基因芯片技术及其应用PPT
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基因芯片的操作流程及步骤ppt课件
能的序列共有65536种。 • 假如只考虑完全互补的杂交，那么48个8 nt亚序列探针中，
仅有上述5个能同靶DNA杂交。 • 可以用人工合成的已知序列的所有可能的n体寡核苷酸探
针与一个未知的荧光标记DNA/RNA序列杂交，通过对杂 交荧光信号检测，检出所有能与靶DNA杂交的寡核苷酸， 从而推出靶DNA中的所有8 nt亚序列，最后由计算机对大 量荧光信号的谱型（pattern）数据进行分析，重构靶 DNA 的互补寡核苷酸序列。
生物芯片的制作步骤
细胞
对mRNA进行标记 杂交
基因表达资料
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
基因芯片研制的总体蓝图
检测样品 的制备
获取样品分子的 数量和序列信息
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
基因芯片是信息时代的产物
横跨：生命科学、物理学、
计算机科学、微电子技术 光电技术、材料科学 等现代高 科技。
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
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
仅有上述5个能同靶DNA杂交。 • 可以用人工合成的已知序列的所有可能的n体寡核苷酸探
针与一个未知的荧光标记DNA/RNA序列杂交，通过对杂 交荧光信号检测，检出所有能与靶DNA杂交的寡核苷酸， 从而推出靶DNA中的所有8 nt亚序列，最后由计算机对大 量荧光信号的谱型（pattern）数据进行分析，重构靶 DNA 的互补寡核苷酸序列。
生物芯片的制作步骤
细胞
对mRNA进行标记 杂交
基因表达资料
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基因芯片研制的总体蓝图
检测样品 的制备
获取样品分子的 数量和序列信息
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基因芯片是信息时代的产物
横跨：生命科学、物理学、
计算机科学、微电子技术 光电技术、材料科学 等现代高 科技。
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
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
基因芯片技术PPT课件
第三十三页，共55页。
第三十四页，共55页。
第三十五页，共55页。
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。
第十三页，共55页。
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。）
第十页，共55页。
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。）
第十一页，共55页。
第十二页，共55页。
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。
第二页，共55页。
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…...”
第三十四页，共55页。
第三十五页，共55页。
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。
第十三页，共55页。
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。）
第十页，共55页。
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。）
第十一页，共55页。
第十二页，共55页。
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。
第二页，共55页。
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
精心整理
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。
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。
基因芯片技术的应用及发展前景PPT精品课程课件讲义
索这些差异所反映出的生物学功能或机制。目前的主要瓶颈是软件开
发方面。
（8）生物信息学用于深度的数据挖掘
幸运的是，在这个研究领域中，最新的计算机软件通过对数据库中的 数据以及数据之间的关系进行实时的图形化展示，将数据3D可视化，
方便寻找生物标记物，从而加速并方便这些内容的了解。
（8）生物信息学用于深度的数据挖掘
（2）疾病鉴别诊断
根据基因芯片的高通量 性，把多个病原体的基因探 针显微集成到同一芯片上， 还可以实现对多个相关的病 原体进行诊断和鉴别诊断。
（2）疾病鉴别诊断
呼吸系统感染 消化系统感染
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景，可能形成巨大的产业。
三、前景展望
需解决问题：
《基因芯片技术》课件
STEP 02
公平性问题
基因信息属于个人隐私， 如何在科学研究与隐私保 护之间取得平衡是一个重 要问题。
STEP 03
误用风险
基因芯片技术可能被误用 于基因决定论或种族歧视 等不道德用途。
基因技术的应用可能带来 不公平的医疗资源和机会 分配。
展望与未来发展
高通量测序技术
随着测序技术的进步，基因芯片将与 高通量测序技术结合，提供更全面、 深入的基因组信息。
表面活性剂
为了提高芯片表面的亲水性和降低非特异性吸附，通常会 在芯片表面涂覆一层表面活性剂，如聚乙二醇（PEG）。
表面洁净度
芯片表面的洁净度对实验结果至关重要，必须严格控制表 面污染物的种类和浓度。
探针的合成与固定
探针设计
探针是基因芯片的关键组成部分，其设计应考虑特异性、长度、 GC含量等因素。常用的探针合成方法包括化学合成和生物合成。
详细描述
基因芯片可以快速检测和识别各种疾病相关基因的变异，如 癌症、遗传性疾病等。通过基因芯片技术，医生可以精确地 确定疾病的类型、分期和预后，为制定个性化治疗方案提供 依据。
药物研发与毒理学研究
总结词
基因芯片技术在药物研发和毒理学研究中具有重要作用，能够加速新药的发现和开发，同时降低药物研发成本和 风险。
通路和网络分析
通过生物信息学工具对差 异表达基因进行通路和网 络分析，揭示基因之间的 相互作用关系。
基因功能注释与富集分析
基因功能注释
利用生物信息学数据库对基因进 行功能注释，了解其生物学功能 和分类。
富集分析
通过统计方法检测差异表达基因 在特定生物学过程或通路中的富 集程度，揭示基因的功能特点和 潜在作用机制。
高灵敏度
基因芯片技术在心血管研究中的应用 ppt课件
目前扩展的方法，包括蛋白芯片、组织芯片等
2020/12/2
乳腺癌诊断组织芯片
2020/12/2
蛋白质芯片示意图
Southern & Northern Blot
Dot Blot
2020/12/2
Macroarray Microarray
二、基因芯片技术概论
• （一）基因芯片的概念
通过微阵列技术将大量特定的基因片段或寡核 苷酸片段作为探针有序地和高密度地排列固定于 玻璃或硅等载体上，然后与待测的有荧光标记的 样品核酸按碱基配对的原理进行杂交，通过激光 共聚焦系统检测杂交信号强度。经计算机分析处 理数据资料，获取样品数量和序列信息，从而可 对核酸序列进行大规模、高通量的研究技术。
基因芯片技术在心血管研究中的应用 ppt课件
第一节 基因芯片技术概论
一、基因芯片技术的产生和发展 二、基因芯片技术概论 三、基因芯片制备技术 四、基因芯片的检测方法
2020/12/2
一、基因芯片技术的产生和发展
• 1986 Dulbecco在《Science》撰文 “ 肿瘤研究的转折点:人类基因组的测序”， 提出全面解读人类基因组序列。
又称为短串联重复序列(simple tandem repeats， STRs)或简单重复序列（simple sequence repeats ）
是均匀分布于真核生物基因组中的简单重复序列 ，由2～6个核苷酸的串联重复片段构成，由于重 复单位的重复次数在个体间呈高度变异性并且数 量丰富，因此微卫星标记的应用非常广泛。
究及DNA甲基化研究
2020/12/2
• 2. 样本选择和设计
(1)待测样本的选择：可以是组织来源的或血 液来源的，也可以是培养的细胞或病人的 体外分泌物等。
2020/12/2
乳腺癌诊断组织芯片
2020/12/2
蛋白质芯片示意图
Southern & Northern Blot
Dot Blot
2020/12/2
Macroarray Microarray
二、基因芯片技术概论
• （一）基因芯片的概念
通过微阵列技术将大量特定的基因片段或寡核 苷酸片段作为探针有序地和高密度地排列固定于 玻璃或硅等载体上，然后与待测的有荧光标记的 样品核酸按碱基配对的原理进行杂交，通过激光 共聚焦系统检测杂交信号强度。经计算机分析处 理数据资料，获取样品数量和序列信息，从而可 对核酸序列进行大规模、高通量的研究技术。
基因芯片技术在心血管研究中的应用 ppt课件
第一节 基因芯片技术概论
一、基因芯片技术的产生和发展 二、基因芯片技术概论 三、基因芯片制备技术 四、基因芯片的检测方法
2020/12/2
一、基因芯片技术的产生和发展
• 1986 Dulbecco在《Science》撰文 “ 肿瘤研究的转折点:人类基因组的测序”， 提出全面解读人类基因组序列。
又称为短串联重复序列(simple tandem repeats， STRs)或简单重复序列（simple sequence repeats ）
是均匀分布于真核生物基因组中的简单重复序列 ，由2～6个核苷酸的串联重复片段构成，由于重 复单位的重复次数在个体间呈高度变异性并且数 量丰富，因此微卫星标记的应用非常广泛。
究及DNA甲基化研究
2020/12/2
• 2. 样本选择和设计
(1)待测样本的选择：可以是组织来源的或血 液来源的，也可以是培养的细胞或病人的 体外分泌物等。
基因芯片的分类与应用(PPT20张)
光刻DNA合成法 点接触法 喷墨法
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。
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 )
基因芯片技术及临床应用PPT文档103页
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
基因芯片技术及临床应用
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
基因芯片技术及临床应用
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
《基因芯片技术》PPT课件
五、基因芯片的应用
基因表达分析：人类基 因组编码大约100,000个 不同的基因，仅掌握基 因序列信息资料，要理 解其基因功能是远远不 够的，因此，具有监测 大量mRNA的实验工具很 重要。基因芯片技术可 清楚地直接快速地检测 出以1:300,000水平出现 的mRNA，且易于同时监 测成千上万的基因。
高密度芯片的分析一般采用荧光素标记探针，通过适当 内参的设置及对荧光信号强度的标化可对细胞内mRNA的 表达进行定量检测。近年来运用的多色荧光标记技术可 更直观地比较不同来源样品的基因表达差异，即把不同 来源的探针用不同激发波长的荧光素标记，并使它们同 时与基因芯片杂交，通过比较芯片上不同波长荧光的分 布图获得不同样品间差异表达基因的图谱，常用的双色 荧光试剂有Cy3-dNTP和Cy5-dNTP。
（二）样品的准备
样品的分离纯化：DNA , mRNA 扩增：PCR, RT—PCR，固相PCR 探针的标记：已克隆的基因片段、PCR，RT-PCR扩增的基 因片段、人工合成的DNA片段，单链、双链、DNA或RNA 均可作为探针。 荧光标记（常用Cy3、Cy5），生物素、放射性标记,通常 是在待测样品的PCR扩增、逆转录或体外转录过程中实现 对探针的标记。对于检测细胞内mRNA表达水平的芯片,一 般需要从细胞和组织中提取RNA,进行逆转录,并加入偶联 有标记物的dNTP,从而完成对探针的标记过程。
十 基因芯片技术
1 生物芯片简介及分类 2 基因芯片制备及应用
第一节 生物芯片简介及分类
一、生物芯片(biochip)的概念 指通过机器人自动印迹或光引导化学合成技术在硅片、 玻璃、凝胶或尼龙膜上制造的生物分子微阵列，根据分 子间的特异性相互作用的原理，将生命科学领域中不连 续的分析过程集成于芯片表面，以实现对细胞、蛋白质 、基因及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测 。 生物芯片主要特点是高通量、微型化和自动化。
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7
一、背景介绍
2、基因芯片技术发展概况
发表论文
专利申请
参与公司
如8Biblioteka 平平2 Pac
一、背景介绍
2、基因芯片技术发展概况
20世纪科技史上两件影响深远的事：
一是微电子芯片，计算机和许多家电的心 脏，它改变了我们的经济和文化生活，并 已进入每一个家庭；
二是基因芯片，它将改变生命科学的研究 方式，革新医学诊断和治疗，极大地提高 人口素质和健康水平。
研究基因多态性与疾病易感性 的关系
识别特殊SNP谱图
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二、基因芯片的应用领域
1、基因芯片在科学研究中的应用
（2）mCGH的应用： CGH(comparative genome hybridization）即比较基因组杂 交。即比较基因组杂交与DNA 芯片技术结合形成mCGH技术， 可高通量地比对基因组的结构和 组成，在肿瘤、新药研究、药物 敏感性以及新疗法的开拓中已开 始发挥着重要的作用。
性
传
针对
染 病
SARS 冠状 病毒
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一、背景介绍
2、基因芯片技术发展概况
第二种方案是美国 Affymetrix公司研制出 来的。其原理与计算 机芯片类似，即采用 激光引导的原位光刻 技术，使DNA片段的序 列在原位合成延伸。
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一、背景介绍
2、基因芯片技术发展概况
微型化、集成化 高通量、平行化 同时检测多个基因的改变
飞
速
发
展
1、基因芯片在科学研究中的应用
（4）功能基因组 研究： 基因芯片的 高通量、平行化、快 速化等特点，为功能 基因组学的研究提供 了可靠平台，使大规 模研究各物种功能基 因组成为可能。
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二、基因芯片的应用领域
1、基因芯片在科学研究中的应用
（5）生物信息学研究：基因芯片应用过程中产生的海量数据，为生物信息学研究提 供了极好的平台。根据数据的归类，分析基因表达或比较基因组的差异，可探索这些差 异所反映出的生物学功能或机制。目前的主要瓶颈是软件开发方面。
（1） 提供更加精密的技术，使血库用血的生物安全性得到保证。 早 期 诊 断
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二、基因芯片的应用领域
2、在临床疾病诊断中的应用
（1） 早 期 诊 断
肿瘤早期诊断：
而全基因组芯片则可从分 子水平上对全基因组进行 扫描，发现机体在基因组 或基因表达水平最早期的 差异。因此又称为分子水 平的CT，可用于肿瘤的早 期发现。
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二、基因芯片的应用领域
2、在临床疾病诊断中的应用
（2） 鉴 别 诊 断
根据基因
芯片的高通量 性，把多个病 原体的基因探 针显微集成到 同一芯片上， 还可以实现对 多个相关的病 原体进行诊断
和鉴别诊断。
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二、基因芯片的应用领域
2、在临床疾病诊断中的应用
（2） 鉴 别 诊 断
呼吸系统感染 消化系统感染
10000 9000 8000 7000
6626
7397
7941
8326
8943
9327
9839
6000 5000 4000 3000
2000 1000
0 2005
2006
2007
2008
2009
2010
12
2011
二、基因芯片的应用领域
1、基因芯片在科学研究中的应用
（1）SNP （Single Nucleotide Polymorphism)芯片的应用: 即单核苷酸多态性芯片，指基 因组中微小的基因序列差异。
2、基因芯片技术发展概况
基因芯片技术的研制开发起始于上世纪九十年代初，美国国家自然 科学基金首先资助了两个DNA芯片的制作方案。
打印式基因芯片
原位光刻基因芯片
光源
遮蔽板
芯片
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一、背景介绍
2、基因芯片技术发展概况
第一种方案是斯坦 福大学的P. Brown实验 室提出的点阵打印式基 因芯片，将DNA合成出 来，然后制成点样液并 显微点印在平方厘米的 固体介质表面。
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二、基因芯片的应用领域
2、在临床疾病诊断中的应用
（3） 2003 年4 月, 与严重急性呼吸综合征（ SARS)相关的一种 急 新型冠状病毒的基因组全序列被测定。
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二、基因芯片的应用领域
2、在临床疾病诊断中的应用
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采取样本 核酸提取
反转录
扩增放大
读取信息，诊断结果
样品标记
洗脱
杂交反应
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二、基因芯片的应用领域
2、在临床疾病诊断中的应用
（1）早期诊断
细胞 基因
组织
个体全身 脏器
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二、基因芯片的应用领域
2、在临床疾病诊断中的应用
对HIV、HBV、HCV等病毒感染的检测方面，基因芯片同样可以发挥其 特殊的优势。基因芯片还可以发现早期窗口期的病例，从而为血库检验
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二、基因芯片的应用领域
1、基因芯片在科学研究中的应用
（3）基因表达谱芯片：可以高通量地检测基因表达信息。
DNA Genome
RNA Transcriptome
Proteins Proteome
DNA sequencing
Whole genome Microarray
?
2D-PAGE ?
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二、基因芯片的应用领域
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二、基因芯片的应用领域
科学研究 药物研究开发
军事应用 法医学鉴定
临床疾病诊断 健康管理
环境检测 食品检测 动植物检疫 运动医学
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二、基因芯片的应用领域
1、基因芯片在科学研究中的应用
microarray OR gene chip
1994年~2011.9年
79632篇
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近7(2011.9前)年来公开发表的与基因芯片相关的学术论文
基因芯片技术及其应用
DNA Microarray Technology and its Application
南方医科大学基因工程研究所 所长 教授、博士生导师 马文丽 博士
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一、背景介绍 二、应用领域 三、前景展望
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一、背景介绍
1、基因芯片概念
集成电子线路
电子芯片
集成分子线路
基因芯片
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一、背景介绍