生物芯片分类及应用课件
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纳米材料在医学上的应用ppt课件
的部位,并且直接把结石击碎。
• 检查体内疾病
四、纳米技术在相关领域的其他应
用
1 .生化检查
伊利诺依大学迈尔· 斯特拉诺 (Michael Strano)的研究组
正研究用碳纳米管验血。
原理：给纳米管涂上一层酶，它就能在有糖的环境下制造过 氧化氢，然后激发电子流，当激发的电子流与红外线接触 会发出光照—— 这是纳米管的一种独特反应
• 纳米银粉：银在纳米 状态下的杀菌能力产 生了质的飞跃。只需 用极少量的纳米银即 可产生强力的杀菌作 用。
• 纳米骨材料：把它植入体内填充各类型的骨缺损，网 状结构可生长出很多新生的骨细胞，所有填的纳米骨 材料，最后会降解消失，骨缺损部能完全被新生骨取
代。
具有纳米级别的天然骨分级结构和天然骨的多孔结构
3 .跟踪生物体内活动
•
美国伯克利大学的纳米研究部门的崔先生 指出：有的纳米颗粒具有发光功能，科学 家们把这种纳米颗粒送进人的组织、器官 内，然后从人体外部向内照射近红外线， 纳米颗粒在体内会发光，可以跟踪了解人 体细胞的变化情况，从而达到追踪病毒等 效果
4 .智能化的纳米药物传输系统
方法 存活率 靶向纳米粒子 治疗 100% 非靶向纳米粒子 治疗 57% 化学抗癌药 物docetaxel 14%
• 细胞芯片：利用芯片表面微单元的几何尺 寸和表面改性，选择和固定细胞及细胞面 密度控制。通过调节细胞间距等，研究细 胞分泌和胞间通讯。此类细胞芯片还可以 用作细胞分类和纯化等。
2. 纳米机器人
• 纳米技术与分子生物学的结合将开创分子仿生学 新领域。 “纳米机器人”是根据分子水平的生 物学原理为设计原型，设计制造可对纳米空间进 行操作的“功能分子器件”。
• 智能药物:美国正在设 计一种纳米"智能炸弹"， 它可以识别出癌细胞的 化学特征。这种"智能 炸弹"很小，仅有20纳 米左右，能够进入并摧 毁单个的癌细胞
《纳米生物医学资料》课件
生物相容性： 具有良好的 生物相容性， 对人体无毒 无害
功能性：具 有特定的生 物功能，如 药物载体、 基因传递等
稳定性：在 生物环境中 具有较好的 稳定性，不 易被降解或 破坏
生物活性：具 有生物活性， 能与生物体相 互作用，产生 特定的生物效 应
化学合成法：通过化学反应合成纳米材料 物理合成法：通过物理方法合成纳米材料 生物合成法：利用生物体合成纳米材料 复合材料法：将多种纳米材料复合制备 纳米颗粒法：通过纳米颗粒制备纳米材料 纳米纤维法：通过纳米纤维制备纳米材料
光学纳米诊断技术：利用光学 原理进行诊断，如荧光成像、 光声成像等
电化学纳米诊断技术：利用电 化学原理进行诊断，如电化学
传感器、电化学检测等
生物纳米诊断技术：利用生物 原理进行诊断，如基因测序、
蛋白质检测等
纳米材料：利用纳米材料如金纳米 颗粒、量子点等作为诊断工具
光学检测：利用光学技术如荧光、 拉曼等，实现对纳米材料的检测
纳米诊断技术是一种利用纳米材料和纳米技术进行疾病诊断的技术。 纳米诊断技术可以检测到非常微小的病变，提高诊断的准确性和灵敏度。
纳米诊断技术可以应用于多种疾病的诊断，包括癌症、心血管疾病、传染病等。 纳米诊断技术具有快速、简便、无创等优点，可以提高诊断的效率和舒适度。
磁性纳米诊断技术：利用磁性 原理进行诊断，如磁共振成像、 米金属材料、纳米陶瓷材料、 纳米高分子材料等
纳米生物材料按功能分类：纳 米药物载体、纳米生物传感器、 纳米生物芯片等
纳米生物材料按应用领域分类： 纳米药物、纳米生物诊断、纳 米生物治疗等
纳米生物材料按制备方法分类： 化学合成法、物理制备法、生 物合成法等
尺寸小：纳 米级尺寸， 具有独特的 物理和化学 性质
生物识别技术及应用
ppt课件
14
一个优秀的生物识别系统要求能实时迅 速有效地完成其识别过程。但不同的生物识 别系统的采集方式以及计算机处理算法等都 不一样。下面以较为成熟的指纹识别、面部 识别为例来介绍一下生物识别系统的关键技 术。
ppt课件
15
指纹识别
（1）指纹图像的采集 • 光学录入技术：最成熟也是最古老的指 纹录入技术，只要将手指放在一个台板（通 常是用加膜的玻璃制成）上，就能完成手指 图像的录入。 • 超声波录入技术：已经存在多年，但它 的应用范围始终不是十分广泛。手指在放在 玻璃台板上，超声波扫描开始时会听到蜂鸣 声并感觉到震动。由于使用了声波，因此， 在录入图像时，手指不必直接接触台板。
ppt课件 36
面像识别由面像样本训练和待识别面像 的识别两个过程组成。 • 在训练阶段，提取面像特征形成面像特 征库。 • 在识别阶段，用训练好的分类器对待识 别面像的特征和特征库中的特征进行匹配， 输出识别结果。
ppt课件 37
早期的面像识别算法主要基于几何特征 或模板匹配。对于不同人来说，面部特征点 （眼睛、眉毛、鼻子和嘴）和脸部轮廓 的形 状各不相同。基于几何特征的方法通过计算 面部特征点形状、分布的几何参数区分不同 人脸。基于模板匹配的面像识别通常采用 Poggio和 Brunelli所提出的基于局部特征模板 匹配的方法，它们提取局部特征的模板，进 行局部模板匹配并进行识别。
ppt课件 7
与传统身份鉴定相比，生物识别技术具有以下特 点： • 随身性：生物特征是人体固有的特征，与 人体是唯一绑定的，具有随身性。 • 安全性：人体特征本身就是个人身份的最 好证明,满足更高的安全需求。 • 唯一性：每个人拥有的生物特征各不相同。 • 稳定性：生物特征如指纹、虹膜等人体特 征会随时间等条件的变化而变化。
基因芯片技术PPT课件
处理 电信号
生物信息
?
•DNA芯片
基因芯片
荧光标记的样品 共聚焦显微镜
获取荧光图象
杂交
探针设计
杂交结果分析
蛋白芯片(Protein Chips)
抗原——抗体、蛋白相互作用
组织芯片
将数十个甚至数千 个不同个体的组织 标本集成在一张固 相载体上所形成的 组织微阵列。
芯片实验室 （Lab-on-chip)
Detector 2
Scanner
图像处理
Detector 1
Detector 2
False-color differential image
图像分析
(1) find spots (2) quantitate spot intensities
图像分析
（3）calculate ratios
[cy3] [cy5]
杂交结果的聚类分析
表达谱聚类分析软件 Treeview
肿瘤基因表达谱分析与 肿瘤的分子分型
Molecular Classification of Cancer: Class Discovery and Class Prediction by Gene
Expression Monitoring
Golub T R, Slonim D K, Tamayo P, et al.
Probes Adhesion layer Substrate
二、样品的准备
• 样品的分离纯化
• 样品的扩增、标记：
反转录标记 随机引物延伸标记 PCR标记
基因表达谱Hale Waihona Puke 色标记Sample cells
1) 2)
Labeled RNA or DNA (Sample )
微流控芯片PPT课件
在化学分析领域的应用
化学合成
药物分析
微流控芯片可用于小规模和高通量的化学 合成，提高合成效率和产物纯度。
用于药物的分离、纯化和分析，提高药物 分析的准确性和灵敏度。
环境监测
食品安全
用于检测水、土壤、空气等环境中的有害 物质和污染物。
用于检测食品中的农药残留、重金属等有 害物质。
在环境监测领域的应用
感谢您的观看
THANKS
食品安全
用于快速检测食品中的有害物质，提高食品安全监管效率。
微流控芯片面临的挑战与解决方案
制造工艺
目前微流控芯片制造工艺成本较高，需要进一步降低成本，提高 生产效率。
流体控制
微流控芯片中的流体控制精度和稳定性有待提高，需要加强相关技 术研发。
交叉污染
不同样本间的交叉污染问题需引起重视，应加强清洗和隔离技术的 研究。
柔性电子技术的不断发展，将推动微 流控芯片在可穿戴设备、生物医学等 领域的应用。
智能化
通过与人工智能、机器学习等技术结 合，微流控芯片将具备更强的数据处 理和决策能力。
微流控芯片在未来的应用前景
生物医学研究
用于疾病诊断、药物筛选和个性化医疗等领域。
环境监测
用于实时监测空气、水质等环境参数，保障公共卫生安全。
04 微流控芯片的应用实例
在生物医学领域的应用
疾病诊断
微流控芯片可用于快速检测和诊断各 种疾病，如癌症、传染病等。
药物筛选
通过微流控芯片技术，可以快速筛选 和测试新药的有效性和安全性。
细胞培养和分化
微流控芯片可以模拟细胞生长和分化 的微环境，用于研究细胞生物学和再 生医学。
基因检测
利用微流控芯片进行基因突变、基因 表达等检测，有助于疾病的预防、诊 断和治疗。
《生物芯片技术》课件
详细描述
细胞芯片可用于药物筛选、毒理学研 究、细胞分型等方面。细胞芯片能够 模拟细胞在体内的环境，为研究细胞 生理和病理过程提供了有力工具。
其他类型生物芯片
总结词
除了基因芯片、蛋白质芯片和细胞芯 片外，还有组织芯片、免疫芯片等多 种类型的生物芯片。
详细描述
这些生物芯片根据不同的应用需求而 设计，具有各自独特的特点和优势。 它们在生命科学研究、医学诊断和治 疗等领域发挥着重要作用。
《生物芯片技术》课 件
目录
• 生物芯片技术概述 • 生物芯片的类型与原理 • 生物芯片的制作流程 • 生物芯片技术的应用实例 • 生物芯片技术的挑战与前景 • 相关资源推荐
01 生物芯片技术概述
定义与特点
A
定义
生物芯片技术是一种将生物分子或细胞等生物 样本高密度排列在玻璃、硅等固相支持物上的 微电子技术。
总结词
生物芯片技术可以用于环境污染物和食品中 有毒有害物质的快速检测，保障环境和食品 安全。
详细描述
生物芯片技术能够检测环境中的有毒有害物 质，如重金属、农药残留、工业废水等，以 及食品中的有害物质，如细菌、病毒、农药 残留等。这种快速、准确的检测方法能够及 时发现环境或食品中的安全隐患，保障公众
健康。
新药研发与筛选
总结词
生物芯片技术可以用于高通量药物筛选和化合物活性评 估，有助于加速新药研发进程和提高药物研发成功率。
详细描述
生物芯片技术能够快速检测大量化合物对细胞或组织的 影响，从而筛选出具有潜在活性的药物候选物。这种高 通量筛选方法能够显著降低药物研发成本和时间，提高 药物研发的效率。
环境监测与食品安全
标记物
将探针与荧光物质、酶等标记物结合，以便于后续的信号检测。
细胞芯片可用于药物筛选、毒理学研 究、细胞分型等方面。细胞芯片能够 模拟细胞在体内的环境，为研究细胞 生理和病理过程提供了有力工具。
其他类型生物芯片
总结词
除了基因芯片、蛋白质芯片和细胞芯 片外，还有组织芯片、免疫芯片等多 种类型的生物芯片。
详细描述
这些生物芯片根据不同的应用需求而 设计，具有各自独特的特点和优势。 它们在生命科学研究、医学诊断和治 疗等领域发挥着重要作用。
《生物芯片技术》课 件
目录
• 生物芯片技术概述 • 生物芯片的类型与原理 • 生物芯片的制作流程 • 生物芯片技术的应用实例 • 生物芯片技术的挑战与前景 • 相关资源推荐
01 生物芯片技术概述
定义与特点
A
定义
生物芯片技术是一种将生物分子或细胞等生物 样本高密度排列在玻璃、硅等固相支持物上的 微电子技术。
总结词
生物芯片技术可以用于环境污染物和食品中 有毒有害物质的快速检测，保障环境和食品 安全。
详细描述
生物芯片技术能够检测环境中的有毒有害物 质，如重金属、农药残留、工业废水等，以 及食品中的有害物质，如细菌、病毒、农药 残留等。这种快速、准确的检测方法能够及 时发现环境或食品中的安全隐患，保障公众
健康。
新药研发与筛选
总结词
生物芯片技术可以用于高通量药物筛选和化合物活性评 估，有助于加速新药研发进程和提高药物研发成功率。
详细描述
生物芯片技术能够快速检测大量化合物对细胞或组织的 影响，从而筛选出具有潜在活性的药物候选物。这种高 通量筛选方法能够显著降低药物研发成本和时间，提高 药物研发的效率。
环境监测与食品安全
标记物
将探针与荧光物质、酶等标记物结合，以便于后续的信号检测。
教学课件第十三章DNA芯片技术
Clustering。
第三节 DNA芯片技术的应用
DNA测序；杂交测序（SBH） 基因表达分析：
基因组研究：作图、测序、和检测与疾病相关的基因 及在RNA水平上检测致病基因的表达
药物研究与开发：
cDNA microarray expression patterns of small (S) and large (L) neurons
2.压电打印法
压电毛细管喷射器 产率较高
喷墨打印技术
Syringe Pump
Reservoir
Switching Valve
Connecting Tubing
High-Speed MicroSolenoid Valve
Removable Tip Orifice
Controller
（三）DNA微集阵列的制备 方式：预先合成DNA或制备基因探针然后
产率较低
原位合成(In Situ Synthesis)
Light directed oligonucleotide synthesis.
A solid support is derivatized with a covalent linker molecule terminated with a photolabile protecting group. Light is directed through a mask to deprotect and activate selected sites, and protected nucleotides couple to the activated sites. The process is repeated, activating different sets of sites and coupling different bases allowing arbitrary DNA probes to be constructed at each site.
第三节 DNA芯片技术的应用
DNA测序；杂交测序（SBH） 基因表达分析：
基因组研究：作图、测序、和检测与疾病相关的基因 及在RNA水平上检测致病基因的表达
药物研究与开发：
cDNA microarray expression patterns of small (S) and large (L) neurons
2.压电打印法
压电毛细管喷射器 产率较高
喷墨打印技术
Syringe Pump
Reservoir
Switching Valve
Connecting Tubing
High-Speed MicroSolenoid Valve
Removable Tip Orifice
Controller
（三）DNA微集阵列的制备 方式：预先合成DNA或制备基因探针然后
产率较低
原位合成(In Situ Synthesis)
Light directed oligonucleotide synthesis.
A solid support is derivatized with a covalent linker molecule terminated with a photolabile protecting group. Light is directed through a mask to deprotect and activate selected sites, and protected nucleotides couple to the activated sites. The process is repeated, activating different sets of sites and coupling different bases allowing arbitrary DNA probes to be constructed at each site.
第08章-生物计算机ppt课件(全)
生物体能够通过各种精巧的机制控制基因表达的时间 和 数 量 ， Riboswitch 就 是 这 些 精 巧 机 制 中 的 一 种 。 Riboswitch主要是通过核糖核酸(RNA)构象的改变来实现 “开关”的功能，阻止或开启目的蛋白的生成。
8.2.3 双稳态开关
最早的基因开关模型是由Gardner等人在2000年构造 的 ， 主 要 由 两 个 启 动 子 （ Promoter ） 和 一 个 抑 制 子 （Repressor）构成，启动子可以诱导基因表达生成相应的 抑制子，抑制子通过结合对方基因的启动子而抑制它的表达。
DNA计算机的特点主要表现在6个方面。 （1）工作的并行性(最大优点) （2）极低的能耗 （3）极高的集成度 （4）运算速度快 （5）抗电磁干扰能力强 （6）成本低廉
8.4.2 DNA计算机的模型
（1）粘贴模型 粘贴模型是一种被证明具有计算完备性的DNA检索模
型，配对识别操作是按照DNA碱基互补特性完成的。该模 型的优势是运算过程不需要酶的参与。
初等细胞自动机是状态集S只有两个元素{s1，s2}，即 状态个数k=2，邻居半径r=1的一维细胞自动机。
图8.10 冯· 诺依曼的初等细胞自动机
（2）细胞自动机的基本组成
细胞自动机最基本的组成：细胞、细胞空间、邻居及规 则四部分。另外，还应包含状态和时间。可以视为由一个细 胞空间和定义于该空间的变换函数所组成。
图8.1 Gardner等构造的基因开关模型
该 数 学 模 型 由 一 组 微 分 方 程 组 成 ， 如 式 （ 8.1 ） 、
（8.2）。其中U、V分别表示两种阻遏蛋白的量；α1、α2为
两种启动子（包含核糖体结合位点共同作用）在没有阻遏蛋
白时的表达速率；-U、-V表示两种阻遏蛋白的自然降解速 率；而β、γ为启动子的抑制参数，数值越大，表示阻遏蛋白
8.2.3 双稳态开关
最早的基因开关模型是由Gardner等人在2000年构造 的 ， 主 要 由 两 个 启 动 子 （ Promoter ） 和 一 个 抑 制 子 （Repressor）构成，启动子可以诱导基因表达生成相应的 抑制子，抑制子通过结合对方基因的启动子而抑制它的表达。
DNA计算机的特点主要表现在6个方面。 （1）工作的并行性(最大优点) （2）极低的能耗 （3）极高的集成度 （4）运算速度快 （5）抗电磁干扰能力强 （6）成本低廉
8.4.2 DNA计算机的模型
（1）粘贴模型 粘贴模型是一种被证明具有计算完备性的DNA检索模
型，配对识别操作是按照DNA碱基互补特性完成的。该模 型的优势是运算过程不需要酶的参与。
初等细胞自动机是状态集S只有两个元素{s1，s2}，即 状态个数k=2，邻居半径r=1的一维细胞自动机。
图8.10 冯· 诺依曼的初等细胞自动机
（2）细胞自动机的基本组成
细胞自动机最基本的组成：细胞、细胞空间、邻居及规 则四部分。另外，还应包含状态和时间。可以视为由一个细 胞空间和定义于该空间的变换函数所组成。
图8.1 Gardner等构造的基因开关模型
该 数 学 模 型 由 一 组 微 分 方 程 组 成 ， 如 式 （ 8.1 ） 、
（8.2）。其中U、V分别表示两种阻遏蛋白的量；α1、α2为
两种启动子（包含核糖体结合位点共同作用）在没有阻遏蛋
白时的表达速率；-U、-V表示两种阻遏蛋白的自然降解速 率；而β、γ为启动子的抑制参数，数值越大，表示阻遏蛋白
生物计算机ppt课件
DNA计算机的工作原理
DNA计算机的工作原理是以瞬间发生的化学反应为基础， 通过和酶的相互作用，将发生过程进行分子编码，把二进制 数翻译成遗传密码的片段，每一个片段就是双螺旋的一个链， 然后对问题以新的DNA编码形式加以解答。
DNA计算机的实际案例
“Hamilton path问题”的解决 ——DNA计算机的开山之作
启示：
由基本动作和基本动作的各种组合 可以实现一个复杂系统的构成。
计算机系统发展历程
冯•诺依曼机 ——现代计算机的先驱
逻辑运算与算 运算器
术运算
数据和指令的 存储与读写
存储器
将程序和指令 输入计算机
输入设备
控制器
读取、分析并执 行指令。依据编
制好的程序，控
制计算机各部件
有序工作
输出设备
将计算机处理的结 果显示或打印出来
软件
数据
网络
• 主 机 ： CPU 和 存 储 器 （核心）、各种电路板 •外部设备：输入设备、 输出设备、外部存储设 备
•系统软件：用于对计 •数字数据：取值范围是离 多台计算机及其外部设备，
算机管理、控制、维护、 散的变量或者数值。例如 通过通信线路连接起来，在
编辑、制作、加工程序 符号、字母、文字。
PART 01
计算机系统 发展历程
Past
PART 02
现代计算机 系统简介
Present
PART 03
新型概念的 计算机系统
Future
பைடு நூலகம்
计算机系统发展历程
PART 01
计算机系统 发展历程
计算机系统发展历程
图灵机 ——现代计算机的理论基础
图灵机模型： 将控制处理的规则（程序）用0和1的表达，将待处理的数据 及处理结果（输入与输出）也用0和1表达，处理方式即为对 0和1的变换。可以运用穿孔纸带、机械或电子系统实现。
生物芯片原理及技术-教学课件-第5章-微流控芯片-2全文优选
实验流程
46
微流控芯片的应用
1. 芯片设计
微流控芯片功能块图
47
微流控芯片的应用
1. 芯片设计
微流控芯片结构示意图
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微流控芯片的应用
2. 芯片的制作-材料选择
• 能够经受灭菌处理 • 对细胞影响小 • 对可见光具有较高透过率 • 生物兼容性 • 芯片制作工艺
芯片材料最终选择使用了PC材料
49
21
微流体驱动和控制-微泵
• 机械微泵
包括离心力微泵、热动力微泵、静电微泵、气动力微泵等
22
微流体驱动和控制-微泵
• 非机械微泵
基本原理：主要通过把电、光、磁、热等能量形式转化 或施加到被驱动流体而直接驱动液体，使之具有运动动能
23
微流体驱动和控制-微阀
微阀：通过阀控制液体，使液体在指定方向流动。 • 主动阀：利用制动器产生的制动力实现阀的武装或切
15
芯片的封装
2．阳极键合
在玻璃、石英与硅片的封接中已广泛采用阳极键合的方法。即在键合 过程中，施加电场，使键合温度低于软化点温度。
16
芯片的封装
3. 低温键合
低温键合是相对高温键合而言的，通常指在100℃以下 甚至室温下进行的芯片键合。因为高温键合存在种种 不利因素，促使许多研究人员开始进行玻璃芯片低温 或室温键合技术的研究。
39
微流控芯片的检测
3. 电化学检测器—安培检测器
• 电化学检测是通过电极将溶液中的待测物的化学信号转变为 电信号以实现对待测组分检测的分析方法
• 其中安培法是应用最普遍的一种方法。 • 基本原理是: 测量化合物在电极表面受到氧化或还原反应时,
会失去或得到电子, 产生与分析物浓度成正比的电极电流, 通 过测量微通道中的电流即可得到溶液浓度的变化情况。
生物计算机的介绍PPT课件
保护202色1/3/1的2 应用……
6
仿生学同样可应用到计算机领域中 。
科学家通过对生物组织体研究，发现组织体是由无数的细
胞组成，细胞由水、盐、蛋白质和核酸等有机物组成，而
有些有机物中的蛋白质分子像开关一样，具有“开”与
“关”的功能。因此，人类可以利用遗传工程技术，仿制
出这种蛋白质分子，用来作为元件制成计算机。科学家把
这种计算机叫做生物计算机。
生物计算机主要是以生物电子元件构建的计算机。它利用
蛋白质有开关特性，用蛋白质分子作元件从而制成的生物
芯片。其性能是由元件与元件之间电流启闭的开关速度来
决定的。用蛋白质制成的计算机芯片，它的一个存储点只
有一个分子大小，所以它的存储容量可以达到普通计算机
的十亿倍。由蛋白质构成的集成电路，其大小只相当于硅
2021/3/12
1
2021/3/12
简介
生物计算机（ biological computer） 又称仿生计算机(bionic computer)。以 生物芯片取代在半导体硅片上集成效以万 计的晶体管制成的计算机。涉及计算机科 学、脑科学、神经生物学、分子生物学、 生物物理、生物工程、电子工程、物理学 和化学等有关学科。研究生物芯片，研究 有关大脑和神经元网络结构的信息处理、 加工原理，以及建立全新的生物计算机原 理，探讨适于制作芯片的生物大分子的结 构和功能。以及如何通过生物工程(用脱 氧核糖核酸A重组技术和蛋白质工程)来组
4
生物计算机目前有以下几类： 1.生物分子或超分子芯片 立足于传统计算机模式，从寻找高效、体微的电子 信息载体及信息传递体入手，目前已对生物体内的小分子、大分子、超分子生物 芯片的结构与功能做了大量的研究与开发。“生物化学电路” 即属于此。
《基因芯片技术》PPT课件
五、基因芯片的应用
基因表达分析：人类基 因组编码大约100,000个 不同的基因，仅掌握基 因序列信息资料，要理 解其基因功能是远远不 够的，因此，具有监测 大量mRNA的实验工具很 重要。基因芯片技术可 清楚地直接快速地检测 出以1:300,000水平出现 的mRNA，且易于同时监 测成千上万的基因。
高密度芯片的分析一般采用荧光素标记探针，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 来源的探针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，常用的双色 荧光试剂有Cy3-dNTP和Cy5-dNTP。
（二）样品的准备
样品的分离纯化：DNA , mRNA 扩增：PCR, RT—PCR，固相PCR 探针的标记：已克隆的基因片段、PCR，RT-PCR扩增的基 因片段、人工合成的DNA片段，单链、双链、DNA或RNA 均可作为探针。 荧光标记（常用Cy3、Cy5），生物素、放射性标记,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 对探针的标记。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,从而完成对探针的标记过程。
十 基因芯片技术
1 生物芯片简介及分类 2 基因芯片制备及应用
第一节 生物芯片简介及分类
一、生物芯片(biochip)的概念 指通过机器人自动印迹或光引导化学合成技术在硅片、 玻璃、凝胶或尼龙膜上制造的生物分子微阵列，根据分 子间的特异性相互作用的原理，将生命科学领域中不连 续的分析过程集成于芯片表面，以实现对细胞、蛋白质 、基因及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测 。 生物芯片主要特点是高通量、微型化和自动化。
《食品安全快速检测技术》教学课件—02快速检测技术分类
二、 酶抑制技术
酶抑制技术是利用有机磷和氨基甲酸酯 类农药抑制胆碱酯酶（ChE）的特异性生化 反一。
胆碱酯酶主要分为乙酰胆碱酯酶（ AChE）和丁酰胆碱酯酶（BChE），农药 对其抑制由于来源不同而有差异，对农残的 检测精度也因不同品种的农药产品而不同， 包括酶抑制率法、速测卡法和酶生物传感器 法。
• 注意事项
①本方法是生物化学反应，应尽可能避免一些物理和 化学因素对酶活性的影响。
②果蔬农药残留快速检测卡,是用对农药高度敏感的酶 和基质做成的卡片，可以快速检测蔬菜中有机磷和 氨基甲酸酯这两大类用量较大、毒性较高的农药的 残留情况，选用的酶对农药敏感，抗干扰性强，操 作简便，可以不需要配制试剂，不需要专业的技术 培训，任何仪器设备单独使用，也可配套农药残留 快速检测仪使用，提高检测效率。产品容易贮存， 携带方便，是做现场检测的最佳方法。
免疫学分析法常用于检测有害微生物、农药残留、兽药残 留及转基因食品。
✓ 优点是特异性和灵敏度都比较高，对于现场初筛有较好应用前 ✓ 不足是由于抗原抗体的反应专一性，针对每种待测物都要建立
专门的检测试剂和方法。
项目三 分子生物学检测技术
一、生物芯片
生物芯片包括蛋白质芯片（含免疫芯片 、受体配体芯片）、核酸芯片（含寡核苷酸 芯片、基因芯片）、有机分子芯片等。
基因芯片技术检测水和食品中常见致病菌具有 快速、准确、易于操作等优越性，值得推广应用。 采用基因芯片技术检测细菌及其毒素、真菌毒素、 病毒、支原体、依原体、立克次氏体等微生物战剂 。书中表1-6列举了部分DNA芯片在食品中应用。
3 液相悬浮芯片
Luminex悬浮芯片技术是美国Luminex公司开发的一种多 功 能 的 液 相 芯 片 分 析 平 台 ， 也 称 xMAP®(flexible MultipleAnalyte Profiling)、 MASA(Multi-Analyte Suspension Arrays ，多功能悬浮点阵) 或液体芯片(Liquid Chip)。它有机地整和 了有色微球(color-coded microspheres or beads)、激光技术 、最新的高速数字信号处理和计算机技术，集中了分子生物学 、免疫学、高分子化学、激光物理学、微流体学、计算机科学 等多门学科，使得Luminex悬浮芯片技术的检测特异性和灵敏 度得到了前所未有的发展。
相关主题
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Liquichip
Bead , Capture molecule , Analyte , Reporter molecule是构成liquichip 的4个主要部分。 Bead上带有两种荧光，根据这两种荧光的比例可以 将bead分为多种。目前已有48种，正在开发中。 Capture molecule : 作用相当于探针，能特异性的 与被检测物结合。 Analyte: 样品中被检测的成分。 Reporter molecule: 带有荧光的报告分子，能特 异性的与被检测物结合。
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微阵列芯片
蛋白芯片
基因芯片
11
蛋白芯片(Protein Chips)
高通量微阵列蛋白分析方法
利用抗体抗原结合原理，采用化学发光或荧 光检测 标记抗体或抗原，来检测抗原或抗体。
12
蛋白芯片应用
免疫学分析 蛋白与蛋白之间相互作用 DNA与蛋白质分子相互作用
13
基因芯片
基因芯片是通过微阵列技术, 将高密度DNA片段 阵列通过高速机器人以一定的顺序或排列方式 使其附着在如玻璃片等固相表面，以荧光标记 的DNA探针，借助碱基互补杂交原理，进行大量 的基因表达及监测等方面研究的最新革命性技 术。 微阵列技术巨大优势在于它可以并行地宏量获 取生物信息，借助此技术发展的生物芯片则提 供了以核酸杂交为基础的基因水平的表达监控， 多态性研究和基因分型。从而使我们对基因表 达调控有更深入的了解。
20
二、 生物芯片制作技术介绍
21
生物芯片制作方法分类
探针固定方式
片基
显色及检测方式
原位合成 (in situ synthesis)
钢 性 片 基 如 玻 荧光，激光共聚焦
片、半导体硅片 扫描、定量分析；
等
生物传感器等
预先合成后点样 玻片、薄膜片基 荧光，激光共聚焦
(off-chip
如 NC、Nylon 膜 扫描、定量分析；
癌症 家系遗传疾病 普通基因突变疾病
感染性疾病 药物筛选 动物植物遗传筛选育种 个人基因身份证 环境监测
18
（三）、生物芯片应用优势
高通量平行分析样品 自动化程度高省时省力 所需样品试剂少保护环境 成本低
19
生物芯片应用优势
生物信息数据累积
为生物信息公共数据库添加更多数据 有利于研究基因序列与生物表型之间的关系 有助于理解疾病发生的机制
2
（二）、生物芯片分类及应用
微阵列芯片 （Microarray） 微型实验室芯片 (Lab-on-a-chip)
液体芯片 (Liquichip)
3
Lab-on-a-chip
微型实验室芯片是通过在芯片上刻 成微流路径从而将涉及生物检测的主要 步骤—样品准备/生化反应/结果检测— 整合在一张芯片上。
4 . 检 测 ： 用 liquichip workstation 进 行 检 测 。 原 理 是 同时对bead和reporter molecule 上的荧光进行检测。从而确定被 结合的analyte的种类和数量。
8
Liquichip技术特点描述
1．基于bead的这种固相反应技术，具有 灵敏度 高、信号强度高、灵活性好、所需样品量少的 特点。
7Hale Waihona Puke Liquichip反应的一般步骤：
1 . 先 将 capture molecule 结 合 在 bead 上，
2.将这种标记了的bead与样品反应。 Capture molecule 可以与相应的 analyte 特异性的结合，
3.此时再加入荧光标记的，特异结 合 analyte 的 reporter molecule。
2．与传统的蛋白芯片相比，有两大优势，反应 速度更快，灵活性更好。
3．由于检测方法的特点，在大部分的实验过程 中，都不需要洗脱步骤，省时，且不会破坏反 应的动态平衡。
4．有配套的蛋白表达和纯化体系。（his-tag）
9
Lquichip应 用 领 域：
蛋白质定量 蛋白质功能研究 蛋白表达谱分析。 蛋白质与蛋白质、蛋白质与核酸相互作 用的研究。包括：免疫分析、酶分析、 受体-配基分析、蛋白质核酸相互作用分 析分析。
存在，拷贝数是多少。探针是DNA.
表达谱芯片：确定基因表达的途径与表达产
物。探针是RNA或cDNA
测序芯片：通过探针与微阵列的配对分析获
得探针的序列结果。
16
基因芯片应用
基因表达检测 多态性分析 遗传图谱定位 基因分型 通过杂交反应测定序列
17
基因芯片应用领域
遗传疾病研究
一、 概念、分类及应用
1
（一）、 两 个 概 念
生物芯片 主要指通过平面微细加工技术在固体芯 片表面构建的微流体分析单元和系统，以实现对 细胞、蛋白质、核酸以及其它生物组分的准确、 快速、大信息量的检测。
基因芯片 技术是通过微阵列技术, 将高密度DNA 片段阵列通过高速机器人以一定的顺序或排列方 式使其附着在如玻璃片等固相表面，以荧光标记 的DNA探针，借助碱基互补杂交原理，进行大量的 基因表达及监测等方面研究的最新革命性技术。
synthesis) 等
生物传感器等
22
原位合成 (In Situ Synthesis)
化学合成 原子印章 原位光刻合成
23
原位光刻合成
美国著名的Affymetrix公司 率先开发的寡聚核苷酸原位光刻 专利技术，是生产高密度寡核苷 酸基因芯片的核心关键技术。
24
原位光刻合成原理
Light directed oligonucleotide synthesis.
14
基因芯片发展历史
Southern & Northern Blot Dot Blot
Macroarray
Microarray
15
基因芯片
按内涵划分：
cDNA芯片
Oligo芯片:25mer(affymetrix),
70mer(Operon)，
80mer（Clontech）,
按功能划分：
基因组芯片： 检测某一基因是否存在，若
A solid support is derivatized with a covalent linker molecule terminated with a photolabile protecting group. Light is directed through a mask to deprotect and activate selected sites, and protected nucleotides couple to the activated sites. The process is repeated, activating different sets of sites and coupling different bases allowing arbitrary DNA probes to be constructed at each site.
5
6
Liquichip
Bead , Capture molecule , Analyte , Reporter molecule是构成liquichip 的4个主要部分。 Bead上带有两种荧光，根据这两种荧光的比例可以 将bead分为多种。目前已有48种，正在开发中。 Capture molecule : 作用相当于探针，能特异性的 与被检测物结合。 Analyte: 样品中被检测的成分。 Reporter molecule: 带有荧光的报告分子，能特 异性的与被检测物结合。
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微阵列芯片
蛋白芯片
基因芯片
11
蛋白芯片(Protein Chips)
高通量微阵列蛋白分析方法
利用抗体抗原结合原理，采用化学发光或荧 光检测 标记抗体或抗原，来检测抗原或抗体。
12
蛋白芯片应用
免疫学分析 蛋白与蛋白之间相互作用 DNA与蛋白质分子相互作用
13
基因芯片
基因芯片是通过微阵列技术, 将高密度DNA片段 阵列通过高速机器人以一定的顺序或排列方式 使其附着在如玻璃片等固相表面，以荧光标记 的DNA探针，借助碱基互补杂交原理，进行大量 的基因表达及监测等方面研究的最新革命性技 术。 微阵列技术巨大优势在于它可以并行地宏量获 取生物信息，借助此技术发展的生物芯片则提 供了以核酸杂交为基础的基因水平的表达监控， 多态性研究和基因分型。从而使我们对基因表 达调控有更深入的了解。
20
二、 生物芯片制作技术介绍
21
生物芯片制作方法分类
探针固定方式
片基
显色及检测方式
原位合成 (in situ synthesis)
钢 性 片 基 如 玻 荧光，激光共聚焦
片、半导体硅片 扫描、定量分析；
等
生物传感器等
预先合成后点样 玻片、薄膜片基 荧光，激光共聚焦
(off-chip
如 NC、Nylon 膜 扫描、定量分析；
癌症 家系遗传疾病 普通基因突变疾病
感染性疾病 药物筛选 动物植物遗传筛选育种 个人基因身份证 环境监测
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（三）、生物芯片应用优势
高通量平行分析样品 自动化程度高省时省力 所需样品试剂少保护环境 成本低
19
生物芯片应用优势
生物信息数据累积
为生物信息公共数据库添加更多数据 有利于研究基因序列与生物表型之间的关系 有助于理解疾病发生的机制
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（二）、生物芯片分类及应用
微阵列芯片 （Microarray） 微型实验室芯片 (Lab-on-a-chip)
液体芯片 (Liquichip)
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Lab-on-a-chip
微型实验室芯片是通过在芯片上刻 成微流路径从而将涉及生物检测的主要 步骤—样品准备/生化反应/结果检测— 整合在一张芯片上。
4 . 检 测 ： 用 liquichip workstation 进 行 检 测 。 原 理 是 同时对bead和reporter molecule 上的荧光进行检测。从而确定被 结合的analyte的种类和数量。
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Liquichip技术特点描述
1．基于bead的这种固相反应技术，具有 灵敏度 高、信号强度高、灵活性好、所需样品量少的 特点。
7Hale Waihona Puke Liquichip反应的一般步骤：
1 . 先 将 capture molecule 结 合 在 bead 上，
2.将这种标记了的bead与样品反应。 Capture molecule 可以与相应的 analyte 特异性的结合，
3.此时再加入荧光标记的，特异结 合 analyte 的 reporter molecule。
2．与传统的蛋白芯片相比，有两大优势，反应 速度更快，灵活性更好。
3．由于检测方法的特点，在大部分的实验过程 中，都不需要洗脱步骤，省时，且不会破坏反 应的动态平衡。
4．有配套的蛋白表达和纯化体系。（his-tag）
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Lquichip应 用 领 域：
蛋白质定量 蛋白质功能研究 蛋白表达谱分析。 蛋白质与蛋白质、蛋白质与核酸相互作 用的研究。包括：免疫分析、酶分析、 受体-配基分析、蛋白质核酸相互作用分 析分析。
存在，拷贝数是多少。探针是DNA.
表达谱芯片：确定基因表达的途径与表达产
物。探针是RNA或cDNA
测序芯片：通过探针与微阵列的配对分析获
得探针的序列结果。
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基因芯片应用
基因表达检测 多态性分析 遗传图谱定位 基因分型 通过杂交反应测定序列
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基因芯片应用领域
遗传疾病研究
一、 概念、分类及应用
1
（一）、 两 个 概 念
生物芯片 主要指通过平面微细加工技术在固体芯 片表面构建的微流体分析单元和系统，以实现对 细胞、蛋白质、核酸以及其它生物组分的准确、 快速、大信息量的检测。
基因芯片 技术是通过微阵列技术, 将高密度DNA 片段阵列通过高速机器人以一定的顺序或排列方 式使其附着在如玻璃片等固相表面，以荧光标记 的DNA探针，借助碱基互补杂交原理，进行大量的 基因表达及监测等方面研究的最新革命性技术。
synthesis) 等
生物传感器等
22
原位合成 (In Situ Synthesis)
化学合成 原子印章 原位光刻合成
23
原位光刻合成
美国著名的Affymetrix公司 率先开发的寡聚核苷酸原位光刻 专利技术，是生产高密度寡核苷 酸基因芯片的核心关键技术。
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原位光刻合成原理
Light directed oligonucleotide synthesis.
14
基因芯片发展历史
Southern & Northern Blot Dot Blot
Macroarray
Microarray
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基因芯片
按内涵划分：
cDNA芯片
Oligo芯片:25mer(affymetrix),
70mer(Operon)，
80mer（Clontech）,
按功能划分：
基因组芯片： 检测某一基因是否存在，若
A solid support is derivatized with a covalent linker molecule terminated with a photolabile protecting group. Light is directed through a mask to deprotect and activate selected sites, and protected nucleotides couple to the activated sites. The process is repeated, activating different sets of sites and coupling different bases allowing arbitrary DNA probes to be constructed at each site.