DNA芯片原理、分类与操作PPT(29张)
基因芯片技术PPT课件
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第四节 基因芯片的杂交及结果分析
4.1 探针的标记 标记的方法通常是在反转录的底物中加
入带有标记基团的寡核苷酸单体，通过反转 录将标记分子渗入cDNA 分子中。
mRNA反转录标记方法直接影响DNA芯 片分析结果的准确性及重现性。
方便等优点，目前在国际上广泛使用。
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2.2 按点样方式分类 1、原位合成芯片（将半导体中的光蚀刻技术运用
到DNA合成化学中，以单核苷酸或其他分子大分 子为底物，在玻璃晶片上原位合成寡核苷酸）
2、微矩阵芯片（目前应用最广泛的基因芯片之一。
具有高密度、制作简便的特点。其是将用PCR或化 学合成等方法得到的DNA或寡核苷酸片段用针点或 喷点的方法直接排列到玻片等载体上，从而制备成 芯片。）
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2、基因芯片的缺点
基因芯片技术体系的建立和使用需要较 大的投入。
（但是，相对于传统的表达分析技术而 言，单个基因分析的成本仍是较低的。）
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第二节 生物芯片的分类
2.1 按载体材料分类 玻璃芯片 硅芯片 陶瓷芯片 玻璃芯片具有易得、荧光背景低、应用基Leabharlann 芯片技术第一页，共55页。
• 生物芯片是八十年代末在生命科学领 域中迅速发展起来的一项高新技术，它 主要是指通过微加工技术和微电子技术 在固体芯片表面构建的微型生物化学分 析系统，以实现对细胞、蛋白质、 DNA以及其他生物组分的准确、快速、 大信息量的检测。
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世界著名商业杂志《财富》对基因 生 物 芯 片 领 域 非 常 看 好 ， 它 在 其 1997 年的3月31刊中讲到：“微处理器使我 们的经济发生了根本改变、给人类带来 了巨大的财富、改变了我们的生活方式。 然而，生物芯片给人类带来的影响可能 会更大…...”
基因芯片-新版课件.ppt
cDNA芯片——细胞表达差异分析
精心整理
将cDNA片断用于制作 芯片探针阵列
将待比较的两种核酸 分别以红色荧光素和 绿色荧光素标记
已标记的两种核酸同 时与cDNA芯片杂交
用荧光扫描仪检测每 位点的荧光差异
基因芯片分析的一般流程
待测核酸样品制备（与扩增）； 荧光素标记待测核酸样品； 与芯片进行杂交； 洗涤去除未杂交的标记样品； 采集芯片杂交模式（用荧光显微镜或荧
Oligo芯片一般采用以下技术：
合成点样 原位合成（in situ synthesis）
cDNA芯片采用点样技术
精心整理
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！
精心整理
原位合成
是一种在芯片片基上定位合成寡核苷 酸探针阵列的技术。 目前已成功应用于 基因芯片制作的原位合成技术有：
照相平板印刷术（photolithograhpy） 喷墨法（Ink jets）
精心整理
照相平版印刷术
首先在固相载体或称为固相基板 （solid substrate）的表面结合一层带 有保护性感光基团的羟基。
用电场作为一 个独立参量的新型 生物芯片技术。最 早由美国Nanogen 公司发明，目前国 内清华大学和复旦 大学也在开发这一 技术。
精心整理
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。
基因芯片的分类与应用(PPT20张)
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。
1.所有产品的传播内容围绕主要产品 的利益 点,让消 费者了 解不同 产品对 保护牙 齿的好 处
2.在创意上都是用简单的护理方法来 解决牙 齿的问 题给消 费者总 体的印 象：“ 黑妹把 保护牙 齿变得 很轻松 、简单 ，以后 只要找 黑妹就 好了”
3.创意表现上，利用统一的视觉或音 乐来增 加品牌 和产品 之间的 关联性 ，经过 长期积 累，形 成黑妹 的视觉 资产。
4.将 日 常 素 材 提炼 成写作 中的材 料，使 材料为 表达一 定的主 旨服务 ，从而 将素材 实用化 ，是写 作过程 中十分 重要的 环节。
5.一 是 从 生 活 中(日 常生活 、阅读 等)发现 并积累 素材； 二是对 素材宏 观的分 类整理 ，开阔 精神文 化视野 ；三是 对个案 具体素 材的原 点思考 ，发散 性思考 ；四是 对具体 素材的 价值化 处理。
探针
支持物
平面局部放大
1.支持物：如玻片、硅片、NC膜、Nylon膜
2.探针：高密度的探针序列按照一定的次序固定 在支持物上，每个位点的序列是已知的
基因芯片技术流程
探针的设计与制备 支持物的类型与预处理 芯片的制作 点样后处理 样品的准备 杂交与杂交后清洗 检测分析
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 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。
基因芯片的操作流程及步骤 ppt课件
目前美国Affymetrix公司已有同时检测6,500个已知人类基 因的DNA芯片，并且正在制备含500,000-1,000,000个寡核苷酸 探针的人类基因检测芯片。该公司每月投入基因芯片研究的经 费约100万美元。该产品不仅可用于基因表达分析和基因诊断 等，而且在大规模药物开发方面也具有诱人的前景。
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4.我国主要研究单位
• 中科院遗传所人类基因组中心 • 北京大学 • 联合基因集团有限公司
我国第一家批量生产基因 芯片 拥有近2千条基因药物发明专利
• 东南大学吴健雄实验室 • 中科院计算所生物信息学实验室 • 上海生科院
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我国基因芯片的研究现状
• 目前，我国尚未有较成型的基因芯片问世，但据 悉已有几家单位组织人力物力从事该技术的研制 工作，并取得了一些可喜的进展。标志着我国相 关学科与技术正在走向成熟。
• 涉及领域：生命科学、计算机科学、精密机械科 学
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生物芯片分类
• 根据用途还可以把生物芯片分为两类：信息生物芯片 （information-biochip）和功能生物芯片（functionbiochip）。
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6400点的基因芯片
（面积 12X14 mm)
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基因芯片（gene chip）的原理
25ppt课件原理通过杂交检测信息一组寡核苷酸探针tatgcaatctagcgttagatacgttagaatacgttagatctacgttag由杂交位置确定的一组核酸探针序列gttagatc杂交探针组tatgcaatctag重组的互补序列靶序列tacgttagacgttagaatacgttacgttagatgttagatcatacgtta26ppt课件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结果分析探探针设计杂交27ppt课件提出问题芯片设计芯片制作点样方法在片合成试样处理芯片杂交杂交检测数据分析实际应用pcr扩增靶基因标记表达差异分析多态性分析再测序生物信息学数学优化数据库基因芯片的相关技术示意图28ppt课件二基因芯片基本操作流程?制备总rnamrna经rtpcr用cy3正常对照组和cy5实验组荧光标记目的基因得到cdna探针混合标记探针与表达谱芯片上核苷酸片段或基因杂交扫描分析杂交结果结论?载体寡核苷酸探针分子荧光染料点样仪扫描仪计算机专业软件29ppt课件基基因芯片流程样品制备芯片制备杂交杂交信号检测数据分析30ppt课件基因芯片的操作流程31ppt课件基因芯片流程一1
基因芯片技术PPT课件
处理 电信号
生物信息
?
•DNA芯片
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
蛋白芯片(Protein Chips)
抗原——抗体、蛋白相互作用
组织芯片
将数十个甚至数千 个不同个体的组织 标本集成在一张固 相载体上所形成的 组织微阵列。
芯片实验室 （Lab-on-chip)
Detector 2
Scanner
图像处理
Detector 1
Detector 2
False-color differential image
图像分析
(1) find spots (2) quantitate spot intensities
图像分析
（3）calculate ratios
[cy3] [cy5]
杂交结果的聚类分析
表达谱聚类分析软件 Treeview
肿瘤基因表达谱分析与 肿瘤的分子分型
Molecular Classification of Cancer: Class Discovery and Class Prediction by Gene
Expression Monitoring
Golub T R, Slonim D K, Tamayo P, et al.
Probes Adhesion layer Substrate
二、样品的准备
• 样品的分离纯化
• 样品的扩增、标记：
反转录标记 随机引物延伸标记 PCR标记
基因表达谱Hale Waihona Puke 色标记Sample cells
1) 2)
Labeled RNA or DNA (Sample )
dna芯片基本原理
dna芯片基本原理
DNA芯片，也被称为基因芯片或微阵列，是基于DNA碱基配对和互补的
基本原理，通过将DNA或RNA分解为一系列碱基数固定交错且重叠的寡
核苷酸并进行测序，然后进行序列拼接。
具体来说，其基本原理和步骤如下：
1. 待测基因的酶切：将待测基因切割成不同长度的片段。
2. 荧光标记：对切割后的基因片段进行荧光定位标记。
3. 杂交：标记的基因片段与DNA芯片上的寡核苷酸探针进行杂交。
4. 扫描和检测：应用激光共聚焦荧光显微镜扫描芯片，由于生物标记受激光激发后发出荧光，并且其强度与杂交程度有关，可以获得杂交的程度和分布。
5. 结果分析：根据探针的位置和序列，可以确定靶序列相应基因的序列或表达及突变情况。
以上步骤完成后，就可以通过分析杂交结果来反映样品中基因表达的情况，并根据探针的样品量进行计算。
在一张DNA芯片上，探针的数量与芯片的设计和制作方法有很大的关系，一般都是采取在一张芯片上杂交两种样本，这样可以避免不同芯片产生的误差。
以上信息仅供参考，如需更多信息，建议查阅相关文献或咨询生物学家。
DNA芯片的原理及应用
DNA芯片的原理及应用1. DNA芯片的基本原理DNA芯片（DNA microarray chip）是一种用于检测DNA序列的高通量技术。
它利用固定在芯片表面的DNA探针与样品中的DNA序列发生特异性的杂交反应，从而实现对目标DNA序列的检测和分析。
DNA芯片的基本原理如下：1.芯片制备：首先，将DNA探针序列固定在玻璃片或芯片表面。
DNA探针可以是特定基因的特异性序列或全基因组的代表性序列。
2.样品制备：将待检测的DNA样品进行提取和纯化，获得纯化后的DNA。
3.DNA杂交：将经纯化的DNA样品与固定在芯片表面的DNA探针进行杂交反应。
通过互补配对，目标DNA序列与探针DNA序列发生特异性的结合。
4.信号检测：利用荧光或其他标记物，检测芯片表面的杂交信号。
杂交信号的强弱可以反映目标DNA序列在样品中的相对含量。
5.数据分析：对芯片上的信号进行图像分析和数据处理，得出目标DNA序列在样品中的相对含量和相关的生物信息。
DNA芯片的基本原理简单明了，其优势在于能够在一个实验中快速、高通量地检测大量的DNA序列。
2. DNA芯片的应用DNA芯片具有广泛的应用领域，下面将从生物医学、农业和环境等方面进行介绍。
2.1 生物医学领域在生物医学领域，DNA芯片可以用于以下方面：•基因表达分析：通过检测不同组织、不同状态下的基因表达谱，揭示细胞功能和疾病发生机制。
•突变检测：对特定基因进行突变检测，用于遗传性疾病的筛查和诊断。
•药物筛选：通过检测药物对基因表达的影响，评估药物的疗效和副作用。
•肿瘤分类和预后评估：通过检测肿瘤组织的基因表达谱，对肿瘤进行分类和评估预后。
2.2 农业领域在农业领域，DNA芯片可以用于以下方面：•育种优化：通过检测不同基因型植物品种的基因表达谱，优化育种方案，提高农作物的产量和品质。
•种子质量评估：通过检测种子中的基因表达谱，评估种子的质量和发芽能力。
•病原体检测：通过检测病原体的DNA序列，快速准确地检测和鉴定农作物病害。
教学课件第十三章DNA芯片技术
第三节 DNA芯片技术的应用
DNA测序；杂交测序（SBH） 基因表达分析：
基因组研究：作图、测序、和检测与疾病相关的基因 及在RNA水平上检测致病基因的表达
药物研究与开发：
cDNA microarray expression patterns of small (S) and large (L) neurons
2.压电打印法
压电毛细管喷射器 产率较高
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
产率较低
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.
dna芯片原理和应用
dna芯片原理和应用DNA芯片是一种高通量的生物芯片，它利用基因芯片技术来分析DNA 序列和基因表达。
本文将介绍DNA芯片的原理和应用。
DNA芯片原理DNA芯片主要由两部分组成：探针和载体。
探针是一系列特定的DNA 或RNA序列，用来寻找目标DNA序列。
载体是一个固定的平台，上面可以固定探针。
DNA芯片的工作原理可以分为两个步骤：杂交和检测。
在杂交步骤中，需要将待测DNA样品与DNA芯片上的探针进行杂交反应。
如果待测DNA中存在与探针互补的序列，它们将结合在一起形成双链DNA。
而如果待测DNA中没有与探针互补的序列，则不会形成双链DNA。
通过这种方式，可以快速、准确地检测出样品中特定DNA序列的存在与否。
在检测步骤中，利用荧光或放射性标记等方法来标记探针-待测DNA 复合物，并使用激光或放射线等设备对芯片进行扫描。
通过测量标记物的信号强度，就可以确定待测DNA样品中特定DNA序列的存在与否。
DNA芯片应用DNA芯片在生物学研究、临床诊断和药物研发等领域有着广泛的应用。
在生物学研究中，DNA芯片可以用于基因表达分析。
通过将不同条件下的细胞或组织样品提取的RNA与DNA芯片上的探针进行杂交，可以比较不同样品中基因的表达水平。
这种方法可以帮助科学家们了解基因在不同生理和病理状态下的调控机制，揭示疾病发生和发展的分子机制。
在临床诊断中，DNA芯片可以用于基因检测和个体基因组分析。
例如，通过对癌症相关基因的检测，可以帮助医生们诊断肿瘤类型、预测患者的治疗反应和预后。
此外，DNA芯片还可以用于遗传病的筛查和基因突变的鉴定，帮助家庭了解潜在的遗传疾病风险。
在药物研发中，DNA芯片可以用于药物靶点的筛选和药物作用机制的研究。
通过将药物与细胞或组织样品进行杂交反应，可以快速筛选出具有特定生物活性的化合物。
此外，DNA芯片还可以用于药物代谢和药物毒性的评估，帮助科学家们预测药物的安全性和有效性。
总结DNA芯片是一种基于基因芯片技术的高通量生物芯片，可以用于DNA 序列和基因表达的分析。
高中生物 芯片的工作原理课件
基因（DNA）芯片技术
概述
包括：
杂交技术：核酸杂交 探针标记技术：萤光探针标记法 检测技术：激光共聚焦检测技术
特殊之处：微阵列技术和微点样技术
特点：微型化、集约化与标准化，使其具有小量、精
分析系统
是一部高性能的计算机，其中最重要的 是分析软件，对于大量的基因表达分析需要 有全面智能化的分析辅助软件
1.蛋白芯片的原理
已点样好的芯片 加血清样本 加荧光标记物
2.蛋白芯片的应用
诊断疾病：如传染病、肿瘤、遗传病及心 血管疾病等
蛋白质相互作用研究
蛋白质与DNA相互作用研究
生物芯片的应用
确、光谱、全面、快捷和灵活的特点，从而实现“将整个实 验室缩微到一片芯片上”的愿望
DNA芯片制备原理
一、亲和结合芯片
（一）光引导原位合成技术
在固定面上化学合成一系列寡核苷酸与游离的靶分子 （DNA或RNA）杂交
DNA芯片制备原理
一、亲和结合芯片
（一）光引导原位合成技术
在固定面上化学合成一系列寡核苷酸与游离的靶分子 （DNA或RNA）杂交
织的cDNA进行杂交，检测差异表达的基因 五、药物筛选
六、样品制备、分离和检测
采用这种技术生产的DNA芯片探针阵列密度可以高达 106-1010/cm2，即在1厘米见方的片基上排列几百万个探针
动画演示
（二）微量点样技术
这类DNA芯片所用支持物为载玻片或尼龙膜。用电脑控 制的机械手点上探针DNA分子，点样量很小约为0.005微升 优点：探针密度高（每平方厘米2500个探针），芯片制造速
样品制备
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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
DNA芯片
检测分析
原理：待测样品与支持物上探针列阵杂交后，荧光标记的 样品结合在芯片的特定位置，未结合的探针被除去； 样品与探针严格配对的杂交分子，热力学稳定性高，产生的 荧光信号强，不完全配对的，荧光信号弱；不能杂交不产生 荧光信号 分析：采用激光扫描或激光共聚焦显微镜采集杂交信号 （位置、强度、颜色），并与对照比较，经相关软件进行图 像和数据处理。即可得也待测样品的信息。 经以上获得的数据十分庞大，还需进行分析，比较，归纳， 才能得出明晰的结论。
ATACGTTAGATC TATGCAATCTAG
重组的互补序列 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。
• DNA 微集阵列 DNA microarry:指将预先 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。 特点：片段较长，密度较低。
DNA芯片
DNA芯片的操作及应用
DNA芯片
基因芯片使用步骤
芯片制作
样品处理
把探针固定于载体表面 目标分子富集
分子间的杂交 结果检测与数据分析
DNA芯片
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。
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
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
ห้องสมุดไป่ตู้ATACGTTA
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
ACGTTAGA —TATGCAATCTAG
CGTTAGAT GTTAGATC
DNA芯片
样品准备
样品扩增和标记
样品的扩增：扩增的目的在于获得足够的样品量。现 已发展出固相PCR系统。 样品的标记：主要采用荧光标记法，也可用生物素， 或放射性核标记。标记的方式采用PCR或RT-PCR。常 用的荧光色素为Cy3、Cy5。用Cy3、Cy5标记dNTP， 经PCR后，产物即可被标记。待测样品和对照可采用 双色荧光标记。
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
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
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。
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：准确性和重现性差