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生物芯片陈全家新疆农业大学农学院生物芯片•生物芯片是近年来在生命科学研究领域中崭露头角的一项新技术。它通过使用半导体工业中的微加工和微电子技术，和其它相关技术，将现在庞大的分立式生物化学分析系统缩微到半导体硅芯片中。从而具有高速度、分析自动化、和高并行处理能力。生物芯片技术大浪潮在本世纪末已成为研究HIV、癌症、新药开发、疾病诊断、基因治疗、新食品开发及生命科学的一条光辉大道，它与PCR技术相媲美，成为21世纪的主流。DNA微点阵芯片是生物芯片中最常见的一种，这一技术使点、线、面呈现在一起，它可将成千上万个的生物讯息密码储存在一片固相基质上，与电脑芯片相比被称为生物芯片。新疆农业大学农学院生物芯片•生物芯片诞生的划时代意义•国内外生物芯片的研究进展•生物芯片研究开发的目标新疆农业大学农学院生物芯片诞生的划时代意义•世界普遍认为：“21世纪将是生命科学的世纪”，“生物芯片将象计算机芯片一样成为新世纪即将来临的又一次高新科技革命的奠基石”。计算机芯片诞生给人类带来的冲击生物芯片给医学和生命科学带来的革命即将来临的国际医学网生物芯片的科学价值新疆农业大学农学院计算机芯片诞生给人类带来的冲击1946年世界上第一台电子数字计算机ENIAC在美国宾夕法尼亚大学问世1947年美国电报电话公司贝尔实验室的三位科学家巴丁、布莱顿和肖克莱研制出世界上第一只半导体晶体管（Transister）1958年美国硅谷快捷半导体公司（FairchildSemiconductorCorp.)研制出世界上第一块集成电路IC1971年英特尔公司研制出了世界上第一块将运算器和控制器集成一体的微处理器芯片1994年国际因特网问世，为人类的生活开辟了崭新的空间新疆农业大学农学院生物芯片给医学和生命科学带来的革命1991年美国Affymax公司开始研制生物芯片1992年美国Affymetrix宣告成立——世界上第一个生物芯片专业制造厂家1996年Affymetrix公司的基因芯(检测p53、p450、RCA1/BRCA2等基因突变)片产品首次投放市场1998年美国Nanogen公司程京博士领导的研究小组在世界权威学术刊物《NatureBiotechnology》报道了世界上首例缩微生物芯片实验室1999年美国Motorola公司推出生物芯片系统2001年本世纪三大计划的最后一项计划――“人类基因组计划”将在2001年提前完成新疆农业大学农学院什么是生物芯片(Biochips)？•生物芯片是将大量生物识别分子按预先设置的排列固定于一种载体（如硅片、玻片及高聚物载体等）表面，利用生物分子的特意性亲和反应，如核酸杂交反应，抗原抗体反应等来分析各种生物分子存在的量的一种技术。新疆农业大学农学院新疆农业大学农学院生物芯片的分类生物芯片的分类•根据用途还可以把生物芯片分为两类：信息生物芯片（information-biochip）和功能生物芯片（function-biochip）。新疆农业大学农学院生物芯片的分类芯片：reversenorthern-dotblots基因芯片：检测基因突变基因表达谱芯片：检测基因表达水平蛋白质芯片：蛋白质在载体上的有序排列，依据蛋白质分子、蛋白质与核酸相互作用的原理进行杂交、检测和分析。组织芯片：从不同的组织内进行活体解剖后取出圆柱状的组织，然后包埋在受体区组内新疆农业大学农学院生物芯片的分类寡核苷酸芯片、cDNA芯片、Genomic芯片模式一：是将靶DNA固定于支持物上，适合于大量不同靶DNA的分析，模式二：将大量探针分子固定于支持物上，适合对同一靶DNA进行不同探针序列的分析。新疆农业大学农学院生物芯片的应用•基因表达水平的检测•基因诊断•药物筛选•个体化医疗•测序•生物信息学研究新疆农业大学农学院生物芯片的制作说了那么多了，生物芯片到底怎么做呢？新疆农业大学农学院生物芯片的制作载体的材料在制作生物芯片时，载体材料很多，大致可分为四类：1．无机材料2．天然有机聚合物3．人工合成的有机高分子聚合物4．各种高分子聚合物制成的各种膜新疆农业大学农学院生物芯片的制作点样设备•Telechem公司全新SpotBotPersonalMicroarrayer一台台式普通离心机大小(30cmx30cmx22cm)的个人芯片点样机功能相当完备。新疆农业大学农学院生物芯片的制作新疆农业大学农学院生物芯片的优点•基因芯片的最大优点在于其高通量。传统方法检测众多基因要经历多次实验而且自动化程度低，因而每次实验之间是存在系统误差的。基因芯片可以克服这个缺点，众多基因的探针的标记、杂交等过程是在一次实验过程中完成的，而且自动化程度高，数据客观可靠。新疆农业大学农学院生物芯片的缺点基因芯片的缺点在于其不能对待检测基因在多细胞类型组织中的精确定位进行判断。另外很多蛋白质调节其功能不主要是依赖其是否表达或表达量高低，而是依赖蛋白质磷酸化-去磷酸化等方式。在这种情况下，用核酸类生物芯片就没有什么意义了，正在研究开发中的蛋白类芯片可能会有所作为的。•新疆农业大学农学院介绍几种生物芯片的产品生物芯片多孔反应覆膜生物芯片多孔反应覆膜可用于所有使用96孔酶标板的自动化仪器上，使生物芯片的加样，洗涤过程自动化。产品宽度与生物芯片基片（载玻片）相同，贴在基片上后，形成多个分离的小孔，可以分析多个样品。膜上孔的间距与酶标板上孔间距相同，与本公司的ChipHolder配合可以使用在所有使用96孔酶标板的自动化仪器上，使生物芯片的加样，洗涤过程自动化。新疆农业大学农学院介绍几种生物芯片的产品SCAN-I是中国科学院---中科百奥科技有限公司新近研制开发的产品，全自动检测及分析系统适用于相应波长范围内的生物芯片图像扫描和信号分析，是光、机、电、数字技术和生物学技术相结合的产物，实现了生物芯片的图像摄取、处理、分析一体化。新疆农业大学农学院我国生物芯片行业发展现状生物芯片北京国家工程研究中心（16#地、总建筑面积30224平方米位于中关村生命科学园）北京博奥生物芯片有限责任公司承建。该项目是建设生物芯片微加工相关条件、分子生物学、化学、光学等实验室分析条件及相关辅助设施，形成年产生物芯片分析系统120台、应用型生物芯片90万片的生产能力。新疆农业大学农学院我国生物芯片行业发展现状生物芯片技术在中国还是空白，而到目前，中国生物芯片的产值就达到了2亿多元人民币，生物芯片研究已经从实验室进入应用阶段。新疆农业大学农学院即将来临的国际医学网•将缩微生物芯片实验室、远程手术、多语言病历档案和医疗保险登记与环球通讯系统有机地结合到一起，使人们可以在远离自己居住地的地方旅游、出差，而同时又可以随时接受医疗、保健服务。这将使我们的生活空间再次得到拓展。新疆农业大学农学院生物芯片的科学价值利用基因芯片技术，可以寻找基因与疾病的相关性可以实现对待测基因群和相关疾病的快速、准确和简便的诊断开展基因表达活性和大规模的基因变异多态性研究，可以同时监测千百个基因，甚至全部基因可对与环境污染因素相关的基因全面监测，对生态环境控制及人口健康有着十分重大的意义生物芯片技术还可不断延伸、创新，开发出相关的药物芯片、蛋白质芯片、细胞芯片等生物芯片生物芯片系统与国际医学网的结合将使远程治疗术走向实用化、大众化新疆农业大学农学院国内外生物芯片的研究进展•96年以来，美国、俄罗斯、英国、德国、日本、荷兰、加拿大等国家的政府、著名公司和大学已先后投资二十多亿美元用于生物芯片的研究开发。新疆农业大学农学院国内外生物芯片的研究进展新疆农业大学农学院公司名称建阵方式及材料标记方式应用领域Affymetrix(SantaClara,US)单片照相平板印刷法，合成20～25mer寡核苷酸，硅片荧光表达检测、多态性分析、诊断Brax(Cambridge,UK)短合成寡核苷酸，离片合成质谱分析、表达检测、新基因识别Hyseq(Sunnyvale,US)寡核苷酸、cDNA，玻璃、薄膜荧光同位素表达检测、新基因识别、测序IncytePharmaceeuticals(Palo,AltoUS)喷墨式打印PCR片段和在片合成荧光同位素表达检测、多态性分析、诊断MolecularDynamics(Sunnyvale,US)笔式打印,cDNA,玻璃荧光表达检测、新基因识别国内外生物芯片的研究进展新疆农业大学农学院公司名称建阵方式及材料标记方式应用领域Nanogen(SanDiegoUS)电活性捕捉，寡核苷酸，硅片荧光诊断、短序列重复识别RoPtogeneLaboratories(Palo,Alto,CA)打印，在片合成，寡核苷酸，玻璃荧光表达检测、多态性分析Sequenom(Hamdurg,GermanyandSanDiego,US)背面胶印质谱新基因识别、诊断Synteni(Fremont,US)CDNA，打印玻璃荧光表达检测、新基因识别GermanCancerInstitute(Hedelberg,Germany)在片合成，PNA荧光/质谱表达检测、诊断国内外生物芯片的研究进展2000年3月，国务院决定：由国家计委和国家科技部直接领导、具体组织，由中央政府投入巨资(首期投资2.8亿元)，由技术优势单位：清华大学、华中科技大学、中国医学科学院、中国军事医学科学院等四家作为发起人和董事单位，联合创建了生物芯片国家工程研究中心、北京博奥生物芯片有限公司,主要承担国家级生物芯片研究开发项目。新疆农业大学农学院生物芯片的本质是进行生物信号的平行分析，采用了微电子学的并行处理和高密度集成的概念，通过微加工工艺在厘米见方的芯片上集成有成千上万个与生命相关的信息分子，可以对生命科学与医学中的各种生物化学反应过程进行集成，从而实现对基因、配体、抗原等生物活性物质进行高效快捷的测试和分析。20世纪80年代，传统的生物实验室中手工测定十几个DNA片断的序列需要至少一天时间。目前运用价格达数十万美元的自动化DNA序列分析仪，可以在一天内测定近2000个DNA序列）。走近生物芯片新疆农业大学农学院基因芯片（Genechip）是最早出现的一种生物芯片。基因芯片是指将大量探针分子固定于支持物(substrate)上，然后与标记的样品进行杂交，通过检测杂交信号的强弱进而判断样品中分子的数量。基因芯片上固定着很多的核苷酸序列，它们作为探针与样品中的目标基因杂交。探针的底部有一种荧光酶，只有当探针与目标基因发生杂交反应后才会发光。通过扫描仪将探针发出来的信号转变成可能分析的图像数据，在经过软件分析处理，就可以知道样品中被检测的目标基因是什么了。生物芯片的一种——基因芯片新疆农业大学农学院基因芯片的理论基础传统的Southernblot和Northernblot是将受检测的样本固定在尼龙膜上，再利用特定的已知探针来检测样本中是否存在互补的DNA序列。基因芯片的核心原理与Southernblot和Northernblot相同，只是相反将各种探针固化到基质上，用以检测受检样品中与各种探针互补的核酸物质的变化。新疆农业大学农学院基因芯片的理论基础基因芯片（genechip）又称DNA芯片、DNA微阵列（DNAmicroarray），它是指采用原位合成（insitusynthesis）或显微印刷技术，将数以万计的DNA探针分子固定于支持物的表面上产生的二维DNA探针阵列。基因芯片与标记的样品进行杂交后，可通过检测杂交的信号来实现对生物样品快速、高效地检测或诊断。基因芯片技术应用了三种关键技术：即微阵列制作技术、探针杂交技术和扫描分析处理技术。新疆农业大学农学院基因芯片的理论基础将大量探针分子固定于支持物(substrate)上，然后与标记的样品进行杂交，通过检测杂交信号的强弱进而判断样品中靶分子的数量。新疆农业大学农学院基因芯片流程新疆农业大学农学院样品制备芯片制备杂交杂交信号检测数据分析新疆农业大学农学院新疆农业大学农学院酵母整个基因组基因芯片新疆农业大学农学院基因芯片的制作方法基因芯片载体探针DNA或RNA分子生物芯片的制