C7 基因芯片技术简介
基因芯片技术简介
基因芯片技术简介引言随着基因组学的快速发展，基因芯片技术作为一种高通量、高效率的基因表达分析方法，越来越受到科学家们的关注和广泛应用。
本文将介绍基因芯片技术的定义、原理、应用领域以及发展趋势。
定义基因芯片技术，又称DNA芯片技术，是利用半导体芯片上固定携带有特定DNA序列或cDNA序列的探针，通过杂交技术测定样本中的基因表达水平的一种新兴技术。
它通过将大量DNA序列固定在芯片表面上，可以同时检测成千上万个基因的表达水平，从而实现了高通量、高灵敏度、高速度的基因表达分析。
基因芯片技术的原理主要包括芯片设计、样本处理、杂交和信号检测四个步骤。
芯片设计芯片设计是基因芯片技术的核心环节。
通过将感兴趣的DNA序列打印到芯片表面上，实现对这些DNA序列的同时检测。
芯片设计要考虑到实验的目的、样本来源、携带探针的芯片类型等因素。
样本处理样本处理是基因芯片技术中非常重要的一步。
首先，需要提取样本中的RNA，并转录成cDNA。
然后，对cDNA进行标记，常见的方法是采用荧光标记。
标记完成后，将标记的cDNA与芯片上的探针进行杂交。
杂交是将标记的cDNA与芯片上的DNA探针进行特异性结合的过程。
通过杂交反应，可以使标记的cDNA与芯片上的探针发生碱基配对，从而检测基因表达水平。
信号检测信号检测是基因芯片技术的最后一步。
常见的检测方法包括荧光扫描、激光检测和图像分析等。
这些方法可以量化样本中的基因表达水平，并生成可视化的热图或散点图，以方便科学家对数据进行分析和解读。
应用领域基因芯片技术在生物学、医学和农业等领域具有广泛的应用。
生物学研究基因芯片技术的高通量性能使其成为生物学研究的重要工具。
研究人员可以通过基因芯片技术分析不同组织、不同时间点或不同个体中的基因表达变化，探究基因在生物体发育、疾病发展等过程中的功能。
医学诊断基因芯片技术在医学诊断中有着重要的应用价值。
通过分析患者样本中的基因表达谱，可以为医生提供辅助诊断和治疗的信息。
原位合成法制造基因芯片技术概述
原位合成法制造基因芯片技术概述【摘要】近年来，DNA微阵列原位合成技术发展迅速，成为各国学者研究的重点。
原位合成法主要包括光脱保护法、喷印合成法、光致酸合成法、电喷雾合成法、虚拟掩模法和分子印章压印法等方法。
【关键词】基因芯片；原位合成法；分子印章压印法基因芯片的原位合成法是基于组合化学的合成原理，按精确设计的分布和顺序，通过一组定位模板来决定基片表面上不同化学单体的偶联位点和次序，运用现代高精度仪器和DNA合成化学技术在基片上直接并行定点合成所需的DNA 探针，这些合成的DNA微探针即构成了高集成度的DNA微阵列，即通称的“高密度基因芯片”。
其特点是：不仅由于集成了成千上万的密集排列的基因探针，能够在同一时间内分析大量的基因，使人们迅速地读取遗传密码，而且就同样探针数量的基因芯片来说，由于可实现大批量、低成本的集约化生产，制作成本将远低于点样法制作的寡核苷酸基因芯片，并且重复性好。
近年来，DNA微阵列原位合成以及相关技术（芯片微阵列设计及探针优化、基片修饰改性、靶基因标记方法、结果检测及分析仪器等）一直是研究的热点，代表着基因芯片的技术水平和发展趋势。
原位合成法制造基因芯片技术和方法有以下一些。
1、光脱保护法该技术为美国Affymetrix公司首创和拥有。
根据人为合成寡核苷酸是由3’端开始而终止于5’端的特点，该技术的核心是创造性地在核苷酸单体的5’端修饰了一个光敏基团及将微电子行业的光刻技术与DNA合成技术有机地结合在一起。
在进行DNA微阵列原位合成前，先设计好各阵列点对应的探针碱基序列，整个DNA微阵列各探针的第一个碱基构成整个芯片上的第一层，第二个碱基构成第二层，……，然后按照各层碱基的分布情况每层设计四块掩模，每张掩模的透光区域分别对应于该层碱基中四种碱基中的一种。
在进行DNA微阵列合成前，还需对芯片基体材料进行一定的修饰处理。
所谓修饰处理，就是通过一系列物理和化学处理过程，使基体材料表面带有可与核酸单体3’端共价偶联的功能基团（如-OH、-CHO和-NH2等）。
基因芯片技术的原理和发展
基因芯片技术的原理和发展随着科技的不断发展，人们对于基因的研究也越来越深入，基因芯片技术作为一种迅速发展的生物技术，具有重要的理论意义和实践价值。
基因芯片技术是一种高通量和高标准化的分子生物学技术，可以用于基因表达、基因变异、蛋白质量、DNA甲基化等领域的研究。
1. 基因芯片技术的原理基因芯片技术是将DNA分子、RNA分子或蛋白质分子等多样化的生物大分子分子序列固定在一块小小的玻璃片或硅片上，然后利用微量的核酸或蛋白质的杂交反应来检测样品中这些生物大分子的存在或相对数量。
这些生物大分子的浓度水平可以用来衡量基因的表达情况、基因变异、蛋白质相互作用等生物学过程。
具体操作过程包括：1.1 表达谱芯片表达谱芯片是一种测量运用基因芯片技术研究基因表达的方法。
在表达谱芯片上可以固定多种类型的DNA序列，例如真核细胞DNA片段，互补DNA片段、探针、引物等。
对于鉴定被检测样品的物种，应选择特异而高丰度的探针或引物。
通过部分或大量存储的文献或数据库，研究人员首先确定所需的目标基因，然后通过设计合适的核酸杂交探针，将所需目标基因的序列在探针区域进行固定。
1.2 基因组芯片基因组芯片是一种利用基因芯片技术直接测量基因组中DNA 分子存在量的方法。
基因组芯片和其他一些技术类似，通常分三部分作用：建立样品库，设计并制备基因组芯片，通过基因芯片技术来测量DNA分子的存在量。
2. 基因芯片技术的发展基因芯片技术是一种非常年轻的生物技术，近年来其不断得到完善和发展，具有日益广泛的应用前景。
2.1 应用于生物医学基因芯片技术在生物医学领域得到广泛的应用，其中最具有代表性的应用是基因诊断和基因治疗。
通过基因芯片技术，可以对特定基因的表达情况和蛋白质质量进行分析和检测，为许多临床诊疗和治疗提供了关键方法。
2.2 应用于生态环境基因芯片技术也可以用于生态环境监测，特别是对于环境中的有害生物及其基因信息的监测。
基因芯片技术可以通过绿色监测来减轻生态环境对生物生态的影响。
基因芯片技术简介及应用
基因芯片技术简介及应用随着基因组学研究的不断深入，人类已进入一个崭新的生物世纪，基因芯片在基因功能研究、临床诊断及新药开发等方面显示了巨大的威力，被誉为基因功能研究领域最重要的技术之一。
一、基因芯片技术基本原理基因芯片的创意来自于计算机芯片。
它和计算机芯片一样，具有超微化、高度集成、信息贮存量大等特点，所不同的是，计算机芯片采用的是半导体集成电路，而基因芯片是以基因片段作为“探针”来进行工作的。
（一）基因芯片的定义基因芯片（gene chip）又称DNA芯片，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，样品DNA或RNA通过PCR扩增、体外转录等技术掺入荧光等标记分子，然后按碱基配对原理与固定的探针杂交，再通过荧光检测系统等对芯片进行扫描，通过计算机系统对每一探针的信号进行处理，从而迅速得出所需要的信息。
基因芯片技术工作原理与经典的核酸分子杂交是一致的，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。
在一块1cm2大小的基因芯片上，根据需要可固定数以千计甚至万计的基因片段，以此形成一个密集的基因方阵，与标记的样品分子进行杂交，实现对成千上万个基因的高通量同步检测（见文末彩图-1）。
图-1 经荧光扫描后的芯片图示（二）基因芯片技术的主要特点基因芯片技术归纳起来，具有高并行性、多样性、微型化和自动化这四大特点。
高并行性有利于基因芯片所示图谱的快速对照和阅读，效率大为提高；多样性则提供了样品的多指标测定，每块芯片上都含有成百上千种的寡核苷酸探针或cDNA探针，能够用于基因突变、单核苷酸多态性（SNP）、细菌分型等需要高通量的检测；微型化的好处在于对样品的需要量非常少，而且还能节省试剂用量，降低检测成本；自动化使得人力、物力投入减少，检测时间缩短并保证了质量。
同时，它还具有操作简便、信息综合处理能力强、结果可靠和仪器配套齐全等优势，因而备受青睐。
基因芯片技术简介和应用展望教学文案
基因芯片技术简介和应用展望上海复旦张江生物医药有限公司姚见儿基因芯片（Gene Chip）通常指DNA芯片，其基本原理是将指大量寡核苷酸分子固定于支持物上，然后与标记的样品进行杂交，通过检测杂交信号的强弱进而判断样品中靶分子的数量。
基因芯片的概念现已泛化到生物芯片（biochip）、微阵列（Microarray）、DNA芯片（DNA chip），甚至蛋白芯片。
基因芯片集成了探针固相原位合成技术、照相平板印刷技术、高分子合成技术、精密控制技术和激光共聚焦显微技术，使得合成、固定高密度的数以万计的探针分子以及对杂交信号进行实时、灵敏、准确的检测分析变得切实可行。
基因芯片技术在分子生物学研究领域、医学临床检验领域、生物制药领域和环境医学领域显示出了强大的生命力，其中关键就是基因芯片具有微型化、集约化和标准化的特点，从而有可能实现“将整个实验室缩微到一片芯片上”的愿望。
基因芯片在国内外已形成研究与开发的热潮，许多科学家和企业家将基因芯片同当年的PCR相提并论，认为它将带来巨大的技术、社会和经济效益，正如电子管电路向晶体管电路和集成电路发展是所经历的那样，核酸杂交技术的集成化也已经和正在使分子生物学技术发生着一场革命。
基因芯片的种类基因芯片产生的基础则是分子生物学、微电子技术、高分子化学合成技术、激光技术和计算机科学的发展及其有机结合。
根据基因芯片制造过程中主要技术的区别，下面主要介绍四类基因芯片。
一、光引导原位合成技术生产寡聚核苷酸微阵列开发并掌握这一技术的是Affymetrix公司，Affymetrix采用了照相平板印刷技术技术结合光引导原位寡聚核苷酸合成技术制作DNA芯片，生产过程同电子芯片的生产过程十分相似。
采用这种技术生产的基因芯片可以达到1×106/cm2的微探针排列密度，能够在一片1厘米多见方的片基上排列几百万个寡聚核苷酸探针。
原位合成法主要为光引导聚合技术（Light-directed synthesis），它不仅可用于寡聚核苷酸的合成，也可用于合成寡肽分子。
基因芯片技术及其在肿瘤诊断中的应用
基因芯片技术及其在肿瘤诊断中的应用随着科技的发展，基因芯片技术也越来越成熟。
在肿瘤诊断中，基因芯片技术的应用受到越来越多的关注。
基因芯片技术的原理、优势以及在肿瘤诊断中的应用是本文想要探讨的内容。
一、基因芯片技术的原理基因芯片是一种测试片，它能够查看成千上万的基因，了解这些基因的表达情况。
在基因芯片的使用中，需要将样本基因片段提取出并加以扩增，再将其复制到芯片上。
而一条螺旋结构的DNA是由四个不同的碱基组成的，即腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤以及鳥嘌呤。
因此，基因芯片中会包含这四个碱基。
基因芯片技术的原理是基于杂交技术而成。
假设研究者需要检测一组细胞的基因表达情况，那么这一组细胞的RNA需要被提取出来。
接下来，这些RNA会被转化成反羧基亲和素（cDNA）并标记。
标记后的cDNA会被加在基因芯片上的探针上。
而这些探针则是具有固定位置的基因序列，通常是基因的完整序列或者是基因的特定部分。
通过将标记后的cDNA和探针进行杂交，就可以检测出RNA的表达情况。
二、基因芯片技术的优势相比于传统的基因检测方法，基因芯片技术在一定程度上具有以下优势：1.高通量：基因芯片能够检测成千上万的基因，检测结果也更加准确。
2.高灵敏度：基因芯片需要的样本数量很少，甚至能够通过采集少量血液及组织来获得详细的基因信息。
3.高精度：基因芯片的结果非常精确，因为它能够避免操作过程中的人为误差。
4.快速结果：基因芯片的检测速度非常快，检测结果能够在短时间内得到。
基因芯片技术的优势使得它在疾病诊断、药物研究以及基因治疗方面有着广泛的应用。
三、基因芯片技术在肿瘤诊断中的应用肿瘤是一种细胞无序分裂并且进行恶性侵袭的疾病。
肿瘤发生后，患者的基因表达情况会发生改变。
基因芯片技术可以检测这些改变，从而对肿瘤的诊断以及治疗提供参考。
1.肿瘤类型的诊断基因芯片技术通过检测基因的表达情况来确定肿瘤的类型。
在不同的肿瘤中，基因的表达情况都有所不同。
如在一项基因芯片研究中，研究者利用基因芯片技术成功地对70%的乳腺癌患者进行了分类诊断。
基因芯片技术
基因芯片技术基因芯片技术是一种高通量的生物技术平台，可以同时测量上千个基因的表达量或突变状态。
该技术的出现，为研究基因与生物体生理、发育、进化及疾病发生等方面的关系提供了重要工具，同时也推动了生物医学、农业、环境科学等领域的发展。
基因芯片技术的基本原理是，将成千上万个寡核苷酸探针固定在玻璃片或硅片上，形成一个固定化的小芯片。
每个探针可以与特定的基因序列互补配对，从而可以在芯片上同时检测多个基因的表达情况。
通常，研究人员会将待检测的RNA或DNA 样品标记，然后加到芯片上，通过互补配对，可以确定每个基因的表达量或突变状态。
基因芯片技术的关键在于可以高效、快速地同时检测大量基因信息。
基因芯片技术的应用广泛，其中最重要的应用之一是基因表达谱分析。
通过测量细胞或组织中所有基因的表达水平，可以了解基因在不同生理或病理条件下的变化。
例如，在癌症研究中，可以通过基因芯片技术比较癌细胞与正常细胞的基因表达谱，找出与癌症相关的基因变化，从而揭示癌症的发生机制，并寻找治疗目标。
此外，基因芯片技术还可以用来研究基因调控网络、药物作用机制等。
与传统的方法相比，基因芯片技术具有很多优势。
首先，基因芯片技术可以同时检测大量基因，大大提高了实验效率。
一张芯片上可以同时检测数千个基因，比传统方法要快捷得多。
其次，基因芯片技术具有高灵敏性和高精确性。
可以检测到低表达基因的信号，并可以避免手工操作引入的误差。
此外，基因芯片技术还可以提供大量的数据，为生物学研究提供了更多的信息。
然而，基因芯片技术也存在一些局限性。
首先，基因芯片技术只能检测已知的基因序列，对于未知基因或新发现的基因变体，无法提供准确的信息。
其次，芯片设计需要基于已有的基因序列信息，如果基因组中还有未解析的区域，这些区域的信息可能无法得到有效检测。
再者，基因芯片技术的数据处理和分析也面临一定的挑战，需要建立合适的分析流程和算法，以准确解读芯片数据。
尽管存在一些局限性，基因芯片技术仍然是一种重要的生物技术平台。
基因芯片技术是什么？一文读懂基因芯片!
基因芯片技术是什么？一文读懂基因芯片！基因芯片技术是生物芯片的一种，它是生命科学领域里兴起的一项高新技术，它集成了微电子制造技术、激光扫描技术、分子生物学、物理和化学等先进技术。
生物芯片生物芯片是指将成千上万的靶分子（比如DNA、RNA或蛋白质等）经过一定的方法有序地固化在面积较小的支持物（如玻璃片、硅片、尼龙膜等）上，组成密集分子排列，然后将已经标记的样品与支持物上的靶分子进行杂交，经洗脱、激光扫描后，运用计算机将所得的信号进行自动化分析。
这种方法不仅节约了试剂与样品，而且节省了大量的人力、物力与时间，使检测更为快速、准确、敏感，是目前生物检测中效率高、最为敏感和最具前途的技术。
根据在支持物上所固定的靶分子的种类可将生物芯片分为基因芯片、蛋白质芯片、组织芯片和芯片实验室等。
目前，技术比较成熟、应用最广泛的是基因芯片技术，其在基因组的表达分析、药物筛选、模拟生物的基因表达及功能研究、遗传疾病基因诊断、病原微生物的诊断等方面都有广泛的应用，是一种高效、大规模获取相关生物信息的重要手段。
基因芯片基因芯片也称DNA微阵列,是生物芯片的一种。
基因芯片原理最初是由核酸的分子杂交衍生而来的,即应用已知序列的核酸探针对未知序列的核酸序列进行杂交检测DNA芯片技术，实际上就是一种大规模集成的固相杂交。
是指在固相支持物上原位合成( situ synthesis)寡核苷酸或者直接将大量预先制备的DNA探针以显微打印的方式有序地固化于支持物表面，然后与标记的样品杂交。
通过计算机对杂交信号的检测分析，得出样品的遗传信息(基因序列及表达的信息)。
由于常计算机硅芯片作为固相支持物，所以称为DNA芯片。
基因芯片采用大量特定的寡核苷酸片段或基因片段作为探针，有规律地固定于与光电测量。
基因芯片技术原理
基因芯片技术原理基因芯片技术是一种高通量基因分析技术，可以同时检测和分析大量基因的表达水平、基因突变和基因型等信息。
基因芯片技术利用了DNA、RNA、蛋白质等生物大分子的亲和性和特异性相互作用，在一个小芯片上固定上千至百万个特定的核酸序列或蛋白质，从而实现多个基因或蛋白质的高通量检测和分析。
首先是芯片设计。
芯片设计是基因芯片技术的关键步骤之一，需要依据研究目的选择合适的探针，将目标基因的序列信息或基于已知基因的特定序列设计成探针。
常用的基因芯片包括全基因组芯片、差异表达芯片、SNP芯片和甲基化芯片等。
全基因组芯片包含了整个基因组的探针，能够对全基因组的表达水平进行分析；差异表达芯片是基于不同样品之间基因表达的差异，通过比较样品间的信号差异来鉴定差异基因；SNP芯片用于检测单核苷酸多态性位点的基因型；甲基化芯片则用于分析DNA的甲基化水平。
接下来是样品制备。
样品制备是基因芯片技术的另一个重要步骤，主要包括核酸提取、标记和杂交等过程。
首先需要从样品中提取出目标核酸（DNA或RNA），并进行高质量的纯化和放大。
接下来，需要对提取的核酸进行标记，常用的标记方法包括荧光标记和生物素标记等。
标记后的核酸样品将通过特定的杂交液处理，与芯片上的探针发生特异性杂交反应。
然后是杂交。
杂交是基因芯片技术的核心步骤，即将标记后的核酸样品与芯片上的探针进行特异性结合，形成揭示目标基因表达或突变水平的信号。
通常采用液相杂交或固相杂交的方式，将标记的核酸样品与探针共同放置在芯片上，通过温度和盐浓度的控制，使核酸与探针之间发生特异性结合。
结合完毕后，通过洗涤去除非特异性结合的核酸，进一步提高信号的特异性。
最后是信号检测。
信号检测是基因芯片技术的最后一步，主要通过荧光扫描、激光检测等方法来获取芯片上的信号，并将其转化为数值化的数据。
在芯片表面固定的探针与杂交样品结合形成亲和复合物后，根据标记的方式可以得到荧光信号。
通过高分辨率的扫描仪或激光检测仪，可以获取芯片上每个探针的信号强度。
基因芯片技术及其在医学检测中的应用
基因芯片技术及其在医学检测中的应用近年来，随着科学技术的不断发展和进步，基因芯片技术在医学领域中的应用越来越受到重视。
基因芯片技术是一种以高通量、高精度的方法进行基因表达谱的测定和分析的技术，它的出现使得疾病的发现和治疗更加精准和有效。
本文将主要介绍基因芯片技术的原理、分类以及其在医学检测中的应用。
一、基因芯片技术的原理基因芯片技术是一种高通量的基因检测技术，它的原理是通过一系列的操作，将需要测试的基因片段固定在特定芯片上，使得基因片段与芯片上的探针发生特异性的杂交反应，然后对杂交反应的结果进行检测和分析。
基因芯片技术最大的特点是能够同时检测大量的基因片段，从而能够在多个方面同时评估基因样本的表达和变化。
二、基因芯片技术的分类基因芯片技术根据不同的应用可以分为不同的类型。
其中最常见的是表达芯片和基因组芯片。
1. 表达芯片表达芯片用于检测组织或细胞的基因表达情况。
它可以同时检测数以万计的基因，通过比较不同组织或细胞的基因表达谱，可以寻找到不同基因在不同条件下的表达情况。
表达芯片可以用于疾病的诊断和治疗。
2. 基因组芯片基因组芯片用来检测整个基因组的变异情况。
它可以同时检测上百万个基因的变异情况，通过对比病人和正常人的基因组变异情况，可以找到具体的病因。
三、基因芯片技术在医学检测中的应用基因芯片技术在医学领域中的应用非常广泛。
它可以用于疾病的诊断、治疗和预防。
以下是基因芯片技术在医学检测中的应用：1. 癌症诊断以肿瘤标志物为例，对肝癌、胃癌、卵巢癌等多种癌症进行早期筛查，以实现癌症的早期诊断和早期治疗。
2. 器官移植通过检测器官的基因表达谱，可以评估移植后器官的状态和功能是否正常，从而更好地指导移植后的治疗。
3. 药物研究通过检测药物对细胞或组织的影响，可以预测不同患者对药物的敏感性，从而更好地选择和调整药物治疗方案。
4. 胚胎筛查通过检测胚胎基因组的变异情况，可以筛查出具有遗传病基因的胚胎，从而避免患有遗传病的孩子的出生。
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
基因芯片技术及其应用前景
基因芯片技术及其应用前景随着人类基因组（测序）计划（Human genome project ）的逐步实施以及分子生物学相关学科的迅猛发展，越来越多的动植物、微生物基因组序列得以测定，基因序列数据正在以前所未有的速度迅速增长。
建立新型杂交和测序方法以对大量的遗传信息进行高效、快速的检测、分析就显得格外重要了。
基因芯片（又称DNA 芯片、生物芯片）技术就是顺应这一科学发展要求的产物，它的出现为解决此类问题提供了光辉的前景。
该技术系指将大量（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后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。
通俗地说，就是通过微加工技术，将数以万计、乃至百万计的特定序列的DNA片段（基因探针），有规律地排列固定于2cm2 的硅片、玻片等支持物上，构成的一个二维DNA探针阵列，与计算机的电子芯片十分相似，所以被称为基因芯片。
生物芯片技术主要包括四个基本要点：芯片方阵的构建、样品的制备、生物分子反应和信号的检测。
1998 年底美国科学促进会将基因芯片技术列为1998 年度自然科学领域十大进展之一，足见其在科学史上的意义。
现在，基因芯片这一时代的宠儿已被应用到生物科学众多的领域之中。
这些应用主要包括基因表达检测、突变检测、基因组多态性分析和基因文库作图以及杂交测序等方面。
在基因表达检测的研究上人们已用该技术（共157,112 个探针分子）一次性检测了酵母几种不同株间数千个基因表达谱的差异。
在实际应用方面，生物芯片技术可广泛应用于以下方面：1.药物筛选和新药开发由于所有药物（或兽药）都是直接或间接地通过修饰、改变人类（或相关动物）基因的表达及表达产物的功能而生效，用芯片作大规模的筛选研究可以省略大量的动物试验甚至临床，缩短药物筛选所用时间，提高效率，降低风险。
2.疾病诊断在疾病的诊断方面有以下几个优点：一是高度的灵敏性和准确性；二是快速简便；三是可同时检测多种疾病。
基因芯片
基因芯片
什么是基因芯片？
中文名称：基因芯片 英文名称：gene chip 定义1：固定有寡核苷酸、基因组DNA或互补DNA等的生物芯片。 利用这类芯片与标记的生物样品进行杂交， 可对样品的基因表达谱生物信息进行快速定性和定量分析。 应用学科：生物化学与分子生物学（一级学科）；方法与技术（二级学科） 定义2：固定有寡核苷酸、基因组DNA或cDNA等的生物芯片。利用这类芯片与标 记的生物样品进行杂交，可对样品的基因表达谱生物信息进行快速定性和定量 分析。应用学科：细胞生物学（一级学科）；细胞生物学技术（二级学科）
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谈科学之基因芯片
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检测原理 由于所使用的标记物不同，因而相应的探测方法也各具特色。大多数研究 者使用荧光标记物，也有一些研究者使用生物素标记，联合抗生物素结合 物检测DNA化学发光。通过检测标记信号来确定DNA芯片杂交谱型。
结 语
※ 作为一种高通量的自动化检测技术，基因芯片在病原体的检测和疾病 诊断、药物靶点筛选、耐药性和疾病治疗、基因变异和疾病预防等方 面有广阔的应用前景。 ※ 基于PCR、碱基配对、标记技术、固相化技术基础上的基因芯片技术， 同样存在上述基础技术中在敏感性特异性、运行成本等方面待解决的 问题。 ※ 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 究领域发挥出其非凡的作用。
2011年11月2日，美国安全化妆品运动联盟表示，强生婴儿洗发水中含有可致癌的二恶烷以及季铵盐15。美国、中国、加拿大等5国市场所售产品中仍含有该物质。
图片展示介绍
在此简单地展示一些基因芯片及其制作过程。
>基因芯片 显然 基因芯片技术已经取得了 长足的发展，得到世人的 瞩目。 展示基因芯片的制作过程。
基因芯片技术简介
冯永强
一、基因分析芯片开发的动力
遗传信息迅猛增长
随着人类基因组（测序）计划（Human genome project）的逐步实施以及分子生物学相关 学科的迅猛发展，越来越多的动植物、微生物基 因组序列得以测定，基因序列数据正在以前所未 有的速度迅速增长。然而,怎样去研究如此众多基 因在生命过程中所担负的功能就成了全世界生命 科学工作者共同的课题。为此，建立新型杂交和 测序方法以对大量的遗传信息进行高效、快速的
科学的发展人类的进步要求进行大规模基因信 息的解析
鉴于基因芯片的多种用途和其远大的发展前景，不
少生命科学研究机构和生物技术公司都先后参与了这项 技术的研究。据不完全统计目前仅国内就有十多家单位 从事该技术的研究与开发工作，全世界估计至少有二三 十家。它已象半导体技术一样成为一个重要的产业方向 。当前已正被广泛地应用于诸多领域，包括生物医学、 临床诊断学和基因组学研究。
优点：设备廉价，技术简便，研制周期短，灵活性高 缺点：点阵密度低
从支持物来分主要有：
薄膜型 如聚丙烯膜、硝酸纤维素膜、尼龙膜等。这种 类型“芯片”的点阵是通过“点膜”形式制作的，并通过一 定的方法使探针能够牢固地结合于其上，整个过程类似于斑 点杂交技术（如CloneTech公司）。
优点： 合成效率高，点阵密度高
缺点： 设备昂贵，技术复杂，反应产率低
பைடு நூலகம்
压电打印原位聚合技术其装置与普通的彩色喷墨打印 机并无两样，所用技术也是常规的固相合成方法。即，将 墨盒中的墨汁分别用四种碱基合成试剂替代，支持物经过 包被后，通过计算机控制喷墨打印机将特定种类的试剂喷 洒到预定的区域上。冲洗、去保护、偶联等则同于一般的 固相原位合成技术。如此类推，可以合成出长度为40到50 个碱基的探针。
基因芯片
DNA Chip Technology
Solid support (glass, plastic, metal, silicon) Miniaturized array of DNA (genetic material) Work on the biochemical principle of DNA/DNA hybridization Hybridized probes (DNA molecules) are fluorescently labeled
通常用计算机硅芯片作为固相支持物，所 以称为DNA芯片 。 DNA芯片为生物芯片的一种：
生物芯片包括：
DNA芯片 蛋白质芯片 其它芯片
按用途分
– 样品制备芯片 – 生化反应芯片 – 检测芯片
芯片实验室是生物芯片技术发展的
最终目标
基因芯片发展历史
Southern & Northern Blot
进一步阐明基因的相互协同、抑制、互
为因果等关系。有助于理解基因及其编 码的蛋白质的生物学功能，并从已知生 物学功能的基因推论未报道基因的生物 学意义。同时，还可在基因水平上解释 疾病的发病机理，为疾病诊断、药效跟 踪、用药选择等提供有效手段。 急性白血病、黑色素瘤、卵巢癌、乳腺 癌、前列腺癌、肝癌等表达谱芯片的研 究。
基因芯片技术的原理
基因芯片技术的原理宝子！今天咱们来唠唠基因芯片技术这个超酷的玩意儿。
基因芯片啊，就像是一个超级微观的信息大集合。
想象一下，咱们的基因就像是一本本超级复杂的密码书，而基因芯片呢，就像是一个专门用来解读这些密码书的神奇小助手。
基因芯片其实就是一块小小的芯片，但是这个小芯片上面可是布满了密密麻麻的“小站点”。
这些小站点就像是一个个小房子，每个小房子里都住着一种特殊的东西，那就是寡核苷酸探针。
这寡核苷酸探针就像是一个个小侦探，它们的任务就是去寻找基因里的特定信息。
你知道吗？咱们身体里的基因是由四种核苷酸组成的，就像四种不同颜色的小珠子串成的超级长链。
而这些寡核苷酸探针呢，它们是按照特定的顺序排列的，这个顺序是科学家们精心设计的，专门用来和基因里的某些片段匹配。
就好像是一把特制的小钥匙，要去开基因密码锁一样。
当我们把含有基因的样本放到基因芯片上的时候，就像是把一群神秘的小客人带到了这个小房子的社区。
基因里的那些片段就会在芯片上到处晃悠，然后呢，一旦某个基因片段遇到了和它匹配的寡核苷酸探针小房子，就像两个失散多年的小伙伴突然相遇一样，它们就会紧紧地结合在一起。
这就像是一场超级微观的相亲大会，只有合适的才能牵手成功呢。
基因芯片上还有一些特殊的标记。
比如说，有的时候会用荧光标记。
如果某个基因片段和探针结合了，那么这个小站点就会发出荧光。
就像是小房子点亮了一盏小灯，告诉我们：“看呀，这里有匹配成功的呢！”科学家们就可以通过观察这些荧光点的位置和强度，来知道哪些基因在样本里存在，以及这些基因的表达量是多少。
如果荧光很强，就说明这个基因在样本里的含量比较高；如果荧光很弱，那这个基因的含量就比较少啦。
这个技术可不得了啊。
它就像一个超级放大镜，让我们能够一下子看到好多好多基因的信息。
以前呢，要研究一个基因就像是在大海里捞针一样困难，要花费好多好多的时间和精力。
但是有了基因芯片技术，就像是开着一艘超级大船，一下子能把好多针都捞起来。
基因芯片技术简介-冷薇
把大量分子检测单元集成在一个微 小的固体基片表面，可同时对大量 的核酸和蛋白质等生物分子实现高 效、快速、低成本的检测和分析。
基因芯片原型
主要类型
▪ 多种方法将寡核苷酸或短肽固定到固相支持物上 ▪ 原位合成（in situ synthesis） ▪ 合成点样 ▪ 支持物： ▪ 玻璃片、硅片、聚丙烯膜、硝酸纤维素膜、尼龙膜等
▪ 主要包括四个基本要点： ▪ 1）芯片方阵的构建 ▪ 2）样品的制备 ▪ 3）生物分子反应 ▪ 4）信号的检测
芯片制备
▪ 芯片制备，先将玻璃片或硅片进行表面处理，然后使 DNA片段或蛋白质分子按顺序排列在片芯上
▪ 目前制备芯片主要以玻璃片或硅片为载体，采用原位合 成和微距阵的方法将寡核苷酸片段或cDNA作为探针按 顺序排列在载体上。
一次性对样品大量序列进行检测和分析，解决了 传统核酸印迹杂交（Southern Blotting和Northern Blotting等）技术操作繁杂、自动化程序低、操做 序列数量少、检测效率低等不足。
检测每个探针分子 的杂交信号强度
获取样品分子的 数量和序列信息
基因芯片（gene chip）的原理
基因芯片的应用
▪ 它以其可同时、快速、准确地分析数以千计基因组信息的本领而显示出了 巨大的威力。
▪ 1）对多种生物包括南芥（Arabidopsis thaliana）、酵母（Saccharomyces cerevisiae）及人类的基因组表达情况进行了研究，并用该技术（共 157,112个探针分子）一次性检测了酵母几种不是荧光标记的样品与芯片上的探针进行的反应 产生一系列信息的过程。
▪ 芯片上的生物分子之间的反应是芯片检测的关键一步。 通过选择合适的反应条件使生物分子间反应处于最佳状 况中，减少生物分子间的错配比率。
基因芯片实验原理与方法
基因芯片(Gene Chip,DNA Chip)，又称DNA微阵列(DNA Micorarray)，是指按照预定位置固定在固相载体上很小面积内的千万个核酸分子所组成的微点阵阵列。
在一定条件下，载体上的核酸分子可以与来自样品的序列互补的核酸片段杂交。
如果把样品中的核酸片段进行标记，在专用的芯片阅读仪上就可以检测到杂交信号。
详细实验方法•基因芯片实验原理与方法实验材料•组织或细胞样本试剂、试剂盒•Oligo-dT (T15) - Roche•dNTPs•RNasin•Superscript II•Cot-1 DNA•EDTA•NaOH•Tris仪器、耗材•扫描仪：ScanArray 3000•图像处理软件：Genepix 3.0•Cartesian 7500点样仪•硅烷化玻片•PCR仪器•Scan Microarray一、目的本实验的目的是学会cDNA芯片的使用方法。
了解各种基因芯片的基本原理和优缺点。
基因芯片这一技术方法在1991年的Science杂志上被首次提出，其高通量、并行检测的特点适应了分析人类基因组计划所提供的海量的基因序列信息的需要，可以说，人类基因组计划是基因芯片技术发展的原因，而对深人研究基因突变和基因表达的有效方法的需求又是促进基因芯片技术发展的动力。
由于基因芯片高速度、高通量、集约化和低成本的特点，基诞生以来就受到科学界的广泛关注，正如晶体管电路向集成电路发展的经历一样，分子生物学技术的集成化正在使生命科学的研究和应用发生一场革命。
根据固定在芯片载体上的核酸分子的不同，基因芯片可以分为cDNA芯片和寡核昔酸芯片等。
寡核昔酸芯片主要基于光引导聚合技术，该技术是Affymetrix公司开发的专利技术，由于其突出的优点，正得到越来越广泛的应用。
二、原理基因芯片(Gene Chip,DNA Chip)，又称DNA微阵列(DNA Micorarray)，是指按照预定位置固定在固相载体上很小面积内的千万个核酸分子所组成的微点阵阵列。
dnajc7基因 -回复
dnajc7基因-回复DNAC7基因，也被称为DNAJC7基因，是人类基因组中的一个编码蛋白的基因。
它在细胞中发挥重要的功能，参与多个生物过程的调控。
本文将从介绍基因结构，功能，以及在不同生理状况下的作用等方面展开论述。
首先，我们需要了解DNAC7基因的结构。
DNAC7基因位于人类基因组的特定位置，由一系列的碱基对组成。
每个碱基对可以是腺嘌呤（A），胸腺嘧啶（T），鸟嘌呤（G），或胞嘧啶（C）中的一种。
这种基因的结构被称为DNA序列，它包含了一系列的密码子，这些密码子将被转录成RNA，然后再翻译成蛋白质。
DNAC7基因编码的蛋白被称为DNAJC7蛋白。
这是一种分子伴侣蛋白，主要在细胞内进行蛋白质的折叠和正确组装。
DNAJC7蛋白属于DnaJ家族的成员之一，在细胞中发挥极其重要的功能。
它作为分子伴侣，与其他蛋白质相互作用，帮助它们在细胞内正确折叠并维持其功能。
此外，DNAJC7蛋白还参与细胞内蛋白质的定位和泛素化等过程。
在细胞内，DNAC7基因的表达受到多个因素的调控。
研究表明，在细胞应激或受到损伤时，DNAC7基因的表达水平会上调。
例如，在细胞外压力增大、温度升高、氧气供应不足等应激环境下，DNAC7基因的转录水平会显著升高，进而导致DNAJC7蛋白的表达增加。
这种上调表达可能是细胞为了适应环境变化而采取的一种保护机制。
DNAC7基因在细胞的功能非常广泛。
研究发现，DNAJC7蛋白在细胞的应激反应中起到重要的调节作用。
当细胞受到应激刺激时，DNAJC7蛋白可以与其他蛋白质相互作用，促进其正确折叠，从而有助于对抗应激造成的细胞损伤。
此外，DNAJC7蛋白还参与调节细胞内的热休克反应和凋亡过程。
研究还发现，DNAC7基因的突变可能与一些疾病的发生和进展有关，例如癌症和神经系统疾病等。
在最近的研究中，人们发现DNAC7基因在抗衰老过程中扮演了重要角色。
研究人员发现，在老年人体内，DNAC7基因的表达水平较低。
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7.2 生物芯片的分类
按载体材料分： • 玻璃芯片：荧光背景低、应用方便，
材料易得，应用最广泛。 • 硅芯片 • 陶瓷芯片
按点样方式分
• 原位合成（ loci-synthetic DNA ）芯片 ：利用半导体光
蚀刻技术原位合成一定长度（~20 bp）的寡核甘酸片段。
• 微阵列（ microarray ） 芯片 ： DNA 直接点样（针点或喷
靶基因样品的标记
• 靶基因样品被标记后，与芯片上的探针分子杂交。
• 荧光标记；生物素和放射性同位素标记
• 双色荧光标记：常用标记物为荧光素Cy3和Cy5 ，分别用来 标记两中不同的样品（如样品和对照）。 • cy3：激发波长550 nm，发绿色荧光。 cy5：激发波长649 nm，发红色荧光。
标记方法
基因芯片技术的发展简史
Southern & Northern Blot
Dot Blot
Macroarray
Microarray
• 1989年，Southern获得在刚性载体表面固定寡聚核苷酸及 杂交法测序的专利 • 1992年， Affymetrix公司成功应用光导向平板印刷技术， 直接在硅片上合成寡核甘酸点阵的高密度芯片，是世界上 第一块原位合成的基因芯片。 • 1997年，美国Stanford大学Brown实验室，制作了世界上 第一张全基因组芯片（含有6116个基因的酵母全基因组芯 片）。
7.5 基因芯片的应用
• • • • • • • • 基因表达分析 基因型及多态分析 杂交测序 核酸和蛋白质相互作用的研究 疾病的诊断与治疗 药物开发 营养与食品卫生领域 环境科学领域
参考书
• 马文丽 等，DNA芯片技术的方法与应用， 广东科技出版社，2002 • 马立人等，生物芯片，化学工业出版社， 1999（第一版）
第七章 基因芯片技术简介
7.1 生物芯片简介 7.2 生物芯片的分类 7.3 基因芯片的制作 7.4 基因芯片的杂交及结果分析 7.5 基因芯片的应用
7.1 生物芯片简介
• 生物芯片（ biochip ） 又称 微阵列 (microarray) ， 是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
Light directed oligonucleotide synthesis
光敏保护基团
激光点光源的照 射下，除去光敏 保护基团，使活 性基团暴露出来
光刻掩膜
单核苷酸偶联 光敏保护基团
接触点样法
• 将样品直接点在载体上，仪器结构简单、 快速、经济，目前应用最广泛。 • 10,000个点/3.6 cm2 • 样品需预先合成和纯化，保存好。
基因差异表达分析芯片
• 属于表达谱芯片的一种，目前应用最广泛。 • 主要用于分析两组来源不同的mRNA转录 丰度的差异。 • 两组样品分别用不同的荧光素标记（cy3、 cy5），同比例混合并同时与DNA芯片杂 交，通过计算两组样本杂交信号的比值并通 过设立域值，来确定已知基因在不同来源样 本中表达的差异的基因，甚至发现新基因。
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。
数据处理和分析
• QuantArray微阵列分析软件，对芯片上的每个点进行鉴 定、确定杂交背景，计算每个点的杂交信号强度。 • 标准化处理：校正荧光标记物的标记和检测效率之间的 差异，分析两个样品的RNA起始量之间的差异。 • 比值分析，鉴定差异表达基因 • 生物信息学分析（如 cluster 算法、差异基因的同源性 比对，差异基因的相关文献检索等）
喷墨法
Switching Valve
阀
Connecting Tubing High-Speed 真空管 MicroSolenoid Valve Removable Tip Orifice
孔
Syringe Pump
Reservoir Controller
探针的固定化
• 针式或喷墨打印探针 后，要通过紫外线交联 或Schiff碱连接法，将 探针固定在支持物表面
标记方法
• 荧光标记的核苷酸非聚合酶的天然底物，掺入效率比天然底物低很 多；对于两种不同的样品材料，不同的荧光素标记物在反转录过程 中掺入到cDNA中的效率有可能不相同，从而造成假阳性。 • 后标记技术：cDNA合成过程中，先不加入荧光素标记物，而是先 在两种材料中都加入同一种带化学活性基团的核苷酸类似物氨基烯 丙基 -dUTP(aminoallyl-dUTP,aa-dUTP) ，从而保证两种材料中标 记物的掺入效率完全一致，纯化得到aa-dUTP标记的cDNA后，通 过aa-dUTP氨基烯丙基与Cy3和Cy5上N-羟基丁二酸亚胺树脂相结 合而标记不同的荧光素标记。
• 末端标记：在引物上标记有荧光素，在DNA扩增过程时，使新 形成的DNA链末端带有荧光素。 • 随机插入：选择四种碱基，使其中一种或几种挂有荧光素，在 PCR过程中，带有荧光素的碱基掺入到形成的DNA链中。 • 反转录标记：以mRNA（或总RNA）为模板，利用随机寡核甘 酸或oligo-dT为引物进行反转录，带有荧光素的碱基就会掺入 到新合成的单链cDNA中。
针式点样
• 点样针从96孔或384孔板上吸取 固定量探针溶液，把探针点到 玻片表面，让探针末端的化学 基团与玻片表面的基团形成共 价键。
Best!
喷墨法
• 将样品用喷嘴喷射到载体上，喷嘴不与芯片接触。 • 用微孔板装载预合成探针溶液，喷头从微孔板吸取探针溶 液，由电脑依据预定的程序自动控制打印喷头在芯片支持 物上移动，并根据芯片不同位点探针序列需要将特定的探 针试剂（不足纳升）喷印到特定位点。
点），密度高、制作方便，应用最广泛。 • 电 定 位 （ microelectronic ） 芯 片 ： 利 用 静 电 吸 附 原 理 将 DNA定位在带电材料上。制作工艺复杂，点样密度低。
按芯片使用功能分
• 测序芯片 • 表达谱芯片 • 基因差异表达分析芯片
测序 芯片
表达谱芯片
• 将克隆到的基因特异的探针或其cDNA片段固 定在芯片上，对来源于不同的个体、组织、 细胞周期、发育阶段、分化阶段、病变及刺 激细胞内的mRNA或cDNA进行检测。 • 寻找与疾病、突变等相关的基因，对基因间 相互作用进行研究。
杂交
• 将杂交溶液覆盖芯片的探针，用盖玻片覆盖，即可杂交。 • 与常规分子杂交过程基本相似：封闭、预杂交、杂交、洗脱。 • 芯片杂交炉 （Hybridization oven，Affymetrix公司）：全 自动控制芯片的杂交过程。温度控制精确，芯片舱的转动提 供充分的混合。可同时处理64张芯片。
申请
7.3 基因芯片的制备
• 原位合成:通过特定的技术在芯片的
特定区域原位合成寡核苷酸。
• 预合成后点样法：预先合成DNA或
制备基因探针，点样系统把这些合成好
的探针样品涂印或喷涂在载体上。
显微光蚀刻技术DNA合成法 原位合成(In Situ Synthesis)法
• 结合半导体工业中的光蚀刻技术和DNA的化学合成 法，在各个点400,000个点/1.6 cm2。 • 制作时间长，价格昂贵。
杂交信号检测
• 基因芯片杂交结果要用专用的激光 共聚焦扫描系统读取 D A B C B E
完全配对杂交 分子荧光最强 不完全杂交分子荧 光1/35~1/5 不杂交分子背 景荧光
放大器
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
ScanArray扫描仪
• 采用氩离子激光器来激发荧光分子来产生定量的杂交信号。 • 可扫描芯片上成千上万的探针，扫描的同时给出高分辨率的实 时的图像，同时荧光亮度的数据储存在原始文件中。 全自动检测及分析系统 适用于DNA芯片应用 激光共聚焦扫描系统 灵敏度极高 分辨率极高 多种激发及检测通道 适用于多种生物标记荧光探针
基因芯片分析流程
样品制备、标记 芯片制备
杂交
杂交信号检测
数据分析
基因芯片技术的特点
• 微型化，所需试剂用量少 （ ng 级 mRNA、 μl级杂交液）。 • 高通量性 • 平行性 • 高度自动化 • 缺点：在同一温度下杂交，不同探针杂交 效率不同；仪器、试剂昂贵。
芯片点样仪；杂交仪；芯片扫描仪
探针DNA分子的制备析得到 代表各个基因的序列数据，然后通过 PCR 扩增 或DNA固相合成得到所期望基因的片段。 • 人工合成的寡核苷酸片段 • 双链或单链的DNA或RNA片段
7.4.1 靶基因样品的制备与标记
• 靶基因样品来源： PCR产物：序列分析 RT-PCR产物：基因表达分析 • 一般一张芯片杂交需要3 μg mRNA样品 • 因个体差异、匀浆、研磨损耗等原因，送检样品应多1~2倍。 • 样品保存时应保证避免RNase的分解作用
实现对细胞、蛋白质、基因及其它生物组分的准确、 快速、大信息量的检测。
基因芯片（gene chip）
• 又称DNA芯片（DNA chip）或DNA阵列（DNA microarray），是生物芯片的一种。 • 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。 • 1998年度世界十大科技进展之一。