基因芯片发展史
基因芯片——“生物信息精灵”
基因芯片——“生物信息精灵”——浅谈数学、计算机在现代生命科学研究中的作用二十世纪是物理科学的世纪，而二十一世纪则是生命科学的世纪。
生命科学，尤其是生物技术的迅猛发展，不仅与人类健康，农业发展以及生存环境密切相关，而且还将对其它学科的发展起到促进作用，所谓"今天的科学，明天的技术，后天的生产"。
而生命科学的基础性研究是现代生物技术的源泉、科学和技术创新的关键。
现代生物技术，是一门领导尖端科技的学科，正因如此，我很想知道它与数学——我得专业课，计算机等理论或技术是怎样有机的联系在一起的。
基于此，我利用课余时间查阅了许多网站、书籍，并有了小小的收获。
现就“基因芯片”技术，浅谈如下。
一、基因芯片简介基因芯片，也叫DNA芯片，是在90年代中期发展出来的高科技产物。
基因芯片大小如指甲盖一般，其基质一般是经过处理后的玻璃片。
每个芯片的基面上都可划分出数万至数百万个小区。
在指定的小区内，可固定大量具有特定功能、长约20个碱基序列的核酸分子（也叫分子探针）。
由于被固定的分子探针在基质上形成不同的探针阵列，利用分子杂交及平行处理原理，基因芯片可对遗传物质进行分子检测，因此可用于进行基因研究、法医鉴定、疾病检测和药物筛选等。
基因芯片技术具有无可比拟的高效、快速和多参量特点，是在传统的生物技术如检测、杂交、分型和DNA测序技术等方面的一次重大创新和飞跃。
二、基因芯片技术生物芯片技术是于90年代初期随着人类基因组计划的顺利进行而诞生，它是通过像集成电路制作过程中半导体光刻加工那样的微缩技术，将现在生命科学研究中许多不连续的、离散的分析过程，如样品制备、化学反应和定性、定量检测等手段集成于指甲盖大小的硅芯片或玻璃芯片上，使这些分析过程连续化和微型化。
也就是说将现在需要几间实验室、检验室完成的技术，制作成具有不同用途的便携式生化分析仪，使生物学分析过程全自动化，分析速度成千上万倍地提高，所需样品及化学试剂成千上万倍地减少。
基因芯片
基因芯片基因芯片(genechip)（又称DNA芯片、生物芯片）的原型是80年代中期提出的。
基因芯片的测序原理是杂交测序方法，即通过与一组已知序列的核酸探针杂交进行核酸序列测定的方法，在一块基片表面固定了序列已知的八核苷酸的探针。
当溶液中带有荧光标记的核酸序列TATGCAATCTAG，与基因芯片上对应位置的核酸探针产生互补匹配时，通过确定荧光强度最强的探针位置，获得一组序列完全互补的探针序列。
据此可重组出靶核酸的序列。
基因芯片- 概述基因芯片(gene chip)的原型是80年代中期提出的。
基因芯片的测序原理是杂交测序方法，即通过与一组已知序列的核酸探针杂交进行核酸序列测定的方法，可以用图11-5-1来说明。
在一块基片表面固定了序列已知的八核苷酸的探针。
当溶液中带有荧光标记的核酸序列TAT GCAATCTAG，与基因芯片上对应位置的核酸探针产生互补匹配时，通过确定荧光强度最强的探针位置，获得一组序列完全互补的探针序列。
据此可重组出靶核酸的序列。
基因芯片又称为DNA微阵列(DNA microarray)，可分为三种主要类型：1）固定在聚合物基片（尼龙膜，硝酸纤维膜等）表面上的核酸探针或cDNA片段，通常用同位素标记的靶基因与其杂交，通过放射显影技术进行检测。
这种方法的优点是所需检测设备与目前分子生物学所用的放射显影技术相一致,相对比较成熟。
但芯片上探针密度不高，样品和试剂的需求量大，定量检测存在较多问题。
2）用点样法固定在玻璃板上的DNA探针阵列，通过与荧光标记的靶基因杂交进行检测。
这种方法点阵密度可有较大的提高，各个探针在表面上的结合量也比较一致，但在标准化和批量化生产方面仍有不易克服的困难。
3）在玻璃等硬质表面上直接合成的寡核苷酸探针阵列,与荧光标记的靶基因杂交进行检测。
该方法把微电子光刻技术与DNA化学合成技术相结合，可以使基因芯片的探针密度大大提高，减少试剂的用量，实现标准化和批量化大规模生产，有着十分重要的发展潜力。
基因芯片的发展
基因芯片的发展1. 引言基因芯片是一种高通量的生物技术工具，用于检测和分析基因组中的数千个基因。
随着基因芯片技术的不断发展，它已经成为生物学、医学和农业领域中不可或缺的研究工具之一。
本文将探讨基因芯片的发展历程、应用领域以及未来的发展趋势。
2. 基因芯片的起源基因芯片最早可以追溯到1990年代初期，当时科学家们开始尝试将DNA序列固定在玻璃片或硅片上，以便进行高通量的基因表达分析。
这些早期的基因芯片只能同时检测几个基因，且制备过程复杂且昂贵。
随着生物技术和微电子技术的快速发展，基因芯片逐渐实现了规模化生产和高通量检测。
现代基因芯片可以同时检测上万个基因，并且制备过程更加简单和经济。
3. 基因芯片的工作原理基因芯片主要由两部分组成：探针和芯片。
探针是一段短的DNA序列，用于特异性地与待测基因的DNA序列杂交。
芯片上固定了成千上万个不同的探针，可以同时检测多个基因。
基因芯片的工作原理如下： - 提取待测样品中的RNA或DNA。
- 通过反转录酶将RNA转录为互补的DNA（cDNA）。
- 将标记有荧光染料的cDNA与芯片上的探针杂交。
- 利用激光扫描芯片，检测探针与cDNA杂交的信号强度。
- 分析信号强度数据，得出基因在样品中的表达水平。
4. 基因芯片的应用领域基因芯片在生物学、医学和农业领域有着广泛的应用。
以下是一些主要应用领域的介绍：4.1 基因表达分析基因芯片可以帮助科学家们研究不同条件下基因表达的变化。
通过比较不同组织、不同时间点或不同实验条件下的基因表达谱，可以揭示基因调控网络和生物过程中重要基因的功能。
4.2 疾病诊断与预测基因芯片可以用于检测和诊断多种疾病，如癌症、心血管疾病和遗传性疾病等。
通过比较患者和正常人群的基因表达谱，可以发现与特定疾病相关的基因表达模式，并且可以预测患者的治疗反应和预后。
4.3 药物筛选与个体化治疗基因芯片可以帮助科学家们筛选出对特定药物敏感或耐药的患者。
基因芯片资料
02 基因芯片技术的发展
• 2000年代，基因芯片技术得到广泛应用，如基因组测序、 基因表达谱分析等 • 基因芯片技术不断改进，如高密度基因芯片、多位点基 因芯片等
基因芯片技术的分类与比较
基因芯片技术的分类
• 根据基因探针的密度，可分为低密度基因芯片和高密度基因芯片 • 根据基因探针的类型，可分为DNA芯片和RNA芯片
基因芯片技术的比较
• 低密度基因芯片与高密度基因芯片：低密度基因芯片适用于初步筛选，高密度基因 芯片适用于深入研究 • DNA芯片与RNA芯片：DNA芯片主要用于检测基因序列，RNA芯片主要用于检测 基因表达
基因芯片在疾病诊断与预后评估中的应用
疾病诊断的定义
• 疾病诊断是指通过医学方法，对患者的疾病进行诊断和 鉴别诊断
基因芯片在疾病诊断与预后评估中的应用
• 通过基因芯片技术，可以高通量地检测基因的表达水平， 揭示疾病的发病机制和预后 • 基因芯片技术在疾病诊断与预后评估中的应用，如疾病 诊断模型建立、疾病预后评估等
基因芯片在基因功能研究中的应用
基因功能的定义
• 基因功能是指基因在生物体内的生物学功能，如基因编 码蛋白质、基因参与信号传导等
基因芯片在基因功能研究中的应用
• 通过基因芯片技术，可以高通量地检测基因的表达水平， 揭示基因的功能和相互作用 • 基因芯片技术在基因功能研究中的应用，如基因功能注 释、基因互作网络研究等
基因芯片在基因组变异检测中的应用
基因组变异的定义
• 基因组变异是指基因组在结构和数量上的变异，如基因 突变、基因拷贝数变异等
DNA芯片技术简介
DNA芯片技术简介•DNA芯片技术是指在固相支持物上原位合成（in situ synthesis）寡核苷酸探针，或者直接将大量的DNA探针以显微打印的方式有序的固化于支持物表面，然后与标记的样品杂交，通过对杂交信号的检测分析即可得出样品的遗传信息（基因序列及表达的信息）。
由于常用计算机硅芯片作为固相支持物，所以称为DNA芯片。
目录•DNA芯片的发展历史•DNA芯片的类型与特点•DNA芯片的制备•DNA芯片的工作原理•DNA芯片的应用DNA芯片的发展历史•芯片的概念及发展历史D NA 芯片（又称基因芯片、生物芯片）技术是自 20 世纪 90 年代初发展起来的新兴技术，是指将许多特定的寡核苷酸片段或基因片段作为探针，有规律地排列固定于支持物上，然后与待测的标记样品的基因按碱基配对原理进行杂交，再通过激光共聚焦荧光检测系统或 CCD 成像扫描系统等对芯片进行扫描，并配以计算机系统对每一探针上的荧光信号作出比较和检测，从而迅速得出所要的信息。
顺应上述发展要求的产物，它的出现为解决此类问题提供了光辉的前景。
该技术系利用芯片制造技术，将大量（通常每平方厘米点阵密度高于400）探针分子固定于支持物上，再与标记的样品分子进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。
它可以对生命科学与医学中的各种生物化学反应过程进行集成，从而实现对基因、配体、抗原等生物活性物质进行高效快捷的测试和分析。
它的出现将给生命科学、医学、化学、新药开发、生物武器战争、司法鉴定、食品与环境监督等众多领域带来巨大的革新甚至革命。
20 世纪 80 年代，Ba i ns 等人就曾将短的 D NA 片断固定到支持物上，借助杂交方式进行序列测定。
DNA 芯片从实验室走向产业化却是直接得益于探针固相原位合成技术和但照相平板印刷技术的有机结合以及激光共聚焦显微技术的引入，它使得合成、固定高密度的数以万计的探针分子切实可行，而且借助激光共聚焦显微扫描技术可以对杂交信号进行实时、灵敏、准确的检测和分析。
基因芯片
半导体硅片等
扫描、定量分析；
生物传感器等
薄膜片基如
NC、Nylon膜等
预先合成后点样
低 荧光
三.基因芯片工作的基本原理
基因芯片的工作原理与经典的核酸分子杂交方 法（Southern Blotting 和 Northern Blotting等）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。
是目前基因芯片应用最广泛的领域，也是人 类基因组工程的重要组成部分，它提供了从整体 上分析细胞表达状况的信息，而且为了解与某些 特殊生命现象相关的基因表达提供了有力的工具， 对于基因调控以及基因相互作用机理的探讨有重 要作用。人类基因组编码大约40000个不同的基因， 因此，具有监测大量mRNA的实验工具很重要。
二. 基因芯片的类型
从芯片上固定的DNA分：
寡核苷酸阵列和cDNA阵列
以支持物分： 薄膜型、玻片型、微板型和集成电路型 按工作原理分： 杂交型、合成型、连接型、亲和识别型等 以基质材料分： 无机片基和有机片基
表1 片基
钢性片基如玻片
基因芯片的主要类型及其简要特点 探针密度
高
探针固定方式
原位合成
显色及检测方式
描。
芯片制备方法主要包括二种类型：
1.点样法：
寡核苷酸序列点样:
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，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。
生物芯片发展
生物芯片发展生物芯片是一种将生物分子、细胞或组织样品固定在芯片上面，通过光、电、磁、声或微流控等方式与生物样品反应的微型器件。
它具有操作简便、高通量、高灵敏度、高特异性等优点，因此在诊断、治疗、检测和分析等领域有着广阔的应用前景。
以下是生物芯片发展的相关参考内容。
一、生物芯片发展历史生物芯片的发展可以追溯到上世纪七八十年代，当时科学家们开始探索基因芯片制备技术。
1990年代初，基因芯片开始崭露头角。
此后，生物芯片技术一直在持续发展，形成了基于试剂盒、基于PCR扩增、基于孟德尔遗传学定律等不同原理的芯片技术。
二、生物芯片的类型根据芯片上固定生物样品的不同，生物芯片主要可以分为四种类型：基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片和组织芯片。
1. 基因芯片：将大量基因序列固定在芯片上，用以检测特定基因的表达情况、寻找新基因、分析基因调控网络等。
2. 蛋白质芯片：将大量蛋白质或蛋白质片段固定在芯片上，用于寻找蛋白质—蛋白质、蛋白质—配体、蛋白质—DNA等相互作用，从而探究蛋白质功能、诊断疾病和发现新药物等。
3. 细胞芯片：将细胞培养在芯片上，用于研究细胞的生物学特性、毒性测试等。
4. 组织芯片：将组织样品固定在芯片上，用于研究组织的结构、功能、病理等。
三、生物芯片应用领域1. 医疗诊断：包括基因检测、蛋白质检测、细胞检测等，可以实现对疾病的早期检测、诊断和预测。
2. 新药研发：利用蛋白质芯片探测靶点蛋白或分子并筛选出新药物，可以实现高通量、高特异性的药物发现。
3. 活体成像：生物芯片技术还可以被应用于活体成像领域，如利用生物芯片对神经元的电信号进行记录和分析等。
4. 食品安全检测：生物芯片检测技术可以用于检测食品中的病原体、重金属等，以保证食品安全。
5. 环境监测：生物芯片可以被应用于环境领域，用于检测水质、土壤污染等。
四、生物芯片发展趋势1. 多样化发展：生物芯片技术将继续在不同领域广泛应用，并衍生出各种新的芯片类型。
1996基因芯片发展历史 -回复
1996基因芯片发展历史-回复1996年是基因芯片发展历史中的重要里程碑之一。
在这一年，科学家们成功地开发出了第一代基因芯片，这一技术的问世为分子生物学和基因组学领域的研究奠定了基础。
接下来，我们将一步一步回答有关1996年基因芯片发展历史的问题。
1. 什么是基因芯片？基因芯片，也被称为微阵列芯片，是一种能够高通量地分析数千个基因在特定条件下的表达水平的技术工具。
它由将成千上万个具有特定序列的DNA片段固定在一块固体支持物上构成，通常为玻片或硅片。
这些DNA片段会与被测样品中的RNA或DNA相互反应，从而提供了关于基因表达或基因组序列的信息。
2. 第一代基因芯片是什么时候开发的？第一代基因芯片于1996年开发成功，由美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校的Patrick O. Brown等人团队完成。
他们以固相合成DNA为基础，成功地固定了7,000个特定基因的DNA片段在玻片上，从而实现了高通量的基因表达分析。
3. 第一代基因芯片的原理是什么？第一代基因芯片的原理是将已知的DNA片段通过固相合成技术固定在玻片上，形成微阵列。
然后，将待测样品中的RNA提取出来，并将其转录成cDNA，然后标记上荧光染料。
接下来，将标记的cDNA与基因芯片上相应的DNA片段进行杂交反应，其中，荧光染料的强度反映了cDNA 与DNA的结合程度，进而表征了该基因在样品中的表达水平。
4. 第一代基因芯片在科学研究中有何重要意义？第一代基因芯片的问世极大地提高了基因表达分析的效率和速度。
相比传统的单基因研究方法，基因芯片能够同时检测数千甚至数万个基因的表达水平，从而提供了更全面、宏观的基因调控信息。
这一技术的问世极大地促进了分子生物学和基因组学领域的研究，为疾病研究、生物标记物鉴定等领域提供了强有力的工具。
5. 第一代基因芯片的局限性是什么？尽管第一代基因芯片为基因表达分析带来了革命性的进展，但它也存在一些局限性。
首先，由于技术限制，第一代基因芯片只能检测固定数量的基因，无法全面覆盖整个基因组。
第五讲 基因芯片检测技术
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基因芯片技术在基因组学研究中的 应用
基因芯片技术在药物研发中的应用
新药研发和药物筛选中的应用
基因芯片技术 可以快速筛选 出潜在的药物
靶点
通过基因芯片 技术，可以快 速评估药物的
效果和毒性
基因芯片技术 可以帮助研究 人员更好地了 解药物的作用
机制
基因芯片技术 可以加速新药 的研发过程， 降低研发成本
广泛应用
基因芯片检测技术的应用领域
疾病诊断：通过基 因芯片检测技术， 可以快速准确地诊 断出各种疾病，如 癌症、遗传病等。
药物研发：基因芯 片检测技术可以帮 助研究人员快速筛 选出有效的药物靶 点，加速药物研发 进程。
农业育种：基因芯 片检测技术可以用 于筛选优良品种， 提高农作物的产量 和品质。
杂交信号：基因探针与待测样本中的基因结合后产生的信号，用于检测基因的存在和表达情 况
基因芯片的制备方法
基因芯片的制备 主要包括以下几 个步骤：
基因芯片的制备 方法主要有两种： 光导原位合成法 和微阵列打印法。
光导原位合成法 是一种通过光化 学反应在芯片表 面合成寡核苷酸 的方法。
微阵列打印法是 一种通过喷墨打 印技术在芯片表 面打印寡核苷酸 的方法。
测方法。
基因芯片检测技术的发展方向
提高检测灵敏度和准确性 降低检测成本，提高普及率 开发新型基因芯片，提高检测速度 加强与其他检测技术的结合，提高综合检测能力
05
基因芯片检测技术在医 学领域的应用
基因突变检测
基因突变的定义：DN序列的改变，导致蛋白质结构或功能的改变 基因突变的检测方法：基因芯片检测技术 基因突变的临床意义：预测疾病风险，指导个性化医疗
生物芯片技术的发展演变及其特点
生物芯片技术的发展演变及其特点生物芯片技术，又被称为生物晶片技术，是将生物学与电子学相结合的一种新型技术，已经逐渐成为生命科学领域的重要工具。
它利用微电子制造技术，将生物学反应、生物分析、生物检测等过程集成到微小尺寸的芯片上，实现高通量、高灵敏度、高效率的生物分析和检测。
本文将探讨生物芯片技术的发展演变及其特点。
生物芯片技术的起源可以追溯到20世纪80年代初期，当时科学家开始尝试将生物反应过程的微小规模化和大规模并行化。
最早的生物芯片只是简单的基因芯片，用于测定DNA序列。
随着计算机和微电子技术的飞速发展，科学家们开始研制更加复杂的生物芯片，能够实现更多的生物学功能。
1995年，基因表达芯片的问世，标志着生物芯片技术进入了一个全新的发展阶段。
此后，生物芯片技术蓬勃发展，涵盖了基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片等多个领域，并不断推动着基因组学、蛋白质组学和细胞组学等生命科学的发展。
生物芯片技术的特点主要体现在以下几个方面：1. 高通量分析能力：生物芯片技术能够在同一时间内对数以千计的样本进行多重分析。
这一特点使得生物芯片技术成为高通量分析的主要工具，能够在较短的时间内得到大量的生物学信息。
2. 高灵敏度和高选择性：生物芯片技术能够实现高灵敏度和高选择性的生物分析。
由于芯片上的微孔大小和表面特性可以调控，能够与目标生物分子或细胞发生特异性的相互作用，从而实现高灵敏度的生物检测。
3. 微型化和集成化：生物芯片技术利用微电子制造技术，将生物学反应和分析过程集成到微小尺寸的芯片上。
这种微型化和集成化的特点大大减少了实验样品和试剂的使用量，从而节省成本，提高效率。
4. 多功能性：生物芯片技术不仅可以用于基本的生物学研究，还可以应用于医学诊断、药物筛选、环境监测等领域。
例如，基因芯片可以用于疾病的早期诊断和个性化治疗，蛋白质芯片可以用于药物的靶点鉴定和药物剂量的优化。
5. 自动化和高效性：生物芯片技术的出现使得实验操作过程自动化程度更高，减少了操作错误的风险，提高了实验结果的准确性和可靠性。
基因芯片发展史
基因芯片的制备及应用摘要是90年代中期以来快速发展起来的分子生物学高新技术是各学科交叉综合的崭新科学。
其原理是采用光导原位合成或显微印刷等方法将大量DNA探针片段有序地固化予支持物的表面然后与已标记的生物样品中DNA分子杂交再对杂交信号进行检测分析就可得出该样品的遗传信息。
目前国内外都取得了较大的进展该技术可用于DNA测序基因表达及基因组图的研究基因诊断新基因的发现药物筛选给药个性化等等所以为二十一世纪生物医药铺平道路将为整个人类社会带来深刻广泛的变革促进人类早日进入生物信息时代。
关键词基因芯片微阵列基因诊断药物筛选一、基因芯片的制备基本过程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或阵列机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 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。
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。
1996基因芯片发展历史 -回复
1996基因芯片发展历史-回复1996年可以说是基因芯片（gene chip）的发展历史中的一个重要节点。
当时，科学家们改进了以前的基因芯片技术，并推动了该领域的进一步发展。
在本文中，我们将一步一步回答关于1996年基因芯片发展历史的问题，以便更好地了解这一重要领域的发展。
问题1：1996年基因芯片的原始概念是什么？在1996年，研究人员提出了基因芯片的原始概念。
基因芯片可以被看作是一种微小的玻璃片或硅片，上面覆盖着成千上万个DNA探针（probe）。
每个DNA探针都能够和一个特定的基因序列配对，并通过检测特定样本中的基因表达水平，来了解这些基因的功能和特性。
问题2：1996年基因芯片的制造过程是怎样的？在1996年，基因芯片的制造过程相对比较繁琐。
首先，研究人员需要设计和合成每个DNA探针，以便与特定的基因序列相匹配。
然后，这些DNA 探针被连接到玻璃片或硅片的表面上。
接下来，玻璃片上的探针需要进行固定化处理，以确保其在接下来的实验过程中保持稳定。
最后，研究人员需要对制造好的基因芯片进行验证和测试，以确保其准确性和可靠性。
问题3：1996年基因芯片的应用领域有哪些？在1996年，基因芯片主要被应用于基因表达研究领域。
研究人员可以将不同样本中的RNA提取出来，通过杂交实验将其与基因芯片上的DNA探针配对。
通过检测样本中与DNA探针配对的RNA水平，研究人员可以了解到不同基因在不同样本中的表达差异。
这使得研究人员能够更深入地了解基因调控网络和基因功能。
问题4：1996年的基因芯片技术存在哪些挑战？在1996年，基因芯片技术仍然处于起步阶段，存在一些挑战。
首先，制造基因芯片的成本相对较高，限制了其在大规模研究中的应用。
其次，基因芯片上的探针数量有限，只能同步检测几千个基因，不能全面覆盖所有基因。
此外，基因芯片上的探针设计和合成也面临一些困难，需要大量的时间和资源。
问题5：1996年的基因芯片取得了哪些突破性进展？尽管在1996年，基因芯片面临一些挑战，但科学家们仍取得了一些突破性进展。
基因芯片
基因芯片技术的应用
芯片测序 基因图绘制 突变检测 ……. …….
…Байду номын сангаас.
…….
基因芯片
表达分析
药物研究 军事、司法
疾病诊断
农林业
一、芯片测序
1，未知序列的DNA与大量的寡核苷酸集合的杂交 2，完整的双链体的寡聚物的鉴定与分析
3，重建DNA序列 一百万个12核苷酸的点阵可测定1000个碱基 的序列
二、突变检测
四、杂交信号的检测
1、激光共聚焦扫描
光源：特定波长的光 激发面积：<100m2 ScanArray 3000 2、CCD 成像术 光源：连续波长的光（如弧光灯） 激发面积：同时激发多个1cm2
五、芯片数据的处理和分析
–
–
图像的处理
数据的获取、存储与显示
–
– –
芯片数据统一化
芯片数据的统计学分析 芯片数据的生物学分析
基因芯片的产生背景
• 传统技术的不断改进 • 基因信息分析规模不断扩大 -人类基因组计划的需求 （Human Genome Program) -后基因组时代的需求
Southern blot Northern blot Dot blot
多点Dot blot
基因芯片
基因芯片的历史
八十年代末期俄美科学家提出杂交法测序 1992年世界第一块原位合成基因芯片在美 国Affymetrix诞生 1995年世界第一块微矩阵基因芯片在 Stanford大学实验室诞生
基因芯片技术流程
基因芯片的制备
制备方法及点样仪器
•探针的制备：标记方法 •杂交：杂交液、杂交温度、
洗涤条件的选择 扫描仪:激光
CCD
杂交
生物芯片发展
生物芯片发展随着人工智能和生物医学技术的不断发展，生物芯片也成为了一个备受关注的领域。
生物芯片是一种基于微电子技术和生物学原理进行设计和制造的智能化设备，可以实现高通量生物学实验、动态监测、高通量筛选等应用。
一、生物芯片的发展历程生物芯片的研究始于20世纪70年代，当时主要应用于基因序列检测、植物检测等领域。
20世纪90年代，随着微电子制造技术、生物技术和计算机技术的快速发展，生物芯片逐渐成熟并开始应用于临床诊断、药物筛选和基础研究等领域。
近年来，基于CRISPR技术的基因编辑和人工智能的融合，让生物芯片的产品和应用领域更加丰富。
二、生物芯片的分类生物芯片主要分为两类，即基因芯片和蛋白芯片。
基因芯片主要应用于基因检测和基因表达谱分析等领域。
蛋白芯片主要应用于蛋白质检测、蛋白质相互作用分析等领域。
此外，还有糖芯片、细胞芯片、酶芯片等各种类型的生物芯片。
三、生物芯片的应用领域生物芯片在医学、生命科学和环境领域有着广泛的应用。
在医学领域，生物芯片可以进行药物筛选、临床诊断和基因治疗等。
其中，基于基因编辑和人工智能的细胞治疗是一个备受关注的领域。
在生命科学领域，生物芯片可以用于基因组学研究、蛋白质组学研究、代谢组学研究等。
在环境领域，生物芯片可以应用于污染检测、环境监测和生态系统研究等。
四、生物芯片的挑战生物芯片在实际应用中还面临着许多挑战。
首先，生物芯片的灵敏度和特异性需要进一步提高。
其次，生物芯片的信噪比和稳定性也需要得到保障。
此外，生物芯片的高成本和复杂性也限制了其在实际应用中的推广和普及。
五、未来展望随着新一代测序技术和CRISPR基因编辑技术的不断发展，以及人工智能技术的广泛应用，生物芯片的研究将会变得更加多样化和深入化。
同时，生物芯片的研究成果也将为医学、生命科学和环境领域的研究和应用提供更加精准、高效的工具和方法。
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基因芯片的制备及应用摘要是90年代中期以来快速发展起来的分子生物学高新技术是各学科交叉综合的崭新科学。
其原理是采用光导原位合成或显微印刷等方法将大量DNA探针片段有序地固化予支持物的表面然后与已标记的生物样品中DNA分子杂交再对杂交信号进行检测分析就可得出该样品的遗传信息。
目前国内外都取得了较大的进展该技术可用于DNA测序基因表达及基因组图的研究基因诊断新基因的发现药物筛选给药个性化等等所以为二十一世纪生物医药铺平道路将为整个人类社会带来深刻广泛的变革促进人类早日进入生物信息时代。
关键词基因芯片微阵列基因诊断药物筛选一、基因芯片的制备基本过程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或阵列机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 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。
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等认为以肽核酸为探针效果更好。
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1/351/52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。
二、基因芯片的应用 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之间示了二者在进化上的高度相似。
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 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。
基因诊断是基因芯片中最具有商业化价值的应用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m RNA 构建c DNA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。
5 给药个性化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如药物应答基因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510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SP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→Ph e、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。
此外基因芯片在新基因发现、药物基因组图、中药物种鉴定、DNA计算机研究等方面都有巨大应用价值。
的出现不过短短几年时间其发展势头十分迅猛在生命科学的各个领域得到广泛地应用但其存在的缺陷也是相当明显的。
首先是成本的问题由于芯片制作的工艺复杂信号检测也需专门的仪器设备一般实验室难以承担其高昂的费用其次在芯片实验技术上还有多个环节尚待提高如在探针合成方面如何进一步提高合成效率及芯片的集成程度是研究的焦点。
而样品制备的简单化与标准化则芯片应用进一步普及的前提。
虽然芯片技术还存在这样或那样的问题但其在基因表达谱分析、基因诊断、药物筛选及序列分析等诸多领域已呈现出广阔的应用前景随着研究的不断深入和技术的更加完善基因芯片一定会在生命科学研究领域发挥越来越重要的作用。
体外诊断试剂行业市场前景分析2012 2、行业发展趋势1体外生化诊断试剂发展趋势生化诊断试剂是指通过各种生物化学反应或免疫反应测定体内生化指标的试剂能够配合手工、半自动、全自动生化分析仪等仪器进行临床酶类、糖类、脂类、蛋白和非蛋白氮类、无机元素类、肝功能等指标的检测。
国外生化诊断市场起步较早各类试剂品种齐全与试剂配套检测的生化分析仪已从半自动、低速全自动发展至目前的高速全自动器型。
生化诊断在我国起北京利德曼生化股份有限公司招股意向书281 步最早也是最早引进吸收国外先进技术和设备的诊断领域。
由于生化分析仪的开放性在发展初期国内生化诊断领域的企业主要采取跟踪模仿国外技术生产试剂产品配套进口生化分析仪的方式切入市场并以产品性价比高和更贴近本土市场服务的优势扩大市场份额。
从市场竞争格局来看经过多年发展我国在生化诊断试剂领域的自主创新能力已显著提升整体技术水平已基本达到国际同期水平并涌现出了一些具备与国际巨头竞争的企业。
但由于以往国内一线城市三级医院配置进口高速生化分析仪较多且进口产品在技术和质量方面仍具备一定优势因此目前在一线城市三级医院等高端市场国外企业如罗氏、贝克曼等仍占主导优势其他市场则已普遍被国内企业占领。
随着国内企业试剂产品技术质量的进一步提高以及生化分析仪自主开发能力的提升未来我国生化诊断试剂市场的国产化替代趋势将进一步增强。
从市场需求发展来看由于生化诊断项目如葡萄糖、甘油三酯、胆固醇和胆红素等项目都是最基本的临床检验项目临床认可度高仪器和试剂的技术成熟操作简便分析时间短检验成本也是各类检验产品中最低的因此生化诊断试剂在整个体外诊断试剂市场中仍将保持较大份额。
其次技术进步带来了生化诊断领域新检测项目的持续开发从而将为生化诊断试剂市场带来新增需求。
目前生化诊断领域一个明显的趋势是由于胶乳增强免疫比浊和胶体金增强免疫技术的应用使全自动生化仪的检测灵敏大幅提高使得一些原本采用酶联免疫检测的项目可以在全自动生化分析仪上检测。
再次随着我国医疗卫生体制改革的进一步推进县级医院全自动生化分析仪和基层医院半自动生化分析仪将逐渐普及生化诊断试剂市场整体需求规模将继续呈现高速增长。
本项目对生化诊断试剂进行扩产顺应行业未来发展趋势。
2体外免疫诊断试剂发展趋势随着检验医学的不断发展检验项目已由早期的酶类、离子、代谢物等物质逐渐向在疾病预防和监测中更加具有临床意义的体内小分子蛋白、激素、脂肪酸、维生素、药物等物质深入进而提升了对高灵敏度检测的需求在此背景下免疫诊断技术不断发展兴起。