵的制作
DNA芯片
样品的准备
样品的准备包括 样品的分离纯化 扩增 标记
DNA芯片
样品准备
分离纯化
分离纯化：样品来源于活的细胞，使用一定方法分离 并纯化DNA或RNA（特别是mRNA）。只有达到一 定纯度的样品，才能保证后续操作的正确。
目前分离纯化使用的试剂均有商品出售，品牌繁多， 原理也不尽相同，产物收率和耗时也相差甚远
DNA芯片技术
DNA芯片原理及分类 DNA芯片的操作 DNA芯片技术的应用与展望
DNA芯片
DNA芯片的基本原理 基因芯片的原理是基于核酸分子碱基之间(A-T/C-G互补 配对的原理,利用分子生物学、基因组学、信息技术、微 电子、精密机械和光电子等技术将基因或DNA分子排列 在特定固体物表面构成的微点阵。然后将标记的样品分 子与微点阵上的DNA杂交,以实现多达数万个分子之间的 杂交反应,高通量大规模地分析检测样品中多个基因地表 达状况或者特定基因(DNA)分子的是否存在的目的 基因芯片的优点： 高通量·大规模·高度平行性·快速高效·高灵敏度·高度自动 化 缺点：在同一温度下杂交，不同探针杂交效率不同。
DNA芯片
DNA芯片的制备
原位合成芯片的制备
1 显微光蚀刻技术 优点：合成速度快，步骤少 缺点：合成的探针短，效率低 2 压电打印法 合成的探针可达40-50 nt，合成效率较高
DNA芯片
DNA芯片的制备
DNA微阵列的制备
采用事先合成的DNA或制备基因探针，然后打印 在支持物上 喷墨打印
优点：速度快，量准，对支持物表面要求低； 缺点：斑点大，探针密度低，液滴分配不均 针式打印 优点：简便，价低，液滴小，探针密度大； 缺点：准确性和重现性差