生物芯片芯片扫描仪芯片点样仪芯片检测

荧光芯片扫描仪 　　由于杂交时产生序列重叠，会有成百上千的杂交点出现在图谱上，形成极为复杂的杂交图谱。序列重叠虽然可为每个碱基的正确读出提供足够的信息，可提高序列分析的可靠性，但同时信息处理量也大大增加了。一般说来，这些图谱的多态性处理与存储都由专门设计的软件来完成，而不是通过对比进行人工读谱。用计算机处理即可给出目的基因的结构或表达信息。扫描一张10cm2的芯片大概需要2-6分种的时间。目前专用于荧光扫描的扫描仪根据原理不同大致分为两类：一是激光共聚焦显微镜的原理, 是基于PMT（photomultiplier tube，光电倍增管）的检测系统（另文介绍）；另一种是CCD（charge-coupled devices，电荷偶合装置）摄像原理检测光子。CCD一次可成像很大面积的区域，而以PMT为基础的荧光扫描仪则是以单束固定波长的激光来扫描，因此或者需要激光头，或者需要目的芯片的机械运动来使激光扫到整个面积，这样就需要耗费较多的时间来扫描；但是CCD有其缺点：目前性能最优越的CCD数字相机的成像面积只有16×12mm（像素为10μm），因此要达到整个芯片的面积20×60mm的话，需要数个数码相机同时工作，或者也可以以降低分辨率为代价来获得扫描精度不是很高的图像。由于灵敏度和分辩率较低，比较适合临床诊断用。 　　生产商业化扫描仪的公司包括：Genomic Solutions公司、Packard公司、GSI公司、Molecular Dynamics、Genetic Microsystems公司、Axon ?Instruments公司等。其中GSI Lumonics 公司ScanArray 系列一直是生物芯片扫描检测系统中的领头产品。2000GSI并入著名的Parkard公司后ScanArray的软、硬件都得到进一步加强。 　 ScanArray利用其专利的激光共聚焦光学系统，通过计算机控制，对生物芯片的荧光杂交信号进行全自动的扫描采集，并通过分析软件对数据结果进行定量分析。 　最高灵敏度高：0.1荧光分子/μm 　扫描精度可从5μm-50μm分级调整 　全范围扫描时间仅需5分钟，快速方便 　多达十种检测滤光片，涵盖所有生物芯片荧光染料的检测，适用于多种荧光标记探针 　　不同波长依次扫描避免交叉光污染　　扫描后的图像还需要进一步的处理，这要求一定的软件支持。现有的分析软件包括：Biodiscovery的ImaGene系列，Axon Instruments的GenePix系列，GSI的QuantArray等　　3. 基因芯片上各克隆荧光信号的分析原理 　　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）（2），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，得到到有关基因图谱。美国GSI ?Lumonics 公司开发出专专业基因芯片检测系统(ScanArray 系列),采用激光共聚焦扫描原理进行荧光信号采集，由计算机处理荧光信号，并对每个点的荧光强度数字化后进行分析。利用QuantArray软件包对扫描的荧光信号进行分析，比　　较每个克隆在不同组织间表达水平的差别。软件具体分析步骤如下： 　　首先，同时导入同一区域两个channel扫描的图像文件；将两个channel扫描的图像用不同的颜色显示并重叠；选择拟分析的区域，输入矩阵的行数及列数以及矩阵的个数等参数；在计算机给出的该区域信号图片上标定网格，使得网格中所包含的横线和竖线的交点个数同每个区域点样的克隆数相同，调整网格，使每个交点均位于点样克隆信号的中心；信号的中心确定后，计算机将自动以交点为中心，按照设定的半径圈定各克隆，并将其内部区域作为待分析的信号，同时在圈定的各克隆周围再按照预设的值圈定一定范围的区域，将该区域内的信号作为背景噪音；计算机分析每个克隆扣除背景噪音后的信号强度，并按照不同的要求对数据进行分析；利用GenePie方式对两个channel信号的进行定量比较分析，此时计算机根据各克隆两个channel扫描的信号，以饼图的形式给出两个channel信号强度的相对比例，同时可以逐个克隆读取计算机分析出的两个channel信号的值及所占的比例，进而确定各克隆在两种组织间的表达差异。　　4. Microarray数据分析 　　Microarray数据分析简单来说就是对Microarray高密度杂交点阵图象处理并从中提取杂交点的荧光强度信号进行定量分析，通过有效数据的筛选和相关基因表达谱的聚类，最终整合杂交点的生物学信息，发现基因的表达谱与功能可能存在的联系。 　　Microarray数据分析主要包括图象分析(Biodiscovery Imagene 4.0\Quantarray分析软件)、标准化处理（normalization）、Ratio值分析、基因聚类分析（Gene Clustering）。 　　1. 图象分析：激光扫描仪Scaner得到的Cy3/Cy5图象文件通过划格（Griding），确定杂交点范围，过滤背景噪音，提取得到基因表达的荧光信号强度值，最后以列表形式输出。 　　2. 标准化处理（Normalization）：由于样本差异、荧光标记效率和检出率的不平衡，需对cy3和cy5的原始提取信号进行均衡和修正才能进一步分析实验数据，Normalization正是基于此种目的。Normalization的方法有多种：一组内参照基因（如一组看家基因）校正Microarray所有的基因、阳性基因、阴性基因、单个基因。 　　3. Ratio分析(Ratio Analysis)：cy3/cy5的比值，又称R/G值。一般0.5-2.0范围内的基因不存在显著表达差异，该范围之外则认为基因的表达出现显著改变。由于实验条件的不同，此域值范围会根据可信区间有所调整。处理后得到的信息再根据不同要求以各种形式输出，如柱形图、饼形图、点图、原始图象拼图等。将每个Spot的所有相关信息如位标、基因名称、克隆号、PCR结果、信号强度、Ratio值等自动关联并根据需要筛选数据。每个Spot的原始图象另存文件，可根据需要任意排序，得到原始图象的拼图，对于结果分析十分有利。 　　4. 聚类分析(Clustering Analysis)：实际是一种数据统计分析。通过建立各种不同的数学模型，可以得到各种统计分析结果，确定不同基因在表达上的相关性，从而找到未知基因的功能信息或已知基因的未知功能。Gene Clustering就是根据统计分析原理，对具有相同统计行为的多个基因进行归类的分析方法，归为一个簇的基因在功能上可能相似或关联。目前以直观图形显示GeneCluster结果的程序已有人开发出来，可将抽象的数据结果转化成直观的树形图，便于研究人员理解和分析。　　尽管基因芯片技术受到了广泛关注，但在基因表达谱分析中起着关键作用的生物信息学却没能引起大家的足够重视，认为简单人工处理一下原始数据就可以得到有价值的生物学信息，大量有价值的信息就这样被浪费和湮没了。可以肯定地说，没有生物信息学的有效参与，基因芯片技术就不能发挥最大效能。加大基因芯片技术中生物信息学的研究开发力度已成为当务之急。国内外已经进行了有益的尝试，初步开发出供芯片平台管理实验数据的软件包，就目前实际情况来看，生物信息学在基因芯片研究开发中介入的程度已经越来越深，主要涉及基因表达信息分析管理系统及其分析工具和分析方法，简单概括为以下几个方面：

[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。

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！

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。

[img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=96518]芯片Bio—Dot生物芯片点样技术及需注意的技术问题[/url][img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=96518]芯片\Bio—Dot生物芯片点样技术及需注意的技术问题[/url]

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。

生物芯片基本参数 　　制作生物芯片用载玻片尺寸： 25×76×1.03 mm　　实际点样区域最大可达： 22×73 mm　　样点大小（直径）通常为： 75～500μm　　样点体积（探针溶液）通常为：0.1～0.5nl（100～500μl）　　样点所含探针DNA的质量： 0.25～1ng（250～1000μg）例如：样点大小（直径）选定为75μm，样点间距选113μm，则在18×72mm的区域内可点104296个样点，即7901个/cm2。样点大小（μm）样点间距（μm）样点密度（个/cm2）样点总数（个）（点样区域18mm×72mm） 7511379011042961001504444 58667 150225197526074 200300111114667 250375711938730045049465194006002783667 5007501782347 　　生物信息学和生物芯片技术是生命科学研究领域中的两种新方法和新技术，两者密切相 关。从确定生物芯片检测对象到芯片的设计，从芯片检测结果分析到试验数据管理和信息挖掘，都离不开生物信息学。

基因芯片(gene chips)技术是20世纪90年代初伴随着人类基因组计划的发展而兴起的新兴技术，它通过微缩技术，将大量已知的靶基因片段高度有序地偶联集成于硅芯片或玻璃芯片等介质上．由于典型的基因芯片使在介质表面有序地点阵排列DNA，所以又称DNA微阵列http://learn.gxtc.edu.cn/NCourse/swjs/introduction/Images/probearray.gif用生物技术制成的生物芯片http://learn.gxtc.edu.cn/NCourse/swjs/introduction/Images/image1.jpg应用人类基因组计划的DNA测序仪http://learn.gxtc.edu.cn/NCourse/swjs/introduction/Images/xinpian.jpg通过生物芯片来检测疾病

芯片的构建和阅读 Vivian G. Cheung, Michael Morley, Francisco Aguilar, Aldo Massimi, Raju Kucherlapati & Geoffrey Childs 联合基因科技有限公司 吴凌凌 译　　摘要 　　制作芯片和获得芯片的数据有许多不同的方法。这里我们介绍了在学术领域中两种芯片的构建和使用。除了详细说明了技术细节外，我们还对组成和方法的优缺点进行了评论，同时还介绍了杂交的方法。用我们所建立和使用芯片的方法来回答生物领域问题的事实证明了这种技术在大学的环境下是可行的。 　　一种获得基因功能信息的高通量的方法是cDNA芯片。在一块显微镜载玻片上包含了几百至几千个固定的DNA样本，以类似于Northern blot 和 Southern blot的方法进行杂交。了解了这个方法后，我们决定在我们各自的实验室Pennsylvania大学（Penn）和Albert Einstein学院医学部（AECOM）制作了高速，高精度的芯片。这个设备是由Stanford医学院Pat Brown制造的，第一次论证了这个方法的可行性。我们的目标是（1）最终以合理的价格，用一块或几块芯片来检测哺乳动物细胞中每个基因的表达，（2）发展以芯片为基础的绘图方法，（3）兼顾硬件和超作方法，尽可能地提高灵敏度。 　　玻片的优势 　　一个理想化的支持物允许探针有效地固定在其表面，探针与目标分子能牢固地杂交结合。与另一种用于制作芯片的标准支持物尼龙一样，玻璃有许多的优点。它也有其特长。首先，DNA样品以共价键的形式结合在处理过的玻片上。第二，玻璃是一种耐用的材料，能够耐高温和高离子强度溶液的洗涤。第三，玻璃不是多孔材料，使杂交的容量能保持在最小，因此能提高探针与目标分子的退火效率。第四，由于材料的低荧光性，不会有背景的影响。最后，两种不同的探针能够标上两种不同的荧光标记，在一片芯片上同一个反应中同时孵育；尼龙就受到连续或平行杂交的限制。 　　芯片需要大量的探针固定（或排列）在玻片上，这里我们描述了AECOM芯片，扫描仪以及进行了关于设计和操作的讨论。如果想得到关于Penn芯片的信息，请到http://w95vcl.neuro.chop.edu/vcheung查找。 　　自动化装置性质 　　AECOM点样仪，Albert，产生高密度的分隔的矩阵，矩阵包括cDNA、基因组DNA或其他类似的生物物质。机械的基本组成有计算机控制的三轴向的机械手和独特笔尖装置。 　　设计特点 　　机械手被设计成能自动从96或384孔的微量滴定板中选取样本，12支点样笔同时升起，每个点样笔收集了250-500nl溶液，在每块玻片上放置0.25-1nl，产生的点的大小范围直径为100-150μm。机械手是由设置好的程序控制的，能进行连续的点样，每一点避免与相邻的点接触，每点的中心距离大约为200-250μm。检测的精密度大约是10μm。机械手放置在可视工作平台上（Newport公司），允许放置大量的显微镜玻片，微量滴定板，三个洗涤装置和一个干燥装置。 　　洗涤装置是个固定的容器，装有蒸馏水，两次微量滴定板使用后需要更换。当笔尖浸过液体后，机械手要来回摇动点样笔（大约5Hz）来增加清洁程度。虽然我们认为没必要，但电脑控制的洗涤液可用超声波或流动的水来替代。干燥装置实际上是干/湿真空吸尘器（Sear公司，美国），接头与插入笔尖的限制插口相匹配。干燥器要做到在笔尖有快速流动的空气围绕，保持局部真空。 　　所设计的机械手的重要目的是要达到在最小的震动范围内的高速和高精确性。我们使用了保湿的可视工作平台，精密螺旋驱动地机械滑动，高分辨率的解码器的随动系统和沿着x轴方向的两侧支杆，避免了在一些系统中所见的悬臂结构。利用第二x轴的滑面来增加系统的固定性，能依次产生更快的定位以及通过工作平台的准确一致性。这些特点允许在精确率下的快速运动，使机械手能在一秒内对两块显微镜载玻片操作。 　　带有笔尖的点样笔支持物装置是一个重要的部分。我们的设计结合了线形运动，控制点样笔的方向，允许在最小的阻力下精确地纵轴运动，以防止在其他方向上的错位。我们设计的另一个独特之处是可调整的末端丝，允许在10μm的范围内校直每个点样笔的轴，以保证所有12支笔尖能在同一时间内接触显微镜玻片。而另一个没有这特点的设计需要与点样笔的精确长度一致以适应多点样笔的操作。每个点样笔由低强度的弹簧作为支持，保证在未接触表面时能回到伸展的位置。笔尖是由直径大约为1.6mm的不锈钢材料逐渐处理变细直至每点直径为100μm。再沿着中心垂直切割，在尖端分成两部分，每部部分5μm。 　　这个系统由可视基础程序控制的，在Microsoft Windous NT环境下运行，软件提供：印刷程序具体化；完成系统校正；显示真正地时间位置、速度和产生的错误；与其他功能参数一样重要的随动系统；动态地显示打印过程中的重要参数。随动系统控制的计算机中的插件能够动态地控制高速、复杂的机械手的动力，并设计成以它的运动来控制程序的语言。可视原理和随动插件运动控制程序相互作用，交换了参数、图象和所需的命令。微量滴定板的同一性是由扫描它的阅读器所决定的。由于有笔尖易被灰尘和纤维阻碍的问题，打印机现在被附上了软保护壁允许三个方向的随意进入并且合并了高效率效式空气过滤与吹风机以达到湿气的再流通。

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

近期生物芯片和生物传感器相关的新闻还真不少，下面就是本论坛关于生物芯片的最新新闻。感谢“仪器信息网”提供的生物芯片方面最新消息。我国生物芯片企业正迈入国际领先者行列，已有500余种生物芯片及相关产品问世，主要用于自身免疫性疾病检测、病原微生物检测、食品安全检测、HLA分型检测（骨髓配型）、健康筛查。 　　未来五年，生物芯片在临床检测、生物安全检测、进出口检疫检测、司法鉴定、健康筛查等领域的前景会越来越好。到2010年，全球生物芯片市场产值将达到42亿美元。 　　“2006年国际生物—纳米—信息融合大会暨国际生物芯片技术论坛”10月12日在京闭幕。会议透出的最新信息表明——

生物芯片的市场分析全球市场总额很小企业收入增长缓慢 全球的市场有多大？国内的市场又有多大？前景如何？现在国内没有公开的文章回答这些问题。国内的市场小，人们对生物芯片的技术和应用还没有普遍的认识。介绍生物芯片技术的论文、报告和新闻唾手可得，前几年投资炒作的文章也能找到几篇大作，但关于生物芯片的市场，现在国内还看不到一篇专题文章，也没有一家芯片公司或咨询公司做过有意义的市场调查；曾有公司在网上做过消费者调查，响应者却寥寥无几。我从网上找到了3家国际知名市场研究公司的公开数据，翻译过来，列举如下：2003年7月24日，国际知名的市场研究和数据分析公司Research and Markets公司发布了定价998美元的159页的报告《美国生物芯片和设备的市场和业务》，这份报告认为，2002年的全球生物芯片市场规模是11亿美元，将以19.5%的年平均增长率增长，2007年将达到27亿美元。2003年底，雷曼兄弟（Lehman Brother）公司发布的分析报告指出，全球芯片市场约有8亿美元的规模。2004年3月30日，英国伦敦的大型国际咨询公司Frost & Sullivan公司出版了价值4，950美元的关于全球芯片市场的分析报告：《世界DNA芯片市场的战略分析》。报告认为，全球DNA生物芯片市场每年平均增长6.7%，2003年的市场总值是5.96亿美元，2010年将达到9.37亿美元。 比较这3家公司估计的2003年生物芯片市场的市场规模：Frost & Sullivan公司仅考虑了生物芯片市场中的DNA芯片市场，为6亿美元；雷曼兄弟估计为8亿美，Research and Markets公司估计为13亿美元，我们发现，这3家单位估计的全球生物芯片市场总额的数据相差不远，在8-13亿美元，他们估计的数据体现了这个产业的客观市场规模应该在这个范围内。台湾生物芯片协会估计的市场是2003年为2.2亿美元，其中医疗芯片销售额6，500万美元，研究芯片销售额1.55亿美元，数额偏低，估计没有包括生物芯片仪器市场。 全球生物芯片霸主是以医药个体化为目标的Affymetrix公司，今年继续在全球市场上领先，很多专家估计其市场份额占全球1/3至1/2。如果我们清楚了Affymetrix公司的市场情况，也就知道了全球一半的市场。根据Affymetrix公司《2003年年度报告》披露的信息，我们能看到这个霸主的一些市场业绩。假设市场份额正如专家们所估计的那样，Affymetrix公司占了全球1/2至1/3的市场，按Affymetrix公司的营业额估算，2003年全球市场也就6-9亿美元左右。如果最近5年的市场增长速度保持下去，今后5年的全球市场增长2倍，至2008年，全球市场达到20亿美元左右，2010年可能增至30亿美元左右。最近5年来，Affymetrix公司的总收入只升不降，增长了2倍，但是净收入和每股收益起落幅度较大，2002年差点亏损。2003年是Affymetrix公司的转折点，第一次实现全年盈利，全年总收入3亿美元，净收入1，400万美元，每股获利0.24美元。这么好的业绩，主要是因为日本市场表现出色。日本是Affymetrix公司的第三大市场，位居北美和欧洲之后。这三块市场都是由Affymetrix公司自己销售，其它地区的市场是代理经销，如中国市场就是由总部设在香港的基因有限公司代理。2003年，Affymetrix公司把20多种新产品推向了市场。在市场上，生物芯片和试剂的销售额与2002年持平，占了总销售额的一半，生物芯片仪器的销售增长幅度很大。 总部位于美国加州的安捷伦是全球第二大生物芯片经营企业，一个季度的芯片产量是2万片。安捷伦是一家跨110个国家和地区的大型通信、电子和生命科学公司，前年收入60亿美元，去年收入61亿美元。由于安捷伦的主营业务不是生物芯片，所以这部分业务被淹没在众多产品和服务之中，甚至在其年报中都没有提到生物芯片业务。虽然这个巨头进入生物芯片领域的时间不长，知名度也不高，不是专门的生物技术企业，也不是专门的生物芯片公司，但其提供的小小一块业务也占居了行业第二的位置。可以看出，这个产业跟其他产业比起来，总规模还非常小。虽然安捷伦科技公司在1977年就进入了中国市场，但其生命科学部门近两年才进入国内市场，在国内生物芯片市场上的份额不多，与其在全球市场上的份额相比，还有天壤之别。但是，安捷伦总公司的生命科学与化学分析仪器部总裁将于今年秋天来中国访问，将对国内市场进行布局，安捷伦的生物芯片整体解决方案和客户定制服务将在国内市场占有应有的份额。

芯片的构建和阅读 Vivian G. Cheung, Michael Morley, Francisco Aguilar, Aldo Massimi, Raju Kucherlapati & Geoffrey Childs 联合基因科技有限公司 吴凌凌 译　　摘要 　　制作芯片和获得芯片的数据有许多不同的方法。这里我们介绍了在学术领域中两种芯片的构建和使用。除了详细说明了技术细节外，我们还对组成和方法的优缺点进行了评论，同时还介绍了杂交的方法。用我们所建立和使用芯片的方法来回答生物领域问题的事实证明了这种技术在大学的环境下是可行的。 　　一种获得基因功能信息的高通量的方法是cDNA芯片。在一块显微镜载玻片上包含了几百至几千个固定的DNA样本，以类似于Northern blot 和 Southern blot的方法进行杂交。了解了这个方法后，我们决定在我们各自的实验室Pennsylvania大学（Penn）和Albert Einstein学院医学部（AECOM）制作了高速，高精度的芯片。这个设备是由Stanford医学院Pat Brown制造的，第一次论证了这个方法的可行性。我们的目标是（1）最终以合理的价格，用一块或几块芯片来检测哺乳动物细胞中每个基因的表达，（2）发展以芯片为基础的绘图方法，（3）兼顾硬件和超作方法，尽可能地提高灵敏度。 　　玻片的优势 　　一个理想化的支持物允许探针有效地固定在其表面，探针与目标分子能牢固地杂交结合。与另一种用于制作芯片的标准支持物尼龙一样，玻璃有许多的优点。它也有其特长。首先，DNA样品以共价键的形式结合在处理过的玻片上。第二，玻璃是一种耐用的材料，能够耐高温和高离子强度溶液的洗涤。第三，玻璃不是多孔材料，使杂交的容量能保持在最小，因此能提高探针与目标分子的退火效率。第四，由于材料的低荧光性，不会有背景的影响。最后，两种不同的探针能够标上两种不同的荧光标记，在一片芯片上同一个反应中同时孵育；尼龙就受到连续或平行杂交的限制。 　　芯片需要大量的探针固定（或排列）在玻片上，这里我们描述了AECOM芯片，扫描仪以及进行了关于设计和操作的讨论。如果想得到关于Penn芯片的信息，请到http://w95vcl.neuro.chop.edu/vcheung查找。 　　自动化装置性质 　　AECOM点样仪，Albert，产生高密度的分隔的矩阵，矩阵包括cDNA、基因组DNA或其他类似的生物物质。机械的基本组成有计算机控制的三轴向的机械手和独特笔尖装置。 　　设计特点 　　机械手被设计成能自动从96或384孔的微量滴定板中选取样本，12支点样笔同时升起，每个点样笔收集了250-500nl溶液，在每块玻片上放置0.25-1nl，产生的点的大小范围直径为100-150μm。机械手是由设置好的程序控制的，能进行连续的点样，每一点避免与相邻的点接触，每点的中心距离大约为200-250μm。检测的精密度大约是10μm。机械手放置在可视工作平台上（Newport公司），允许放置大量的显微镜玻片，微量滴定板，三个洗涤装置和一个干燥装置。 　　洗涤装置是个固定的容器，装有蒸馏水，两次微量滴定板使用后需要更换。当笔尖浸过液体后，机械手要来回摇动点样笔（大约5Hz）来增加清洁程度。虽然我们认为没必要，但电脑控制的洗涤液可用超声波或流动的水来替代。干燥装置实际上是干/湿真空吸尘器（Sear公司，美国），接头与插入笔尖的限制插口相匹配。干燥器要做到在笔尖有快速流动的空气围绕，保持局部真空。 　　所设计的机械手的重要目的是要达到在最小的震动范围内的高速和高精确性。我们使用了保湿的可视工作平台，精密螺旋驱动地机械滑动，高分辨率的解码器的随动系统和沿着x轴方向的两侧支杆，避免了在一些系统中所见的悬臂结构。利用第二x轴的滑面来增加系统的固定性，能依次产生更快的定位以及通过工作平台的准确一致性。这些特点允许在精确率下的快速运动，使机械手能在一秒内对两块显微镜载玻片操作。 　　带有笔尖的点样笔支持物装置是一个重要的部分。我们的设计结合了线形运动，控制点样笔的方向，允许在最小的阻力下精确地纵轴运动，以防止在其他方向上的错位。我们设计的另一个独特之处是可调整的末端丝，允许在10μm的范围内校直每个点样笔的轴，以保证所有12支笔尖能在同一时间内接触显微镜玻片。而另一个没有这特点的设计需要与点样笔的精确长度一致以适应多点样笔的操作。每个点样笔由低强度的弹簧作为支持，保证在未接触表面时能回到伸展的位置。笔尖是由直径大约为1.6mm的不锈钢材料逐渐处理变细直至每点直径为100μm。再沿着中心垂直切割，在尖端分成两部分，每部部分5μm。 　　这个系统由可视基础程序控制的，在Microsoft Windous NT环境下运行，软件提供：印刷程序具体化；完成系统校正；显示真正地时间位置、速度和产生的错误；与其他功能参数一样重要的随动系统；动态地显示打印过程中的重要参数。随动系统控制的计算机中的插件能够动态地控制高速、复杂的机械手的动力，并设计成以它的运动来控制程序的语言。可视原理和随动插件运动控制程序相互作用，交换了参数、图象和所需的命令。微量滴定板的同一性是由扫描它的阅读器所决定的。由于有笔尖易被灰尘和纤维阻碍的问题，打印机现在被附上了软保护壁允许三个方向的随意进入并且合并了高效率效式空气过滤与吹风机以达到湿气的再流通。

生物芯片主群：14497342 对芯片领域感兴趣的朋友们，大家畅所欲言 生物芯片-技术主题群：28749624 侧重实验技术、数据分析、芯片原理等方面，收集相关资料，以飨群友 生物芯片-商业主题群：28749876 侧重不同技术、产品的发布，让产品找到需要的客户，让需要的朋友找的合适的解决方案

BCC研究公司发表的生物芯片市场调查报告称，微阵列（芯片）和Lab-on-a-Chip是生物芯片产品家族的主要成员；2007年，全球生物芯片市场大约为19.379亿美元，2008年将达到21.156美元，2013年这一市场是38亿美元，年增长率高达12.7%。生物芯片有多种，包括DNA芯片（微阵列）、蛋白质微阵列、新型微阵列产品和芯片化验室（Lab-on-a-Chip，LOACs）等。其中，DNA芯片占据的市场份额最大，2007年9.473亿，2008将达9.99亿，2013年升至16.44亿，年增长率10.8%。由于基因表达产品（也属于DNA 芯片）市场的不断成熟，DNA芯片市场的增长率正在放缓，但是，受到DNA芯片的应用不断有新的领域冒出，包括SNP基因分型等，则对该市场产生了推动作用。LOACs是生物芯片市场第二大产品，2008年全球市场有望达6.913亿美元，2013年升至12.454亿美元，年增长率12.5%。今后5年里，DNA芯片和LOACs仍然是生物芯片市场的龙头产品。随着蛋白质组学对基因功能的理解和疾病认识上所具有的促进性影响，蛋白质芯片将成为生物芯片市场上的新生力量。组织芯片也是需要注意的一类新兴产品。

现在做生物传感器的，生物芯片的，微流控芯片的人非常多，有的时候觉得大家对于这些东西的界限似乎不是分得很开，希望自己对于这个领域的小小体会能够给大家帮助！生物传感器：利用生物元件（酶、核酸、细胞、组织等）对特定物质的生物识别功能，通过将这种识别转化成声光电磁信号，对该物质进行分析的器件。个人感觉现在做生物传感器大部分局限在电化学上面，可能是因为电化学的仪器比较容易集成。生物芯片/微流控芯片：似乎现在有的人对于生物芯片与微流控芯片的区别不是很明白，特此将比较一下两者的区别：生物芯片和微阵列芯片的意思应该是一样的，但是生物芯片并不是一个被广大学者认同的名词，主要是一些媒体在报道的时候为了简单和通俗使用了这个词，所以专业上来讲，生物芯片应该叫做微阵列芯片。其发展历史比较悠久，而且现在已经有商品化的产品。微流控芯片是通过微加工的方法制作出微米级别的通道，通过通道的设计将分析的各种基本过程如样品前处理，分离，分析检出集成在一个小小的基片上，她也叫做芯片实验室。这个的发展要晚于微阵列芯片，现在有很多的研究不仅仅局限在分析化学领域。对于微尺度上的流体行为，流体的操作也是物理学研究的热点，是一个交叉了物理、化学、生物、计算机、微加工等领域的学科。国内做的比较好的是浙江大学的方肇伦院士，国外有很多组，以后我会不断增加！

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。

所有的生物芯片技术都包含四个基本要点：芯片的制作、杂交或反应、测定或扫描、数据处理。生物芯片的技术核心是芯片的制备及反应信号的检测。 1、芯片制备技术 目前制备芯片的方法基本上可分为两大类：一类是原位合成(in situ Synthesis)；一类是合成后交联(post-synthesis attachment)。原位合成是目前制造高密度寡核苷酸芯片最为成功的方法。在制备基因芯片时要考虑阵列的密度、再生性、操作的简便性、成本的高低等几方面的因素。 具体而言，比较典型的DNA芯片制备方法有4种：第一种方法是Affymetrix公司开发的光引导原位合成法，该方法是微加工技术中光刻工艺与光化学合成法相结合的产物。第二种方法是Incyte Pharmaceutical公司采用的化学喷射法，该方法是将合成好的核昔酸探针定点喷射到芯片上并加以固定化来制作DNA芯片。第三种方法是斯坦福大学研制的接触式点涂法。在DNA芯片制备中通过高速精密机械手的精确移动让移液头与玻璃芯片接触，而将DNA探针涂敷在芯片上。第四种方法是通过使用4支分别装有A，T，G，C核昔的压电喷头在芯片上并行地合成出DNA探针。 光引导合成法与喷墨打印法、合成点样法相比，最大的优点是，它可以合成密度极高的阵列；但它的最大缺点是耗时、操作复杂，而且为保证在不同位点加上不同的单体，从而在不同的位点合成不同的探针，需要不断更换不同的蔽光膜，对一个含25个碱基的探针的微阵列，一般需更换100个蔽光膜，需一天多的时间才能完成。合成点样法虽然芯片上探针的密度相对较低，每个样品都要预合成、纯化，在芯片制备前还需妥善保存合成的探针，但是它的最大优点是操作简便。目前很多公司采用这种方法来制备芯片。 2、样品制备技术 生物样品往往是各种组分的混合体，成分非常复杂，由于目前的检测体系还不能检测出未扩增的标记样品，所以待测样品DNA在杂交前一般都要进行聚合酶链反应(PCR)，在扩增的过程中，对靶DNA进行标记。目前DNA样品的扩增一般是通过液相反应来完成，但由于低浓度核酸很难检测到，在溶液中通过PCR反应获得线性扩增也很困难；另外，不同靶DNA对引物的竞争，意味着某一序列的扩增优于其他序列。为了解决上述问题，一些公司正在研究新的方法。如固相PCR系统，该系统是将2种引物排列在丙烯酰胺膜上，与DNA样品、PCR试剂混合，如样品含有靶序列，则开始扩增反应；通过这种固相PCR体系，可避免对引物的竞争，同时也降低了遗留污染。不过也有不少人试图绕过样品扩增这一问题，如 Mosaic Technologies 公司引入的固相 PCR 方法，引物特异性强，无交叉污染并且省去了液相处理的烦琐； Lynx Therapeutics 公司引入的大规模并行固相克隆法 (Massively parallel solid-phase cloning) ，可在一个样品中同时对数以万计的 DNA 片段进行克隆，且无需单独处理和分离每个克隆。 在芯片飞速发展的今天，样品制备已经成为芯片发展的瓶颈所在。对于较大规模制作芯片的用户，由于点样样品数目太多，即使采用高通量试剂盒还是不够方便。世界上声誉卓著的核酸纯化供应商德国QIAGEN公司推出了全自动核酸和蛋白纯化工作站，该工作站有4个不同的自动纯化系统型号：BioRobot 8000，BioRobot 3000，BioRobot 9604，BioRobot 9600，加上QIAGEN优质的多种配套纯化试剂盒--从质粒、粘粒、RNA、血液基因组DNA、病毒DNA到蛋白，品种丰富，在欧美的生物医学市场上掀起了一场革命，各大分子生物学中心、芯片中心、医学中心争相抢购。 样品获得后要进行标记，目前样品的标记主要是荧光标记。荧光标记基本分为2种，一种是使用荧光标记的引物，一种是使用荧光标记的三磷酸脱氧核糖核苷酸。目前常使用的荧光物质有：荧光素、罗丹明、HEX、TMR、FAM、Cy3、Cy5等。根据扩增产物分离的方法不同，标记的方法也不同：进行单引物标记的，其扩增产物通常由聚丙烯酰胺凝胶电泳分离；对一个引物用生物素标记，另一个引物用荧光素标记的，一般用亲合素偶联的磁珠捕捉其扩增产物，通过变性处理使荧光标记的产物解链。此外，也有用生物素残基标记引物，将生物素标记的扩增产物与芯片杂交，洗涤后加入亲合素连接的荧光物，通过生物素与亲合素的结合及靶序列与探针的结合产生荧光信号，然后利用荧光检测系统对荧光信号进行检测。

仪器信息网的新闻，本人认为与本版密切相关，所以转载过来。希望大家能够仔细阅读。中国医药生物技术协会生物芯片分会成立大会即将于2006年10月10日晚19：30分在北京市昌平区中关村生命科学园生物芯片北京国家工程研究中心二楼圆桌会议室召开。此次大会经卫生部、民政部批准成立，由生物芯片北京国家工程研究中心牵头负责分会的筹备工作。 生物芯片分会是中国医药生物技术协会的二级分支机构，分会将在协会的领导和指导下，自主开展生物芯片方面的学术交流、专业培训、国家合作、成果推广、信息交流和咨询服务。此次分会是国际生物芯片领域第一个行业性组织。分会的成立，将进一步推动我国生物芯片科研、生产与相关单位之间的联系、沟通与合作，促进我国生物芯片技术和产业的健康、快速发展。 在此次大会上，协会理事长、卫生部原副部长彭玉同志将出席分会成立大会。预计将有50余位委员（国内从事生物芯片研究开发及相关工作的著名专家、学者、企业家等）出席成立大会。会议将民主选举出常务委员、副主任委员、主任委员，并讨论下一步工作计划。

[b]博奥生物跻身全球生物芯片产业领跑者阵营[/b] “每次只要是来自中国的代表发言，只要是关于中国的话题，会场里总是座无虚席，连走廊里也挤满了人。而我们发完言，不管接下来是隔壁的印度还是同场的日本专题报告，马上就没多少人了！” 　　回忆起4月9日作为中国代表团一员在美国芝加哥举行的“BIO2006”大会上所受到的礼遇时，博奥生物有限公司（以下简称博奥生物）高级副总裁孙英豪颇为自豪。BIO2006，即“全球生物技术工业组织2006年度年会”，全球生命科学产业领域最高规格的会议，来自各个国家的代表通常都会在此会议上介绍自己国家生命科学领域的最新进展，因此那些在该领域走在全球前列的国家（企业）自然会成为会议的“明星”，其发言备受来自全球的圈内人士的关注。 　　而处在生命科学最前沿的中国生物芯片产业所受到的关注和“礼遇”，已远远不只是局限在圈子里。孙英豪介绍，在去参加此次年度大会之前，美国俄亥俄州的州长就提前预约，希望届时能与博奥生物方面人士会晤。果然，4月10日下午，该州长先生就专门带了一干人马到博奥生物展位参观，并与博奥生物进行了深入的洽谈，原来他是在“牵线搭桥”，其目的是希望博奥生物能与该州的某个大型世界知名企业建立战略合作关系。 　　正是博奥生物，从零开始，仅仅用短短的5年时间，就跻身了全球生物芯片产业领跑者阵营，书写了真正的跨越式发展的传奇；也正是博奥生物，作为中国生命高技术企业的旗舰和代表，异军突起，为中国生命科学在全球领先阵营中赢得了一席之地，就像一朵“奇葩”，开在了全球生命科学领域的花园里，灿烂而夺目。或许在外人看来，它是以迅捷而奇异的方式盛开的，但这丝毫不会影响它的光彩，而只会更添一份神奇魅力。 [url=http://www.instrument.com.cn/download/search.asp?sel=admin_name&keywords=quanbaogang]欢迎到我的资料库下载[/url]

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。

网上查了一下，国内目前的生物芯片公司还是较少，但听说美国这一类的公司很多，需求生物芯片类的人才挺多的，是这样的吗？另外，做生物芯片到底有没有前途〉前途有多大？市场前景到底如何？这个专业毕业出来的人都去哪里工作了？薪资待遇如何？听媒体上吹的挺厉害的，事实情况到底是怎么样呢？希望能有一个比较真实地答复，谢谢。

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。

生物芯片和质谱分析哪个生物学重复好

生物芯片版是新开的版块，主要供大家学习和讨论生物芯片以及与其相关的问题。为了繁荣本版，现粘贴一些基础性的文章。希望大家多多交流，把本版建设得红红火火！[img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=21060]生物芯片-下个世纪的革命性技术[/url]

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

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。

有没有生物芯片能用于微生物鉴定的,有介绍一下.

据报道有位年青的亚洲科学家发明了一种生物芯片，可用来滤除血液中的癌细胞，从而阻止癌细胞的扩散转移。一直以来，癌症死亡率居高不下的最主要原因就是癌症的扩散转移。当癌组织成长到一定的程度时，癌细胞会进入癌组织中的血管，成为循环肿瘤细胞（CTCs），这些CTC在寻找到合适的新居所之后，便进入该组织定居。这就是为什么很多人最开始得的是胃癌，最后变成肝癌、肺癌、骨癌，甚至脑癌。实际上目前的放化疗手段也仅仅是将体内的癌细胞控制在一个较低的水平，并不能彻底清除体内的癌细胞。而据Warkiani介绍，“透析癌症”技术可以除掉血液中95%的癌细胞。表明该技术在提高癌症治疗质量，抑制癌症转移方面有巨大应用价值。癌细胞之所以成为癌细胞，是因为它与人体正常细胞之间存在巨大的差异，例如，形态千奇百怪、个头较大等。研究团队正是利用了癌细胞的这一特点，历时4年打造了“透析癌症”技术。利用流体动力学原理，设计出一种生物芯片，当血液以一定的速度经过芯片时，体积相对较大的癌细胞会进入泳道的上面的小分支，而正常的人体血细胞则进入芯片下端的大分支，如此一来癌细胞和正常细胞就可以被快速分开。