基因芯片976527202
基因芯片
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。
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。
基因芯片的测序原理图基因芯片又称为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。
基因芯片原型它是在基因探针的基础上研制出的，所谓基因探针只是一段人工合成的碱基序列，在探针上连接一些可检测的物质，根据碱基互补的原理，利用基因探针到基因混合物中识别特定基因。
它将大量探针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度及分布来进行分析。
基因芯片通过应用平面微细加工技术和超分子自组装技术，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。
基因芯片讲义
展望
尽管基因芯片技术已经在一些科学研究和医 学
临床实践中得到了一些应用，但是在一些领域 尤其
在兽医领域中基因芯片技术还尚处于初步的探 索发
–用生物素标记并经扩增（也可使用其它放大技术 ）的靶序列或样品然后再与芯片上的大量探针进 行杂交 –用链霉亲和素(streptavidin)偶联的荧光素（常用 的荧光素还有lassamine 和phycoerythrin）进行显 色 –图 象 的 采 集 用 落 射 荧 光 显 微 镜 (epifluorescence microscope)、激光共聚焦显微镜或其它荧光显微 装置对片基扫描 –由计算机收集荧光信号，并对每个点的荧光强度 数字化后进行分析。
光刻DNA合成法 点接触法 喷墨法
光刻DNA合成法
寡聚核苷酸原位光刻合成技术是由Affymetrix公司 开发的，采用的技术原理是在合成碱基单体的5‘ 羟基末端连上一个光敏保护基。
合成的第一步是利用光照射使羟基端脱保护，然 后一个5‘端保护的核苷酸单体连接上去，这个过 程反复进行直至合成完毕。使用多种掩盖物能以 更少的合成步骤生产出高密度的阵列，在合成循 环中探针数目呈指数增长。
优点： 合成效率高，点阵密度高，实现标准化和 批量化大规模生产
缺点： 设备昂贵，技术复杂，反应产率低
点接触法(点膜法)
点样法是将合成好的探针、cDNA或基因组DNA通过特定 的高速点样机器人直接点在芯片上。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。
基因芯片
➢ 另一类是短的寡核苷酸探针芯片 其探针长度为25 mer左右，一般通过在片（原位） 合成方法得到，这类芯片既可用于RNA的表达监 控，也可以用于核酸序列分析。
基因芯片的类型
一般基因芯片按其材质和功能，基本可分为以下几类
1. 元件型微阵列芯片 ① 生物电子芯片 ② 凝胶元件微阵列芯片 ③ 药物控释芯片
2. 通道型微阵列芯片 ① 毛细管电泳芯片 ② PCR扩增芯片 ③ 集成DNA分析芯片 ④ 毛细管电层析芯片
3. 生物传感芯片 ① 光学纤维阵列芯片 ② 白光干涉谱传感芯片
小鼠基因表达谱芯片(MGEC)
目前国内基因芯片常见品种.(上海博星公司)
癌症相关基因表达谱芯片(CRGEC)
目前国内基因芯片常见品种.(上海博星公司)
➢ 美国继开展人类基因组计划以后，于1998年正式启动基因芯片 计划，美国国立卫生部、能源部、商业部、司法部、国防部、 中央情报局等均参与了此项目。
➢ 同时斯坦福大学、麻省理工学院及部分国立实验室如Argonne Oakridge也参与了该项目的研究和开发。
➢ 英国剑桥大学、欧亚公司正在从事该领域的研究。 ➢ 世界大型制药公司尤其对基因芯片技术用于基因多态性、疾病
第十讲 基因芯片
第10 讲基因芯片Gene chip马永平2010.11内容提要 什么是基因芯片？基因芯片的原理基因芯片的种类基因芯片的应用领域基因表达谱数据分析基因芯片技术的发展与展望其它生物芯片DNATranscriptomicsDNA Microarray(Genechip)GenomicsSequencingSNP(Single nucleotidepolymorphism)Proteomics2DMSProtein ArrayRNAProtein为什么要发展DNA芯片技术？1 HUMAN BODY =100,000,000,000,000 CELLS1 CELL =23 PAIRS OF CHROMOSOMES23 PAIRS OF CHROMOSOMES=~ 3,200,000,000 BASES第一节概述基因芯片（Gene chip）也叫DNA芯片（DNA chip） 是指在固相载体（玻璃、硅等）上有序地、高密度地（点间距<500μm）排列固定了大量的靶基因或寡核苷酸（也叫探针）。
这些被固定的分子探针在基质上形成高密度的DNA微阵列，因此，DNA芯片又叫DNA微矩阵（DNA Microarray）。
第一块基因芯片1992年诞生在美国。
DNA Microarray DNA Chip DNA Microarray DNA MicroarrayGene ChipDNA芯片属于生物芯片（biochip）的范畴，生物芯片包括：1.基因（DNA）芯片2.RNA芯片3.蛋白质芯片4.抗体芯片5.细胞芯片6.组织芯片7.其它芯片（元件型微阵列芯片、通道型微阵列芯片、生物传感芯片、样品制备芯片、核酸扩增芯片、毛细管电泳芯片等）第二节DNA芯片的基本原理1.基因芯片技术是建立在Southern blot基础之上的，可以说它是Southern blot的改进和发展，它的原理是：变性DNA 加入探针后在一定温度下退火，同源片段之间通过碱基互补形成双链杂交分子。
基因芯片
※基因芯片技术在非霍奇金淋巴瘤研究中的 应用（2009年） ※基因芯片在中药抗肿瘤机制研究中的应用 （2010年） ※胃癌患者抑郁相关基因的基因芯片研究和 通路分析（2010年）
当前面临的困难
1、样品制备上 当前在标记和测定前都要对样品进行一定 程度的扩增以便提高检测的灵敏度，但仍有不 少人在尝试绕过该问题，这包括固相 PCR 扩 增体系以及大量并行固相克隆方法，两种方法 各有优缺点，但目前尚未取得实际应用。 2、探针的合成与固定复杂 特别是对于制作高密度的探针阵列。使用 光导聚合技术每步产率不高（ 95% ），难于 保证好的聚合效果。
2、肝组织RNA的提取和探针制备 肝组织RNA 肝组织RNA的提取和探针制备 提取各样本总RNA，将总RNA分离纯化为 mRNA。mRNA经逆转录标记eDNA探针并纯化。 在一链合成中掺入荧光标记dCTP，用cy3dCTP标记对照组，用Cy5-dCTP标记实验组。 3、杂交 杂交 将基因芯片和杂交探针分别置于水浴中 变性，立即将探针加在基因芯片上，盖玻片封片， 置于杂交舱中，密封，放入杂交箱内杂交。然后按 顺序用SSC和SDS溶液洗涤，室温晾干
1、白血病 人T细胞白血病病毒1(HTLV-1)是成 人T细胞白血病的致病因子，HTI·1引起 白血病的关键是造成异常T细胞的生长和 存活，HTLV．1感染的T细胞可以无限增殖 (不朽性)，从而导致恶性转化。
⑴用基因芯片发现有62个基因与VP-16 引起的细胞凋亡有关。 ⑵用基因芯片分析全反式维甲酸能诱 导急性早幼粒细胞白血病的分子机制。 ⑶利用基因表达模式的识别对白血病 进行了分类，发现用基因表达模式可将AML 和ALL区分开，而不必非有生物学或临床区 别。
什么是基因芯片？
基因芯片是将DNA或寡聚核苷酸固定 在固相支持物上，经过生物样品中的DNA 或RNA与之杂交，再通过特定的方法检测 并进行数字化处理，从而得出待测样品的 核酸信息。
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
何为基因芯片简述其原理及应用
何为基因芯片简述其原理及应用基因芯片（gene chip）是一种在一个固定的芯片上容纳了数千至数百万个特定DNA探针（DNA probe）的生物芯片。
它是通过标记特定DNA序列的方法，用于检测和分析DNA序列的存在和表达。
基因芯片可以帮助科学家了解某个生命体的基因组以及基因在不同条件下的表达情况，进而揭示基因与疾病之间的关联，以及基因与环境之间的相互作用。
基因芯片的原理是利用互补基因的碱基配对原则，通过将一个小小的、可能存在于样品中的DNA片段与芯片上的DNA序列进行杂交，来检测该DNA片段的存在。
基因芯片上的DNA序列由探针构成，探针的选择是根据以往的基因信息和预设的基因库来确定的。
当待测的DNA片段与探针杂交时，这个杂交信号会在芯片上通过荧光或其它信号的形式来探测和分析。
基因芯片的应用非常广泛。
主要应用有以下几方面：1. 基因表达分析：可以通过检测基因芯片上的探针与待测样品中的RNA分子杂交的信号强度来了解不同生物条件下基因的表达水平。
通过比较不同样品的表达谱，可以发现与特定生理和病理状态相关的基因，了解基因在不同组织器官、不同疾病及不同治疗方案下的表达差异。
2. 基因组分析：基因芯片可以用于整个基因组的分析，包括检测基因等位基因的表达和遗传突变等。
通过对不同个体基因组的比较和分析，可以寻找与多种遗传性疾病相关的突变以及基因变异。
基因芯片还可以用于寻找与抗生物药物抗性相关的基因突变，以指导个性化治疗。
3. 疾病诊断和预测：基因芯片可以用于不同疾病的诊断和预测，包括癌症、心脑血管疾病等。
通过检测样品中特定的基因表达谱，可以判断个体是否处于正常状态或疾病状态，以及预测个体患病的风险。
基因芯片还可以用于药物疗效预测，通过分析患者基因表达差异，预测特定药物对患者的疗效，并指导个性化治疗。
4. 细菌和病毒检测：基因芯片可以用于检测和鉴定细菌和病毒等微生物的存在和基因组成。
通过将待测细菌或病毒的DNA与芯片上的特定探针进行杂交，在芯片上检测出杂交信号，可以快速而准确地鉴定细菌或病毒的类型和数量。
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。
分子遗传学课件专题-基因芯片
2 芯片的制作
基因芯片制作方法：接触点样法、喷墨法、原位 合成法。
接触点样法：是将样品直接点在基体上，其优点 是仪器结构简单、容易研制，是一种快速、经济 、多功能的仪器，可以在3.6cm2面积内点上 10000个cDNA。不足之处是每个样品都必须合成 好、经过纯化、事先保存的
原位合成芯片：它将半导体中的光蚀刻技术 运用到DNA合成化学中，以单核苷酸或其他 生物大分子为底物，在玻璃晶片上原位合成 寡核苷酸，从而制备成芯片。
微矩阵芯片：将用PCR或化学合成等方法得 到的DNA或寡核苷酸片段用针点或喷点方法 直接排列到玻片等载体，从而制备成芯片。 特点是密度高、制作方便。
把不同来源的样品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。
缩写 Cy3 Cy5
全称
激发光波长 发射光波长 颜
(nm)
(nm)
色
吲哚二羧菁
550
570
绿
色
吲哚二羧菁
649
670
红
色
(三)分子杂交
该反应是指标记的样品与芯片上的探针进行 杂交，产生检测信号的过程。
与经典分子杂交的区别：杂交时间短，30分 钟内完成,可同时平行检测许多基因序列。
电定位芯片：是利用静电吸附的原理将DNA 快速定位在硅基质、导电玻璃上，从而制备 成芯片。特点是在电力推动下可使杂交快速 进行，但制作工艺复杂，点样密度低。
(三)按芯片的使用功能分类 测序芯片 表达谱芯片 基因差异表达分析芯片
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
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）
Science
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
压电谐振阵列自动检测系统
电磁屏蔽系统
传感器阵列
振荡电路
频率采 集电路
计算机
参比传感器
检测系统连接示意图
生物芯片无论是概念还是技术都 在飞速发展中，在此无法一一列举。 其实，只要抓住了芯片集成、可寻址 与平行分析的灵魂，我们完全可以根 据自己的需要设计特殊应用的芯片， 也可以根据我们所掌握的先进技术开 发特殊技术生物芯片…
Picture from Nanogne website: /
电子芯片实质上是一种由电场（或电、磁场）
指导杂交反应的芯片技术。 芯片制作：在带有正电荷的硅片上制成1mm2的阵列，每
个阵列含多个微电极，在每个电极上通过氮化硅沉积和蚀刻制 备出样品池；将含有亲和素的琼脂糖覆盖在电极上制成。
是基于生物微芯片的便携式分析系统，可集成式地完成样品 制备、生化反应及结果检测。是生物芯片发展的终极目标。
cDNA芯片
DNA芯片
信息生物芯片
Oligo芯片
组织芯片 生物芯片
蛋白芯片 微流体芯片 功能生物芯片 芯片实验室
基因芯片技术最早是作为测序 方法而提出，后来作为高通量的 基因信息分析工具得到重视和发 展。 现在，“芯片”概念已经在生 物技术领域得到普遍接受和拓展。
合成点样 原位合成（in situ synthesis）
cDNA芯片采用点样技术
合成点样技术
在用合成点样法生产基因芯片时，先合成4n 种寡核苷酸探针，n为探针长度；然后，将 每一种探针精确定位点样于选定的载体上。
合成点样法生产基因芯片的工作量非常大， 以合成8聚体寡核苷酸探针为例，就要合成 48=65536种探针！
尽管基因芯片在医学检验中的应用前
景普遍看好，但目前还没有一种诊断芯
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(2021整理)
基因芯片科技名词定义中文名称：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。
所属学科：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。
所属学科：细胞生物学〔一级学科〕；细胞生物学技术〔二级学科〕本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布百科名片基因芯片(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，在一块基片外表固定了序列的八核苷酸的探针。
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。
目录1]简介2]概念3]原理4]主要类型5]相关技术样品的准备及杂交检测根本步骤6]基因芯片的应用药物筛选和新药开发疾病诊断环境保护司法现代农业研究领域7]研究方向及当前面临的困难8]我国基因芯片的研究现状9]开展历史10]检测原理荧光标记杂交信号的检测方法激光扫描荧光显微镜激光扫描共焦显微镜采用了CCD相机的荧光显微镜光纤传感器11]独特优势1 简介随着人类基因组〔测序〕方案〔 Human genome project 〕的逐步实施以及分子生物学相关学科的迅猛开展，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、快速的检测、分析就显得格外重要了。
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树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20.10.2120.10.21Wednes day, October 21, 2020
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人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。13:47:1413:47:1413:4710/21/2020 1:47:14 PM
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安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.10.2113:47:1413:47Oc t-2021- Oct-20
重组的互补序列
—TATGCAATCTAG
TATGCAATCTAG 靶序列
DNA芯片
DNA芯片分类
根据DNA芯片的制备方式可以将其分为两大类：
• 原位合成芯片 synthetic genechips:指采 用显微光蚀刻技术在芯片的特定部位合成 寡核苷酸而制成的芯片。 特点：合成的寡核苷酸链较短，密度较高。
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加强交通建设管理，确保工程建设质 量。13:47:1413:47:1413:47Wednesday, October 21, 2020
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安全在于心细，事故出在麻痹。20.10.2120.10.2113:47:1413:47:14October 21, 2020
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踏实肯干，努力奋斗。2020年10月21日下午1时47分 20.10.2120.10.21
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
DNA芯片
DNA芯片的制备
芯片的制备包括 支持物的预处理、 原位合成芯片的准备 DNA微集陈列的制备
基因芯片结构示意图
DNA芯片
DNA芯片的制备
支持物的预处理:
支持物分两类 • 实性材料 包括硅芯片，玻璃，瓷片等。目
前最常用者为玻璃。预处理的目的是使其表 面形成羟基，氨基等活性基团，以便与单核 苷酸或DNA形成共价键 • 膜性材料 包括聚丙烯膜，尼龙膜，硝酸纤 维素膜等 通常要包被氨基硅烷或多聚赖氨 酸等，使其带上正电荷，以吸附DNA
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相信相信得力量。20.10.212020年10月 21日星 期三1时47分14秒20.10.21
谢谢大家！
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树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20.10.2120.10.21Wednes day, October 21, 2020
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人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。13:47:1413:47:1413:4710/21/2020 1:47:14 PM
DNA芯片
原理 -- 通过杂交检测信息
制备原理
一组寡核苷酸探针
ATACGTTA
TACGTTAG
由杂交位置确定的一组 核酸探针序列
ATACGTTA
TACGTTAG ACGTTAGA CGTTAGAT GTTAGATC
杂交探针组
ACGTTAGACGTTAGAT GTTAGATC
ATACGTTAGATC
DNA芯片
• 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。DNA 芯片又被称为基因芯片（gene chips）、DNA阵列（DNA array）、 cDNA芯片（cDNA chips）、寡核苷酸阵列（oligonucleotide array）等。
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安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.10.2113:47:1413:47Oc t-2021- Oct-20
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加强交通建设管理，确保工程建设质 量。13:47:1413:47:1413:47Wednesday, October 21, 2020
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安全在于心细，事故出在麻痹。20.10.2120.10.2113:47:1413:47:14October 21, 2020
DNA芯片
疾病的诊断与治疗
基因芯片在感染性疾病、遗传性疾病和肿瘤等疾病的临床诊 断方面具有独特的优势。与传统检测方法相比： 它可以在一张芯片同时对多个病人进行多种疾病的检测； 无需机体免疫应答反应，能及早诊断，待测样品用量小； 能检测病原微生物的耐药性，病原微生物的亚型； 极高的灵敏度和可靠性；检测成本低，自动化程度高，利于 大规模推广应用。 这些特点使得医务人员在短时间内，可以掌握大量的疾病诊 断信息，这些信息有助于医生在短时间内找到正确的治疗措 施。
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追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2020年10月21日星期 三下午1时47分 14秒13:47:1420.10.21
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严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年10月 下午1时 47分20.10.2113:47Oc tober 21, 2020
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作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2020年10月21日星期 三1时47分14秒 13:47:1421 October 2020
点阵的制作
DNA芯片
样品的准备
样品的准备包括 样品的分离纯化 扩增 标记
DNA芯片
样品准备
分离纯化
分离纯化：样品来源于活的细胞，使用一定方法分离 并纯化DNA或RNA（特别是mRNA）。只有达到一 定纯度的样品，才能保证后续操作的正确。
目前分离纯化使用的试剂均有商品出售，品牌繁多， 原理也不尽相同，产物收率和耗时也相差甚远
DNA芯片
杂交测序
芯片技术中杂交测序(sequencing by hybridization，SBH) 技术是一种新的高效快速测序方法。 用含65,536个8聚寡核苷酸的微阵列，采用SBH技术，可测定 200bp长DNA序列。采用67,108,864个13聚寡核苷酸的微阵 列，可对数千个碱基长的DNA测序。SBH技术的效率随着微 阵列中寡核苷酸数量与长度的增加而提高，但微阵列中寡核 苷酸数量与长度的增加则提高了微阵列的复杂性，降低了杂 交准确性。
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作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2020年10月21日星期 三1时47分14秒 13:47:1421 October 2020
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好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。下 午1时47分14秒 下午1时47分13:47:1420.10.21
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一马当先，全员举绩，梅开二度，业 绩保底 。20.10.2120.10.2113:4713:47:1413:47:14Oc t-20
DNA芯片
DNA芯片的制备
原位合成芯片的制备
1 显微光蚀刻技术 优点：合成速度快，步骤少 缺点：合成的探针短，效率低 2 压电打印法 合成的探针可达40-50 nt，合成效率较高
DNA芯片
DNA芯片的制备
DNA微阵列的制备
采用事先合成的DNA或制备基因探针，然后打印 在支持物上 喷墨打印
优点：速度快，量准，对支持物表面要求低； 缺点：斑点大，探针密度低，液滴分配不均 针式打印 优点：简便，价低，液滴小，探针密度大； 缺点：准性和重现性差
DNA芯片
喷墨打印技术
Syringe Pump
Reservoir
Switching Valve
Connecting Tubing
High-Speed MicroSolenoid Valve
Removable Tip Orifice
Controller
DNA芯片
针式打印法（接触式点样）
Best!
DNA芯片
DNA芯片
DNA芯片
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
DNA芯片 DNA芯片技术的应用
基因表达分析
2 疾病的诊断与治疗,
1
杂交测序
3
DNA芯片
基因表达分析
人类基因组编码大约 30,000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。
DNA芯片
分子杂交
芯片的杂交： 将已知序列的DNA探针显微固化于支持物表面，将已标
记好的样品与之进行杂交，杂交过程一般在30分钟 完成。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： 杂交时间短，30分钟内完成 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
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踏实肯干，努力奋斗。2020年10月21日下午1时47分 20.10.2120.10.21
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追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2020年10月21日星期 三下午1时47分 14秒13:47:1420.10.21
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严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年10月 下午1时 47分20.10.2113:47Oc tober 21, 2020
DNA芯片技术
DNA芯片原理及分类 DNA芯片的操作 DNA芯片技术的应用与展望
DNA芯片
DNA芯片的基本原理 基因芯片的原理是基于核酸分子碱基之间(A-T/C-G互补 配对的原理,利用分子生物学、基因组学、信息技术、微 电子、精密机械和光电子等技术将基因或DNA分子排列 在特定固体物表面构成的微点阵。然后将标记的样品分 子与微点阵上的DNA杂交,以实现多达数万个分子之间的 杂交反应,高通量大规模地分析检测样品中多个基因地表 达状况或者特定基因(DNA)分子的是否存在的目的 基因芯片的优点： 高通量·大规模·高度平行性·快速高效·高灵敏度·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。