微阵列分析

生物芯片的分类
♦ cDNA微阵列到的杂交信号强度好，因为基 片上固着的cDNA和溶液中的探针分子有较大的互 补性。
♦ 寡聚核苷酸芯片：应用于基因表达基因分型等多
个领域。靶标分子在杂交中有较好的特异性和较 高的型号强度。 以上两类通称核酸芯片。
♦ 组织微阵列和蛋白微阵列：组织微阵列上包含来
♦ 在实际应用方面，生物芯片技术可广泛应用于疾
病诊断和治疗、药物基因组图谱、药物筛选、中 药物种鉴定、农作物的优育选以及公司法鉴定、 食品卫生监督、环境检测、国防等许多领域。它 将为人类认识生命的起源、遗传、发育与进化， 为人类疾病的诊断、治疗和防治开辟全新的途径， 为生物大分子的全新设计和药物开发中先导化合 物的快速筛选和药物基因组学研究提供技术支撑 平台。总之生物芯片技术在医学、生命科学、药 业、农业和环境科学等，凡与生命活动有关的领 域中均具有重大的应用前景。生物芯片技术的深 入研究和广泛应用，将对21世纪人类生活和健康 产生极其深远的影响。
四、应用前景
♦ 疾病诊断： 与传统方法相比，生物芯片在疾病检
测诊断方面具有独特的优势，它可以在一张芯片 同时对多个患者进行多种疾病的检测。仅用极小 量的样品，在有短时间内，即可为医务人员提供 大量的疾病诊断信息。这些信息有助于医生在短 时间内作出正确的治疗措施。例如对肿瘤、糖尿 病和传染疾病等常见病和多发病的临床检验及健 康人群检查，均可以应用生物芯片技术。今后人 们可以拥有个人化验室，无论在地球任何地方， 随时都可以对自己的健康状况进行监测。
自人肿瘤标本和其他感兴趣样品的切片，蛋白微 阵列包含提纯的蛋白质或细胞的抽提物。
二、核酸芯片作用原理
三、进行微序列分析的具体步骤及原理
♦ 微阵列表面处理 ♦ 靶标和探针的预处理 ♦ 微阵列的制备 ♦ 检测
NEXT
一个芯片表面具有以下性能
尺寸精确 平整 耐受性强 反应效率 平滑 均一 荧光惰性 可结合性
微阵列的制备
♦ 费用：指微阵列芯片制备方法的成本。随着商业
化的微阵列的更多出现，微阵列芯片的成本成为 一个重要的考虑因素。目前，已预点好几百个基 因的微阵列芯片的价格约100美元，包含数万个基 因（全基因序列或代表全基因组的基因集）的价 格约为20 000美元。 ♦ 容量：指微阵列芯片上所包含的基因，生物化学 或者化学材料的总量。包含10000种cDNA的芯片 相对于其子集，包含1000种cDNA的微阵列而言， 其容量为超大。但若两块芯片各包含5000种不同 的基因片段或者蛋白质，其容量孰大孰小则基于 哪块微阵列芯片包含源自稀有片段的cDNA或者难 于表达或纯化的蛋白质。
♦ 寡聚核苷酸合成的第一步还包括将第一个
碱基偶联到固体支持物上，最常见为可控 微孔玻璃珠。这种材料的多孔渗水性提高 了合成基质的表面积，提高了合成效率。 CPG计算机模型显示出了这种材料的特性。 多数寡聚核管酸合成使用的CPG孔径为50100nm.第一个碱基偶联到去氧核糖环上。 一旦第一个碱基连接到CPG上，寡聚核苷 酸合成就一步一步开始进行，直到最后一 个碱基偶联到寡聚核苷酸链上。
♦ 药物筛选 ： 目前国外几乎所有的主要制药公司都
不同程度地采用了生物芯片技术，应用生物芯片 来寻找药物靶标，检查药物的毒性或副作用。用 芯片作大规模的筛选研究可以省略大量的动物试 验，缩短药物筛选所用时间，从而带动创新药物 的研究和开发。
♦ 基因测序 ： 大规模基因检测是人类基因组计划面
临的首要任务，它涉及到基因多态性、突变或缺 失的检测。现在已可在1.28平方厘米生物芯片上， 用分子探针检测32Kb至几百Kb区域中任何区段， 这对检测和诊断患者是一个基因还是多个基因突 变，指导治疗和预后具有十分重要意义。
♦ 通量：指单位时间内生产出的微阵列芯片的数量，通
常表示为每天生产的芯片数。作为微阵列检测系统的 标准，定义为单位时间内能扫描或识别的微阵列芯片 数量，单位通常为片/h。
♦ 精度：微阵列检测系统必须能在不同的时间内提供准
确和一致的检测图像，这个标准叫做微阵列检测系统 的精度。在实际应用中，对同一芯片进行的两次独立 检测中信号强度的变化应在+-10%。
五．参考资料
生物芯片分析中译本（Microarray Analysis）
[美] M. 谢纳 科学出版社2004
生物芯片
主编：马立人 蒋中华 化学工业出版社2002
♦ 密度：指基片上单位面积内的靶点或者样品点数。知道或
测量两相邻点的中心间距，即可计算出微阵列的密度。因 为微阵列密度与样品点中心间距平方的大小相关，点距间 小幅度变化也会引起大幅度的密度变化。
♦ 样品点尺度：指微阵列种样品点的大小，一般用样品点的
平均直径表示。因为样品点越小，最大密度越大，而密度 越大，微阵列每单位面积上的信息也越多。所以制备的样 品点越小，微阵列制备仪器越有价值。
靶标和探针的预处理
♦ 目前制备靶标微阵列有分配法和合成法，
分配法为事先采用PCR技术合成靶标，然 后通过接触式点样等类似方法将合成好的 靶标分配到微阵列表面。合成法为通过光 引导原位合成技术等方法直接在微阵列表 面合成靶标。
♦ 寡聚核苷酸合成在微阵列靶标制备中具有最重要
的地位，目前最主要采用亚磷酰胺酯法。3种亚磷 酰胺酯（AＣG）在其嘌呤或吡啶环上含有具有反 应活性的伯胺基，因此需要在胺基上加保护基团。 苯甲酰是典型的AC保护基团，而异丁酰基团通常 被用于保护G，第四种碱基T的吡啶环上没有伯胺 基，因此不必保护。所有四种亚磷酰胺酯碱基在5 羟基位置都有DMT基团，用于阻止羟基发生化学 偶联，直到合成时的去保护反应。选择性的去保 护反应会使合成一步一步进行。3磷酸已经被保护， 避免发生副反应，然后分别被 氰乙基和二异丙基 基团激活进行亲核进攻。合成结束后去除保护， 得到具天然DNA结构的寡聚核苷酸产物。
氨基化
可以通过有机反应合成各种各样的氨基硅烷 化衍生物，并根据氨基取代基和其它连接 于中心原子的三个有机基团的不同，各自 具有不同的性质和反应性。 如玻璃与3-氨丙基三甲氧基硅烷的反应就 显示了这类反应的一个基本机制。
♦ 氨基化表面在多数实验条件下都能正常使
用，并由较低的自发荧光和背景荧光。其 自发荧光较低，是因为表面处理过程中没 有在可见光区易发荧光而破坏芯片检测的 共轭环或不饱和环的结构出现。背景荧光 低是因为亲水性的氨基表面排斥了常用于 芯片检测直接标记的染料分子，如花青染 料等疏水分子的吸附。
核酸芯片微阵列分析概述
03级化学系 03081004黄逸凡 03081025殷乃宁 03081085王炜臻
一、简介
生物芯片的定义
主要是指通过微加工和微电子技术在固体芯片 表面构建微型生物化学分析系统，以实现对生命机体 的组织、细胞、蛋白质、核酸、糖类以及其他生物组 分进行准确、快速、大信息量的检测。
玻璃基片材料
玻璃是迄今为止最常用的芯片材料，其基 本化学成分是一个由硅原子和氧原子构成 的四面体分子。由于硅原子是高正电性的， 氧原子是高负电性的，因此二者间价键作 用很强。。其适合作为芯片基片材料的性 质为：高度的物理化学稳定性，较低的热 膨胀系数，较低的自发荧光和反射率，化 学均一性和可抛光性以及在可见光区的高 度透明。
♦ 为了将第二个碱基偶联到第一个上，用弱
酸处理GPC基质来去除5羟基的DMT基团。 这个去保护或去三苯甲基化步骤能让5羟基 成为亲核试剂，进攻第二个碱基的激活的3 磷酸基团，让第二个碱基偶联到CPG基质 上的第一个碱基上，形成3到5的二核苷酸 骨架。偶联后，通过乙酰化作用将为反应 的5羟基钝化或加帽，防止在后续的偶联反 应中与亚磷酰胺酯发生反应。加帽后新形 成的二核苷酸的亚磷酸盐三酯被氧化成为 磷酸盐形式，稳定了磷酸连接。
♦ 样品点活性：指样品点上目标分子的化学和生物化学活性，
一般用活性靶标分子的比例表示。理想的微阵列，所有样 品点上分子都应该处于活性状态；对于大部分微阵列活性 指标是50%。样品点活性可能在制备或处理过程中降低
检测
♦ 速度：电机或微阵列点样仪的移动速度，即单位时间
里能够完成检测的微阵列的面积值，单位通常为 cm2/min。