[资料]第一讲因芯片概述

Fra Baidu bibliotek物芯片的概念



生物芯片是泛指利用微电子技术和微加工技术在硅，玻璃 和高分子材料等基底材料上制作的，用以执行生物样品分 析，临床诊断，环境监测，卫生检疫，法医鉴定，生化武 器防御，新药开发等用途的微型化精密器件。 生物芯片借用了计算机芯片的集成化的特点，把生物活性 大分子（目前主要是核酸和蛋白质）或细胞等，密集排列 固定在固相载体上，形成微型的检测器件，固相载体通常 是硅片、玻片、聚丙烯或尼龙膜等，因此狭义的生物芯片 也称微阵列芯片，主要包括cDNA、寡核苷酸、蛋白质、细 胞和组织微阵列。 广义的生物芯片是指能对生物成分或生物分子进行快速并 行处理和分析的厘米见方的固体薄型器件，将微阵列技术 与生物微机电技术相结合，通过微加工和微电子技术在固 体基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。
genes 31,000 13,500 19,000 6,315 5,361
基因组学（genomics）



基因组学就是发展和应用DNA制图、测序新技术以 及计算机程序，结合多种生命科学研究手段，全面 分析生命体基因组结构及功能。 基因组学分为两个阶段，即HGP、功能基因组学。 HGP：制作高分辨率的人类遗传图和物理图，最终 完成人类和其他重要模式生物全部基因组DNA序列 测定 功能基因组学：详尽分析序列，描述基因组所有基 因的功能，包括研究基因的表达及其调控，如比较 基因组，药物基因组，基因多态性基因组，环境基 因组学，蛋白组学等
82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99
There are approximately 85,759,586,764 bases in 82,853,685 sequence records in the traditional GenBank divisions and 108,635,736,141 bases in 27,439,206 sequence records in the WGS division as of February 2008.
生物芯片在组学研究极具优势
growth of biological databases
GenBank basepair growth
百万 4,000 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 500 0 1 2 3 5 10 16 24 35 49 72 101 157 217 385 652 2,009 1,160 3,841


期末考试占60％：开卷 平时成绩占35％：选取文章解读（作业）， 课堂讲解 点名计5％
参考书目
高新技术科普丛书《基因芯片技术——解码 生命》，化学工业出版社，2004年5月。 《基因芯片与功能基因组研究》，化学工业 出版社，2004年7月。 《基因芯片数据处理与分析》, 化学工业出版 社, 2006年7月
基因芯片是生物芯片的代表
基因芯片发展历史
Southern & Northern Blot
Dot Blot
Macroarray
Microarray
基因芯片的标志性事件



Affymetrix公司在20世纪80年代末到九十年 代初率先开始研究。1991年，在1cm2左右的 玻璃片上原位合成寡核苷酸片段，诞生世 界上首张寡核苷酸芯片。 94年俄罗斯研制出一种基因芯片，用于检 测β-地中海贫血病人血样的基因突变，筛选 了100多个β-地中海贫血已知的基因突变。 95年，第一块以玻璃为载体的微矩阵cDNA 微阵列在斯坦福大学P.O.Brown实验室诞生。
Source: GenBank
growth of biological databases
3D structures growth
http://www.rcsb.org/pdb/holdings.html
基因组大小
FERN LUNGFISH SALAMANDER NEWT ONION GORILLA MOUSE HUMAN Drosophila C. Elegans Yeast E. Coli 160,000,000,000 139,000,000,000 81,300,000,000 20,600,000,000 8,000,000,000 3,523,200,000 3,454,200,000 3,400,000,000 137,000,000 96,000,000 12,000,000 5,000,000
生物芯片的特点

在面积不大的基片上有序地点阵排列了一 系列固定于一定位置、可寻址和识别的生 物分子 微电子学的并行处理和高密度集成的特点， 可对生物分子进行快速并行处理 高通量，高信息量、快速、自动化


生物芯片与“组学”研究



生物学过程是许多分子相互作用的结果，需要知 道“whole picture”：组学特征；各种组学研究 应运而生：基因组学，转录组学，蛋白组学，代 谢组学，药物基因组学等等 基因组序列的可获得性 计算机辅助的可能性 微电子学、物理学、化学、计算机科学与生命科 学交叉综合的高科技技术
第一讲
生物芯片概述
生物芯片的出现




生物芯片的概念来源于计算机芯片 微处理芯片是由硅、锗等半导体材料经微电子加工技术制 作的集成电路设备，将不同功能单元集成在一块微型器件 上；生物芯片只是一种执行生物检测和分析的微型设备 从起源和制造工艺来说，生物芯片还是与微处理芯片有一 定的渊源关系。早期微处理器芯片的制造经历了由大变小 的过程，使微电子工业发生质的飞跃 微处理器芯片这种制造上的微型化启发了生物学家的思路， 使他们产生了用微电子平板印刷技术制造用于生命科学研 究和医疗诊断的微型仪器的想法，从而导致了生物芯片的 出现
生物芯片的研究与应用
黄燕 huangyan@fudan.edu.cn 付旭平xupingfu@fudan.edu.cn
教学内容




基因芯片原理 一些重点基因芯片类型介绍 基因表达谱芯片生物信息学 基因芯片表达谱数据分析 基因芯片在“组学”中的应用 其他类型的基因芯片和生物芯片的介绍
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