基因蛋白芯片分析仪

褚福亮,王福生, 中国人民解放军第302医院全军艾滋病与病毒性肝炎重点实验室 北京市 100039项目负责人 王福生, 100039 ,北京市丰台路26号, 中国人民解放军第302医院全军艾滋病与病毒性肝炎重点实验室. fswang@public.bta.net.cn电话:010-66933332 传真:010-63831870收稿日期 2002-08-15 接受日期 2002-09-03摘要新近广泛应用蛋白质芯片（ProteinChipâ Array）系统成功鉴定出了一些重要疾病（如肿瘤和危害性较大的传染病）新的、特异性的生物标记（biomarkers）,后者不仅在生物医学的基础方面具有重要的科学价值,而且在临床疾病的诊断、治疗和预防发挥重要的指导作用,显示了良好的发展前景.本文就表面增强的激光解析电离-飞行时间-质谱（SELDI-TOF-MS）相关的原理、特点、在临床和基础研究中的应用新进展和未来的发展趋势做一综述.此外,我们就蛋白质谱分析技术在病毒性肝炎、肝硬化和肝癌等一系列肝病方面的应用策略和前景进行了分析.褚福亮,王福生. 蛋白质谱分析方法特点及其在蛋白组学研究领域中的应用.世界华人消化杂志 2002 10(12):1431-14350 引言人类基因组计划已经进入后基因组时代-即功能基因组时代[1]，作为基因功能的直接体现者-蛋白质，及其之间的相互作用越来越引起基础和临床科学家们的关注[2-6] .因为要彻底了解生命的本质，只把基因测出来还是不够的，还必须要了解其在生物生长、发育、衰老和整个生命过程中的功能、不同蛋白质之间的相互作用以及他们与疾病发生、发展和转化的规律[7-14] .正因为如此，有关上述问题的蛋白质组学研究成了今天生命科学最重要的焦点之一[15] .为了阐明蛋白质在上述生命现象中的作用和相关机制，人们设计了许多新的方法技术，如：二维电泳、质谱分析、微距阵列、酵母双杂交和噬菌体展示等，这些方法在一些特定的情况下，虽然显示出了他们各自不同的优点，但是同样也存在着较大的局限性，难以开展大规模、超微量、高通量、全自动筛选蛋白质等方面的分析，因而设计更全面、同时研究多种蛋白质相互作用的技术，在功能基因组和蛋白组学的研究中建立一个更有效的技术平台，成为本领域中优先关注的问题[16] .近来，美国Ciphergen（赛弗吉）公司研制的ProteinChipâ Array的仪器，并建立了一种新的蛋白质飞行质谱-表面增强的激光解析离子化-飞行时间-质谱（surface-enhanced laser desorption/inionation-time of flight-mass spectra， SELDI-TOF-MS），已取得可喜的进展，筛选出了许多与疾病相关的新型生物标志，不仅为临床疾病的诊断和治疗等提供了新的选择，而且在基础科学、新药研制和疾病预防等方面具有广泛的应用前景[16-18] .本文就SELDI-TOF-MS相关的原理、特点、在临床和基础研究中的应用新进展和未来的发展趋势做一综述.1 ProteinChipâ Array系统和SELDI-TOF-MS的特点1.1 蛋白质芯片系统的组成和原理 蛋白质芯片系统由三部分组成：蛋白质芯片、芯片阅读器和芯片软件.供研究用芯片上有6-10芯池，不同的芯片表面上的化学物质不同，芯片表面分为两大类：一类为化学类表面，包括经典的色谱分析表面，如：结合普通蛋白质的正相表面，用于反相捕获的疏水表面，阴阳离子交换表面和捕获金属结合蛋白的静态金属亲合捕获表面；另一类称为生物类，特定的蛋白质共价结合于预先活化的表面阵列，可以用来研究传统的抗体一抗原反应，DNA和蛋白质作用，受体、配体作用和其他的一些分子之间的相互作用[19] . 根据检测目的不同，可以选用不同的芯片，或者自己设计芯片.将样本和对照点到芯池上以后，经过一段时间的结合反应，用缓冲液或水洗去一些不结合的非特异分子，再加上能量吸收分子（energy absorbing molelule，EAM）溶液，使样本固定在芯片表面.当溶液干燥后，一个含有分析物和大量能量吸收分子“晶体”就形成了.能量吸收分子对于电离来说非常重要.经过以上步骤，就可经把芯片放到芯片阅读器中进行质谱分析. 在阅读器的固定激光束下，芯片上、下移动，使样本上每一个特定点都被“读”到.激光束的每一次闪光释放的能量都聚集在该区一个非常小的点上（focused laser beam，聚焦激光束）.这样，每个区都含有丰富的，可寻址（addressable）的位置.蛋白质芯片处理软件精确控制激光寻读过程.当样本受到激发，就开始电离和解除吸附.不同质量的带电离子在电场中飞行的时间长短不同，计算检测到的不同时间，就可以得出质量电荷比,把他输入电脑,形成图像[19].Ball et al [20]采用一种称为人工神经网络（artifical neural network,ANN）的算法处理出现的成千上万的峰，鉴定出三个分子量为13 454、13 457和14 278的生物标记分子，使疾病预测率达到97.1 %.1.2 ProteinChipâ Array芯片和SELDI-TOF-MS的特点 新型蛋白芯片与以往的蛋白芯片不同之处：SELDI-TOF-MS，他是在MALDI（matrix-assisted laser desorption/inionation）［21,22］基础上，改进后实行表面增强的飞行质谱.SELDI-TOF-MS优于MALDI-TOF表现为他不会破坏蛋白质，或使样本与可溶的基质共结晶来产生质谱信号.对SELDI-TOF来说，可以直接将血清、尿液、组织抽取物等不需处理直接点样检测[40] 由于一部分非特异结合的分析物被洗去，因而出现的质峰非常一致，有利于后期分析[23,24] . 与二维电泳相比：二维电泳分析蛋白质的分子量在30 KDa以上时电泳图谱较清楚，对在组织抽提物中占很大比例的低丰度的蛋白质不能被检出；其次，二维电泳胶上的蛋白质斑点很大一部分包含一种以上的蛋白质；而且，二维电泳耗时长，工作量大，对象染色转移等技术要求高，不能完全实现自动化.而SELDI-TOF在200 Da-500 KDa区间都可以给出很好的质谱，对一个样本的分析在几十分钟内就可以完成[19]，处理的信息量远远大于二维电泳；对于低丰度物质，即使浓度仅attomole(10-18)的分子，只要与表面探针结合，就可以检测到，这也是二维电泳所不具备的[24,25] . 对于微距阵蛋白芯片来说，需要一种不破坏折叠的蛋白质构象的固定技术，再与另外的蛋白质反应，经检测莹光来观察蛋白质之间的作用[26] .而基于SELDI-TOF-MS的ProteinChip分析蛋白质不需溶解、不需染色、廉价、针对性强. 因而蛋白质芯片仪具有以下优势：(1)可直接使用粗样本，如：血清、尿液、细胞抽提物等[27] .(2)使大规模、超微量、高通量、全自动筛选蛋白质成为可能；(3)他不仅可发现一种蛋白质或生物标记分子，而且还可以发现不同的多种方式的组合蛋白质谱，可能与某种疾病有关[28] (4)推动基因组学发展，验证基因组学方面的变化，基于蛋白质特点发现新的基因.可以推测疾病状态下，基因启动何以与正常状态下不同，受到那些因素的影响，从而跟踪基因的变化[2,14,15] . 其存在的问题：对于不同的样本，根据检测的目标采取或者设计几种芯片，理论上可以把所有的相同性质蛋白质捕获，但是实际上仍有少量的分子没与表面探针结合.使用SELDI-TOF-MS，仅能给出蛋白质的分子量，不能给出C端、N端的序列，也没法知道蛋白质的构型，因此需要将蛋白质充分纯化后，用蛋白酶消化芯片上的蛋白质，分析肽段，再用生物信息学方法鉴定蛋白质序列[18,24] .另外，在国内，该芯片费用较高，分析质谱需要大量后续工作支持.

生物芯片原理生物芯片技术是应人类基因组计划而发展起来的一项高新技术。从1992年美国人Stephen Foder 研制出第一块基因芯片起，生物芯片技术飞速发展：从基因芯片到蛋白质芯片、组织芯片、细胞芯片、芯片实验室，从表达谱芯片到诊断芯片、药物筛选芯片、生物传感器，从寡核苷酸芯片到cDNA 芯片、基因组芯片，新兴的生物芯片技术层出不穷，生物芯片的应用领域也在不断扩展，生物芯片发挥的作用也越来越大，特别是在 2003年人类与SARS病毒的决战中发挥了至关重要的作用：科学家借助基因芯片技术迅速而及时地发现了病原体，并查明病原体的本质，为最终战胜SARS 奠定了基础。生物芯片技术的实质是进行生物信号的平行分析。它利用微点阵技术，将成千上万的生物组分（细胞、蛋白质和DNA等）集中到一小片固相基质上，从而使一些传统的生物学分析手段能够在尽量小的空间范围内，以尽量快的速度完成。与传统的仪器检测方法相比，生物芯片技术具有高通量、微型化、自动化和成本低等特点。生物芯片按照其上所进行的生物化学反应有无外加场力的干预，分为主动式和被动式两大类。被动式芯片是指芯片上进行的生物化学反应在无外加场力的情况下，通过分子的扩散运动完成，如已在研究和临床应用的微阵列芯片，包括DNA芯片，蛋白质芯片等。这也是目前最普遍的生物芯片，但这类芯片存在如下缺点：生产和检测过程人为干扰因素多、难以标准化，生化反应条件和过程不可控、反应效率较低，检测结果重复性较差等。主动式芯片是在芯片的构建和生化反应中直接引入外力或场的作用，它具有快速、高效、自动化和重复性好的特点，是构建芯片实验室、实现过程集成化的基本部件。主动式芯片技术已成为生物芯片技术研究的重点。随着新兴技术和新设计思想的不断产生，各种新型的主动式芯片必将陆续推出，他们的发展与完善将对生命科学与医学的研究与应用产生深远的影响。本项目旨在开发一种新型的主动式生物芯片（主动式蛋白芯片），减少蛋白芯片生产和检测过程中的人为干扰因素，标化芯片的生产和检测过程，并使芯片上的生化反应可控、高效、快速地进行，最终改善芯片检测结果的重复性和准确性。同时，这一技术也可应用于其他种类芯片（如基因芯片、组织芯片、细胞芯片）的升级换代。

生物芯片及应用简介一、简介 生物芯片（biochip)是指采用逛到原位合成或微量点样等方法，将大量生物大分子比如核酸片段、多肽分子甚至组织切片、细胞等等生物样品有序地固化于支持物（比如玻璃、硅片、聚丙烯酰胺凝胶、尼龙膜等载体）的表面，组成密集二维分子排列，然后与标记的待检测生物样品中靶分子杂交，通过特定的仪器比如激光共聚焦扫描或电荷偶联摄像机（CCD）对杂交信号的强度进行快速、并行、高效地检测分心，从而判断样品中靶分子的数量。由于常用玻片/硅片作为固相支持物，且在制备过程模拟计算机芯片的制备技术，所以称之为生物芯片技术。根据芯片上的固定的探针不同，生物芯片包括基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片，另外根据原理还有原件型微阵列芯片、通道型微阵列芯片、生物传感芯片等新型生物芯片、如果芯片上固定的是肽或蛋白，则称为肽芯片或蛋白芯片；如果芯片上固定的分子是寡核苷酸探针或DNA，就是DNA芯片。由于基因芯片（Genechip）这一专有名词已被业界的领头羊Affymetrix公司注册专利，因而其他厂家的同类产品通常称为DNA微阵列（DNA Microarray）。这类产品是目前最重要的一种，有寡核苷酸芯片、cDNA芯片和Genomic芯片之分，包括二种模式：一是将靶DNA固定于支持物上，适合于大量不同靶DNA的分析，二是将大量的探针分子固定于支持物上，适合于对同一靶DNA进行不同探针序列的分析。 生物芯片技术是90年代中期以来影响最深远的重大科技进展之一，是融微电子学、生物学、物理学、化学、计算机科学为一体的高度交叉的新技术，具有重大的基础研究价值，又具有明显的产业化前景。由于用该技术可以将及其大量的探针同时固定于支持物上，所以一次可以对大量的生物分子进行检测分析，从而解决了传统核酸印迹杂交（Southern Blotting和Northern Blotting等）技术复杂、自动化程度低、检测目的分子数量少、低通量（low through-put）等不足。而且，通过设计不同的探针阵列、使用特定的分析方法可使该技术具有多种不同的应用价值，如基因表达谱测定、突变检测、多态性分析、基因组文库作图及杂交测序（Sequencing by hybridization,SBH）等，为“后基因计划”时期基因功能的研究及现代医学科学及医学诊断学的发展提供了强有力的工具，将会使新基因的发现、基因诊断、药物筛选、给要个性等方面取得重大突破，为整个人类社会带来深刻广泛的变革。该技术被评为1998年度世界十大科技进展之一。

生物科学正迅速地演变为一门信息科学。最明显的一个例子就是目前正在进行的HGP（human genome project），最终要搞清人类全部基因组的30亿左右碱基对的序列。除了人的遗传信息以外，还有其它生物尤其是模式生物（model organism）已经或正在被大规模测序，如大肠杆菌、啤酒酵母、秀丽隐杆线虫以及中国和日本科学家攻关的水稻基因组计划。但单纯知晓生物基因组序列一级结构还远远不够，还必须了解其中基因是怎样组织起来的，每个基因的功能是什么，又是怎样随发育调控和微环境因素的影响而在特定的时空域中展开其表达谱的，即我们正由结构基因组时代迈入功能基因组时代。随着这个功能基因组学问题的提出（后基因组时代，蛋白组学），涌现出许多功能强大的研究方法和研究工具，最突出的就是细胞蛋白质二维凝胶电泳（2-D-gel）（及相应的质谱法测蛋白分子量）和生物芯片（Biochip）技术。一、什么是基因芯片生物芯片，简单地说就是在一块指甲大小（1cm3）的有多聚赖氨酸包被的硅片上或其它固相支持物（如玻璃片、硅片、聚丙烯膜、硝酸纤维素膜、尼龙膜等，但需经特殊处理。作原位合成的支持物在聚合反应前要先使其表面衍生出羟基或氨基（视所要固定的分子为核酸或寡肽而定）并与保护基建立共价连接；作点样用的支持物为使其表面带上正电荷以吸附带负电荷的探针分子，通常需包被以氨基硅烷或多聚赖氨酸等）将生物分子探针（寡核苷酸片段或基因片段）以大规模阵列的形式排布，形成可与目的分子（如基因）相互作用，交行反应的固相表面，在激光的顺序激发下标记荧光根据实际反应情况分别呈现不同的荧光发射谱征，CCD相机或激光共聚焦显微镜根据其波长及波幅特征收集信号，作出比较和检测，从而迅速得出所要的信息。生物芯片包括基因芯片、蛋白质芯片、组织芯片。而基因芯片中，最成功的是DNA芯片，即将无数预先设计好的寡核苷酸或cDNA在芯片上做成点阵，与样品中同源核酸分子杂交的芯片。基因芯片的基本原理同芯片技术中杂交测序（sequencing by hybridization，SBH）。即任何线状的单链DNA或RNA序列均可被分解为一个序列固定、错落而重叠的寡核苷酸，又称亚序列（subsequence）。例如可把寡核苷酸序列TTAGCTCATATG分解成5个8nt亚序列：　　(1)　CTCATATG　　(2)　GCTCATAT　　(3)　AGCTCATA　　(4)　TAGCTCAT　　(5)　TTAGCTCA这5个亚序列依次错开一个碱基而重叠7个碱基。亚序列中A、T、C、G4个碱基自由组合而形成的所有可能的序列共有65536种。假如只考虑完全互补的杂交，那么48个8nt亚序列探针中，仅有上述5个能同靶DNA杂交。可以用人工合成的已知序列的所有可能的n体寡核苷酸探针与一个未知的荧光标记DNA/RNA序列杂交，通过对杂交荧光信号检测，检出所有能与靶DNA杂交的寡核苷酸，从而推出靶DNA中的所有8nt亚序列，最后由计算机对大量荧光信号的谱型（pattern）数据进行分析，重构靶DNA 的互补寡核苷酸序列。二、芯片类型一般基因芯片按其材质和功能，基本可分为以下几类：(一)元件型微阵列芯片1 .生物电子芯片2 .凝胶元件微阵列芯片3 .药物控释芯片(二) 通道型微阵列芯片1.毛细管电泳芯片2 .PCR扩增芯片3 .集成DNA分析芯片4 .毛细管电层析芯片(三)生物传感芯片1 .光学纤维阵列芯片2 .白光干涉谱传感芯片小鼠基因表达谱芯片（MGEC）附：目前国内基因芯片常见品种（上海博星公司）http://www.biomart.cn/upload/asset/2008/08/01/1217591301.gifhttp://www.biomart.cn/upload/asset/2008/08/01/1217591302.gifhttp://www.biomart.cn/upload/asset/2008/08/01/1217591303.gif

一、简介生物芯片（biochip）是指采用光导原位合成或微量点样等方法，将大量生物大分子比如核酸片段、多肽分子甚至组织切片、细胞等等生物样品有序地固化于支持物（如玻片、硅片、聚丙烯酰胺凝胶、尼龙膜等载体）的表面，组成密集二维分子排列，然后与已标记的待测生物样品中靶分子杂交，通过特定的仪器比如激光共聚焦扫描或电荷偶联摄影像机（CCD）对杂交信号的强度进行快速、并行、高效地检测分析，从而判断样品中靶分子的数量。由于常用玻片/硅片作为固相支持物，且在制备过程模拟计算机芯片的制备技术，所以称之为生物芯片技术。根据芯片上的固定的探针不同，生物芯片包括基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片，另外根据原理还有元件型微阵列芯片、通道型微阵列芯片、生物传感芯片等新型生物芯片。如果芯片上固定的是肽或蛋白，则称为肽芯片或蛋白芯片；如果芯片上固定的分子是寡核苷酸探针或DNA，就是DNA芯片。由于基因芯片（Genechip）这一专有名词已经被业界的领头羊Affymetrix公司注册专利，因而其他厂家的同类产品通常称为DNA微阵列（DNA Microarray）。这类产品是目前最重要的一种，有寡核苷酸芯片、cDNA芯片和Genomic芯片之分，包括二种模式：一是将靶DNA固定于支持物上，适合于大量不同靶DNA的分析，二是将大量探针分子固定于支持物上，适合于对同一靶DNA进行不同探针序列的分析。生物芯片技术是90年代中期以来影响最深远的重大科技进展之一，是融微电子学、生物学、物理学、化学、计算机科学为一体的高度交叉的新技术，具有重大的基础研究价值，又具有明显的产业化前景。由于用该技术可以将极其大量的探针同时固定于支持物上，所以一次可以对大量的生物分子进行检测分析，从而解决了传统核酸印迹杂交（Southern Blotting 和Northern Blotting等）技术复杂、自动化程度低、检测目的分子数量少、低通量（low through-put）等不足。而且，通过设计不同的探针阵列、使用特定的分析方法可使该技术具有多种不同的应用价值，如基因表达谱测定、突变检测、多态性分析、基因组文库作图及杂交测序（Sequencing by hybridization，SBH）等，为“后基因组计划”时期基因功能的研究及现代医学科学及医学诊断学的发展提供了强有力的工具，将会使新基因的发现、基因诊断、药物筛选、给药个性化等方面取得重大突破，为整个人类社会带来深刻广泛的变革。该技术被评为1998年度世界十大科技进展之一。二、应用领域1、基因表达水平的检测用基因芯片进行的表达水平检测可自动、快速地检测出成千上万个基因的表达情况。Schena等采用拟南芥基因组内共45个基因的cDNA微阵列（其中14个为完全序列,31个为EST），检测该植物的根、叶组织内这些基因的表达水平，用不同颜色的荧光素标记逆转录产物后分别与该微阵列杂交，经激光共聚焦显微扫描，发现该植物根和叶组织中存在26个基因的表达差异，而参与叶绿素合成的CAB1基因在叶组织较根组织表达高500倍。Schena等用人外周血淋巴细胞的cDNA文库构建一个代表1046个基因的cDNA微阵列，来检测体外培养的T细胞对热休克反应后不同基因表达的差异，发现有5个基因在处理后存在非常明显的高表达，11个基因中度表达增加和6个基因表达明显抑制。该结果还用荧光素交换标记对照和处理组及RNA印迹方法证实。在HGP完成之后，用于检测在不同生理、病理条件下的人类所有基因表达变化的基因组芯片为期不远了。2、基因诊断从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出标准图谱。从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出病变图谱。通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNA信息。这种基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。例如Affymetrix公司，把P53基因全长序列和已知突变的探针集成在芯片上，制成P53基因芯片，将在癌症早期诊断中发挥作用。又如，Heller等构建了96个基因的cDNA微阵，用于检测分析关节炎、风湿性关节炎（RA）相关的基因，以探讨DNA芯片在感染性疾病诊断方面的应用。现在，肝炎病毒检测诊断芯片、结核杆菌耐药性检测芯片、多种恶性肿瘤相关病毒基因芯片等一系列诊断芯片逐步开始进入市场。基因诊断是基因芯片中最具有商业化价值的应用。3、药物筛选如何分离和鉴定药的有效成份是目前中药产业和传统的西药开发遇到的重大障碍，基因芯片技术是解决这一障碍的有效手段，它能够大规模地筛选、通用性强，能够从基因水平解释药物的作用机理，即可以利用基因芯片分析用药前后机体的不同组织、器官基因表达的差异。如果再cDNA表达文库得到的肽库制作肽芯片，则可以从众多的药物成分中筛选到起作用的部分物质。还有，利用RNA、单链DNA有很大的柔性，能形成复杂的空间结构，更有利与靶分子相结合，可将核酸库中的RNA或单链DNA固定在芯片上，然后与靶蛋白孵育，形成蛋白质-RNA或蛋白质-DNA复合物，可以筛选特异的药物蛋白或核酸，因此芯片技术和RNA库的结合在药物筛选中将得到广泛应用。在寻找HIV药物中，Jellis等用组合化学合成及DNA芯片技术筛选了654536种硫代磷酸八聚核苷酸，并从中确定了具有XXG4XX样结构的抑制物，实验表明，这种筛选物对HIV感染细胞有明显阻断作用。生物芯片技术使得药物筛选，靶基因鉴别和新药测试的速度大大提高，成本大大降低。基因芯片药物筛选技术工作目前刚刚起步，美国很多制药公司已开始前期工作，即正在建立表达谱数据库，从而为药物筛选提供各种靶基因及分析手段。这一技术具有很大的潜在应用价值。4、个体化医疗临床上，同样药物的剂量对病人甲有效可能对病人乙不起作用，而对病人丙则可能有副作用。在药物疗效与副作用方面，病人的反应差异很大。这主要是由于病人遗传学上存在差异（单核苷酸多态性，SNP），导致对药物产生不同的反应。例如细胞色素P450酶与大约25%广泛使用的药物的代谢有关，如果病人该酶的基因发生突变就会对降压药异喹胍产生明显的副作用，大约5%~10%的高加索人缺乏该酶基因的活性。现已弄清楚这类基因存在广泛变异，这些变异除对药物产生不同反应外，还与易犯各种疾病如肿瘤、自身免疫病和帕金森病有关。如果利用基因芯片技术对患者先进行诊断，再开处方，就可对病人实施个体优化治疗。另一方面，在治疗中，很多同种疾病的具体病因是因人而异的，用药也应因人而异。例如乙肝有较多亚型，HBV基因的多个位点如S、P及C基因区易发生变异。若用乙肝病毒基因多态性检测芯片每隔一段时间就检测一次，这对指导用药防止乙肝病毒耐药性很有意义。又如，现用于治疗AIDS的药物主要是病毒逆转录酶RT和蛋白酶PRO的抑制剂，但在用药3～12月后常出现耐药，其原因是rt、pro基因产生一个或多个点突变。Rt基因四个常见突变位点是Asp67→Asn、Lys70→Arg、Thr215→Phe、Tyr和Lys219→Glu，四个位点均突变较单一位点突变后对药物的耐受能力成百倍增加。如将这些基因突变部位的全部序列构建为DNA芯片，则可快速地检测病人是这一个或那一个或多个基因发生突变，从而可对症下药，所以对指导治疗和预后有很大的意义。5、测序基因芯片利用固定探针与样品进行分子杂交产生的杂交图谱而排列出待测样品的序列，这种测定方法快速而具有十分诱人的前景。Mark chee等用含135000个寡核苷酸探针的阵列测定了全长为16.6kb的人线粒体基因组序列，准确率达99%。Hacia等用含有48000个寡核苷酸的高密度微阵列分析了黑猩猩和人BRCA1基因序列差异，结果发现在外显子11约3.4kb长度范围内的核酸序列同源性在98.2%到83.5%之间，提示了二者在进化上的高度相似性。据未经证实的报道，近年有一种不成熟的生物芯片在15分钟内完成了1.6万个碱基对的测定,96个这样的生物芯片的平行工作，就相当于每天1.47亿个碱基对的分析能力！

1 原位光刻合成寡聚核苷酸原位光刻合成技术是由Affymetrix公司开发的，采用的技术原理是在合成碱基单体的5'羟基末端连上一个光敏保护基。合成的第一步是利用光照射使羟基端脱保护，然后一个5'端保护的核苷酸单体连接上去，这个过程反复进行直至合成完毕。使用多种掩盖物能以更少的合成步骤生产出高密度的阵列，在合成循环中探针数目呈指数增长。某一含n个核苷酸的寡聚核苷酸，通过4×n个化学步骤能合成出4n个可能结构。例如：一个完整的十核苷酸通过32个化学步骤，8个小时可能合成65,536个探针。　　2 原位喷印合成 芯片原位喷印合成原理与喷墨打印类似，不过芯片喷印头和墨盒有多个，墨盒中装的是四种碱基等液体而不是碳粉。喷印头可在整个芯片上移动并根据芯片上不同位点探针的序列需要将特定的碱基喷印在芯片上特定位置。该技术采用的化学原理与传统的DNA固相合成一致，因此不需要特殊制备的化学试剂。　　3 点样法 点样法是将合成好的探针、cDNA或基因组DNA通过特定的高速点样机器人直接点在芯片上。采用的机器人有一套计算机控制三维移动装置；多个打印/喷印针的打印/喷印头；一个减震底座，上面可放内盛探针的多孔板和多个芯片。根据需要还可以有温度和湿度控制装置；针洗涤装置。打印/喷印针将探针从多孔板取出直接打印或喷印于芯片上。直接打印时针头与芯片接触，而在喷印时针头与芯片保持一定距离。打印法的优点是探针密度高，通常1平方厘米可打印2,500个探针。缺点是定量准确性及重现性不好, 打印针易堵塞且使用寿命有限。喷印法的优点是定量准确，重现性好，使用寿命长。缺点是喷印的斑点大，因此探针密度低，通常只有1平方厘米400点。国外有多家实验室和公司研究开发打印/喷印设备，目前有一些已经商品化。军事医学科学院目前正在利用打印/喷印技术进行生物芯片的研究和开发，预计2年内将有用于实验室研究或临床诊断的基因芯片产品问世。　　4 电子芯片电子芯片是由美国Nanogen公司开发的，目前国内清华大学和复旦大学也在开发这一技术。这种芯片为带有阳电荷的硅芯片、芯片经热氧化，制成1mm(1mm的阵列、每个阵列含多个微电极，在每个电极上通过氮化硅沉积和蚀刻制备出样品池。将链连接亲和素的琼脂糖覆盖在电极上，在电场作用下生物素标记的探针即可结合在特定电极上。电子芯片的最大特点是杂交速度快，可大大缩短分析时间。制备复杂、成本高是其不足。　　5 三维芯片三维芯片是由美国的Packard、摩托罗拉、Argonne国家实验室三家机构与俄罗斯Engelhardt分子生物学研究所合作开发的一种芯片技术。三维生物芯片的实质上是一块显微镜载玻片，其上有10,000个微小聚乙烯酰胺凝胶条，每个凝胶条可用于靶DNA，RNA和蛋白质的分析。先把已知化合物加在凝胶条上，用3cm长的微型玻璃毛细管将待测样品加到凝胶条上。每个毛细管能把小到0.2nl的体积打到凝胶上。以上几家机构构合作研究的生物芯片系统具有其它生物芯片系统不具有的几个优点。一是凝胶条的三维化能加进更多的已知物质，增加了敏感性。二是可以在芯片上同时进行扩增与检测。一般情况下，必须在微量多孔板上先进行PCR扩增，再把样品加到芯片上，因此需要进行许多额外操作。本芯片所用凝胶体积很小，使PCR扩增体系的体积减小1,000倍(总体积约纳升级)，从而节约了每个反应所用的PCR酶(约减少100倍)。三是以三维构象形式存在的蛋白和基因材料可以其天然状态在凝胶条上分析，可以进行免疫测定，受体-配体研究和蛋白组分析。　　6 流过式芯片(flow-thru chip) Gene Logic 正在开发一种在芯片片基上制成格栅状微通道，Gene Logic设计及合成特定的寡核苷酸探针，结合于微通道内芯片的特定区域。从待测样品中分离DNA或RNA并对其进行荧光标记，然后，该样品流过芯片，固定的寡核苷酸探针捕获与之相互补的核酸，采用Gene Logic's信号检测系统分析结果。流通式芯片用于高通量分析已知基因的变化，其特点在于(1)敏感性高：由于寡核苷酸吸咐表面的增大，流过式芯片可监测稀有基因表达的变化；(2)速度快：微通道加速了杂交反应，减少了每次检测所需时间；(3)价格降低：由于采用了特殊的共价化学技术将寡核苷酸吸咐于微通道内，使每一种流过式芯片可反复使用多次，从而使其成本降低。

日前，卫生部发出通知，决定将原本需经过国家卫生部审批的基因芯片诊断技术“下放”由省级卫生行政部门负责其临床应用管理。业内人士分析，此举使高高在上的尖端科技“跌落云端”，基因诊断将更快走入寻常百姓家，只需一滴血，你就可以预知自己是否会患上乳腺癌、高血压。检测：诊断更快更准更贵武汉大学中南医院基因诊断中心主任郑芳昨日介绍，疾病的发生发展经历了从基因到蛋白质，再到细胞、组织的变化，最后表现在脏器层面等一系列复杂的过程。传统的表形诊断技术最早能捕捉到蛋白质的异常，基因诊断则能提前到最早期的量变。此外，基因诊断速度更快。比如耐药性结核病，传统检测手段至少需要1个月，有些病人还没等确诊就恶化了，而基因诊断最快可在1天内得出结果。但是，基因诊断要做到更快更准，其尖端的设备和从业人员使得收费自然不菲，动辄数千上万元的价格往往令人望而却步。预知：并非一定发生“基因诊断能预知疾病，但其结果并非一定就会发生。”郑芳说，基因改变作为最早期的量变，与疾病的关系并不能一一对应，所有基因检测的结果，仅具有参考价值。比如癌症，基因检测可明确找出一个人是否携带相关的癌症基因，但是癌症发病受环境、遗传等诸多因素影响，有突变基因不代表一定会发病。规范：不同医生解读答案应相同首先，基因芯片诊断主要适用于那些依靠目前的临床诊断手段仍无法确诊，而病人已有症状或者主观感觉不适者。通俗地说，基因芯片并不能完全取代目前临床实验室诊断，而只能视其为补充或扩展。其次，从业人员也应接受完整、规范的培训，以对基因检测的结果做到统一解读，也就是说，一种基因检测不同医生给出的答案应当只有一个。对患者，医师应全面告知基因芯片诊断的目的、技术可靠性、参考价值、结果的客观评估和注意事项，以及可能发生的经济和心理负担，并签署知情同意书。

为探究生物进程的分子机制，需要确定介导这个过程的蛋白质-蛋白质间的相互作用。研究蛋白质间相互作用的主要技术总结如下：一、酵母双杂交系统酵母双杂交系统是当前广泛用于蛋白质相互作用组学研究的一种重要方法。其原理是当靶蛋白和诱饵蛋白特异结合后，诱饵蛋白结合于报道基因的启动子，启动报道基因在酵母细胞内的表达，如果检测到报道基因的表达产物，则说明两者之间有相互作用，反之则两者之间没有相互作用。将这种技术微量化、阵列化后则可用于大规模蛋白质之间相互作用的研究。在实际工作中，人们根据需要发展了单杂交系统、三杂交系统和反向杂交系统等。Angermayr等设计了一个SOS蛋白介导的双杂交系统。可以研究膜蛋白的功能，丰富了酵母双杂交系统的功能。此外，酵母双杂交系统的作用也已扩展至对蛋白质的鉴定。二、噬茵体展示技术在编码噬菌体外壳蛋白基因上连接一单克隆抗体的DNA序列，当噬菌体生长时，表面就表达出相应的单抗，再将噬菌体过柱，柱上若含目的蛋白，就会与相应抗体特异性结合，这被称为噬菌体展示技术。此技术也主要用于研究蛋白质之间的相互作用，不仅有高通量及简便的特点，还具有直接得到基因、高选择性的筛选复杂混合物、在筛选过程中通过适当改变条件可以直接评价相互结合的特异性等优点。目前，用优化的噬菌体展示技术，已经展示了人和鼠的两种特殊细胞系的cDNA文库，并分离出了人上皮生长因子信号传导途径中的信号分子。三、等离子共振技术表面等离子共振技术（SurfacePlasmonResonance，SPR）已成为蛋白质相互作用研究中的新手段。它的原理是利用一种纳米级的薄膜吸附上“诱饵蛋白”，当待测蛋白与诱饵蛋白结合后，薄膜的共振性质会发生改变，通过检测便可知这两种蛋白的结合情况。SPR技术的优点是不需标记物或染料，反应过程可实时监控。测定快速且安全，还可用于检测蛋白一核酸及其它生物大分子之间的相互作用。四、荧光能量转移技术荧光共振能量转移（FRET）广泛用于研究分子间的距离及其相互作用;与荧光显微镜结合，可定量获取有关生物活体内蛋白质、脂类、DNA和RNA的时空信息。随着绿色荧光蛋白（GFP）的发展，FRET荧光显微镜有可能实时测量活体细胞内分子的动态性质。提出了一种定量测量FRET效率以及供体与受体间距离的简单方法，仅需使用一组滤光片和测量一个比值，利用供体和受体的发射谱消除光谱间的串扰。该方法简单快速，可实时定量测量FRET的效率和供体与受体间的距离，尤其适用于基于GFP的供体受体对。五、抗体与蛋白质阵列技术蛋白芯片技术的出现给蛋白质组学研究带来新的思路。蛋白质组学研究中一个主要的内容就是研究在不同生理状态下蛋白水平的量变，微型化，集成化，高通量化的抗体芯片就是一个非常好的研究工具，他也是芯片中发展最快的芯片，而且在技术上已经日益成熟。这些抗体芯片有的已经在向临床应用上发展，比如肿瘤标志物抗体芯片等，还有很多已经应用再眼就的各个领域里。六、免疫共沉淀技术免疫共沉淀主要是用来研究蛋白质与蛋白质相互作用的一种技术，其基本原理是，在细胞裂解液中加入抗兴趣蛋白的抗体，孵育后再加入与抗体特异结合的结合于Pansobin珠上的金黄色葡萄球菌蛋白A(SPA)，若细胞中有正与兴趣蛋白结合的目的蛋白，就可以形成这样一种复合物：“目的蛋白—兴趣蛋白—抗兴趣蛋白抗体—SPA\|Pansobin”，因为SPA\|Pansobin比较大，这样复合物在离心时就被分离出来。经变性聚丙烯酰胺凝胶电泳，复合物四组分又被分开。然后经Westernblotting法，用抗体检测目的蛋白是什么，是否为预测蛋白。这种方法得到的目的蛋白是在细胞内天然与兴趣蛋白结合的，符合体内实际情况，得到的蛋白可信度高。但这种方法有两个缺陷：一是两种蛋白质的结合可能不是直接结合，而可能有第三者在中间起桥梁作用；二是必须在实验前预测目的蛋白是什么，以选择最后检测的抗体，所以，若预测不正确，实验就得不到结果，方法本身具有冒险性。七、pull-down技术蛋白质相互作用的类型有牢固型相互作用和暂时型相互作用两种。牢固型相互作用以多亚基蛋白复合体常见，最好通过免疫共沉淀（Co-IP）、Pull-down技术或Far-western法研究。Pull-down技术用固相化的、已标记的饵蛋白或标签蛋白（生物素-、PolyHis-或GST-），从细胞裂解液中钓出与之相互作用的蛋白。通过Pull-down技术可以确定已知的蛋白与钓出蛋白或已纯化的相关蛋白间的相互作用关系，从体外传路或翻译体系中检测出蛋白相互作用关系。

基因芯片技术进展及应用 作者：刘炎 [关键词] 基因芯片；核酸探针序列；杂交 1　基因芯片概述　　随着人类基因组计划( Human Genome Project)即全部核苷酸测序的即将完成，人类基因组研究的重心逐渐进入后基因组时代（ Postgenome Era）向基因的功能及基因的多样性倾斜［1，2］。通过对个体在不同生长发育阶段或不同生理状态下大量基因表达的平行分析，研究相应基因在生物体内的功能，阐明不同层次多基因协同作用的机理，进而在人类重大疾病如癌症、心血管疾病的发病机理、诊断治疗、药物开发等方面的研究发挥巨大的作用。它将大大推动人类结构基因组及功能基因组的各项基因组研究计划。　　基因芯片的工作原理与经典的核酸分子杂交方法（southern 、northern）是一致的，都是应用已知核酸序列作为探针与互补的靶核苷酸序列杂交，通过随后的信号检测进行定性与定量分析，基因芯片在一微小的基片（硅片、玻片、塑料片等）表面集成了大量的分子识别探针，能够在同一时间内平行分析大量的基因，进行大信息量的筛选与检测分析［3，4］。基因芯片主要技术流程包括：芯片的设计与制备；靶基因的标记；芯片杂交与杂交信号检测。　　基因芯片的设计实际上是指芯片上核酸探针序列的选择以及排布，设计方法取决于其应用目的，目前的应用范围主要包括基因表达和转录图谱分析及靶序列中单碱基多态位点（single nucleotide polymorphism，SNP）或突变点的检测，表达型芯片的目的是在杂交实验中对多个不同状态样品(不同组织或不同发育阶段、不同药物刺激)中数千基因的表达差异进行定量检测，探针序列一般来自于已知基因的cDNA 或EST库，设计时序列的特异性应放在首要位置，以保证与待测目的基因的特异结合，对于同一目的基因可设计多个序列不相重复的探针，使最终的数据更为可靠。基因单碱基多态检测的芯片一般采用等长移位设计法［5］，即按靶序列从头到尾依次取一定长度的互补的核苷酸序列形成一探针组合，这组探针是与靶序列完全匹配的野生型探针，然后对于每一野生型探针，将其中间位置的某一碱基分别用其它三种碱基替换，形成三种不同的单碱基变化的核苷酸探针，这种设计可以对某一段核酸序列所有可能的SNPs位点进行扫描。　　芯片制备方法主要包括两种类型：(1)点样法：首先是探针库的制备, 根据基因芯片的分析目标从相关的基因数据库中选取特异的序列进行PCR扩增或直接人工合成寡核苷酸序列［6］，然后通过计算机控制的三坐标工作平台用特殊的针头和微喷头分别把不同的探针溶液逐点分配在玻璃、尼龙以及其它固相基片表面的不同位点上，通过物理和化学的方法使之固定，该方法各技术环节均较成熟，且灵活性大，适合于研究单位根据需要自行制备点阵规模适中的基因芯片。(2)原位合成法［7～10］：该法是在玻璃等硬质表面上直接合成寡核苷酸探针阵列，目前应用的主要有光去保护并行合成法，压电打印合成法等，其关键是高空间分辨率的模板定位技术和高合成产率的DNA化学合成技术，适合制作大规模DNA探针芯片，实现高密度芯片的标准化和规模化生产。待分析样品的制备是基因芯片实验流程的一个重要环节, 靶基因在与芯片探针结合杂交之前必需进行分离、扩增及标记。标记方法根据样品来源、芯片类型和研究目的的不同而有所差异。通常是在待测样品的PCR扩增、逆转录或体外转录过程中实现对靶基因的标记。对于检测细胞内mRNA表达水平的芯片，一般需要从细胞和组织中提取RNA，进行逆转录，并加入偶联有标记物的dNTP，从而完成对靶基因的标记过程［11］，对于阵列密度较小的芯片可以用同位素，所需仪器均为实验室常规使用设备，易于开展相关工作，但是在信号检测时，一些杂交信号强的点阵容易产生光晕，干扰周围信号的分析。高密度芯片的分析一般采用荧光素标记靶基因，通过适当内参的设置及对荧光信号强度的标化可对细胞内mRNA的表达进行定量检测。近年来运用的多色荧光标记技术可更直观地比较不同来源样品的基因表达差异，即把不同来源的靶基因用不同激发波长的荧光素标记，并使它们同时与基因芯片杂交，通过比较芯片上不同波长荧光的分布图获得不同样品间差异表达基因的图谱［12，13］，常用的双色荧光试剂有Cy3- dNTP和Cy5- dNTP。对多态性和突变检测型基因芯片采用多色荧光技术可以大大提高芯片的准确性和检测范围，例如用不同的荧光素分别标记靶序列及单碱基失配的参考序列，使它们同时与芯片杂交，通过不同荧光强弱的比较得出靶序列中碱基失配的信息［14］。　　基因芯片与靶基因的杂交过程与一般的分子杂交过程基本相同，杂交反应的条件要根据探针的长度、GC碱基含量及芯片的类型来优化，如用于基因表达检测，杂交的严格性较低，而用于突变检测的芯片的杂交温度高，杂交时间短，条件相对严格。如果是用同位素标记靶基因，其后的信号检测即是放射自显影，若用荧光标记，则需要一套荧光扫描及分析系统，对相应探针阵列上的荧光强度进行分析比较，从而得到待测样品的相应信息。由于基因芯片获取的信息量大，对于基因芯片杂交数据的分析、处理、查询、比较等需要一个标准的数据格式，目前，一个大型的基因芯片的数据库正在构建中，将各实验室获得的基因芯片的结果集中起来，以利于数据的交流及结果的评估与分析。

基因芯片技术对于疾病耐药性检测可从两个方面加以实现：1.在肿瘤中，通过检测肿瘤耐药基因的表达变化来分析对药物的抗性；2.在感染性疾病中，病原体的耐药性检测可通两种方式：表达谱芯片检测药物诱导的表达改变来分析其耐药性；寡核苷酸芯片检测基因组序列的亚型或突变位点从而分析其耐药性。一、多药耐药基因的表达检测肿瘤治疗中对细胞毒素药物的抗性是引起治疗失败的重要原因，是限制化疗的重要因素。机制是复杂的，由肿瘤的综合特征决定，如存活细胞的比例、血液的供给是否充分、特殊的细胞机制及多药耐药表型，多药耐药是指当肿瘤细胞暴露在某一化学治疗药物后会产生对此药及其他结构上没有联系的药物的交叉抗性，可由不同的机制引起，如MDR1、MRP、LRP等基因的过度表达，拓扑异构酶II和谷胱甘肽代谢的改变等，另外，其他促进DNA修复和抑制细胞凋亡的基因表达改变也可能导致多药耐药。检测多药耐药基因表达的变化不但可以研究恶性肿瘤的不同耐药机制，还可以用于临床诊断，以指导制定治疗方案。目前已建立了几种多药耐药检测方法，在RNA水平上有：Northern blot、Slot blot、RT-PCR、Rnase protection assay和原位杂交，从蛋白水平上的检测方法有免疫组化、Western blot及流式细胞仪等。这些方法一次只能对一个基因进行研究，效率低，难以定量检测耐药基因表达增加的幅度。基因表达谱芯片可同时对成千上万的基因表达进行检测，可以大大加速这方面的研究，在设计芯片时，可以将已知肿瘤相关基因及标记基因都点到芯片上，同时，芯片上还包含目前所有报导过的耐药基因。这样可以同时得到肿瘤的各个方面的信息。另外基因芯片还可以帮助发现新的耐药基因。二、病原体耐药性检测细菌对三种以上不同类抗菌药物耐药者即可称为多重耐药菌（multi-drug resistant bacteria, MDR）。MDR感染在全球的状况十分严重，对婴幼儿、免疫缺陷者和老年人的威胁巨大，1992年美国疾病控制中心（CDC）的资料表明，有13300例住院患者，是因为对所使用的抗菌药物耐药，细菌感染得不到控制而死亡。MDR感染已成为治疗上的难点和研究上的热点。MDR大多为条件致病菌，革兰阴性杆菌（GNR）占较大比例，如肠杆菌科中的肺炎杆菌、大肠杆菌、阴沟杆菌、粘质沙雷菌、枸橼酸菌属、志贺菌属、沙门菌属等，以及绿脓杆菌、不动杆菌属、流感杆菌等。革兰阳性菌中有甲氧西林耐药葡萄球菌（MRS），尤以MRSA和MRSE为多；万古霉素耐药肠球菌（VRE），近年来在重症监护室（ICU）中的发病率有明显增高；青霉素耐药肺炎链球菌（PRSP），常引起肺炎、脑膜炎、菌血症和中耳炎，人结核分支菌等。此外尚有淋球菌、脑膜炎球菌、霍乱弧菌等。耐药性又称抗药性，一般是指病原体的药物反应性降低的一种状态。这是由于长期应用抗菌药，病原体通过产生使药物失活的酶、改变原有代谢过程，而产生的一种使药物效果降低的反应，因而作用的剂量要不断增加。细菌对抗菌药物的耐药机制可有多种，最重要者为灭活酶的产生，如β-内酰胺酶、氨基糖苷钝化酶等；其次为靶位改变如青霉素结合蛋白（PBPs）的改变等；其他尚有胞膜通透性改变，影响药物的进入；细菌泵出系统增多、增强，以排出已进入细菌内的药物；以及胞膜主动转运减少、建立新代谢途径、增加拮抗药物等，两种以上的机制常可同时启动。耐药菌及MDR的发生和发展是抗菌药物广泛应用，特别是无指征滥用的后果。找到耐药菌的耐药基因，从而根据这些耐药基因设计新型抗生素，或将耐药菌分成不同的亚型，针对不同的亚型在临床上使用相应的抗生素，达到改善治疗效果的目的。国外采用基因芯片技术，检测耐药菌基因的改变，即检测耐药基因。如Michael Wilson就曾使用此方法检测到肺结核杆菌中脂肪酸合成酶II、fbpC、efpA、fadE23、fadE24和ahpC基因发生改变与耐药性有关。提供了新药物作用的靶目标，并指导抑制这些靶目标试剂和药物的合成。在感染性疾病中，病原体的耐药性检测可通过两种方式：1.表达谱芯片检测药物诱导的基因表达改变来分析其耐药性；2.寡核苷酸芯片检测基因组序列的亚型或突变位点从而分析其耐药性。用基因芯片不仅可以同时检测耐药菌的多个耐药基因，还可以同时对多个耐药菌的多个耐药基因进行检测。对临床上用药和新药物的合成均具有指导作用。

生物芯片技术在药物R&D中的应用(上)( 邓沱，宁志强，周玉祥，程京 )摘自“生物引擎”　　　1946年世界上第一台电子数字计算机ENIAC在美国Pennsylvania大学问世。在随后的50年里，以美国的硅谷为摇篮，计算机技术不断飞速发展，给我们的生活带来了巨大的变革。无独有偶，1991年又是在美国硅谷，Affymax公司开始了生物芯片的研制，他们将芯片光刻技术与光化学合成技术相结合制作了寡核苷酸阵列芯片。近年来，以DNA芯片为代表的生物芯片技术，得到了迅猛发展，已有多种不同功用的生物芯片问世。目前生物芯片技术已应用于分子生物学、疾病的预防、诊断和治疗、新药开发、生物武器的研制、司法鉴定、环境污染监测和食品卫生监督等诸多领域，已成为各国学术界和工业界所瞩目并研究的一个热点。 生物芯片的概念源自于计算机芯片，狭义的生物芯片即微阵列芯片，主要包括cDNA微阵列、寡核苷酸微阵列、蛋白质微阵列和小分子化合物微阵列。分析的基本单位是在一定尺寸的基片（如硅片、玻璃、塑料等）表面以点阵方式固定的一系列可寻址的识别分子，点阵中每一个点都可以视为一个传感器的探头。芯片表面固定的分子在一定的条件下与被检测物进行反应，其结果利用化学荧光法、酶标法、同位素法或电化学法显示，再用扫描仪等仪器记录，最后通过专门的计算机软件进行分析。广义的生物芯片是指能对生物成分或生物分子进行快速并行处理和分析的厘米见方的固体薄型器件，其主要种类有微阵列芯片、过滤分离芯片、介电电泳分离芯片、生化反应芯片和毛细管电泳芯片等。 随着二十一世纪的到来，制药公司正面临着一次严峻的市场挑战。这些公司为了保持或增强在市场上的竞争力，不得不寻求发展新的药物开发技术以提高药物发现的速度，缩短新药上市的时间，减少药物开发的成本。近年来生物芯片技术的飞速发展，引起了制药业的极大兴趣，使得生物芯片技术在药物研究与开发领域得到越来越广泛的应用，已逐渐渗入到药物研发过程中的各个步骤。本文将主要讨论生物芯片技术在药物靶点发现与药物作用机制研究、超高通量药物筛选、毒理学研究、药物基因组学研究以及药物分析中的应用。一、 生物芯片在药物靶点发现与药物作用机制研究中的应用 药物靶点发现与药物作用机制研究是生物芯片技术在药物研发中应用最为广泛的一个领域。在药物靶点发现和药物作用机制研究中所使用的生物芯片主要是指DNA芯片。在DNA芯片的表面，以微阵列的方式固定有寡核苷酸或cDNA。使用DNA芯片可以对研究者感兴趣的基因或生物体整个基因组的基因表达进行测定。在当代药物开发过程中发现和选择合适的药物靶点是药物开发的第一步，也是药物筛选及药物定向合成的关键因素之一。人体是一个复杂的网络系统，疾病的发生和发展必然牵涉到网络中的诸多环节。当今严重威胁人类健康的心脑血管疾病、恶性肿瘤、老年性痴呆症和一些代谢紊乱疾病都是多因素作用的结果，往往不能归结于单一因素的变化。应用一些基因寻找策略如DD-PCR等虽然为发现新的功能基因提供了一些线索，但还是有相当的局限性。而DNA芯片可以从疾病及药物2个角度对生物体的多个参量同时进行研究以发掘药物靶点并同时获取大量其他相关信息。因此可以说，在这种情况下，任何一元化的分析方法均不及DNA芯片这种集成化的分析手段更具有优势。 DNA芯片在药物靶点发现与药物作用机制研究中的应用具体表现在以下几个方面。（一） 比较正常不同组织细胞中基因的表达模式 基因的表达模式给它的功能提供了间接的信息。例如只在肾脏中表达的基因就不大可能与精神分裂症有关。一些药物的靶点是在整个身体中分布广泛的蛋白质，这类药物的副作用往往比较大。而选择只在特异组织中才表达的蛋白作为药物筛选的靶点，可以减少药物对整体产生的副作用，因而更引起人们的关注。例如骨质疏松症（osteoporosis）与破骨细胞（osteoclasts）的功能有关，破骨细胞可以破坏并吸收骨质，当骨质的形成与破坏出现不平衡的时候，就会导致骨质疏松症。如果破骨细胞的功能得到抑制，那么就可以控制骨质疏松症的发生和发展。利用已有的人类EST序列和DNA芯片技术，可以容易地得到只在破骨细胞中进行表达的基因如cathepsink基因，它编码半胱氨酸蛋白酶。以cathepsink基因作为靶标，筛选对它有抑制作用的药物，就有可能得到治疗骨质疏松症的药物。但是这种方法也有其局限性，它只能得到mRNA水平的表达谱，另外组织一般由多种细胞组成，而要将这些细胞分离很困难。（二） 研究正常组织与病理组织基因表达差异 正常组织在病变的过程中，往往伴随着基因表达模式的变化。基因表达水平的升高或降低，可能是病变的原因，也可能是病变的结果。若基因表达的变化是病变的原因，则以此基因为靶点的药物就可能逆转病变；若基因表达的变化是病变的结果，则以此基因为靶点的药物就可能减轻病变的症状。DNA芯片技术可以在病理组织与正常组织之间一次比较成千上万个基因的表达变化，找出病理组织中表达异常的基因。Heller等人提取正常及诱发病变的巨噬细胞、软骨细胞系、原代软骨细胞和滑膜细胞的mRNA，用包含细胞因子、趋化因子、DNA结合蛋白及基质降解金属蛋白酶等几大类基因的cDNA芯片进行筛选，发现了数种变化明显的基因。其中除了有已知与类风湿关节炎有关的TNF、IL-1、IL-6、IL-8、G-CSF、RANTES、VCAM的基因外，还有编码基质金属弹性蛋白酶HME、IL-3、ICE、趋化因子Groα等的基因。而以前认为金属弹性蛋白酶只存在于肺泡巨噬细胞和胎盘细胞中。弹性蛋白酶可以破坏胶原纤维及组织基底膜层，它在类风湿关节炎病理组织中的出现，为治疗该病提供了新的药物靶点。 利用DNA芯片来寻找疾病相关基因的策略尤其适用于病因复杂的情况。例如，恶性肿瘤的发生常常是多基因共同作用的结果，DNA芯片技术在肿瘤细胞基因表达模式及肿瘤相关基因发掘中具有重要的作用。Wang等人将一些看家基因、细胞因子及受体基因、细胞分裂相关基因及其他一些癌基因共5766个基因的cDNA探针固定在芯片上，对正常卵巢组织及卵巢癌组织的mRNA进行分析，发现两者之间30%基因表达相差两倍以上，9%相差3倍以上，其中上调较为明显的有CD9、上皮糖蛋白（epithelial glycoprotein）、p27及HE蛋白激酶抑制物等。这些结果不仅进一步证实了以前用其他方法获得的结果，还提供了一些新的信息。再如，Kapp等人用包含950个DNA探针的DNA芯片分析比较霍奇金病细胞系L428及KMH2与EB病毒永生化的B淋巴细胞系LGL-GK的基因表达谱，发现霍奇金病源的细胞系中白细胞介素-13（IL-13）及白细胞介素-5（IL-5）表达异常增高；用IL-13抗体处理霍奇金病源的细胞系可显著抑制其增殖。此发现提示，IL-13可能以自分泌形式促进霍奇金病相关细胞增殖。IL-13及其信号转导途径可能成为霍奇金病治疗及药物筛选的新靶点。（三） 建立模式生物细胞中的基因表达模型 采用模式生物细胞进行试验，条件容易控制，对模式生物基因表达的研究将启发人们发现和确认新的药物作用靶点。目前，已有多种模式生物（如酵母）的基因组计划已经完成。 酿酒酵母（saccharomyces cerevisiae）就是一种可用来进行药物筛选的较为理想的模式生物。它是真核生物而且基因组已全部测序，细胞繁殖快，易于培养，与哺乳动物细胞有许多共同的生化机制。现在已经发现，在酵母细

基因芯片实验操作流程包括样本DNA或RNA制备、标记、杂交及洗涤等步骤http://img1.jiansuo.net/trademd/upload/asset/meeting/2010/12/02/1291289644.JPG 基因芯片实验操作流程图 1、样本DNA或RNA制备 芯片实验中核酸的抽提没有特殊之处，参照常规的分子生物学实验手册就可以。但对于RNA样本，由于RNA的稳定性很差，在活体内的半衰期也很短，因此取材一定要新鲜，取材后迅速保存在液氮中，在整个处理过程中要非常小心，以免降解，影响实验成功率或结果的可靠性。 2、核酸标记方式 分子生物学常用的标记方法有同位素标记和非同位素标记方法，常用的同位素有33 P、32 P、125 I及3 H等化学发光标记和荧光标记，非同位素标记方法又分为化学发光法和荧光法。常用的化学发光物质有碱性磷酸酶和辣根过氧化物酶，它们能催化相应的底物产生有颜色的沉淀物；生物素和地高辛是最常用的非同位素标记物。很多荧光染料、碱性磷酸酶和辣根过氧化物酶可直接同抗地高辛抗体及亲和素偶联。而目前常用的荧光染料种类有德克萨斯红(Texasred)、荧光系、罗丹明、Cy3、Cy5等。生物芯片中的标记方法普遍采用荧光方法，很少采用化学发光法和同位素标记方法。 核酸样本通常采用酶反应法进行标记，蛋白质样本采用化学方法或抗体―抗原间接标记的方式。核酸中常用的酶反应方法有：反转录法、随机引物法、切口平移(nicktranslation)、PCR、体外转录等。在酶反应过程中掺人带荧光的dNTP，从而标记新合成的核酸分子。如果酶反应中需要引物，如PCR、随机引物法和反转录法，也可以将荧光基团通过化学反应加到引物的末端。 3、样品标记方法 样本标记方法很多，这里仅举几种常用的方法。 (1) RNA标记方法：对于表达谱基因芯片和RNA不同剪切体的研究，是针对RNA样本进行标记。最常见的标记方式是用Cy3或Cy5荧光，通过反转录标记法，选择不同激发波长的荧光标记不同的样本。如Cy3或Cy5标记的dNTP，通过酶反应掺人到待测样品中，便可以在一张片子上同时检测两份标本的信息，做到平行性比较，数据更可靠。另外，由于反转录法所需RNA样本量大，一般需要20fig的总RNA。对于微量的组织样本很难制备足够的RNA，这时可以采用RNA线性扩增方法，最普遍采用的RNA扩增方法是RNA体外线性扩增方法。 (2) DNA样本的标记方法：当对样本进行CGH分析、SNP、分子分型或甲基化研究时，主要选用DNA作为样本。对于CGH，可以进行全基因组标记，通常采用随机引物标记方法。这种方法需要的DNA量大，一般在2pg以上的基因组DNA。虽然有人发明了全基因组DNA的线性扩增技术以减少对样本量的需求，但效果上都不很理想，很难真正做到全基因组及完全的线性扩增。对于SNP研究，可以采用类似CGH的标记方式进行全基因组标记。由于SNP检测的是DNA的“质”，而不像表达谱或CGH质检测核酸的“量”，因此不必要考虑标记时DNA的线性关系，可以采用其他的全基因组的扩增方法。但由于杂交条件的限制，一般难以做到真正意义上的高通量。因此，一般只是选择少数目的基因的少数SNP位点进行研究，可以采用多重PCR标记方法标记目的片段代替全基因组标记。甲基化研究有两种方案，一种采用SNP的检测原理，另一种类似CGH的方法。

八、基因芯片的应用（一）基因表达分析基因芯片具有高度的敏感性和特异性，它可以监测细胞中几个至几千个mRNA拷贝的转录情况。与用单探针分析mRNA的点杂交技术不同，基因芯片表达探针阵列应用了大约20对寡核苷酸探针来监测每一个mRNA的转录情况。每对探针中，包含一个与所要监测的mRNA完全吻合和一个不完全吻合的探针，这两个探针的差别在于其中间位置的核苷酸不同。这种成对的探针可以将非特异性杂交和背景讯号减小到最低的水平，由此我们就可以确定那些低强度的mRNA。目前，Affymetrix公司已经生产出HugeneFL、Mu6500（含有小鼠6500个基因）、Ye6100（含有酵母6100个基因）等基因芯片成品。1.分析基因表达时空特征。英国剑桥大学Whitehead研究所的Frank C.P. Holstege等人，应用含有酵母基因组的基因芯片，深入研究了真核细胞基因组的调节周期。应用基因组水平的表达分析，监测那些表达受转录起始机制的关键成分控制的基因，发现RNA聚合酶II、主要的转录因子TFIID和SAGA染色体修饰复合物等均在基因的表达中有自己特定的作用位点。通过本试验，研究人员揭示了：（1）基因特异性的转录因子对表达的调控作用。（2）细胞在缺乏营养的环境中，基因不同位点的协同调节作用的全新机制。（3）信号转导通路的最终作用位点，在最初的几步中就可以确定。以此试验为基础，研究人员进一步绘制出了酵母基因组控制图，并由此分析出了各种调节因子在基因上不同的作用位点和其作用的分子机制。美国Stanford大学的V.R.Iyer等人，对成纤维细胞中与细胞增生和损伤修复有关的基因进行了分析。首先，他们用成纤维细胞中的8600个基因片断制成基因芯片的探针阵列，通过与mRNA反转录形成的cDNA的杂交反应，可以判断出该基因的活性。在试验中，成纤维细胞被置于无营养的环境中，使绝大部分基因的活性关闭，两天后，加入10%的血清，24小时内，分6个不同的时间点，观察基因的活化情况。试验结果表明，在所有被监测的基因中，约有500个基因最为活跃，而使细胞保持不分裂状态的基因活性被抑制。其中，最早被活化的是那些转录调控基因。在活化的基因中，有28个基因共同作用，控制细胞的增殖；8个与免疫反应的激活有关；19个与血管重建有关；另有许多基因，与血管新生密切相关。在肿瘤细胞中，基因的表达与正常的细胞存在着明显的差异。通过基因芯片绘出基因表达的时空图谱，有助于人类认识生命活动过程和特征。2.基因差异表达检测生命活动中基因表达的改变是生物学研究的核心问题。理解人类基因组中10万个不同的基因功能，监测某些组织、细胞不同分化阶段的差异基因表达（differential gene expression ，DGE）十分重要。对差异表达的研究，可以推断基因与基因的相互关系，细胞分化中基因“开启”或“关闭”的机制；揭示基因与疾病的发生、发展、转归的内在联系。目前DGE研究方法主要有表达序列标签（ESTs）测序、差减克隆（subtractive cloning ）、差异显示（differential display）、基因表达系列分析 (serial analysis of gene expression，SAGE)。而cDNA微阵列杂交技术可监测大量mRNA的转录，直接快速地检测出极其微量的mRNA，且易于同时监测成千上万的基因，是研究基因功能的重要手段之一。Rihn BH等利用基因芯片检测胸膜间皮瘤与正常细胞间比较了6500个基因，，发现了300多个差异基因的表达。其中几个典型基因的表达经RT-PCR进行定量后，可作为胸膜间皮瘤诊断的标记物（Markers）。Sgroi报告DNA芯片结合激光捕获显微切割技术（laser capture microdissection）用于乳癌浸润期和转移期及正常细胞的基因表达谱（gene expression profiles）差异研究，结果被定量PCR和免疫组化所证实。差异表达有助于早期发现瘤细胞3万个基因与正常细胞的区别，有助于了解瘤细胞的发生、浸润、转移和药敏。最近，美国毒物化学研究所（CIIT） 和国家环境健康科学研究所（NIEHS）正计划在一张玻片上建立8700个小白鼠cDNA芯片，用于肝癌的研究。我国也已成功研制出能检出41000种基因表达谱的芯片。美国Stanford大学的David Botstein利用cDNA微阵列芯片，对乳腺癌细胞的基因表达进行了分析，发现其基因表达水平明显低于正常细胞。利用基因芯片对表达进行分析，在一次试验中可以获取相当于在60余万次传统的Northern杂交中所获得的关于基因表达的信息。通过这种实验方法，可以建立一种全新的肿瘤分类学方法，即依据每个肿瘤细胞中的基因表达情况对肿瘤细胞进行分类。基因芯片技术在分析基因的表达中具有不可比拟的优势。3.发现新基因　Moch等利用肿瘤微阵列芯片（5184个cDNA片段）发现了肾细胞癌的肿瘤标志物基因，并于正常细胞进行比较。在532份标本中检测到胞浆纤维Vimentin的表达基因，阳性率为51%～61%。追踪观察，有Vimentin表达的患者，预后极差。人类大量ESTs给cDNA微阵列提供了丰富的资源，数据库中400000个ESTs代表了所有人类基因，成千上万的ESTs微阵列将为人类基因表达研究提供强有力的分析工具。这将大大地加速人类基因组的功能分析。定量检测大量基因表达水平在阐述基因功能、探索疾病原因及机理、发现可能的诊断及治疗靶等方面是很有价值的。如该技术在炎症性疾病类风湿性关节炎（RA）和炎症性肠病（IBD）的基因表达研究中，由RA或IBD组织制备探针，用Cy3和Cy5荧光素标记，然后与靶cDNA微阵列杂交，可检测出炎症疾病诱导的基因如TNF-α、IL或粒细胞集落刺激因子，同时发现一些以前未发现的基因如HME基因和黑色素瘤生长刺激因子。Schena等人报道了cDNA的微阵列在人类基因表达监测、生物学功能研究和基因发现方面的应用。采用含1,046个已知序列的cDNA微阵列，用高速机器人喷印在玻片上，用双色杂交法定量监测不同基因表达，在一定的实验条件下，不同表达模式的阵列成分通过序列分析鉴定其特征。该方法较以往常用的方法敏感10倍以上，检测限度为1：500,000（wt/wt）总人体mRNA。在培养T细胞热休克反应的测定中，发现17个阵列成分的荧光比较明显改变，其中11个受热休克处理的诱导，6个呈现中度抑制，对相应于17个阵列成分的cDNA测序发现5个表达最高的成分是5种热休克蛋白，17个克隆中发现3个新序列。另外，在佛波酯诱导检测中，发现有6个阵列成分信号增强超过2倍，测序及数据库比较揭示有5个已知的，诱导表达最高的两个是PCA-1酪氨酸磷酸酶和核因子-κB1，有一个是未知的。这4个新基因的表达水平均相对较低，仅呈现2倍的诱导。Northern杂交结果证实了微阵列的结果。进一步检测了人的骨髓、脑、前列腺及心脏组织中热休克和佛波酯调节基因的表达，4种组织中检测出15种热休克和佛波酯调节基因的表达，其表达水平与Jurkat细胞中相应成分的表达水平密切相关如在四种组织中表达水平最高的两个基因β-actin和细胞色素C氧化酶在Jurkat细胞中的表达水平也很高。上述实验提示在缺乏任何序列信息的条件下，微阵列可用于基因发现和基因表达检测。目前，大量人类ESTs给cDNA微阵列提供了丰富的资源，数据库中400,000个ESTs代表了所有人类基因，成千上万的ESTs微阵列将为人类基因表达研究提供强有力的分析工具。这将大大地加速人类基因组的功能分析。4.大规模DNA测序　人类基因组计划的实施促进了高效的、自动化操作的测序方法的发展。芯片技术中杂交测序（sequencing by hybridization，SBH）技术及邻堆杂交（contiguous stacking hybridization，CSH）技术即是一种新的高效快速测序方法。用含65536个8聚寡核苷酸的微阵列，采用SBH技术，可测定200bp长DNA序列，采用67108864个13聚寡核苷酸的微阵列，可对数千个碱基长的DNA测序。SBH技术的效率随着微阵列中寡核苷酸数量与长度的增加而提高，但微阵列中寡核苷酸数量与长度的增加则提高了微阵列的复杂性，降低了杂交准确性。CSH技术弥补了SBH技术存在的弊端，CSH技术的应用增加了微阵列中寡核苷酸的有效长度，加强了序列准确性，可进行较长的DNA测序。计算机模拟论证了8聚寡核苷酸微阵列与5聚寡核苷酸邻堆杂交，相当于13聚寡核苷酸微阵列的作用，可测定数千个核苷酸长的DNA序列。Dubiley等人将合成的10聚寡核苷酸固定于排列在载片表面的0.1×0.1×0.02mm或1×1×0.02mm聚丙酰胺凝胶垫上制备聚寡核苷酸微阵列，先用分离微阵列（fractionation chips）进行单链DNA分离，再用测序微阵列（sequencing chips）分析序列，后者联合采用了10聚寡核苷酸微阵列的酶促磷酸化、DNA杂交及与邻堆的5聚寡核苷酸连接等技术。该方法可用于含重复序列及较长序列的DNA序列测定及不同基因组

基因芯片技术及其研究现状和应用前景生物芯片技术是随着“人类基因组计划”（human genome project，HGP）的进展而发展起来的，它是90年代中期以来影响最深远的重大科技进展之一，它融微电子学、生物学、物理学、化学、计算机科学为一体的高度交叉的新技术，具有重大的基础研究价值，又具有明显的产业化前景。生物芯片技术包括基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片、以及元件型微阵列芯片、通道型微阵列芯片、生物传感芯片等新型生物芯片。本文主要讨论基因芯片技术，它为“后基因组计划”时期基因功能的研究提供了强有力的工具，将会使基因诊断、药物筛选、给药个性化等方面取得重大突破，该技术被评为1998年度世界十大科技进展之一。1、基本概念基因芯片（gene chip）也叫DNA芯片、DNA微阵列（DNA microarray）、寡核苷酸阵列（oligonucleotide array），是指采用原位合成（in situ synthesis）或显微打印手段，将数以万计的DNA探针固化于支持物表面上，产生二维DNA探针阵列，然后与标记的样品进行杂交，通过检测杂交信号来实现对生物样品快速、并行、高效地检测或医学诊断，由于常用硅芯片作为固相支持物，且在制备过程运用了计算机芯片的制备技术，所以称之为基因芯片技术。2、技术基本过程2．1 DNA方阵的构建选择硅片、玻璃片、瓷片或聚丙烯膜、尼龙膜等支持物，并作相应处理，然后采用光导化学合成和照相平板印刷技术可在硅片等表面合成寡核苷酸探针；或者通过液相化学合成寡核苷酸链探针，或PCR技术扩增基因序列，再纯化、定量分析，由阵列复制器（arraying and replicating device ARD），或阵列机（arrayer）及电脑控制的机器人，准确、快速地将不同探针样品定量点样于带正电荷的尼龙膜或硅片等相应位置上，再由紫外线交联固定后即得到DNA微阵列或芯片。2．2 样品DNA或mRNA的准备从血液或活组织中获取的DNA/mRNA样品在标记成为探针以前必须进行扩增提高阅读灵敏度。Mosaic Technologies公司发展了一种固相PCR系统，好于传统PCR技术，他们在靶DNA上设计一对双向引物，将其排列在丙烯酰胺薄膜上，这种方法无交叉污染且省去液相处理的繁锁；Lynx Therapeutics公司提出另一个革新的方法，即大规模平行固相克隆（massively parallel solid-phase cloning）这个方法可以对一个样品中数以万计的DNA片段同时进行克隆，且不必分离和单独处理每个克隆，使样品扩增更为有效快速。在PCR扩增过程中，必须同时进行样品标记，标记方法有荧光标记法、生物素标记法、同位素标记法等。2．3 分子杂交样品DNA与探针DNA互补杂交要根据探针的类型和长度以及芯片的应用来选择、优化杂交条件。如用于基因表达监测，杂交的严格性较低、低温、时间长、盐浓度高；若用于突变检测，则杂交条件相反。芯片分子杂交的特点是探针固化，样品荧光标记，一次可以对大量生物样品进行检测分析，杂交过程只要30min。美国Nangon公司采用控制电场的方式，使分子杂交速度缩到1min，甚至几秒钟。德国癌症研究院的Jorg Hoheisel等认为以肽核酸（PNA）为探针效果更好。2．4 杂交图谱的检测和分析用激光激发芯片上的样品发射荧光，严格配对的杂交分子，其热力学稳定性较高，荧光强；不完全杂交的双键分子热力学稳定性低，荧光信号弱（不到前者的1/35～1/5），不杂交的无荧光。不同位点信号被激光共焦显微镜，或落射荧光显微镜等检测到，由计算机软件处理分析，得到有关基因图谱。目前，如质谱法、化学发光法、光导纤维法等更灵敏、快速，有取代荧光法的趋势。3、应用3．1 测序基因芯片利用固定探针与样品进行分子杂交产生的杂交图谱而排列出待测样品的序列，这种测定方法快速而具有十分诱人的前景。Mark chee等用含135000个寡核苷酸探针的阵列测定了全长为16.6kb的人线粒体基因组序列，准确率达99%。Hacia等用含有48000个寡核苷酸的高密度微阵列分析了黑猩猩和人BRCA1基因序列差异，结果发现在外显子11约3.4kb长度范围内的核酸序列同源性在98.2%到83.5%之间，提示了二者在进化上的高度相似性。3．2 基因表达水平的检测用基因芯片进行的表达水平检测可自动、快速地检测出成千上万个基因的表达情况。Schena等采用拟南芥基因组内共45个基因的cDNA微阵列（其中14个为完全序列，31个为EST），检测该植物的根、叶组织内这些基因的表达水平，用不同颜色的荧光素标记逆转录产物后分别与该微阵列杂交，经激光共聚焦显微扫描，发现该植物根和叶组织中存在26个基因的表达差异，而参与叶绿素合成的CAB1基因在叶组织较根组织表达高500倍。Schena等用人外周血淋巴细胞的cDNA文库构建一个代表1046个基因的cDNA微阵列，来检测体外培养的T细胞对热休克反应后不同基因表达的差异，发现有5个基因在处理后存在非常明显的高表达，11个基因中度表达增加和6个基因表达明显抑制。该结果还用荧光素交换标记对照和处理组及RNA印迹方法证实。在HGP完成之后，用于检测在不同生理、病理条件下的人类所有基因表达变化的基因组芯片为期不远了。3．3 基因诊断从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出标准图谱。从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出病变图谱。通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNA信息。这种基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。例如，Affymetrix公司，把P53基因全长序列和已知突变的探针集成在芯片上，制成P53基因芯片，将在癌症早期诊断中发挥作用。又如，Heller等构建了96个基因的cDNA微阵，用于检测分析关节炎、风湿性关节炎（RA）相关的基因，以探讨DNA芯片在感染性疾病诊断方面的应用。现在，肝炎病毒检测诊断芯片、结核杆菌耐药性检测芯片、多种恶性肿瘤相关病毒基因芯片等一系列诊断芯片逐步开始进入市场。基因诊断是基因芯片中最具有商业化价值的应用。3．4 药物筛选如何分离和鉴定药的有效成份是目前中药产业和传统的西药开发遇到的重大障碍，基因芯片技术是解决这一障碍的有效手段，它能够大规模地筛选、通用性强，能够从基因水平解释药物的作用机理，即可以利用基因芯片分析用药前后机体的不同组织、器官基因表达的差异。如果再用mRNA 构建cDNA表达文库，然后用得到的肽库制作肽芯片，则可以从众多的药物成分中筛选到起作用的部分物质。或者,利用RNA、单链DNA有很大的柔性，能形成复杂的空间结构，更有利与靶分子相结合，可将核酸库中的RNA或单链DNA固定在芯片上，然后与靶蛋白孵育，形成蛋白质-RNA或蛋白质-DNA复合物，可以筛选特异的药物蛋白或核酸，因此芯片技术和RNA库的结合在药物筛选中将得到广泛应用。在寻找HIV药物中，Jellis等用组合化学合成及DNA芯片技术筛选了654536种硫代磷酸八聚核苷酸，并从中确定了具有XXG4XX样结构的抑制物，实验表明，这种筛选物对HIV感染细胞有明显阻断作用。生物芯片技术使得药物筛选，靶基因鉴别和新药测试的速度大大提高，成本大大降低。基因芯片药物筛选技术工作目前刚刚起步，美国很多制药公司已开始前期工作，即正在建立表达谱数据库，从而为药物筛选提供各种靶基因及分析手段。这一技术具有很大的潜在应用价值。[/

生物芯片是指包被在硅片、尼龙膜等固相支持物上的高密度的组织、细胞、蛋白质、核酸、糖类以及其它生物组分的微点阵。芯片与标记的样品进行杂交，通过检测杂交信号即可实现对生物样品的分析。目前常见的生物芯片主要有基因芯片，蛋白质芯片、组织芯片等。基因芯片也可以叫做 reverse northern - dot blots。目前主要有检测基因突变的基因芯片和检测基因表达水平的基因表达谱芯片。基因芯片技术 主要包括芯片微阵列制备、样品制备、杂交、信号的检测和分析等。蛋白质芯片主要是蛋白质如抗原或抗体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。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，这样的石蜡块集成体便构成了组织芯片。 1 生物芯片的应用 1.1 检测基因的表达 目前检测基因表达的方法主要有Northern、RT- PCR、mRNA差异显示、cDNA代表性差异分析等。这些方法都只能对少数几个基因的表达 进行分析。但生物体是一个复杂的网络，任何一个刺激都会牵动网络的许多环节。只对少数几个基因的表达进行研究显然是不够的。生物芯片 技术恰好能够从整个基因组水平上对某一刺激或疾病进行检测。例如，Bittner M等对8150个基因进行检测。发现了皮肤黑素瘤的亚种。Zhang W等发现类胰岛素生长因子结合蛋白2(IGFBP2)在神经胶质瘤和恶性胶质瘤的后期阶段表达量很大，且差异很大。Gu J等对患有ankylosing spondylitis(AS)、类风湿性关节炎(RA)和正常人的外周血单核细胞(PBMC)的基因表达进行分析后发现，患有AS的病人与患有 RA的病人的PBMC 表达模式差异很大，且极不正常。Tanaka F等用芯片分析后发现了在FAO和C2细胞系之间表达有差异的基因，并从扣除文库中用抑制扣除杂交的 方法分离到了一个cDNA克隆，该克隆在C2内的表达强于在FAO内的表达。Nakeff A等用一定浓度的XK469对结肠细胞HCT-116处理24小时后，再与 芯片杂交，结果发现在1152个基因中，有71个基因的表达量变化超过2倍以上。 1.2 研究生物体对逆境的反应 Ronchen Wang等用生物芯片对拟南芥在低氮(250μM)和高氮(5～lOmM)条件下基因表达的差异做了分析后发现，表达差异的基因不仅包 括以前已经报道过的基因如硝酸还原酶、硝态氮转运蛋白等，还发现了许多新的受低氮诱导表达的基因如钙离子反向运输因子、蛋白激酶以及 与代谢有关的酶(如转酮酶、天冬酰胺合成酶、组胺酸脱羧酶等)。Motoaki Seki等发现，拟南芥受旱胁迫和冷胁迫后，在1300个全长cDNA中， 有44个受旱胁迫诱导，19个受冷胁迫的诱导，有12个是控制胁迫诱导转录因子DREB1A/CBF3的靶向诱导基因。 Shinji Kawasaki等发现，水稻受 150mM Nacl胁迫15分钟后，Paokkali的转录受到正调控，大约１小时后，约有10％的基因受到显著的正调控或负调控，在对照株和试验株之间 基因表达的差异可延续数小时，但差异越来越不明显，一周后基本无差异。Oliver Thimm等发现拟南芥幼苗缺铁3天后，参与糖酵解、三羧酸循 环、氧化戊糖磷酸途径的基因以及在根中参与无氧呼吸的酶的基因表达量增加，苗中参与葡糖异生作用、淀粉分解、韧皮部装载的基因也受到 诱导表达。 1.3 研究生物体对光线的反应 Ligeng Ma等发现，拟南芥幼苗被远红光、红光和蓝光分别照射后，表达相似的调节基因基本占到整个基因组的三分之一，其中五分之 一的基因受到正调控，五分之二的基因受到负调控，共有26个细胞途径参与了光调节。Yukako Hihara等发现，当改变对单细胞蓝藻细菌Synechocystis sp PCC6803光合器官照射的光强时，共有160多个基因的表达出现了差异，那些参与光呼吸和光化学反应的基因在强光照射15分钟后受到负调控 ，而与二氧化碳固定和受到光抑制保护的基因则受到正调控，那些表达有利于细胞增殖的基因如参与复制、转录、翻译的基因也受到诱导表达 ，不过反应较晚。Robert Schaffer等发现拟南芥在18小时光照／6小时黑暗处理的条件下，在代表了7800个无重复基因的11521个EST片段中， 有11％的基因表达出现了差异，有2％的基因表现出有规律的变化。 除了上述的几个方面外，生物芯片在细菌鉴定、环境检测、发现新基因等各个领域也有着广阔的应用前景。 2 生物芯片技术的最新研究进展 2.1 微珠芯片的发展 生物芯片技术目前比较显著的一个研究进展是微珠芯片的研制。其原理是先建立tag文库和anti-tag文库，在体外将不同的cD NA克隆后 ，附着在不同的微珠上，微珠在系统内流动，在流动的过程中与被标记上特定颜色的探针杂交，携带特定颜色的微珠被扫描下来，进而研究基 因的表达。 2.2 在微量mRNA的检测技术方面的进展 以前一般认为，生物芯片技术对RNA的量有一定的要求，每次杂交一般需要50～200mg total RNA或1～2mg mRNA，要求有较多的材料。 但有时我们只能获得较少的材料，例如研究蝇或蠕虫的微小器官。这对生物芯片技术提出了更高的要求，而Hertzberg等用靶标签扩增的方法进 行分析，只需0.1 μg total RNA即可满足要求。其原理是提取RNA后，反转录为cDNA，然后将cDNA剪切为200～600bp长的片段，筛选cDNA3'端 ，用PCR扩增的方法获得足够量的cDNA，再去进行芯片分析。用多轮线性扩增的方法同样可对来自500～1000个细胞的RNA或者1～50 mg的total RNA进行分析。Karsten SL等用 TSA的方法也可以从少量组织内提取RNA进行分析。 2.3 检测结果处理技术的进展 如何消除芯片背景对于结果分析的影响，例如因各个操作环节的原因，芯片沾有污染物，芯片的最后结果实际上是污染物和真实信号的 综合体现，所以当用芯片上的这些结果进行分析时，哪些点是可靠的，哪些点的表达确实有差异，不同实验室、不同操作人员作出的结果如何 进行统一化、标准化，对此 Jiang L等认为，尽管生物芯片的结果存在着人为因素影响，特别是那些表达量低、差异不明显的基因。但是这些 误差可以通过传统的蛋白质分析技术如酶谱、western blot、双向电泳、免疫组织化学等进行验证。他们从同一心脏组织内取样后用这几种技 术分析后都得到了相似或互补的结果。Kenneth R． Hess等采用smoothed estimate of the interquartile range的方法研究后认为，在+/- 3XIQR曲线以外的点都是不可用的，不同实验室之间的结果比较可以用一个或一组(多于75个)持家基因的表达量作为标准。Jason Comander等研 制的芯片处理软件可以辨别结果的真伪，并能够计算芯片上各基因表达的强度。现在已经有一部分类似的软件。最近对生物芯片实验数据的分 析处理的研讨会在Duke大学举行，并对处理这类数据的一系列方法作了评价。 2.4 蛋白质芯片的研究 Heng Zhu等克隆了5800个酵母的开放阅读框，表达并纯化了相应的蛋白质，将这些蛋白质固定在芯片上，做成酵母的蛋白质组芯片，对 芯片进行分析后发现了许多新的与钙调蛋白、磷脂互作的蛋白。发现一个普通的蛋白结合域竟是许多钙调蛋白的结合位点。这是目前为止第一 个生物的全蛋白质组芯片。 3 未来的发展趋势 生物芯片在近几年发展极为迅速，但它也面临着巨大的挑战，主要体现在以下几个方面。 (1)所需费用较高。目前生物芯片设备所需费用仍旧较高，如Affymetrix的一套系统需要13.5万美元，对普通的实验室来说开支较大， 这对于生物芯片技术的推广是一个很大的障碍。 (2)自动化程度不高。目前生物芯片技术对操作人员仍要求较高，每个实验室都需要一个专门的技术人员去建立并操作。如何提高生物 芯片实验的自动化程度，简化操作步骤，使其缩微化，将生物芯片的各个操作环节集中到一个或少数几个仪器里边，就像目前的PCR仪那样，使 那些即使对生物芯片技术不甚熟悉的人也可以操作，这将是生物芯片技术未来的一个重要的发展方向。 (3)目前，对于实验的许多结果还不能做出完美的解释。这将依赖于生物学的整体发展，这也促进了人们对生物学进行更深层次的研究 。 (4)对结果的扫描、去除背景、数据处理等，目前还不能作得很完美。但随着一大批硬件、软件的开发，相信这些问题都将会被克服。 生物芯片技术尽管存在着上面所说的巨大挑战，但生物芯片技术仍将是2l世纪极为重要的一项生物技术。随着各国研究者的不断努力， 它必将在更大的范围得到应用。

电泳微流控芯片是一种结合了电泳和微流控技术的创新型生物分析工具。该技术整合了微流体学的优势，通过微小尺度的通道、电场和高度灵活的流动控制，实现了对生物分子的高效分离、检测和分析。[align=center][img=图片]https://img1.17img.cn/17img/images/202404/uepic/434f44d0-8ac9-452a-bfa1-fd7840c0c1cc.jpg[/img][/align][b]——技术原理——[/b]电泳原理：在电解质溶液中，位于电场中的带电离子在电场力的作用下，以不同的速度向其所带电荷相反的电极方向迁移的现象。电泳微流控芯片技术可以分为两种主要类型：毛细管电泳和芯片上电泳。毛细管电泳利用单根毛细管作为分离通道，而芯片上电泳则将电泳所需的缓冲液、电极等组件集成到一个微流控芯片上，实现设备的微小化和自动化。这种集成化设计使得电泳微流控芯片具有高通量、高效率、低样品消耗和快速分离等优点。电泳微流控芯片的原理主要基于电场驱动下的带电粒子在微尺度流道中的迁移与分离。具体来说，电泳微流控芯片利用微加工技术在芯片上构建微米级的流道，这些流道用于容纳电泳缓冲液。当在芯片两端施加电场时，缓冲液中的带电粒子（如DNA、蛋白质等）会根据其电荷和电场方向发生迁移。不同带电粒子由于其电荷、质量和形状的差异，在电场中的迁移速度会有所不同，从而实现粒子的分离。[b]——应用领域——[/b]电泳微流控芯片的应用领域非常广泛，涵盖了多个重要的科学和工业领域。以下是其主要的应用领域：1、生物医学：在生物医学领域，电泳微流控芯片技术主要用于DNA片段、多肽、蛋白质等生物分子的分离和分析。它被认为是后基因时代中最有希望攻克蛋白质研究、基因临床诊断等科学难题的分离分析手段之一。此外，电泳微流控芯片技术也被用于[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/jp][color=#3333ff]PCR[/color][/url]反应，可以大大简化操作步骤，显著提高检测效率。2、新药物合成与筛选：电泳微流控芯片技术在新药研发过程中发挥着重要作用。它可以用于药物分子的分离和筛选，从而加速新药的研发进程。3、食品和商品检验：电泳微流控芯片技术可以用于食品中添加剂、污染物等的检测和分析，确保食品的安全和合规性。同时，它也可以用于商品的质量控制和检验。4、环境监测：在环境监测领域，电泳微流控芯片技术可用于水、土壤、空气等环境样本中有害物质的检测和分析，为环境保护和污染治理提供科学依据。5、刑事科学：电泳微流控芯片在法医学中具有重要的应用，特别是在DNA分离、检测和分析方面，对于个体身份的鉴定和犯罪现场的物证分析具有重要意义。6、其他科学领域：此外，电泳微流控芯片技术还广泛应用于军事科学、航天科学等其他重要科学领域，为这些领域的研究和发展提供了强大的技术支持。[b]——优势——[/b]1、高分辨率和快速分离：微流控芯片中的通道尺寸小，因此具有较高的分辨率和更快的分离速度。这使得它能够在短时间内准确地分离和识别出各种生物分子，如DNA、蛋白质等。2、低样品和试剂消耗：由于微流控芯片中的流体通道尺寸微小，所需的样品和试剂量大大减少。这既降低了分析成本，也减少了生物样本的浪费，对于珍贵的生物样本尤其重要。3、高通量分析能力：微流控芯片可以并行处理多个样品，实现高通量分析。这大大提高了分析效率，使得在短时间内能够处理更多的样本，适用于大规模的生物分子分析任务。4、易于集成和自动化：电泳微流控芯片可以与其他技术（如质谱联用）实现联合分析，进一步提高分析的准确性和灵敏度。此外，微流控芯片技术易于实现自动化，减少了人为操作的误差，提高了分析的准确性和可靠性。5、微型化和便携性：电泳微流控芯片采用微型化设计，使得整个分析系统更加紧凑和便携。这使得它可以在现场进行实时分析，无需复杂的实验室设备，为现场检测和即时分析提供了便利。[b]保利微芯公司简介[/b]保利微芯科技有限公司隶属中国保利集团公司，由保利置业集团有限公司投资，设计研发微流控生物芯片,公司具备技术先进的微流控生物芯片设计制造能力，已形成创新性的、技术领先的微流控芯片整体解决方案。可以承接国内外芯片设计、应用公司的微流控芯片生产订单，为即时诊断（POCT）、基因测序、环境保护、食品安全和科学研究等应用领域的客户提供有核心竞争力的高性价比芯片产品。[来源：保利微芯][align=right][/align]

目前对兽药残留的检测主要有试纸条，试剂盒和[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Yp][color=#3333ff]液质[/color][/url]或[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/bp][color=#3333ff]气质[/color][/url]方法，但是这些方法都一次只能检测一种分析物，目前英国朗道公司推出一种蛋白芯片的方法，可以对一个样本同时检测多达23类药物残留，[align=center][table][tr][td][b][size=2][font=宋体]生长激素组合[/font][/size][size=2][font=Arial][/font][/size][/b][/td][td][size=2][font=宋体]抗菌素组合[/font][/size][size=2][font=宋体]Ⅰ[/font][/size][b][size=2][font=Arial][/font][/size][/b][/td][td][size=2][font=Arial] [/font][/size][size=2][font=宋体]抗菌素组合[/font][/size][size=2][font=宋体]Ⅱ[/font][/size][b][size=2][font=Arial][/font][/size][/b][/td][td][size=2][font=Arial] [/font][/size][size=2][font=宋体]抗菌素组合[/font][/size][size=2][font=宋体]Ⅲ[/font][/size][b][size=2][font=Arial][/font][/size][/b][/td][/tr][tr][td][size=2][font=Arial]b-[/font][/size][size=2][font=宋体]兴奋剂[/font][/size][size=2][font=Arial][/font][/size][size=2][font=宋体]群勃龙[/font][/size][size=2][font=Arial][/font][/size][size=2][font=宋体]勃地酮[/font][/size][size=2][font=Arial][/font][/size][size=2][font=宋体]二苯乙烯类[/font][/size][size=2][font=Arial][/font][/size][size=2][font=宋体]司坦唑[/font][/size][size=2][font=Arial][/font][/size][size=2][font=宋体]苯丙酸诺龙[/font][/size][size=2][font=Arial][/font][/size][size=2][font=宋体]皮质类固醇[/font][/size][size=2][font=Arial][/font][/size][size=2][font=宋体]莱克多巴胺[/font][/size][size=2][font=Arial][/font][/size][size=2][font=宋体]玉米赤霉烯醇[/font][/size][size=2][font=Arial][/font][/size][/td][td][color=black][size=2][font=宋体]磺胺甲基嘧啶[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=Arial][/font][/size][/color][color=black][size=2][font=宋体]磺胺间二甲氧基嘧啶[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=Arial][/font][/size][/color][color=black][size=2][font=宋体]磺胺喹噁啉[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=Arial][/font][/size][/color][color=black][size=2][font=宋体]磺胺二甲嘧啶[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=Arial][/font][/size][/color][color=black][size=2][font=宋体]磺胺嘧啶[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=Arial][/font][/size][/color][color=black][size=2][font=宋体]磺胺甲噻二唑[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=Arial][/font][/size][/color][color=black][size=2][font=宋体]磺胺多辛[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=Arial][/font][/size][/color][color=black][size=2][font=宋体]磺胺吡啶[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=Arial][/font][/size][/color][color=black][size=2][font=宋体]磺胺甲氧嗪[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=Arial][/font][/size][/color][color=black][size=2][font=宋体]磺胺氯哒嗪[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=Arial][/font][/size][/color][color=black][size=2][font=宋体]磺胺噻唑[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=Arial][/font][/size][/color][color=black][size=2][font=宋体]磺胺二甲基异噁唑[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=Arial][/font][/size][/color][/td][td][color=black][size=2][font=Arial] 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[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=宋体]头孢噻呋[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=Arial][/font][/size][/color][/td][td][color=black][size=2][font=宋体]呋喃唑酮（[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=Arial]AOZ[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=宋体]）[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=Arial][/font][/size][/color][color=black][size=2][font=宋体]呋喃妥英（[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=Arial]AHD[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=宋体]）[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=Arial][/font][/size][/color][color=black][size=2][font=宋体]呋喃它酮（[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=Arial]AMOZ[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=宋体]）[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=Arial][/font][/size][/color][color=black][size=2][font=宋体]呋喃西林（[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=Arial]SEM[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=宋体]）[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=Arial][/font][/size][/color][color=black][size=2][font=宋体]氯霉素[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=Arial]/[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=宋体]氯霉素葡萄糖醛酸[/font][/size][/color][color=black][size=2][font=Arial][/font][/size][/color][/td][/tr][/table]以上每种组合都是可以同时在2个小时内检测出结果，这样可以大大节省样本前处理次数，节省劳动力和时间。如需要更加详细的资料可来咨询。[/align]

1、基因芯片综合分析软件ArrayVision 7.0 一种功能强大的商业版基因芯片分析软件，不仅可以进行图像分析，还可以进行数据处理，方便protocol的管理功能强大，商业版正式版：6900美元。 Arraypro 4.0 Media Cybernetics公司的产品，该公司的gelpro, imagepro一直以精确成为同类产品中的佼佼者，相信arraypro也不会差。phoretix™ Array Nonlinear Dynamics公司的基因片综合分析软件。J-express 挪威Bergen大学编写，是一个用JAVA语言写的应用程序，界面清晰漂亮，用来分析微矩阵（microarray）实验获得的基因表达数据，需要下载安装JAVA运行环境JRE1.2后(5.1M)后，才能运行。2、 基因芯片阅读图像分析软件 ScanAlyze 2.44 斯坦福的基因芯片基因芯片阅读软件，进行微矩阵荧光图像分析，包括半自动定义格栅与像素点分析。输出为分隔的文本格式，可很容易地转化为任何数据库。 3、 基因芯片数据分析软件 Cluster 斯坦福的对大量微矩阵数据组进行各种簇（Cluster)分析与其它各种处理的软件。 SAM Significance Analysis of Microarrays 的缩写，微矩阵显著性分析软件，EXCEL软件的插件，由Stanford大学编制。4．基因芯片聚类图形显示 TreeView 1.5 斯坦福开发的用来显示Cluster软件分析的图形化结果。现已和Cluster成为了基因芯片处理的标准软件。FreeView 是基于JAVA语言的系统树生成软件，接收Cluster生成的数据，比Treeview增强了某些功能。 5．基因芯片引物设计 Array Designer 2.00 DNA微矩阵（microarray）软件，批量设计DNA和寡核苷酸引物工具。

基因芯片及其在病原微生物检测中的应用基因芯片是近年来迅速发展的一门生物高新技术，它以其能够快速、高效、大规模地同步检测生物遗传信息的卓越功能而得到发展。在基因测序、基因表达分析、药物筛选、基因诊断等领域显示出重要的理论和实用价值。基因芯片是指应用大规模集成电路的微阵列技术。在固相支持物表面（常用的固相支持物有玻璃、硅片、尼龙膜等载体）有规律地合成数万个代表不同基因的寡核苷酸“探针”或液相合成探针后由点样器有规律地点样于固相支持物表面；然后将要研究的目的材料中的DNA、RNA或用cDNA同位素或荧光物标记后，与固相支持物表面的探针进行杂交，通过放射自显影或荧光共聚焦显微镜扫描，对这些杂交图谱进行检测；再利用计算机对每一个探针上的杂交信号作分析处理，便可得到目的材料中有关基因表达信息。该技术可将大量的探针同时固定于支持物上，所以一次可对大量核酸分子进行检测分析。基因芯片分类基因芯片按其片基不同可分为无机片基芯片和有机合成片基芯片：如果按其应用不同，可分为表达谱芯片、诊断芯片、检测芯片；如果按其结构不同可分为DNA阵列和寡核苷酸芯片；如果按其制备方法不同可分为原位合成芯片和合成后交联芯片。目前，常用于基因芯片制作的固相支持物主要包括半导体硅片、普通玻璃片、尼龙膜等基质。它们各有优缺点，可根据不同的用途和目的选择使用。用硅片制作的芯片，其DNA探针排列的密度高，在1.28cm芯片上，可达40万点阵。检测灵敏度高但专一性差。用玻璃制作的芯片，可用于双色荧光标记杂交，便于杂交信号的检测，但其灵敏度低，而且对玻璃片的处理要求高。尼龙膜主要用于制作eDNA芯片，即将不同的eDNA片断点阵于尼龙膜上，它可用同位素标记检测，灵敏度高，专一性好，但是DNA阵列的密度低。DNA探针的制备及固化探针的制备及固化有2种方法：①在片基上原位合成寡核苷酸；②在片基以外制备DNA探针，并以显微打印等手段将其固化于片基上。作者介绍了待测DNA样品的制备、标记样品与基因芯片杂交、杂交信息的检测与分析、操作过程中存在的问题及解决办法。基因芯片可以对病原细菌检测、病毒的检测及其他方面如支原体检测等。问题和展望基因芯片在病原微生物检测中具有快速、灵敏、高通量、自动化等特点。但目前仍面临一些问题有待解决，这些问题主要体现在硬件和软件2个方面。在硬件方面，DNA芯片技术需要昂贵的尖端仪器，如生产原位合成芯片需要光刻机器和寡核苷酸合成仪；构建DNA微集阵列的自动仪器约需8万美元以上，而检测芯片则要激光共聚焦显微镜、落射荧光显微镜等设备，费用较高。在软件（即技术）上也存在一些问题。首先，探针制备的环节上，原位合成寡核苷酸技术复杂，且有专利保护，合成过程中有可能插入错误核苷酸或混入杂质，降低了特异性和信噪比；显微打印技术较灵活，易实现，但需收集或合成大量探针，且阵列的集成度不高。其次，在样品和芯片杂交的环节上 ，因为杂交在固相上进行，空间因素会对杂交造成不利影响；还有，在一个芯片上存在多种探针，这对杂交条件是个挑战，因为这种探针的最适条件未必适合另一种探针；而且，复杂的探针如长寡核苷酸容易自身形成二 、三级结构，影响与靶序列的杂交或给出错误的阴性信号，当然在其它技术环节上也存在着一些难题，如样品准备复杂、检测的灵敏度低等。虽然基因芯片技术在多个环节上有待提高，但它在生命科学及相关领域中已呈现出广阔的应用前景，相信随着研究的不断深入和技术的更加完善，基因芯片会成为基础研究和临床应用的强有力工具。

欢迎刚入门的朋友来看看,老手就别笑话了[img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=25784]基因芯片分析的理论与方法[/url]

http://bimg.instrument.com.cn/show/pic/C133645.jpg新品详情上市时间：2011年3月创新点:Clin-TOF临床质谱仪：（1）采用最新的60Hz激光，轰击速度为同类型产品中最快的使数据生成速度为同类产品之最。（2）采用zoom optics 技术，激光斑点在50µm至200µm可调，可调范围为同类产品之最，使激光斑点大小充分满足不同样品的需求（3）采用big gap 的独特离子源远离设计，使离子源不易污染，维护需求大大降低。（4）激光系统附加了能量平整功能，使激光光强更稳定，数据结果更准确。（5）采用友好的中文操作界面，更符合中国人的操作习惯。（6）配备了独特的触摸屏和条码阅读器等配件。独特的触摸屏设计，整合了MALDI-TOF和PC系统，操作更加简单方便，条形码阅读器可以使病患信息的采集和确认速度加快，极大地提高了仪器的工作效率。（7）配套的SPE-C专利磁珠和专利软件Bioexplorer。详细信息毅新兴业（北京）科技有限公司与 301 医院，北京科技大学，北京蛋白组中心合作，历时 4 年，总投入超过 3000 万，成功研发了飞行时间质谱液体蛋白芯片系统（CLIN-TOF），使中国质谱仪的研发水平跻身于世界前列。CLIN-TOF 系统包括飞行时间质谱仪器，液体蛋白芯片检测试剂盒，Bioexplore 软件等。该系统除了 MALDI-TOF 固有的优点外，还在临床应用中提高了稳定性和重现性，现已进行临床样本检测数量达 10000 例以上，建立了结直肠癌，肺癌，肝癌，脑胶质瘤等疾病的检测模型，对于各种肿瘤的早期检测准确率达到 85%以上，特异性，敏感性超过 80%。在 CLIN-TOF 系统为基础建立的多种肿瘤疾病质谱模型，已有多项发明专利获得授权。一种用于微孔板样品靶点样过程中吸弃微量残液的梳子装置及其用途 专利号：200610159468.0 用于吸附、分离、检测超微量靶蛋白的系统及其用途 专利号：200810089486.5 用于检测脑胶质瘤特征蛋白的质谱模型及制备方法 专利号：200810147419.4一种用于检测肝癌特征蛋白的质谱模型及制备方法 专利号：200810172142.0一种适于分离血清中蛋白多肽的系统及其试剂盒 专利号：200810187968.4

GeneChip System ([url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]gc[/url]S) 3000Dx v.2基因[b][url=http://hplc17.com]芯片扫描系统[/url][/b]是最可靠的临床研究平台,也是唯一被FDA批准/ SFDA,试管和CE标志芯片系统,适用于临床检测基于RNA和DNA。　　[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]gc[/url]S 3000 dx v . 2是扩大Affymetrix临床的基础装备,装备还包括FDA批准,试管和CE标志Affymetrix基因分析试剂和人类基因组U133 v2.0芯片,即利用人类基因组U133 v2.0 cGMP制造芯片的版本。　　Affymetrix的临床工具包提供了一种进入市场的有效方法，使测试开发人员能够节省时间、金钱和监管风险。　　Affymetrix的基因芯片技术已经得到了成千上万的研究人员的信任，在芯片应用中产生了高度可重复的结果。[img=GeneChip® System ([url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]gc[/url]S) 3000Dx v.2基因芯片扫描系统1]http://17wab.cn/uploads/allimg/180726/1-1PH6102HW11.jpg[/img]　　[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]gc[/url]S 3000Dx v.2 基因[b][url=http://hplc17.com]芯片扫描系统[/url][/b]适用于：　　[b]科研[/b] 自信地分析或研究宝贵的人类样品　　[b]诊断检测的开发[/b] Affymetrix合作伙伴已经开发并商业化了一些获得FDA批准的体外诊断和符合CE-IVD的诊断检测　　[b]常规检测[/b] 一个系统，多种应用[img=GeneChip® System ([url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]gc[/url]S) 3000Dx v.2基因芯片扫描系统2]http://17wab.cn/uploads/allimg/180726/1-1PH6102JYW.jpg[/img]　　[b]功能/应用范围：[/b]　　1.基因功能研究 　　2.基因表达谱分析、基因诊断、序列分析 　　3.药物筛选与新药开发 　　4.基因多态位点及基因突变检测 　　5.其他方面的应用，如环境保护、农业和蓄牧业等领域的应用。　　[b]主要附件：[/b]　　专用芯片杂交箱640 全自动洗涤工作站 电脑　　[b]主要技术指标：[/b]　　扫描分辨率2.5微米，存储16bit图象，固态绿色激光器，检测波长570纳米。　　[b]技术特色：[/b]　　一、　　1.强大的类比性 　　2.巨大的信息产出率 　　3.高度敏感性和专一性 　　4.高度重复性 　　5.微型化、自动化 　　6.哺育新的实验方法。　　二、全基因组表达谱，基因组SNP检测。

AKATA制备型液相色谱蛋白分析仪纯化蛋白步骤很简单的，比较适合初学者。[img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=113913]AKATA制备型液相色谱蛋白分析仪纯化蛋白步骤[/url]

[b]职位名称：[/b]生物芯片研发工程师[b]职位描述/要求：[/b]工作职责： 1.负责SPR生物芯片研发、相关生物实验及工艺改进工作；2.负责制订、优化实验方案，制定标准、编写SOP；3.负责与客户的沟通，了解客户对应用的需求，根据客户需求确定研发方向；4.负责SPR技术展示和给客户提供技术服务。职位要求：1.具有良好的生化背景与实验技能，能够独立设计研发方案、独立实验、查找国内外文献等；具有良好的英文基础。2.具有相关领域三年以上工作经验，如从事生命科学研究中蛋白质结构与功能间的关系、核酸与蛋白的相互作用、重组蛋白与抗体的筛选，以及药物新靶点的筛选、新药开发中先导化合物的优化与测定等等。熟悉生化检测技术，高通量筛选，抗体与重组蛋白技术等原理与应用者优先。[b]公司介绍：[/b] 英柏Inter-Bio(北京英柏生物科技有限公司) 成立于2013年，是一家专门从事光学表面等离子共振生物分析技术、生物芯片技术研发，集生物分析仪器软硬件的开发、研制、生产、销售、应用推广、技术服务为一体的企业。我们的团队集聚了生物检测技术领域各专业人才，主要研发人员均具有10年以上从事该技术研发的经验，是生物检测仪器设备领域的新生力量。致力于为中国生命科学研究领域、医药研发领域、医疗体外...[url=https://www.instrument.com.cn/job/user/job/position/59961]查看全部[/url]

牛奶蛋白质分析仪可以用于检测乳蛋白制品。以下是详细解释和相关信息：　　功能与应用：牛奶蛋白质分析仪是一种专门用于分析牛奶及其制品中蛋白质含量的仪器。它基于先进的生化分析技术，如比色法、光谱法或电化学法等，能够准确、快速地检测样品中的蛋白质含量。　　乳蛋白制品的检测：乳蛋白制品，如奶粉、酸奶、奶酪等，其蛋白质含量是产品质量和营养价值的重要指标。牛奶蛋白质分析仪可以有效地检测这些乳蛋白制品中的蛋白质含量，为生产厂家提供准确的质量控制手段。　　优点与特点：　　准确性高：牛奶蛋白质分析仪具有高灵敏度和高准确性，能够确保测量结果的可靠性。　　快速便捷：该仪器操作简单，使用方便，可以快速得出测量结果，提高检测效率。　　适用范围广：除了牛奶及其制品外，还可以用于其他含蛋白质样品的检测，如豆类制品、肉制品等。　　在乳品工业中的重要性：随着乳品市场的不断扩大和消费者对乳制品质量要求的提高，牛奶蛋白质分析仪在乳品工业中的重要性日益凸显。它可以帮助乳品企业提高产品质量、降低生产成本，同时为消费者提供更加安全、健康的乳制品。　　综上所述，牛奶蛋白质分析仪是一种功能强大、应用广泛的检测仪器，完全可以用于检测乳蛋白制品中的蛋白质含量。[img=,690,690]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2024/05/202405271615421543_8284_6238082_3.jpg!w690x690.jpg[/img]

基因组(genome)包含的遗传信息经转录产生mRNA，一个细胞在特定生理或病理状态下表达的所有种类的mRNA称为转录子组(transcriptome)。很显然，不同细胞在不同生理或病理状态下转录子组包含的mRNA的种类不尽相同。mRNA经翻译产生蛋白质，一个细胞在特定生理或病理状态下表达的所有种类的蛋白质称为蛋白质组(proteome)。同理，不同细胞在不同生理或病理状态下所表达的蛋白质的种类也不尽相同。蛋白质是基因功能的实施者，因此对蛋白质结构，定位和蛋白质-蛋白质相互作用的研究将为阐明生命现象的本质提供直接的基础。生命科学是实验科学，因此生命科学的发展极大地依赖于实验技术的发展。以DNA序列分析技术为核心的基因组研究技术推动了基因组研究的日新月异，而以基因芯片技术为代表的基因表达研究技术为科学家了解基因表达规律立下汗马功劳。在蛋白质组研究中，二维电泳和质谱技术的黄金组合又为科学家掌握蛋白质表达规律再铸辉煌。蛋白质组学(proteomics)就是指研究蛋白质组的技术及这些研究得到的结果。蛋白质组学的研究试图比较细胞在不同生理或病理条件下蛋白质表达的异同，对相关蛋白质进行分类和鉴定。更重要的是蛋白质组学的研究要分析蛋白质间相互作用和蛋白质的功能。蛋白质组学的研究内容包括：1.蛋白质鉴定：可以利用一维电泳和二维电泳并结合Western等技术，利用蛋白质芯片和抗体芯片及免疫共沉淀等技术对蛋白质进行鉴定研究。2.翻译后修饰：很多mRNA表达产生的蛋白质要经历翻译后修饰如磷酸化，糖基化，酶原激活等。翻译后修饰是蛋白质调节功能的重要方式，因此对蛋白质翻译后修饰的研究对阐明蛋白质的功能具有重要作用。3.蛋白质功能确定：如分析酶活性和确定酶底物，细胞因子的生物分析/配基-受体结合分析。可以利用基因敲除和反义技术分析基因表达产物-蛋白质的功能。另外对蛋白质表达出来后在细胞内的定位研究也在一定程度上有助于蛋白质功能的了解。Clontech的荧光蛋白表达系统就是研究蛋白质在细胞内定位的一个很好的工具。4.对人类而言，蛋白质组学的研究最终要服务于人类的健康，主要指促进分子医学的发展。如寻找药物的靶分子。很多药物本身就是蛋白质，而很多药物的靶分子也是蛋白质。药物也可以干预蛋白质-蛋白质相互作用。在基础医学和疾病机理研究中，了解人不同发育、生长期和不同生理、病理条件下及不同细胞类型的基因表达的特点具有特别重要的意义。这些研究可能找到直接与特定生理或病理状态相关的分子，进一步为设计作用于特定靶分子的药物奠定基础。不同发育、生长期和不同生理、病理条件下不同的细胞类型的基因表达是不一致的，因此对蛋白质表达的研究应该精确到细胞甚至亚细胞水平。可以利用免疫组织化学技术达到这个目的，但该技术的致命缺点是通量低。LCM技术可以精确地从组织切片中取出研究者感兴趣的细胞类型，因此LCM技术实际上是一种原位技术。取出的细胞用于蛋白质样品的制备，结合抗体芯片或二维电泳-质谱的技术路线，可以对蛋白质的表达进行原位的高通量的研究。很多研究采用匀浆组织制备蛋白质样品的技术路线，其研究结论值得怀疑，因为组织匀浆后不同细胞类型的蛋白质混杂在一起，最后得到的研究数据根本无法解释蛋白质在每类细胞中的表达情况。虽然培养细胞可以得到单一类型细胞，但体外培养的细胞很难模拟体内细胞的环境，因此这样研究得出的结论也很难用于解释在体实际情况。因此在研究中首先应该将不同细胞类型分离，分离出来的不同类型细胞可以用于基因表达研究，包括mRNA和蛋白质的表达。LCM技术获得的细胞可以用于蛋白质样品的制备。可以根据需要制备总蛋白，或膜蛋白，或核蛋白等，也可以富集糖蛋白，或通过去除白蛋白来减少蛋白质类型的复杂程度。相关试剂盒均有厂商提供。蛋白质样品中的不同类型的蛋白质可以通过二维电泳进行分离。二维电泳可以将不同种类的蛋白质按照等电点和分子量差异进行高分辨率的分离。成功的二维电泳可以将2000到3000种蛋白质进行分离。电泳后对胶进行高灵敏度的染色如银染和荧光染色。如果是比较两种样品之间蛋白质表达的异同，可以在同样条件下分别制备二者的蛋白质样品，然后在同样条件下进行二维电泳，染色后比较两块胶。也可以将二者的蛋白质样品分别用不同的荧光染料标记，然后两种蛋白质样品在一块胶上进行二维电泳的分离，最后通过荧光扫描技术分析结果。胶染色后可以利用凝胶图象分析系统成像，然后通过分析软件对蛋白质点进行定量分析，并且对感兴趣的蛋白质点进行定位。通过专门的蛋白质点切割系统，可以将蛋白质点所在的胶区域进行精确切割。接着对胶中蛋白质进行酶切消化，酶切后的消化物经脱盐/浓缩处理后就可以通过点样系统将蛋白质点样到特定的材料的表面（MALDI-TOF）。最后这些蛋白质就可以在质谱系统中进行分析，从而得到蛋白质的定性数据;这些数据可以用于构建数据库或和已有的数据库进行比较分析。实际上像人类的血浆，尿液，脑脊液，乳腺，心脏，膀胱癌和磷状细胞癌及多种病原微生物的蛋白质样品的二维电泳数据库已经建立起来，研究者可以登录www.expasy.ch/www/tools.html等网站进行查询，并和自己的同类研究进行对比分析。Genomic Solution可以为研究者提供除质谱外的所有蛋白质组学研究工具，包括二维电泳系统，成像系统及分析软件，胶切割系统，蛋白质消化浓缩工作站，点样工作站等；同时还可以提供相关试剂和消耗品。LCM-二维电泳-质谱的技术路线是典型的一条蛋白质组学研究的技术路线，除此以外，LCM-抗体芯片也是一条重要的蛋白质组学研究的技术路线。即通过LCM技术获得感兴趣的细胞类型，制备细胞蛋白质样品，蛋白质经荧光染料标记后和抗体芯片杂交，从而可以比较两种样品蛋白质表达的异同。Clontech最近开发了一张抗体芯片，可以对378种膜蛋白和胞浆蛋白进行分析。该芯片同时配合了抗体芯片的全部操作过程的重要试剂，包括蛋白质制备试剂，蛋白质的荧光染料标记试剂，标记体系的纯化试剂，杂交试剂等。对于蛋白质相互作用的研究，酵母双杂交和噬菌体展示技术无疑是很好的研究方法。Clontech开发的酵母双杂交系统和NEB公司开发的噬菌体展示技术可供研究者选用。关于蛋白质组的研究，也可以将蛋白质组的部分或全部种类的蛋白质制作成蛋白质芯片，这样的蛋白质芯片可以用于蛋白质相互作用研究，蛋白表达研究和小分子蛋白结合研究。Science，Vol.293，Issue 5537，2101-2105，September 14，2001发表了一篇关于酵母蛋白质组芯片的论文。该文主要研究内容为：将酵母的5800个ORF表达成蛋白质并进行纯化点样制作芯片，然后用该芯片筛选钙调素和磷脂分子的相互作用分子。最后有必要指出的是，传统的蛋白质研究注重研究单一蛋白质，而蛋白质组学注重研究参与特定生理或病理状态的所有的蛋白质种类及其与周围环境(分子)的关系。因此蛋白质组学的研究通常是高通量的。适应这个要求，蛋白质组学相关研究工具通常都是高度自动化的系统，通量高而速度快，配合相应分析软件和数据库，研究者可以在最短的时间内处理最多的数据。

2,000次。 朱衡教授将围绕人类蛋白质组芯片的开发过程、技术要点和应用前景展开讲述，并深入探讨如何利用蛋白质组芯片来进行蛋白质组学的研究。-------------------------------------------------------------------------------1、报名条件：只要您是仪器网注册用户均可报名参加。2、报名并参会用户有机会获得100元手机充值卡一张哦~3、报名截止时间：2015年04月16日4、马上报名：http://www.instrument.com.cn/webinar/meeting/meetingInsidePage/13975、报名及参会咨询：QQ群—379196738

[b]孚光精仪：[url]http://www.f-lab.cn/[/url]微阵列芯片扫描仪：[url]http://www.f-lab.cn/microarray-manufacturing/innoscan.html[/url]微阵列芯片扫描仪[/b],[b]innoscan[/b]专业为[b]扫描基因芯片[/b],[b]扫描蛋白质芯片[/b]等[b]微阵列芯片扫描[/b]而设计，是功能强大的高分辨率[b]荧光扫描仪[/b]，适合所有[b]微阵列芯片扫描，[/b]如DNA芯片，蛋白质芯片和细胞和组织。[b]微阵列芯片扫描仪[/b]是完全开放的系统，兼容任何标准的显微镜载玻片25x75mm（玻璃基板，塑料，透明和不透明），适用于各类型的应用研究，如基因表达，基因分型，aCGH，芯片分析片内，微RNA检测的SNP，蛋白质组学和微阵列的方式。[img=微阵列芯片扫描仪]http://www.f-lab.cn/Upload/innoscan-scanner.jpg[/img][b]微阵列芯片扫描仪[/b]可以扫描生物芯片，有3 1.mu.m/像素的分辨率，同时保持高图像质量。能够同时扫描两个检测通道3.5分钟（10.mu.m/像素，最大扫描区域），InnoScan900是市场上最快的扫描器，扫描速率可调节，达10到35行每秒。

我觉得基因芯片假阳性和假阴性率特别高，对数据分析的要求也很高，不适合于单独的实验室或者课题组自己做，应该搞几个全国范围的芯片中心，利于操作和数据分析标准化