最新基因芯片技术
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德国癌症研究 所（德国）
压 电 打 印 PCR 产 物 或 芯 片 上 合 成 Oligos
500-5000nt 的 cDNA 用 笔 打 印 于 10 cm2 玻璃片 预 组 装 的 20mer 的 探 针俘获于电活化芯片 位点 通过打印于表面张力 阵 列 将 40-50mer O ligo 合 成 于 9 cm 2 玻璃片 20-25mer 探 针 合 成 后 打印成阵列 500-5000nt cDNA 用 滴头打印于 4 cm2 的 玻璃片 约 1000 个 PNA 合 成 于 8× 10 cm2 的 芯 片
– 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
然而，怎样去研究如此众多基因的生物信息及其在生命 过程中所担负的功能，成了全世界生命科学工作者共同的 课题！
软件
– 基因序列分析及探针筛选技术（可能涉及专 利等产权问题）
– 序列合成及定位技术（光引导原位合成或微 量点样技术）
– 杂交信号的采集和分析技术（需要处理极大 量的杂交信号并能由此得到所需信息）
ACGT
杂交、冲洗
扫描分析
1 小时
图 2 样品处理与检测过程简图
基本过程
– 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
表达谱检测及 诊断
八、基因芯片的主要类型
基因芯片以其片基(substrate)的不同可以分为 无机片基和有机合成物片基。前者主要包括半导 体硅片和玻璃片，其上的探针主要以原位聚合的 方法合成，后者主要有特定孔径的硝酸纤维膜和 尼龙膜，其上的探针主要是预先合成后通过特殊 的微量点样装置或仪器滴加到片基上去（如下表 所示）。
基因芯片技术
一、基因组序列数据库及分子生物 学的研究现状
1. 人 类 基 因 组 （ 测 序 ） 计 划 （ Human genome project）的逐步实施，现（1997年底）已完成2%序列 及800，000个cDNA片段(EST)的测序工作，预计2005年 可全部完成；
2. 其 它 生 物 基 因 组 的 测 定 工 作 ： 11 种 微 生 物 0.64.2Mb、大肠杆菌4.6Mb、酵母13Mb全序列，线虫71%、 果蝇6%、小鼠0.2%序列得到测定。
诊断、表达谱 检测及新基因 鉴定 诊断、表达谱 检测、多态性 分析、新基因 鉴定及大规模 测序
表达检谱测多 态性分析诊断
续表
Incyte Pharm acetical s （美国） M olecular dynam ics （美国） N anogen （美国）
Protogene Lab （美国）
Sequenom (德 国 ， 美 国 ) Synteni （美国）
250 点 ， 激 光 解 吸 -质 谱 分析 10000 个 cDNA 点 与 200 标 记 cDNA
荧 光 /同 位素 荧光
荧光
荧光
质谱 荧光
荧 光 /质 谱
表达检谱测多 态性分析诊断
新基因鉴定 表达谱检测
诊断及短的重 复序列鉴定
表达谱检测 多态性分析
新基因鉴定 诊断及作图 新基因鉴定 表达谱检测
高 低
荧光，激光共聚焦扫描、 定 量 分 析 ； 生 物 传 感 器 等
荧 光
不过，也有人(Robert S. Matson)等以聚丙烯膜为支持
物用传统的亚磷酰胺固相法原位合成高密度探针序列。
九、基因芯片检测原理及简要过程
T7 promoter
PCR T7 promoter
体内转录
荧光素
片段化
1.5 小时
1000 最 终 可 达 10000 个 Oligo/PC R 片 断 与 标 记 RNA
10000 个 cDNA 点 与 200-400nt 标 记 cDNA
25/64/100/400/ 最 终 10000 个 O ligo 点 与 200-400nt 标 记 cDNA 8000 个 O ligo 点 与 200400nt 标 记 核 酸 样 品
七、基因芯片当前研究状况
现在全世界已有十多家公司专门从事基因芯片 的研究和开发工作，而且已有较为成型的产品和设 备问世。这些公司主要以美国的Affymetrix公司为 代表，该公司聚集有多位计算机、数学和分子生物 学专家，其每年的研究经费在一千万美元以上，且 已历时六七年之久，拥有多项专利。产品即将或已 有部分投放市场，产生的社会效益和经济效益令人 瞩目。详情如下表所示：
预组装的 5mer-Oligo 打印于 1.15 的玻璃片
Incyte Pharmacetical s （美国）
压 电 打 印 PCR 产 物 或芯片上合成 Oligos
杂交方式
检测
10000-260000 个 Oligo 荧光 探针与 30-40 个标记样 品 cDNA/asRNA 片断
通用芯片上 100 个探针 质谱 与标记核酸
64/55000 个样品 cDNA 同位素 点与 8000/300 个 7mer 探针
通用 1024 个 Oligo 点 探测 10kbcDNA 样品， 加标记的 5mer 探针和 连接酶 1000 最 终 可 达 10000 荧 光 / 同 个 Oligo/PCR 片断与标 位素 记 RNA
应用领域 表达谱检测多 态性分析诊断
世界十大基因芯片研制单位简要情况一览
公司 Affymetrix （美国）
Brax（ 英国）
阵列方法
20-25mer 探针光引导 合 成 在 1.25/5.25cm2 的硅片
Oligo 合 成 后 结 合 于 芯片上
Hyseq（美国） 500-2000ntDNA 样品 印 刷 于 0.6cm2/18cm2 的膜
基因芯片的主要类型及其简要特点
片 基
探 针 固 定 方 式 探 针 密 度 显 色 及 检 测 方 式
钢 性 片 基 如 玻 片 、 原 位 合 成 （ insitu
半 导 体 硅 片 等 synthesis）
薄 膜 片 基 如NC、 预 先 合 成 后 点 样
NBiblioteka Baidulon膜 等
(off-chip synthesis)
压 电 打 印 PCR 产 物 或 芯 片 上 合 成 Oligos
500-5000nt 的 cDNA 用 笔 打 印 于 10 cm2 玻璃片 预 组 装 的 20mer 的 探 针俘获于电活化芯片 位点 通过打印于表面张力 阵 列 将 40-50mer O ligo 合 成 于 9 cm 2 玻璃片 20-25mer 探 针 合 成 后 打印成阵列 500-5000nt cDNA 用 滴头打印于 4 cm2 的 玻璃片 约 1000 个 PNA 合 成 于 8× 10 cm2 的 芯 片
– 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
然而，怎样去研究如此众多基因的生物信息及其在生命 过程中所担负的功能，成了全世界生命科学工作者共同的 课题！
软件
– 基因序列分析及探针筛选技术（可能涉及专 利等产权问题）
– 序列合成及定位技术（光引导原位合成或微 量点样技术）
– 杂交信号的采集和分析技术（需要处理极大 量的杂交信号并能由此得到所需信息）
ACGT
杂交、冲洗
扫描分析
1 小时
图 2 样品处理与检测过程简图
基本过程
– 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
表达谱检测及 诊断
八、基因芯片的主要类型
基因芯片以其片基(substrate)的不同可以分为 无机片基和有机合成物片基。前者主要包括半导 体硅片和玻璃片，其上的探针主要以原位聚合的 方法合成，后者主要有特定孔径的硝酸纤维膜和 尼龙膜，其上的探针主要是预先合成后通过特殊 的微量点样装置或仪器滴加到片基上去（如下表 所示）。
基因芯片技术
一、基因组序列数据库及分子生物 学的研究现状
1. 人 类 基 因 组 （ 测 序 ） 计 划 （ Human genome project）的逐步实施，现（1997年底）已完成2%序列 及800，000个cDNA片段(EST)的测序工作，预计2005年 可全部完成；
2. 其 它 生 物 基 因 组 的 测 定 工 作 ： 11 种 微 生 物 0.64.2Mb、大肠杆菌4.6Mb、酵母13Mb全序列，线虫71%、 果蝇6%、小鼠0.2%序列得到测定。
诊断、表达谱 检测及新基因 鉴定 诊断、表达谱 检测、多态性 分析、新基因 鉴定及大规模 测序
表达检谱测多 态性分析诊断
续表
Incyte Pharm acetical s （美国） M olecular dynam ics （美国） N anogen （美国）
Protogene Lab （美国）
Sequenom (德 国 ， 美 国 ) Synteni （美国）
250 点 ， 激 光 解 吸 -质 谱 分析 10000 个 cDNA 点 与 200 标 记 cDNA
荧 光 /同 位素 荧光
荧光
荧光
质谱 荧光
荧 光 /质 谱
表达检谱测多 态性分析诊断
新基因鉴定 表达谱检测
诊断及短的重 复序列鉴定
表达谱检测 多态性分析
新基因鉴定 诊断及作图 新基因鉴定 表达谱检测
高 低
荧光，激光共聚焦扫描、 定 量 分 析 ； 生 物 传 感 器 等
荧 光
不过，也有人(Robert S. Matson)等以聚丙烯膜为支持
物用传统的亚磷酰胺固相法原位合成高密度探针序列。
九、基因芯片检测原理及简要过程
T7 promoter
PCR T7 promoter
体内转录
荧光素
片段化
1.5 小时
1000 最 终 可 达 10000 个 Oligo/PC R 片 断 与 标 记 RNA
10000 个 cDNA 点 与 200-400nt 标 记 cDNA
25/64/100/400/ 最 终 10000 个 O ligo 点 与 200-400nt 标 记 cDNA 8000 个 O ligo 点 与 200400nt 标 记 核 酸 样 品
七、基因芯片当前研究状况
现在全世界已有十多家公司专门从事基因芯片 的研究和开发工作，而且已有较为成型的产品和设 备问世。这些公司主要以美国的Affymetrix公司为 代表，该公司聚集有多位计算机、数学和分子生物 学专家，其每年的研究经费在一千万美元以上，且 已历时六七年之久，拥有多项专利。产品即将或已 有部分投放市场，产生的社会效益和经济效益令人 瞩目。详情如下表所示：
预组装的 5mer-Oligo 打印于 1.15 的玻璃片
Incyte Pharmacetical s （美国）
压 电 打 印 PCR 产 物 或芯片上合成 Oligos
杂交方式
检测
10000-260000 个 Oligo 荧光 探针与 30-40 个标记样 品 cDNA/asRNA 片断
通用芯片上 100 个探针 质谱 与标记核酸
64/55000 个样品 cDNA 同位素 点与 8000/300 个 7mer 探针
通用 1024 个 Oligo 点 探测 10kbcDNA 样品， 加标记的 5mer 探针和 连接酶 1000 最 终 可 达 10000 荧 光 / 同 个 Oligo/PCR 片断与标 位素 记 RNA
应用领域 表达谱检测多 态性分析诊断
世界十大基因芯片研制单位简要情况一览
公司 Affymetrix （美国）
Brax（ 英国）
阵列方法
20-25mer 探针光引导 合 成 在 1.25/5.25cm2 的硅片
Oligo 合 成 后 结 合 于 芯片上
Hyseq（美国） 500-2000ntDNA 样品 印 刷 于 0.6cm2/18cm2 的膜
基因芯片的主要类型及其简要特点
片 基
探 针 固 定 方 式 探 针 密 度 显 色 及 检 测 方 式
钢 性 片 基 如 玻 片 、 原 位 合 成 （ insitu
半 导 体 硅 片 等 synthesis）
薄 膜 片 基 如NC、 预 先 合 成 后 点 样
NBiblioteka Baidulon膜 等
(off-chip synthesis)