DNA微阵列技术原理及应用(光导固相法挺有用)
microarray原理
microarray原理Microarray是一种广泛应用于生物学的先进技术，它可以在同一芯片上同时检测数千个DNA或RNA分子，从而实现快速分析微生物、血液样品、肿瘤组织等生物材料中的基因表达和变化，提供有用的分子生物学和临床诊断信息。
本文将对Microarray技术的原理及其应用进行详细介绍。
Microarray的原理是通过将不同的DNA或RNA序列固定在硅片、玻璃片等载体上，形成序列阵列，然后根据分子混杂（Hybridization）的原理，将待检测的DNA或RNA样品与阵列上的DNA或RNA序列杂合，从而实现对样品中不同基因表达量的检测。
以DNA Microarray为例，其制备方法如下：1.准备芯片：芯片上需要有数千个DNA探针序列，这些探针通常由典型基因组的重复区域或相应功能基因的特定区域共同组成。
2. DNA提取和标记：提取待检测样品中的DNA，将其上的杂合链条（single stranded）进行荧光标记，以便于检测。
3.杂交：将标记后的DNA样品与芯片上的DNA探针序列进行杂交，杂交机理是互补互为碱基对（A-T, G-C）的搭配。
4.芯片扫描：利用芯片扫描仪，分别测量荧光强度得到每个探针序列对应的探针寡核苷酸片段，进而分析DNA样品上的基因表达量。
除了DNA Microarray，还有RNA Microarray等其他形式的Microarray技术。
RNA Microarray的检测原理与DNA Microarray大致相同，只不过是通过同样的步骤，将RNA样品进行标记和杂交，实现对基因表达水平的监测。
Microarray技术具有高通量、多样性、高灵敏度和高重复性等特点，已经被广泛应用于许多研究领域。
例如，在肿瘤研究中，可以使用Microarray检测癌症患者样本中高表达基因和低表达基因，然后进行聚类分析，以便于发现不同肿瘤类型之间的差异；在微生物学中，可以使用Microarray技术快速检测食品中的致病微生物，以实现食品卫生监测；在临床诊断中，Microarray技术可以检测患者DNA样品中的基因突变，以帮助医生定制个性化的治疗方案。
dna芯片的基本方法和原理
dna芯片的基本方法和原理DNA芯片是一种基于生物分子相互作用原理的微阵列分析技术，可以在一个玻璃片或硅片表面上固定上千种DNA分子，用于高通量的DNA测序、基因表达分析、基因突变检测等领域。
下面将介绍DNA芯片的基本方法和原理。
DNA芯片的制备方法主要分为六个步骤：DNA选择、DNA标记、芯片制备、杂交反应、芯片成像和数据分析。
第一步是DNA选择。
DNA芯片需要将目标DNA序列固定在芯片表面，这需要首先从样品中提取目标DNA序列。
目标DNA可以是基因组DNA、全长cDNA、PCR扩增产物等。
DNA的选择也可以是针对特定基因、突变位点等。
第二步是DNA标记。
目标DNA需要标记一个荧光信号，以便于测量和定量。
标记有两种常见方法：直接标记和间接标记。
直接标记是将目标DNA末端直接连接上荧光染料；间接标记是在目标DNA上连接一个标记物，如生物素或荧光素，后续再与荧光标记的探针杂交。
第三步是芯片制备。
DNA芯片通常采用玻璃片或硅片作为芯片载体，表面经过特殊处理，如Aminosilanation等，使其能够与DNA分子固定。
目标DNA序列通过共价键或非特异性吸附固定在芯片上，形成一个以单链DNA为特征的微阵列。
第四步是杂交反应。
杂交反应是指将标记好的目标DNA和未标记的探针DNA一起加到芯片上，使它们互相配对结合。
这种配对可以是理论上的完全互补，也可以是部分互补。
标记的荧光在杂交反应中会与芯片上的DNA结合，形成荧光信号且强度与目标DNA浓度有关。
第五步是芯片成像。
芯片成像是用一个高分辨率的荧光显微镜对芯片进行扫描，使各个荧光信号分别对应到芯片上的特定位置。
荧光信号的强度和颜色会通过相应的仪器进行测量和记录，从而得到芯片成像的结果。
第六步是数据分析。
芯片成像后，需要对成像数据进行处理和分析。
这包括元数据的提取，噪音的去除，荧光强度的标准化，数据归一化，聚类分析等。
数据分析的目的是研究芯片上不同的DNA分子之间的相互作用关系，找出差异性基因和表达模式。
双链DNA微阵列：原理、技术和应用
Ｔ Ｆ ｓ ． Ｉ ｎ ｒ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｙ ｅ ｒｓ ａ ， ｔ ｈ ｉ ｓ ｔ ｅ ｃ ｎｉ ｈ ｑ ｕ ｅ ｈ ｓ ａ ｄ ｅ ｍｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｉ ｔ ｓ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｂ ｌ ｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｉ ｎ ｓ ｅ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ ａ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｓ ， ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｉｎ ｄ ｇ ｒ ａ ｐ ｉ ｄ ｌ ｙ ｃ ｈ ｒａ ａ ｃ － ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ＤＮＡ－ ｂ ｉ ｎ ｄ ｎｇ ｉ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｉｃ ｆ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｎ ｕ ｍｂ ｅ ｒ ｏ ｆ ＴＦ ｓ ， ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ＤＮＡ－ ｂ ｉ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｉｌ ｆ ｅ ｓ ｏ ｆ ＴＦ ｓ ， ｉ ｄ ｅ ｎ ｔ ｉ ｆ ｙｉ ｎｇ ＤＮＡ－ ｂ ｉ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ
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综 述
双链 Ｄ Ｎ Ａ微 阵列 ：原理 、技术 和应 用
潘艳，王进 科
东 南 大 学 生 物 电 子学 国家 重 点 实验 室，南 京 ２ １ ０ ０ ９ ６
摘要 ：双链 Ｄ Ｎ Ａ微阵列也称为蛋 白结合微阵列，是高通量检测分析 Ｄ Ｎ Ａ结合蛋白（ 如转录因子１ 与大量 Ｄ Ｎ Ａ
DNA芯片技术的原理与应用
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1.3 DNA芯片的优点
作为新一代基因诊断技术，DNA芯片的突出特 点在于快速、高效、敏感、经济，平行化、自 动化等，与传统基因诊断技术相比，DNA芯片 技术具有明显的优势： （1）快速准确 （2） 检测效率高 （3）基因诊断的成本降低。 （4）自动化程度高 （5） 避免了交叉感染 （6）多功能 （7）高度的平行性
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喷墨打印技术
Syringe Pump
Reservoir
Switching Valve
Connecting Tubing
High-Speed MicroSolenoid Valve
Removable Tip Orifice
Controller
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离片合成法(off-chip synthesis) 首先利用各种方 法制备出寡核苷酸探针，再由具有多个微细加样 孔的阵列复制器(arraying and replicating device,ARD)及由电脑控制的机器将探针按一定的 顺序固定在固相载体表面，再由紫外交线交联固 定后得到DNA方阵。
DNA芯片技术的原理与应用
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1
主要内容
DNA DNA
概 况
芯 片 技 术 的
概 况
芯 片 技 术 的 应 用
及存 展在 望的
一 些 问 题
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1 DNA芯片技术的一些概况Biblioteka 1.1 DNA芯片技术的概念和基本原理
DNA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微阵列(或芯片)技术原理及应用演示教学
DNA微阵列(或芯片)技术原理及 应用
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LOGO 1 概念理论
DNA微阵列或芯片是指在大规模集成电路所控制的 机器人在尼龙膜或硅片固相支持物表面，有规律 地合成成千上万个代表不同基因的寡核苷酸“探 针”，或液相合成探针后由阵列器（arrayer）或 机器人点样于固相支持物表面.这些“探针”可与 用放射标记物如32P或荧光物如荧光素、丽丝胺等 标记的目的材料中的DNA或cDNA互补核酸序列相结 合，通过放射自显影或激光共聚焦显微镜扫描后 ，对杂交结果进行计算机软件处理分析，获得杂 交信号的强度及分布模式图，以此反映目的材料 中有关基因表达强弱的表达谱.
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LOGO 3.4 DNA序列测定
❖ 虽然Sanger、Maxan、Gilbert均有其标准的 DNA测序方法，但对HGP这类大范围的测序 工作已显过时，而用DNA微阵列或芯片快速测 定待测DNA序列则具有十分诱人的前景 .Pease等阐述了该方法的原理并指出它是在人 类遗传学、诊断学、病理检测及DNA分子识别 等方面发挥作用的强有力工具.Hacia等用含有 48 000个寡核苷酸的高密度微阵列分析了黑 猩猩和人BRCA1基因序列差异，结果发现在 外显子11约3.4kb长度范围内的核酸序列同源 性在98.2%至83.5 %之间,高度提示了二者 在进化上的相似性.
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2.2 液相探针的合成及在固相表面的 排列
由已知基因序列在液相中化学合成寡核苷酸链 探针，或通过PCR技术扩增已知基因的编码区 部分序列，或克隆的基因组片段，均需通过纯 化产物后再定量分析.再由具有多个微细加样 孔的阵列复制器（arraying and replicating device,ARD）或阵列机（arrayer）及由电脑 控制的机器人，准确、快速地将不同探针样品 定量点样于带正电荷的尼龙膜或预处理好的硅 片相应位置上，再由紫外线胶联固定后即得到 DNA微阵列或芯片
微阵列—比较基因组杂交技术及其在肿瘤研究中的应用
微阵列—比较基因组杂交技术及其在肿瘤研究中的应用微阵列技术是一种高通量的基因表达分析方法，它通过比较基因组杂交技术实现对大量基因表达水平的同时检测和分析。
本文将介绍微阵列技术的原理和应用，并重点探讨其在肿瘤研究中的应用。
一、微阵列技术原理微阵列技术是基于比较基因组杂交的原理实现的，其基本步骤包括样本准备、RNA提取和标记、芯片杂交和信号检测四个主要环节。
1. 样本准备：首先需要提取研究对象的RNA样本，例如从肿瘤组织或正常组织中提取RNA。
为了获得可靠的数据，研究者需要大量重复样本。
2. RNA提取和标记：首先将提取的RNA逆转录成cDNA，然后利用核酸杂交和扩增技术，将样本RNA与反义RNA标记物杂交。
标记物可以是荧光标记的核酸分子或生物素等，以便后续的检测。
3. 芯片杂交：将标记的RNA样本加入到微阵列芯片上，通过杂交反应使得标记物与芯片中的探针片段互相结合。
4. 信号检测：利用激光扫描仪扫描芯片上的标记物，获取荧光信号，并根据信号的强度和密度来定量分析基因的表达水平。
二、微阵列技术在肿瘤研究中的应用微阵列技术在肿瘤研究中具有广泛的应用前景，主要体现在以下几个方面：1. 基因表达谱的分析：通过微阵列技术可以同时检测和分析大量的基因表达水平，从而了解肿瘤发生发展的分子机制。
比较正常组织与肿瘤组织的基因表达谱差异，可以发现潜在的肿瘤标志物或靶向治疗的新靶点。
2. 肿瘤分类与诊断：肿瘤是一类异质性很强的疾病，通过微阵列技术可以将肿瘤分子分型和个性化治疗相结合，实现精准医疗。
通过分析肿瘤细胞的基因表达谱，可以准确地判断肿瘤类型和预测患者的预后。
3. 药物研发与耐药机制研究：利用微阵列技术可以筛选出特异性作用于肿瘤的新药物。
通过比较药物敏感性和耐药性细胞系的基因表达差异，可以揭示耐药机制，并寻找新的治疗策略。
4. 分子靶向治疗的预测：微阵列技术能够评估患者对靶向治疗的敏感性和预测疗效，从而帮助医生制定个体化的治疗方案。
微阵列芯片法-概述说明以及解释
微阵列芯片法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述微阵列芯片法是一种基于微纳米技术的生物组学分析方法。
通过将数万至数百万个生物探针固定在芯片上，微阵列芯片能够同时检测大量样本中的多个目标序列或分子，并提供高通量、高灵敏度、高特异性的分析平台。
微阵列芯片的原理是将具有特定功能的DNA、RNA或蛋白质序列固定在芯片表面的离散区域。
这些固定的探针序列可以与待测样品中的特定目标序列或分子发生特异性的互补反应。
通过检测与探针序列结合的目标分子的信号变化，可以准确地识别和定量目标分子的存在和表达水平。
微阵列芯片的应用非常广泛。
在生物学研究中，它可以用于基因表达分析、基因突变检测、单核苷酸多态性分析等。
在医学诊断中，微阵列芯片可以用于癌症早期检测、基因治疗效果评估、药物毒性筛查等。
此外，微阵列芯片还可以用于农业育种、环境监测以及食品安全等领域。
微阵列芯片具有许多优势。
首先，它可以同时检测大量目标序列或分子，大大提高了实验效率和吞吐量。
其次，微阵列芯片的检测灵敏度高，能够检测到非常低浓度的目标物质。
此外，微阵列芯片还能够实现高通量、高特异性的分析，减少了实验的时间和成本。
综上所述，微阵列芯片是一种重要的生物组学分析工具，具有广泛的应用前景和巨大的发展潜力。
在未来，随着技术的不断进步，微阵列芯片将更加成熟和完善，为生物学研究和医学诊断带来更多的突破和进展。
1.2 文章结构文章结构主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，本文将首先概述微阵列芯片的基本概念和原理，同时介绍文章的结构安排和目的。
在正文部分，将深入探讨微阵列芯片的原理、应用和优势。
首先，阐述微阵列芯片的原理，即通过微小尺寸的阵列结构实现高通量的生物分析和检测。
其次，介绍微阵列芯片在生物医学、生物工程和环境监测等领域的广泛应用，如基因表达分析、蛋白质芯片和微生物检测等。
最后，分析微阵列芯片相比传统方法的优势，包括高通量、高灵敏度、低成本和快速分析等方面。
基因功能研究方法
反义技术的两种技术路线:
将表达与体内基因或mRNA互补序列的基因转入体内， 使细胞表达与目标基因互补的mRNA失活，从而阻断目 标基因的表达；
体外合成mRNA互补的核苷酸类似物，通过静脉注射等 途径进入细胞，特异性的与目标mRNA作用。
反义寡聚核苷酸 与mRNA特异性结 合，阻断翻译过 程。
的部位，如球形或纤维状结构，他们介于二级结构和三级结构之间。
激活结构域:指转录因子中与转录起始复合体接触与互作的结构部
位。
优势：
它可应基因序列，它检测的相互作用在体 内发生，无需额外的纯化步骤。
删除、置换、修饰等手段重建DNA序列,使之成为靶载体； (2)将靶载体导入小鼠的胚胎干细胞中,使外源DNA与胚胎干
细胞基因组相应部分发生同源重组,将靶载体的DNA 序列 整合到内源基因组中；
(3)将胚胎干细胞受体细胞注入小鼠的囊胚，将这些囊胚 导入假孕母鼠子宫中，产生的雄性嵌合鼠子代与正常 的雌鼠交配即可获得生殖系统携带该基因的纯合鼠， 进而分析被剔除基因的功能。
优点： 可使导入基因的水平与内源基因相当,并且具有类似 于天然的剪接机理,适用于复杂的基因功能分析。
YAC要具备的主要功能成份
1）着丝粒：mitosis姊妹染色单体和减I同源染色体分离之必需。 2）端粒：保护染色体末端免受核酸酶的侵袭。 3）自主复制序列（ARS）元件：是染色体自主复制的复制起点。 构建YAC需要4个短序列：2个端粒，着丝粒，ARS元件
4.2 基因敲入 基因敲除技术已经成为研究基因功能的强有力手段，但对
于许多基因来说，简单的失活常导致令人费解的无改变 的表型。最常见的解释是某些其它基因取代了靶基因的 功能，但要在普通基因敲除小鼠中证明这一点十分困难。 基因敲入即通过基因打靶用一种基因替换另一种基因以 确定它们是否具有相同功能。
基因表达谱分析技术
基因表达谱分析技术1、微阵列技术(microarray)这是近年来发展起来的可用于大规模快速检测基因差别表达、基因组表达谱、DNA序列多态性、致病基因或疾病相尖基因的一项新的基因功能研究技术。
其原理基本是利用光导化学合成、照相平板印刷以及固相表面化学合成等技术，在固相表面合成成千上万个寡核昔酸探针” (CDNA、ESTs或基因特异的寡核昔酸)，并与放射性同位素或荧光物标记的来自不同细胞、组织或整个器官的DNA或mRNA反转录生成的第一链cDNA进行杂交，然后用特殊的检测系统对每个杂交点进行定量分析。
其优点是可以同时对大量基因，甚至整个基因组的基因表达进行对比分析。
包括cDNA芯片(cDNA microarray)和DNA 芯片(DNA chips)。
cDNA芯片使用的载体可以是尼龙膜，也可以是玻片。
当使用尼龙膜时，目前的技术水平可以将20000份材料点在一张12cmxi8cm的膜上。
尼龙膜上所点的一般是编好顺序的变性了的双链cDNA片段。
要得到基因表达情况的数据，只需要将未知的样品与其杂交即可。
杂交的结果表示这一样品中基因的表达模式，而比较两份不同样品的杂交结果就可以得到在不同样品中表达模式存在差异的基因。
杂交使用的探针一般为mRNA的反转录产物，标记探针使用32PdATP。
如果使用玻片为载体，点阵的密度要高于尼龙膜。
杂交时使用两种不同颜色的荧光标记不同的两份样品，然后将两份样品混合起来与一张芯片杂交。
洗去未杂交的探针以后，能够结合标记cDNA的点受到激发后会发出荧光。
通过扫描装置可以检测各个点发出荧光的强度。
对每一个点而言，所发出的两种不同荧光的强度的比值，就代表它在不同样品中的丰度。
一般来讲，显示出来的图像中，黄色的点表示在不同的样品中丰度的差异不大，红色和绿色的点代表在不同样品中其丰度各不相同。
使用尼龙膜为载体制作cDNA芯片进行研究的费用要比玻片低，因为尼龙膜可以重复杂交。
检测两种不同的组织或相同组织在不同条件下基因表达的差异，只需要使用少量的尼龙膜。
dna芯片的基本方法和原理
dna芯片的基本方法和原理DNA芯片是一种高通量分析工具，用于检测和分析DNA序列信息。
它是一种微阵列技术，将大量的DNA片段固定在芯片上，通过对DNA的杂交反应，可以同时检测并分析多个DNA序列。
DNA芯片的基本方法包括：芯片制备、DNA样品制备、杂交反应和检测分析。
首先，制备DNA芯片需要在玻璃片或硅片上固定DNA片段。
制备芯片的方法有两种主要技术：光刻技术和喷墨技术。
光刻技术利用光刻胶和紫外光刻系统，通过光刻胶的相位态变化，在玻璃片或硅片表面形成具有特定空间结构的区域。
而喷墨技术则是利用墨水喷墨机将DNA片段直接打印在芯片表面。
其次，为了进行杂交反应，需要对样品中的DNA进行制备。
这包括DNA提取、PCR扩增和标记化。
DNA提取是从待测样品中提取DNA分子，并将其纯化。
PCR扩增可以通过复制DNA片段来增加数量，以满足芯片上的检测需求。
标记化是将DNA片段与标记物（通常是荧光染料）结合，以实现检测和分析。
在杂交反应中，待测样品中的DNA与固定在芯片上的DNA片段进行互补配对，形成DNA双链。
通过加热和冷却过程，使DNA样品中的DNA和芯片上固定的DNA杂交，形成稳定的DNA双链。
最后，通过光信号检测和分析来确定杂交反应的结果。
利用荧光染料标记的DNA分子可以通过激光和光电检测系统来检测和记录荧光信号。
通过分析光信号的亮度和强度，可以确定待测样品中的DNA序列信息。
DNA芯片的原理是基于互补配对原则。
DNA是由四种碱基（腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶）组成的，这些碱基可以通过氢键形成稳定的双链结构。
在杂交反应中，待测样品中的DNA与芯片上固定的DNA片段进行互补配对，形成DNA双链结构。
因为碱基之间的互补性很高，任何与芯片上的DNA片段互补的DNA序列都可以与之杂交，从而实现DNA的检测和分析。
DNA芯片具有高通量、高灵敏度和高特异性的优点，在基因组学、遗传学、疾病诊断和药物研发等领域具有广泛的应用。
微阵列技术的原理和流程
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dna微阵列原理
dna微阵列原理DNA微阵列原理：揭开基因密码的奥秘引言：DNA微阵列技术是一种高通量的基因分析方法，它通过在玻璃片或芯片上固定大量的DNA探针，实现对数千个基因的同时检测。
本文将介绍DNA微阵列的原理及其在基因研究和临床应用中的重要性。
一、DNA微阵列的原理DNA微阵列是基于互补配对原理的。
首先，将DNA样本提取并标记，然后将其加到微阵列芯片上。
芯片上的每个探针都与特定的基因序列互补配对。
当样本中的DNA与芯片上的探针互补配对时，形成了DNA探针-目标DNA的复合物。
接下来，通过检测标记物的信号强度，可以确定目标DNA在样本中的存在与否以及其相对丰度。
二、DNA微阵列的应用1. 基因表达分析：DNA微阵列可以同时检测数千个基因的表达水平，帮助研究人员了解基因在不同条件下的表达变化，揭示基因调控网络的复杂性。
2. 基因突变检测：DNA微阵列可以用于检测基因中的突变，帮助诊断遗传性疾病和肿瘤等疾病，并指导个体化治疗方案的制定。
3. 药物筛选：DNA微阵列可以评估药物对基因表达的影响，加速新药的开发过程，为个体化药物治疗提供依据。
4. 遗传多态性研究：DNA微阵列可以检测个体之间的遗传差异，帮助研究人员了解遗传多态性与疾病易感性之间的关系。
三、DNA微阵列的优势与挑战1. 优势：a. 高通量：DNA微阵列可以同时检测数千个基因，大大提高了研究效率。
b. 灵敏度高：微阵列技术可以检测到低丰度的基因表达变化或突变。
c. 数据量大：DNA微阵列生成的数据量庞大，为基因研究提供了更全面的信息。
2. 挑战：a. 数据分析复杂：DNA微阵列数据的处理和分析需要专业的生物信息学技术支持。
b. 校正与标准化：芯片制备和实验操作的标准化对结果的准确性和可重复性至关重要。
c. 芯片设计限制：芯片上的探针设计需要考虑基因组的覆盖度和特异性，这对芯片制造商提出了挑战。
结论：DNA微阵列技术以其高通量、高灵敏度和广泛的应用领域成为基因研究和临床诊断的重要工具。
染色体微阵列分析
染色体微阵列分析染色体微阵列分析是一种常用的遗传学检测方法，用于检测染色体序列的变异和异常。
它可以帮助医生和研究人员了解遗传疾病的发生机制，并为病人提供个性化的诊断和治疗方案。
本文将介绍染色体微阵列分析的原理、应用和潜在的风险。
染色体微阵列分析的原理是基于DNA微阵列技术，它可以同时检测数千个基因的表达量和染色体上的拷贝数变异。
在染色体微阵列分析中，首先需提取被检测者的DNA样本，然后将其转化为标记有荧光物质的cRNA（互补RNA）。
接下来，将cRNA与染色体上的DNA序列片段进行杂交反应。
最后，使用显微镜观察染色体上的荧光信号，以确定基因的表达量和染色体的结构变异。
染色体微阵列分析在临床应用中有着广泛的应用。
首先，它可以用于检测染色体异常，如染色体缺失、重复和倒位等。
这些异常往往与遗传疾病的发生密切相关，通过染色体微阵列分析可以及早发现这些异常，从而指导临床诊断和治疗。
其次，染色体微阵列分析可以用于评估肿瘤患者的染色体变异情况，以指导治疗方案的制定和预后的判断。
此外，它还可以用于检测染色体序列的失衡情况，如染色体局部缺失和重复，这对研究人员来说是非常有价值的。
然而，染色体微阵列分析也存在一定的风险。
首先，该技术需要高度专业的实验操作和数据解读能力，否则可能会导致错误结果的产生。
其次，因为染色体微阵列分析是通过检测基因的表达量和染色体序列的拷贝数来判断异常的，所以它可能无法检测一些基因变异，如染色体点突变和基因结构变异。
此外，染色体微阵列分析也存在着一定的伦理和隐私问题，因为它可以揭示被检测者的遗传信息，可能对个人和家庭产生潜在的影响。
因此，在进行染色体微阵列分析之前，需要对潜在的风险和益处进行综合评估，并充分考虑被检测者和家族的意愿。
同时，也需要进行必要的知情同意和隐私保护措施，以确保被检测者的权益和数据的安全。
综上所述，染色体微阵列分析是一种常用的遗传学检测方法，具有广泛的临床应用前景。
它可以帮助医生了解疾病的发生机制，并为病人提供个性化的诊断和治疗方案。
基因芯片实验原理及方法
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。
DNA的测序方法原理及其应用
DNA的测序方法原理及其应用DNA测序是一种重要的分子生物学技术，可以确定DNA序列，从而揭示生物遗传信息的基本单位。
DNA测序技术的发展，使得我们能够对个体的基因组进行全面的研究和解析。
本文将介绍DNA测序的几种常用方法、原理及其应用。
DNA测序方法：1. 脱氧链终止法（Sanger法）：该方法是最早也是最经典的DNA测序方法。
它利用DNA聚合酶合成DNA链的特性，通过添加一小部分有色荷兰猪被星状的二进制碱基（比如dideoxy链终止核苷酸）来实现。
从而使得在每个碱基位置上，只有一种类型的碱基被加入到扩增产品中。
最后，通过电泳分离不同长度的扩增产物，便可以得到DNA的序列信息。
2. 测序微阵列：这是一种高通量测序方法，它利用液相法合成DNA 片段，然后通过特定的连接方法将其固定在芯片上，形成微阵列。
以Illumina公司的Solexa技术为例，该技术采用先进的合成法和荧光标记法，通过逐步的碱基加入和扩增来合成特定长度的DNA片段，并利用不同颜色荧光标记具有不同碱基的DNA片段。
最后，通过高分辨率成像仪读取芯片上每个碱基位置上的荧光信号，得到DNA的序列信息。
3. 单分子实时测序：这是一种最新的测序技术。
他利用聚合酶酶活性而不需要离体化学反应实现测序。
其中，Pacific Biosciences公司的测序平台是其中较为流行的实时测序技术，它利用DNA聚合酶合成链的时候伴随释放出的底物荧光信号，来实时监测DNA的合成过程，从而获得DNA的序列信息。
DNA测序原理：DNA测序的核心原理都是通过测量DNA合成过程中的信号变化，来确定每个碱基的序列。
脱氧链终止法是基于合成DNA链的特性，它通过添加一个低浓度的二进制链终止核苷酸来限制DNA聚合酶的合成，从而在特定位置上引入链终止，完成DNA的扩增和分离。
测序微阵列和单分子实时测序则利用荧光信号的变化来获取序列信息，因为荧光标记的碱基在合成时会释放出荧光信号。
DNA微阵列技术介绍及其应用
DNA微阵列技术介绍及其应用DNA微阵列技术（microarray）指在固体表面（玻璃片或尼龙膜）上固定成千上万DNA克隆片段，人工合成的寡核苷酸片段，用荧光或其他标记的mRNA,cDNA或基因组DNA探针进行杂交，从而同时快速检测多个基因表达状况或发现新基因，快速检测DNA序列突变，绘制SNP遗传连锁图，进行DNA序列分析等的一种新技术，其基本原理是基于Southern杂交或斑点杂交技术。
将DNA 微阵列称为基因芯片实际上是不确切的。
生物芯片(bioship) 属于分子生物电子学范畴，只采用DNA或蛋白质等生物高分子为骨架制成大规模集成电路，用于研制第六代智能计算机。
DNA 微阵列有两种基本形式，即点样型DNA 微阵列和原位合成型DNA 微阵列。
点样型DNA 微阵列，通过PCR扩增的上万个DNA克隆，或常规合成的寡合苷酸被点样固定在一定固体表面（玻璃片，尼龙膜），用一组标记探针单独或混合处理检测。
制备方法：采用常规技术制备DNA，用点样仪自动点样在玻璃片上。
1.制备DNA片段：采用特异引物从各个克隆进行PCR扩增或将基因组DNA克隆到通用载体，然后纯化后重悬浮于3*SSC，使终浓度为0.5ug/ul. 2.微阵列制作：玻璃片清洗，包被多聚赖氨酸（35ml 多聚赖氨酸，35ml PBS,280ml ddH2O)，双蒸水冲洗，干燥。
用微阵列仪点样，每种样品放5nl，用介层连接确定其互补序列。
制备方法：可改装一台半导体光印刷仪，采用光导向结合化学原理合成各种寡核苷酸探针。
1.玻璃片清洗后包被一层多聚赖氨酸。
2.在玻璃片上每个一定间距连接上带有光不稳定保护基的羟基。
3.UV照射，通过光印刷仪的遮盖膜使UV只穿过特定微孔射向玻璃片，将孔下的光不稳定保护基除去，产生自由羟基。
4.加入5’端带光不稳定保护基的磷酰胺碱基与自由羟基连接。
5.使遮盖膜微孔对准邻侧另一光不稳定保护基，重复4.5.依次有序进行，第一层碱基连接完毕后再进行第二层第三层.......。
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Ultra-weak Chemiluminescence Analytical Technology Principle and Application.ZHANG Zhong-Lun(Institute of Biophysics,The Chinese Academy of Scienc es,Beijing100101,China). Abstract Ultra-weak chemiluminescence analyzers that detect w eak light from sam ples w ere developed by ultra-weak chemiluminescence analytical technology.BPCL ultra-weak chemiluminescence analy zer has a lot of supper performance.It is satisfactory to research and applicatio n in the fields of biology,medicine and chemistry.The ex ample that of to research DNA damage was introduced.It is approved that the technology and analy zer were advanced and practical.Key words ultra-w eak chemiluminescence analy zer, DNA damageDNA微阵列(或芯片)技术原理及应用何志巍 姚开泰(湖南医科大学肿瘤研究所,卫生部癌变原理重点实验室,长沙410078)摘要 DNA微阵列或芯片(DNA microarray or chip)技术是近年发展起来的又一新的分子生物学研究工具.它是利用光导化学合成、照相平板印刷以及固相表面化学合成等技术,在固相表面合成成千上万个寡核苷酸探针,或将液相合成的探针由微阵列器或机器人点样于尼龙膜或硅片上,再与放射性同位素或荧光物标记的DNA或cDNA杂交,用于分析DNA突变及多态性、DNA测序、监测同一组织细胞在不同状态下或同一状态下多种组织细胞基因表达水平的差异、发现新的致病基因或疾病相关基因等多个研究领域.关键词 DNA微阵列(或芯片),原理,应用学科分类号 Q785 从人类基因组计划启动至今,已积累了大量基因序列数据库,而它们在疾病和发育中的生物学意义尚知之甚少[1,2].目前人们正在由研究基因的结构及染色体定位的结构基因组学,向研究这些基因表达调控、在机体发育分化及疾病中作用的功能基因组学转变[3].而将多学科、多技术融合而成的DNA微阵列或芯片技术可研究同一或不同组织细胞在不同生理、病理条件下成千上万个基因结构、功能改变以及基因表达间相互作用的关系,发现致病基因或疾病相关基因,这必将为功能基因组学产生巨大的推动作用.本文主要介绍了该技术的概念、原理及在基因表达、基因突变或多态性分析及DNA测序等方面研究的最新进展.1 概念理论依据美国加州Affymetrix公司的Lipshutz等[4]较早地介绍了高密度寡核苷酸微阵列的制造、检测、软件及应用,随后该公司将照相平板印刷技术、计算机、激光共聚焦扫描、固相表面合成寡核苷酸及核酸分子杂交等结合起来,研制出DNA芯片.DNA微阵列或芯片是指在大规模集成电路所控制的机器人在尼龙膜或硅片固相支持物表面,有规律地合成成千上万个代表不同基因的寡核苷酸“探针”,或液相合成探针后由阵列器(arrayer)或机器人点样于固相支持物表面.这些“探针”可与用放射标记物如32P或荧光物如荧光素、丽丝胺等标记的目的材料中的DNA或cDNA互补核酸序列相结合,通过放射自显影或激光共聚焦显微镜扫描后,对杂交结果进行计算机软件处理分析,获得杂交信号的强度及分布模式图,以此反映目的材料中有关基因表达强弱的表达谱.该技术仍以基因连锁、连锁不平衡、限制性长度多态性、可变串联重复序列及单核苷酸多态性标记等基因定位方法为基础,采用分子杂交等多种技术方法为手段,进行遗传作图,对不同材料中的多个基因表达模式进行平行对比分析,是一种高产出的、新的基因分析方法.以尼龙膜为固相支持物的DNA微阵列和以硅片为固相支持物的DNA芯片,二者在原理上相同,仅在支持物及检测手段等方面略有不同. 收稿日期:1998-10-08,修回日期:1999-01-192 DNA 微阵列或芯片的制作和原理2.1 固相表面高密度寡核苷酸探针的合成及排列采用光导化学合成和照相平板印刷技术可在硅片表面合成寡核苷酸探针[5],如图1.当光通过照相平板印刷的“面具”到达固相合成特定区域时,则激活这些区域内的酶底物(如α-甲基-6-氮胡椒酮甲羰基),而产生自由羟基和使受光保护的基团去除,继而脱氧核酸盐通过化学连接键添加于去保护位点上;当光通过另一个新的“面具”到达酶底物的另一个区域发生同样反应,如此循环直到所需要的核酸全部被合成.而每次所添加的脱氧核酸是由“面具”上的顺序所决定的,而后者又是由计算机根据设计者需要所控制的,因此一个限定长度的寡核苷酸则排列在预定位置上.对于N 个碱基的探针,需4N 个化学合成循环步骤可达到4n 个探针数,如探针长度为4个碱基,化学合成循环步骤为16次,探针数为256个;如探针长度为8个碱基,则合成循环需32步即可达到65536个探针.这些探针在不同的照相平板印刷分辨率作用下,可在单位面积上合成不同的位点数.如分辨率为200μm ,合成密度为2500个位点/cm 2,如分辨率为20μm ,合成密度为250000个位点/cm 2等,由此构成高密度寡核苷酸微阵列.图1 固相表面寡核苷酸探针阵列的光导化学合成2.2 液相探针的合成及在固相表面的排列 由已知基因序列在液相中化学合成寡核苷酸链探针,或通过PCR 技术扩增已知基因的编码区部分序列,或克隆的基因组片段,均需通过纯化产物后再定量分析.再由具有多个微细加样孔的阵列复制器(arraying and replicating device ,ARD )或阵列机(arrayer )及由电脑控制的机器人,准确、快速地将不同探针样品定量点样于带正电荷的尼龙膜或预处理好的硅片相应位置上,再由紫外线胶联固定后即得到DNA 微阵列或芯片[6,7].2.3 探针的杂交和检测DNA 微阵列或芯片用于检测基因表达、多态性或突变等实际上是一种反向斑点杂交技术.代表不同待检测基因的“探针”被固定于微阵列或芯片上,而被检测核酸DNA 或由m RNA 逆转录而来的cDNA 群体用放射性32P /33P 或荧光物标记后与固相阵列杂交.如被检测核酸中有与阵列上“探针”互补的序列存在,则二者以氢键结合.在被检测核酸浓度、温度、缓冲液及盐浓度等相同条件下,结合在“探针”上的被检测核酸量与其碱基构成和靶-探针匹配的量所决定.对于一个相同长度的探针,GC 含量较高的与靶结合的强度高于AT 含量较高者,靶-探针完全匹配者结合强度远高于二者间存在不匹配、插入或缺失.结合在“探针”上的被检测核酸可通过放射自显影或激光共焦显微镜检测杂交信号强弱和分布,再通过计算机软件处理分析,得到有关基因的表达谱.3 应 用3.1 基因表达水平的检测常见的基因表达水平的检测法均有其利弊,RNA 印迹法只适用检测高丰度的m RNA ;RT -PCR 虽可检测低丰度mRNA 表达水平,但因多种原因限制了检测基因表达的种类;m RNA 差异展示可同时检测多个基因表达,但通常难于定量,假阳性较多,如为阳性还须进行亚克隆和测序以证实之;基因表达系列分析(SAGE )是一种较好的cDNA 测定方法,但仍需复杂的样品制备和批量测序,且以上方法均难于自动化.DNA 微阵列或芯片应用于基因表达水平检测的最大优越性是可自动、快速检测目的材料中成千上万个基因的表达情况.在植物研究领域,Schena 等[8]采用拟南芥基因组内共45个基因的cDNA 微阵列(其中14个为完全序列,31个为EST ),检测该植物的根、叶组织内这些基因的表达水平.用不同颜色的荧光素标记逆转录产物后分别与该微阵列杂交,经激光共聚焦显微镜扫描,发现该植物根和叶组织中存在26个基因的表达差异,而参与叶绿素合成的CAB1基因在叶组织较根组织高500倍表达.在真菌研究方面,DeRisi [9]和Wodicka 等[10]用包含所有酿酒酵母基因在内的DNA微阵列,观察了整个酵母基因组在发酵到呼吸反应过程中各基因表达的动态变化.在细菌研究方面,Saizieu等[11]用包含代表流感嗜血杆菌的106个基因和肺炎链球菌100个基因的DNA芯片,与分别来自R6x菌株生长至A= 0.3时的总RNA和将细菌用活性刺激肽(CSP)作用20min后的总RNA用生物素标记探针杂交,定量检测了各基因在这两种状态下的转录水平,其敏感性可达每细胞1～5个拷贝数.在人类疾病研究中,Schena等[12]用人外周血淋巴细胞的cDNA 文库构建一个代表1046个基因的cDNA微阵列,来检测体外培养的T细胞对热休克反应后不同基因表达的差异.发现有5个基因在处理后存在非常明显的高表达,11个基因中度表达增加和6个基因表达明显抑制.该结果还用荧光素交换标记对照和处理组及RNA印迹方法证实.DeRilsi等[13]将作为对照的人黑色素细胞瘤细胞株UACC-903的m RNA和该细胞株插入人6号染色体后的m RNA逆转录为cDNA时,采用两种不同荧光物分别标记,再与1161个分别代表肿瘤抑制和分化基因的cDNA 微阵列杂交.发现介导P53基因的WAF1(P21)基因在处理组细胞表达升高而对照组抑制,人褐色斑蛋白基因仅在对照细胞中有表达.因此通过该方法可提供十分有价值的肿瘤发生的分子机制.总之,DNA微阵列或芯片技术已在某些植物、细菌、真菌的整个基因组范围内对各基因表达水平进行快速的检测.而在HGP完成之后,用于检测在不同生理、病理条件下的人类所有基因表达变化的基因组芯片为期定不会遥远[14].3.2 寻找可能致病基因或疾病相关基因用cDNA微阵列技术通过比较组织细胞基因的表达谱差异,可以发现新的可能致病基因或疾病相关基因[3].G ress等[15]从胰腺癌细胞株PAT U、胰腺癌组织、慢性胰腺炎及对照胰腺组织的每个文库中随机挑选20736个cDNA克隆点样至384孔板中,再用机器人规律点阵于22cm×22cm大小尼龙膜上,然后与35S标记以上组织来源各2μg m RNA的cDNA探针杂交,发现在胰腺癌存在129个新序列和97个EST.其中有参与增加糖酵解作用的基因,有参与细胞结构和骨架改变或转录翻译机制的基因,有参与恶性表型的基因等多个肿瘤形成机制中起作用的新基因.首次提出了参与胰腺癌恶性表型形成的特异基因表达谱和可能的致病基因或疾病相关基因.Heller等[16]通过cDNA微阵列比较了类风湿性关节炎(RA)和感染性腹部疾病组织的基因表达谱.发现金属蛋白酶1、铁蛋白轻链和锰超氧化物歧化酶基因在RA明显高表达, IL-3、ICE、化学促进因子Groα、调节性活化正常T细胞表达和分泌基因(RANTES)及人基质金属弹性蛋白酶(HM E)基因可能为RA的主要致病基因或相关基因.现将HME作为药物抗RA治疗的靶基因,而收到较好疗效.3.3 基因点突变及多态性检测根据已知基因的序列信息可设计出含有成千上万个不同寡核苷酸探针的DNA芯片,再用荧光标记待测DNA,如二者完全匹配则杂交后结合牢固荧光强度高,如不全匹配则荧光强度弱或无.由此可判断点突变的存在与否及部位和个数.根据这一原理如对N个碱基长度序列的每个碱基进行筛查,则需4×N个探针即可.一般在1.28cm2的支持物上可载16000个探针,可用于4kb碱基序列的筛查.现用于治疗AIDS的药物主要是病毒逆转录酶RT和蛋白酶PRO的抑制剂,但在用药3～12月后常出现耐药,其原因是rt、pro基因产生一个或多个点突变.rt基因四个常见突变位点是Asp67※Asn、Ly s70※Arg、Thr215※Phe/Ty r和Ly s219※Gln,四个位点均突变较单一位点突变后对药物的耐受能力成百倍增加[4].如将这些基因突变部位的全部序列构建为DNA芯片,则可快速地检测待测病人是一个还是多个基因突变,这对指导治疗和预后而具有十分重要的意义.Lee等[17]用含有135000个探针的DNA微阵列分析了人线粒体基因组DNA多态性变化.该组探针互补于人线粒体基因组全长16.6kb,将之与不同个体来源的基因组DNA杂交,发现人线粒体基因组存在16493位T ※C突变,16223位C※T等多位点突变的DNA 多态性特征.3.4 DNA序列测定虽然Sanger、Maxan、Gilbert均有其标准的DNA测序方法,但对HGP这类大范围的测序工作已显过时,而用DNA微阵列或芯片快速测定待测DNA序列则具有十分诱人的前景.Pease等[5]阐述了该方法的原理并指出它是在人类遗传学、诊断学、病理检测及DNA分子识别等方面发挥作用的强有力工具.Hacia等[18]用含有48000个寡核苷酸的高密度微阵列分析了黑猩猩和人BRCA1基因序列差异,结果发现在外显子11约3.4kb长度范围内的核酸序列同源性在98.2%至83.5%之间,高度提示了二者在进化上的相似性.4 展 望DNA微阵列或芯片几乎可用于所有核酸杂交技术的各个方面,而在同时比较各组织或同一组织在不同状态下上成千上万个基因的表达状况、DNA序列分析等方面具有更大的优越性[19].有人誉赞“微阵列技术铺平了通往21世纪的医学之路”[20],美国在该技术的方法与应用上召开过两次会议,并得到克林顿总统在国会演讲上的赞赏与肯定[21],目前全美已有25家公司投身于该技术的研制与开发.相信在不久的将来,DNA芯片或微阵列技术将会广泛应用于基础及临床医学各个方面,而发挥出巨大的经济、社会效益.参 考 文 献1 Strachan T,Abitol M,Davidson D,et al.A new dimension for the human genome project:towards comprehens ive expression maps.Nature Genetics,1997,16(3):126～1322 Rowen L,M ahairas G,Hood L.Sequencing the human genome.Science,1997,278(5339):605～6073 Brown P,Hartw ell L.Genomics and human dis ease-variations on variation.Nature Genetics,1998,18(1):91～934 Lipshu tz D,M orris D,Chee M,et ing ol igonucleotide probe arrays to access genetic diversity.BioTechniques,1995, 19(3):442～4475 Pease A C,Solas D,S ul livan E J,et al.Light-generated oligonu-cleotide arrays for rapid DNA sequence analysis.Proc Natl Acad Sci USA,1994,91(11):5022～50266 Schena M,Heller R A,Theriault T P,et al.M icroarrays: biotechnology s discovery platform for functional 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Genetics,1998,18(3):195～197Fundamental Principle and Applications of DNA Microarray or C hip.HE Zhi-Wei,YAO Kai-Tai (Cancer Research Institute,Hunan Medical University,Changsha410078,China).A bstract DNA microarray or chip is a new technique in molecular biology.With com bining the light-directed chemical sy nthesis,semiconductor-based pho tolithography,and solid-phase chemical sy nthesis,thousands of oligonucleotide probes were arrayed o r spo tted on the surface of solid suppo rt. This technology has successfully monitored the simul-taneous expression of m any thousands of genes, developed to screen DNA m utation and polymor-phism,applied to sequence DNA,and discovered the novel disease-related genes by hybridization to radioisotope or fluorescence labeled DNA or cDNA coming from interesting tissues and cells.Key words DNA microarray(or chip),principle, application。