DNA芯片技术
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– 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
DNA芯片技术
基因芯片发展历史
Southern & Northern Blot Dot Blot
Macroarray
Microarray
二、DNA芯片的主要类型
按制备方式分： 原位合成芯片：采用显微光蚀刻等技术 在特定部位原位合成寡核苷酸而制备 的芯片。探针较短 DNA微集阵列：将预先制备的DNA片 段以显微打印的方式有序地固化于支 持物表面而制成的芯片。探针的来源 较灵活
Sensitivity of DNA chip based assays is a function of:
– Probe and target DNA/RNA (Complexity) – Chip surface (autofluorescence & non-spec. bkg) – Attachment chemistry/methodology (hyb. efficiency & crosshyb.) – Hybridization efficiency (lots of factors) – Detection technology (signal type, efficiency, noise)
打印到芯片上 1. 探针的制备
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
DNA芯片技术
2. 打印 喷墨打印（非接触式点样）
优点、缺点
针式打印（接触式点样）
优点、缺点
DNA芯片技术
针式打印法（接触式点样）
Best!
3. 探针的固化 打印探针后，需要将其固定在支持物表 面，同时也要封闭支持物上未打印区 域以防止核酸样品的非特异性固定
DNA芯片技术
二、样品的准备
样品的分离纯化
DNA , mRNA
扩增
PCR, RT—PCR，固相PCR
标记等过程
荧光标记（常用Cy3、Cy5），生物素、放射 性标记
DNA芯片技术
三、分子杂交
样品与DNA芯片上的探针阵列进行杂交。 与经典分子杂交的区别： 1. 杂交时间短，30分钟内完成 2. 可同时平行检测许多基因序列
影响杂交反应的因素：
盐浓度、温度、反应时间、DNA二级结 构
DNA芯片技术
肽核酸( peptide nucleic acid , PNA)—— 是一类以氨基酸替代糖-磷酸主链的 DNA类似物，骨架由重复的N-甘氨酸 通过酰胺键相连构成，碱基则通过甲 叉碳酰基与骨架相连。
DNA芯片技术
Comparison of DNA Chip Technologies
Oligo-Chip
8 n or 20 n
cDNA-Chip
< 2,000 n
Genomic Chip
> 50,000 n
sequencing expression
expression
genomic analysis
第十三章 DNA芯片技术
DNA芯片技术
第一节 概 述
DNA芯片技术
一、DNA芯片技术的概念
基因芯片(Gene chip)技术是指通过微阵 列(Microarray)技术将高密度DNA片段 阵列通过高速机器人或原位合成方式以 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。
2.压电打印法
压电毛细管喷射器 产率较高
DNA芯片技术
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
DNA芯片技术
Leabharlann Baidu
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
DNA芯片技术
按用途分
第二节 DNA芯片技术的 基本原理与方法
DNA芯片技术
一、芯片的制备
（一）支持物的预处理
实性材料：硅芯片、玻片和瓷片 需进行预处理，使其表面衍生出羟基、 氨基活性基团。
膜性材料：聚丙烯膜、尼龙膜、硝酸纤维 膜 通常包被氨基硅烷或多聚赖氨酸
DNA芯片技术
（二）原位合成芯片的制备
1.显微光蚀刻技术
支持物表面活性基团连接有光敏保护基团 （X）受到保护。
产率较低
DNA芯片技术
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.
芯片实验室是生物芯片技术发展的 最终目标
DNA芯片技术
基因芯片发展历史
Southern & Northern Blot Dot Blot
Macroarray
Microarray
二、DNA芯片的主要类型
按制备方式分： 原位合成芯片：采用显微光蚀刻等技术 在特定部位原位合成寡核苷酸而制备 的芯片。探针较短 DNA微集阵列：将预先制备的DNA片 段以显微打印的方式有序地固化于支 持物表面而制成的芯片。探针的来源 较灵活
Sensitivity of DNA chip based assays is a function of:
– Probe and target DNA/RNA (Complexity) – Chip surface (autofluorescence & non-spec. bkg) – Attachment chemistry/methodology (hyb. efficiency & crosshyb.) – Hybridization efficiency (lots of factors) – Detection technology (signal type, efficiency, noise)
打印到芯片上 1. 探针的制备
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
DNA芯片技术
2. 打印 喷墨打印（非接触式点样）
优点、缺点
针式打印（接触式点样）
优点、缺点
DNA芯片技术
针式打印法（接触式点样）
Best!
3. 探针的固化 打印探针后，需要将其固定在支持物表 面，同时也要封闭支持物上未打印区 域以防止核酸样品的非特异性固定
DNA芯片技术
二、样品的准备
样品的分离纯化
DNA , mRNA
扩增
PCR, RT—PCR，固相PCR
标记等过程
荧光标记（常用Cy3、Cy5），生物素、放射 性标记
DNA芯片技术
三、分子杂交
样品与DNA芯片上的探针阵列进行杂交。 与经典分子杂交的区别： 1. 杂交时间短，30分钟内完成 2. 可同时平行检测许多基因序列
影响杂交反应的因素：
盐浓度、温度、反应时间、DNA二级结 构
DNA芯片技术
肽核酸( peptide nucleic acid , PNA)—— 是一类以氨基酸替代糖-磷酸主链的 DNA类似物，骨架由重复的N-甘氨酸 通过酰胺键相连构成，碱基则通过甲 叉碳酰基与骨架相连。
DNA芯片技术
Comparison of DNA Chip Technologies
Oligo-Chip
8 n or 20 n
cDNA-Chip
< 2,000 n
Genomic Chip
> 50,000 n
sequencing expression
expression
genomic analysis
第十三章 DNA芯片技术
DNA芯片技术
第一节 概 述
DNA芯片技术
一、DNA芯片技术的概念
基因芯片(Gene chip)技术是指通过微阵 列(Microarray)技术将高密度DNA片段 阵列通过高速机器人或原位合成方式以 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。
2.压电打印法
压电毛细管喷射器 产率较高
DNA芯片技术
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
DNA芯片技术
Leabharlann Baidu
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
DNA芯片技术
按用途分
第二节 DNA芯片技术的 基本原理与方法
DNA芯片技术
一、芯片的制备
（一）支持物的预处理
实性材料：硅芯片、玻片和瓷片 需进行预处理，使其表面衍生出羟基、 氨基活性基团。
膜性材料：聚丙烯膜、尼龙膜、硝酸纤维 膜 通常包被氨基硅烷或多聚赖氨酸
DNA芯片技术
（二）原位合成芯片的制备
1.显微光蚀刻技术
支持物表面活性基团连接有光敏保护基团 （X）受到保护。
产率较低
DNA芯片技术
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.