生物芯片分类及应用

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生物芯片制作方法分类
探针固定方式 片基 显色及检测方式
原位合成 (in situ synthesis)
钢 性 片 基 如 玻 荧光， 激光共聚焦 片、半导体硅片 扫描、定量分析； 等 生物传感器等
预先合成后点样 玻片、薄膜片基 荧光， 激光共聚焦 (off-chip 如 NC、Nylon 膜 扫描、定量分析； synthesis) 等 生物传感器等
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Chipmaker 点样技术
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Stealth Pins
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Catalog Number
Spot Diamete r (μm) 90-100 120-130
Uptake volume (μl)
Deliver y Volume (nl) 0.6 1.0
Minimum spot spacing (μm ) 120 160
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Lquichip应 用 领 域：
蛋白质定量 蛋白质功能研究 蛋白表达谱分析。 蛋白质与蛋白质、蛋白质与核酸相互作 用的研究。包括：免疫分析、酶分析、 受体-配基分析、蛋白质核酸相互作用分 析分析。
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微阵列芯片
蛋白芯片
基因芯片
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蛋白芯片(Protein Chips)
高通量微阵列蛋白分析方法
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原位合成 (In Situ Synthesis)
化学合成 原子印章 原位光刻合成
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原位光刻合成
美国著名的Affymetrix公司 率先开发的寡聚核苷酸原位光刻 专利技术，是生产高密度寡核苷 酸基因芯片的核心关键技术。
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原位光刻合成原理
Light directed oligonucleotide synthesis.
0.25
1.3
200
22*22
2,372
30,967
SMP6
180-190
0.25
1.5
240
18*18
1,588
20,736
SMP7
200-220
0.27
1.7
260
16*16
1,254
16,384
SMP8
210-230
0.28
1.8
275
16*16
1,254
16,384
SMP9
260-290
0.28
2
（二）、生物芯片分类及应用
微阵列芯片 （Microarray） 微型实验室芯片 (Lab-on-a-chip) 液体芯片 (Liquichip)
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Lab-on-a-chip
微型实验室芯片是通过在芯片上刻 成微流路径从而将涉及生物检测的主要 步骤—样品准备/生化反应/结果检测— 整合在一张芯片上。
个人基因身份证
环境监测
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（三）、生物芯片应用优势
高通量平行分析样品
自动化程度高省时省力
所需样品试剂少保护环境
成本低
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ19
生物芯片应用优势
生物信息数据累积
为生物信息公共数据库添加更多数据 有利于研究基因序列与生物表型之间的关系 有助于理解疾病发生的机制
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二、 生物芯片制作技术介绍
利用抗体抗原结合原理，采用化学发光或荧 光检测 标记抗体或抗原，来检测抗原或抗体。
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蛋白芯片应用
免疫学分析
蛋白与蛋白之间相互作用 DNA与蛋白质分子相互作用
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基因芯片
基因芯片是通过微阵列技术, 将高密度DNA片段 阵列通过高速机器人以一定的顺序或排列方式 使其附着在如玻璃片等固相表面，以荧光标记 的DNA探针，借助碱基互补杂交原理，进行大量 的基因表达及监测等方面研究的最新革命性技 术。 微阵列技术巨大优势在于它可以并行地宏量获 取生物信息，借助此技术发展的生物芯片则提 供了以核酸杂交为基础的基因水平的表达监控， 多态性研究和基因分型。从而使我们对基因表 达调控有更深入的了解。
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Liquichip
反应的一般步骤：
1 . 先 将 capture molecule 结 合 在 bead 上， 2.将这种标记了的bead与样品反应。 Capture molecule 可以与相应的 analyte 特异性的结合， 3.此时再加入荧光标记的，特异结 合 analyte 的 reporter molecule。 4 . 检 测 ： 用 liquichip workstation 进 行 检 测 。 原 理 是 同时对 bead 和 reporter molecule 上的荧光进行检测。从而确定被 结合的analyte的种类和数量。
1. Dipping of pin for sample pickup 2. Touching of slide with pin to leave spot 3. Control print volume with pin size
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Stealth and Chipmaker Pin (TeleChem)
存在，拷贝数是多少。探针是DNA.
表达谱芯片：确定基因表达的途径与表达产
物。探针是RNA或cDNA
测序芯片：通过探针与微阵列的配对分析获
得探针的序列结果。
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基因芯片应用
基因表达检测 多态性分析
遗传图谱定位
基因分型
通过杂交反应测定序列
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基因芯片应用领域
遗传疾病研究 癌症 家系遗传疾病 普通基因突变疾病 感染性疾病 药物筛选 动物植物遗传筛选育种
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Liquichip技术特点描述
1．基于bead的这种固相反应技术，具有 灵敏度 高、信号强度高、灵活性好、所需样品量少的 特点。 2 ．与传统的蛋白芯片相比，有两大优势，反应 速度更快，灵活性更好。 3 ．由于检测方法的特点，在大部分的实验过程 中，都不需要洗脱步骤，省时，且不会破坏反 应的动态平衡。 4．有配套的蛋白表达和纯化体系。（his-tag）
Wide dispense range Low nanoliter to high microliter Excellent linearity Precise and accurate CV’s typically less than 10% Precision less than 5% Non-contact dispense mechanism Easier mechanical alignment (384, 1536,…) “On-the-fly” printing possible Capable of dispensing onto membranes or slides Multiple liquid handling modes Aspirate/Dispense Continuous Reagent Dispensing
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.
2.0
340
12*12
706
9,216
SMP10
300-330
0.29
2.3
400
10*10
490
6,400
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TeleChem公司点样针技术
不断发展的专利针技术 共有30种针供选择
与斯坦福大学共同发展 专利 pin, 带样稳定，样品利用率高 单次带样可连续点样达200--1500次 特殊不锈钢材料，适用于各种溶液 实际点样直径75--250um,可根据不同样品选择 相应pin 相当容易更换pin和pin head以适应不同需要
一、 概念、分类及应用
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（一）、 两

个
概
念
生物芯片 主要指通过平面微细加工技术在固体芯 片表面构建的微流体分析单元和系统，以实现对 细胞、蛋白质、核酸以及其它生物组分的准确、 快速、大信息量的检测。 基因芯片 技术是通过微阵列技术 , 将高密度 DNA 片段阵列通过高速机器人以一定的顺序或排列方 式使其附着在如玻璃片等固相表面，以荧光标记 的DNA探针，借助碱基互补杂交原理，进行大量的 基因表达及监测等方面研究的最新革命性技术。
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基因芯片发展历史
Southern & Northern Blot
Dot Blot
Macroarray
Microarray
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基因芯片
按内涵划分：
cDNA芯片 Oligo芯片:25mer(affymetrix), 70mer(Operon)， 80mer（Clontech）,
按功能划分：
基因组芯片： 检测某一基因是否存在，若
DP
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非接触式点样： synQUAD Technology
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Aspirate and Print for Making Arrays

Stepper M otor Driven Syringe
Solenoid Inkjet Valve O rifice
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Characteristics of synQUAD Technology

Piezoelectric
• Abbott holds key patents on technology • Dispense susceptible to air bubbles • Mid-picoliter dispense volume • ~2500 spots/cm2
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预先合成后点样 (off-chip synthesis)
接触式点样
非接触式点样
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基因芯片点样的方式
接触式点样---适合于DNA芯片的制作
即点样针直接与固相支持物表面接触，将DNA样品留在固相支持物上
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接触式点样
Best!
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ArrayIt ChipMaker Pins
带有细槽的不锈钢针尖 载样能力: 200 to 600 nL 点样体积: 250 pL to 2.5 nL (pin size) 点样直径: 100 µ m to 500 µ m (pin size)
Maximum subgrid per pin (spots) 36*36 28*28
Density (spots /cm2)
Maximum number Of spots
(18mm×72mm)
SMP3 SMP4
0.25 0.25
6,350 3,842
82,944 50,176
SMP5
150-160
40
synQUAD vs Piezoelectric Printing
synQUAD / nQUAD
Patented by Cartesian Uses commercially available components Robust and reliable delivery mechanism Low nanoliter to low microliter dispense volume 2 maximum density: 200 to 400 spots/cm
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基因芯片点样的方式
非接触式点样---适合于蛋白芯片的制作
它是以电磁阀或压电原理将样品直接喷至固相支持物表面
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非接触式喷点技术
Thermal Solenoid 螺线管 Piezoelectric
DP
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Synquad：通过高分辨率注射器泵和微螺线管阀门有机结合起来精确控 制滴液 Piezoelectric：用压电晶体将液体从孔中喷出的压电技术，两个压电晶 体同时加脉冲通电触发这两个压电晶体往喷管中间变形挤压喷管侧壁， 喷管出现收缩压迫液体从喷嘴喷出。
4
5
6
Liquichip
Bead , Capture molecule , Analyte , Reporter molecule是构成liquichip 的4个主要部分。 Bead 上带有两种荧光，根据这两种荧光的比例可以 将bead分为多种。目前已有48种，正在开发中。 Capture molecule : 作用相当于探针，能特异性的 与被检测物结合。 Analyte: 样品中被检测的成分。 Reporter molecule: 带有荧光的报告分子，能特 异性的与被检测物结合。