生物芯片分类及应用.ppt
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《生物芯片》课件
技术挑战与解决方案
技术成熟度
生物芯片技术仍处在不断发展和 完善阶段，面临着诸多技术挑战 ，如灵敏度、特异性、可重复性
等。
解决方案
针对技术挑战，科研人员正在不断 探索和开发新的技术方法和解决方 案，如改进芯片制作工艺、优化检 测系统等。
标准化和规范化
为了提高生物芯片技术的可靠性和 可重复性，需要制定标准化的制作 和检测流程，推动技术的规范化应 用。
VS
详细描述
生物芯片技术也可应用于环境监测和食品 安全检测领域。通过检测环境样本中微生 物种类和数量，生物芯片技术能够评估环 境质量，为环境保护提供科学依据。在食 品安全方面，生物芯片技术可用于检测食 品中的有害物质、农药残留等，确保食品 质量和安全。
PART 05
生物芯片的挑战与前景
REPORTING
差异表达分析
比较不同条件下的分子表达谱 ，找出差异表达的基因或蛋白 质。
功能注释
对差异表达的基因或蛋白质进 行功能注释，揭示其在生物学 过程中的作用。
通路分析
对差异表达的基因或蛋白质进 行通路分析，揭示其在特定生
物学通路中的作用。
PART 03
生物芯片的类型与比较
REPORTING
DNA芯片
DNA芯片是一种高通量检测技术， 用于检测基因表达、基因突变和基因 组测序等方面。
详细描述
在新药研发和筛选过程中，生物芯片技术发挥着重要作用。利用生物芯片可以对大量候 选药物进行高通量筛选，快速找出具有潜在治疗作用的候选药物。同时，生物芯片技术
还可以用于研究药物作用机制和药物之间的相互作用，为新药研发提供有力支持。
环境监测与食品安全
总结词
生物芯片技术可以用于环境监测和食品 安全检测，保障公众健康和生态安全。
生物芯片技术 ppt课件
四、信息化
生物芯片可以检测到的信息量是传统检测 技术无可比拟的， 特别是大规模阵列芯片 一次可以采集大量数据。如何从如此众多 错综复杂的数据中得到真正有用的信息是 一个相当烦琐的T作。生物信息技术的发展 是解决这一问题的唯一途径。
三、按芯片固定的生物分子类型
基因芯片或 DNA 芯片 蛋白质芯片（Protein Chip） 芯片实验室（Lab-on-Chip）
四、按芯片使用功能分类
测序芯片 表达谱芯片 基因差异表达分析芯片
（1）蛋白质芯片
目前蛋白芯片主要有 三类：蛋白质微阵列、 微孔板蛋白质芯片、 三维凝胶块芯Βιβλιοθήκη 等。生物芯片技术的发展前景
技术进展与市场动态,生物芯片是一个 新兴的科学领域，具有良好的发展前 景。现在生物芯片主要向以下几个方 向发展。
一、产业化
对于现在技术已经相对成熟的生物芯片， 如基因芯片，产业化是发挥生物芯片作用 的最好途径。现在很多公司已经推出各种 不同种类的基因芯片。而且相关其产业， 如点样设备，检测设备也有重要的价值。 现在成本是束缚产业化的一个关键的因素。
蛋白质芯片的应用
特异性抗原抗体的检测 特异性抗原抗体的检测 蛋白质的筛选及研究 蛋白质的筛选及研究 药物筛选 疾病诊断
（2）基因芯片
基因芯片（又称DNA芯片） 是生物芯片的一种类型。它是 将DNA分子固定于支持物上， 并与标记的样品杂交，通过自 动化仪器检测杂交信号的强度 来判断样品中靶分子的数量， 进而得知样品中mRNA的表达 量也可进行基因突变体的检测 和基因序列的测定，为进一步 了解基因间的相互关系及基因 克隆提供有用的工具。
1995年，一些国际大公司与研究机构合作共同开发具有商 业价值的生物芯片及其相关的分析技术。
生物芯片-PPT文档资料
研究历史
• 1991 Affymatrix公司Stephen Fodor:光刻与光化 学技术、 多肽和寡聚核苷酸微阵列。DNA Chip概念 • Stanford大学Brown实验室：预先合成，机械手阵列 • 2019 Schena等：基因表达谱 • 2019 Chee et al：DNA测序 • 2019 Cronin et al：突变检测 • 2019 Sapolsley & Lipshutz：基因图克隆 • 2019 Shalon et al：复杂DNA样本分析 • 2019 Shoemaker et al：缺省突变定量表型分析
分类（根据工艺和载体）
• 原位合成法：密集程度高，可合成任意序
列的寡聚核苷酸，但特异性较差，寡聚核苷 酸合成长度有限，且随长度增加，合成错误 率增高。成本较高，设计和制造较烦琐费时。
• DNA微矩阵法：成本低，易操作，点样密度
通常能满足需要。芯片的载体需表面紧质、 光滑的固体，如硅，陶，玻璃等，DNA微矩阵 芯片常用玻片为载体。
分类（根据DNA成分）
• 寡聚核苷酸或DNA片段：约2025个核 苷酸碱基，常用于基因类型的分析， 如突变、正常变异（多态性）。
• 全部或部分cDNA：约5005000个核苷 酸碱基，通常用于两种或以上样本的 相关基因表达分析。
基因芯片的种类
• • • • • • • Science Chip：生物分析和诊断。 Nutri Chip：食物分析、转基因、污染检测。 Leuko Chip：血液分析、病毒分析、HLA分析。 Aqua Chip：水质分析。 Secure Chip：含DNA的物质鉴定。 Chromo Chip：基因分析和染色体序列。 Prokaryo Chip：原核生物、兽医、环保等。
《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。
《生物芯片技术介绍》课件
02
生物芯片的种类与制作方法
基因芯片
总结词
基因芯片是利用微阵列技术将大量基因探针固定在硅片、玻 璃片、塑料片或尼龙膜等固相支持物上，再与标记的样品进 行杂交，通过检测杂交信号强度和分布来获取样品分子的数 量和序列信息。
详细描述
基因芯片主要用于基因表达谱分析、基因突变检测、基因组 多态性分析等生物学研究领域。其制作方法包括直接合成法 、原位合成法、显微打印法等。
环境监测与食品安全
01
02
03
环境污染物监测
生物芯片可用于监测环境 中的有害物质，如重金属 、有机污染物等，为环境 保护提供技术支持。
食品安全检测
生物芯片可以快速检测食 品中的有害物质，如农药 残留、兽药残留、毒素等 ，保障食品安全。
转基因食品检测
生物芯片可用于转基因食 品的检测和分析，帮助消 费者了解食品的基因改造 情况。
数据分析与解读
生物芯片产生大量的数据，如 何进行有效的数据分析和解读
是技术挑战之一。
发展前景
临床应用
随着技术的不断进步，生物芯片在临 床诊断、治疗监测等领域的应用前景 广阔。
药物研发
利用生物芯片技术可以高通量筛选药 物候选物，加速药物研发进程。
科学研究
生物芯片在基因组学、蛋白质组学等 领域的研究中发挥重要作用，有助于 深入揭示生命活动的规律。
《生物芯片技术介绍》ppt课 件
• 生物芯片技术概述 • 生物芯片的种类与制作方法 • 生物芯片技术的应用实例 • 生物芯片技术的挑战与前景
01
生物芯片技术概述
定义与特点
生物芯片技术定义
生物芯片技术是一种将生物分子或细胞等样品高密度排列在固定载体上的微电 子芯片上，通过特定的检测手段对生物分子或细胞进行快速、高通量的检测和 分析的技术。
生物芯片分类及应用
生物芯片分类及应用生物芯片（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。
生物芯片分类生物芯片虽然只有10多年的历史，但包含的种类较多，分类方式和种类也没有完全的统一。
1、用途分类（1）生物电子芯片：用于生物计算机等生物电子产品的制造。
（2）生物分析芯片：用于各种生物大分子、细胞、组织的操作以及生物化学反应的检测。
前一类目前在技术和应用上很不成熟，一般情况下所指的生物芯片主要为生物分析芯片。
2、作用方式分类（1）主动式芯片：是指把生物实验中的样本处理纯化、反应标记及检测等多个实验步骤集成，通过一步反应就可主动完成。
其特点是快速、操作简单，因此有人又将它称为功能生物芯片。
主要包括微流体芯片（microftuidic chip）和缩微芯片实验室（lab on chip，也叫芯片实验室，是生物芯片技术的高境界）。
（2）被动式芯片：即各种微阵列芯片，是指把生物实验中的多个实验集成，但操作步骤不变。
其特点是高度的并行性，目前的大部分芯片属于此类。
由于这类芯片主要是获得大量的生物大分子信息，最终通过生物信息学进行数据挖掘分析，因此这类芯片又称为信息生物芯片。
包括基因芯片、蛋白芯片、细胞芯片和组织芯片。
3、成分分类（1）基因芯片（gene chip）：又称DNA芯片（DNA chip）或DNA微阵列（DNA microarray），是将cDNA或寡核苷酸按微阵列方式固定在微型载体上制成。
《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。
生物芯片技术77222-PPT课件
在于细胞的染色体上。将大量的基因片段有
序地、高密度地排列在玻璃片或纤维膜等载 体上，称之为基因芯片。
基因芯片发展历史
Southern & Northern Blot
Dot Blot
Macroarray
Microarray
一、基因芯片的原理
基因芯片技术是建立在基因探针和杂交测序技术 上的一种高效、快速的核酸序列分析手段。
生物芯片技术
了解生物芯片的功能，及其医学研究领域中的作用， 以及生物芯片技术的最新进展。 熟悉生物芯片的种类及其作用，基因芯片、蛋白芯片
和微缩芯片实验室的原理及其制备方法。
掌握基因芯片的工作原理、制备方法及其在临床诊断 中的意义。
第一节 生物芯片概述
第二节 基因芯片
第三节 蛋白芯片 第四节 芯片实验室
二、生物芯片的特点
高通量、集成化、并行化和微型化
生物芯片的分类
生物芯片 点阵型芯片
DNA芯片
蛋白芯片
细胞芯片
…
实验室芯片 反应器芯片 流体芯片
纯化芯片
…
三、生物芯片在医学中的应用
分子生物学、生物进化（生物起源及新物种鉴定）
生物医学（新药的筛选与合成，疾病诊断和治疗，如癌症、
早年性痴呆症等的病因研究）
基因芯片杂交结果要用专用的扫描系 统读取。
D A B C 数模转 换器 计算机 A:激光器 B:滤光片 C:二色镜 D:反光镜 E:关栅 B E 放大器
基因芯片扫描结果
不同的颜色代表一个探针点杂交上的带荧光标记 的核酸分子数的差异。红〉黄〉绿〉兰〉紫
GENERAL SCANNING - ScanArray System
生物芯片技术简介及应用--PPT
一、 概念、分类及应用
阿gh，
（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。
spacing (μm )
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1.3
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SMP6
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SMP10
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2.3
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Maximum subgrid per pin (spots)
阿gh，
基因芯片点样的方式
非接触式点样---适合于蛋白芯片的制作
它是以电磁阀或压电原理将样品直接喷至固相支持物表面
阿gh，
非接触式喷点技术
Thermal
Solenoid 螺线管
DP
Piezoelectric
阿gh，
Synquad：通过高分辨率注射器泵和微螺线管阀门有机结合起来精确控 制滴液 Piezoelectric：用压电晶体将液体从孔中喷出的压电技术，两个压电晶 体同时加脉冲通电触发这两个压电晶体往喷管中间变形挤压喷管侧壁， 喷管出现收缩压迫液体从喷嘴喷出。
阿gh，
（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。
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基因芯片点样的方式
非接触式点样---适合于蛋白芯片的制作
它是以电磁阀或压电原理将样品直接喷至固相支持物表面
阿gh，
非接触式喷点技术
Thermal
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阿gh，
Synquad：通过高分辨率注射器泵和微螺线管阀门有机结合起来精确控 制滴液 Piezoelectric：用压电晶体将液体从孔中喷出的压电技术，两个压电晶 体同时加脉冲通电触发这两个压电晶体往喷管中间变形挤压喷管侧壁， 喷管出现收缩压迫液体从喷嘴喷出。
《生物芯片技术hu》PPT课件
完整版课件ppt
15
• 点样装置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。
完整版课件ppt
30
• 引物具有较强的特异性，扩增反应也不存 在交叉污染，因而省略了处理常规多重和 多个PCR反应的繁琐工作。
• 如Lynx Therapeutics 公司，引入的大规模 并行固相克隆法 (Massively parallel solidphase 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。
完整版课件ppt
26
2.1 样品制备
• 样品制备是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。
完整版课件ppt
27
2.1.1 核酸样品
• RNA样品通常需要首先逆转录成cDNA并进行标 记后才可进行检测。
• 由于检测灵敏度所限，尚难以普通探针对极少量 的核酸分子进行杂交和检测，所以需要对样品或 后续测试信号进行适当的放大。
一、凝胶的三维化能加进更多的已知物质，增加了敏感 性。
二、可以在芯片上同时进行扩增与检则。
• 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）。
1生物芯片分类及应用.ppt
一、 概念、分类及应用
阿gh，
（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。
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基因芯片点样的方式
非接触式点样---适合于蛋白芯片的制作
它是以电磁阀或压电原理将样品直接喷至固相支持物表面
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非接触式喷点技术
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Piezoelectric
阿gh，
Synquad：通过高分辨率注射器泵和微螺线管阀门有机结合起来精确控 制滴液 Piezoelectric：用压电晶体将液体从孔中喷出的压电技术，两个压电晶 体同时加脉冲通电触发这两个压电晶体往喷管中间变形挤压喷管侧壁， 喷管出现收缩压迫液体从喷嘴喷出。
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（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。
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Maximum subgrid per pin (spots)
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基因芯片点样的方式
非接触式点样---适合于蛋白芯片的制作
它是以电磁阀或压电原理将样品直接喷至固相支持物表面
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非接触式喷点技术
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Synquad：通过高分辨率注射器泵和微螺线管阀门有机结合起来精确控 制滴液 Piezoelectric：用压电晶体将液体从孔中喷出的压电技术，两个压电晶 体同时加脉冲通电触发这两个压电晶体往喷管中间变形挤压喷管侧壁， 喷管出现收缩压迫液体从喷嘴喷出。
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4
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。
(off-chip
如 NC、Nylon 膜 扫 描 、 定 量 分 析 ；
synthesis)
等
生物传感器等
22
原位合成 (In Situ Synthesis)
化学合成 原子印章
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。
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。
24
原位光刻合成原理
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.
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。
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）
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
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
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。
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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
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。
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。
7
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，
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
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基因芯片应用领域
遗传疾病研究
癌症 家系遗传疾病 普通基因突变疾病
3.此时再加入荧光标记的，特异结合 analyte的reporter molecule。
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
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。
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微阵列芯片
蛋白芯片
基因芯片
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蛋白芯片(Protein Chips)
高通量微阵列蛋白分析方法
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。
(off-chip
如 NC、Nylon 膜 扫 描 、 定 量 分 析 ；
synthesis)
等
生物传感器等
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原位合成 (In Situ Synthesis)
化学合成 原子印章
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。
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)
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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。
24
原位光刻合成原理
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.
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。
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）
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
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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、 生物芯片制作技术介绍
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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
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。
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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
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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。
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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
一、 概念、分类及应用
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（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。
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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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，
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
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基因芯片应用领域
遗传疾病研究
癌症 家系遗传疾病 普通基因突变疾病
3.此时再加入荧光标记的，特异结合 analyte的reporter molecule。
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
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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。
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微阵列芯片
蛋白芯片
基因芯片
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蛋白芯片(Protein Chips)
高通量微阵列蛋白分析方法