生物芯片应用技术论文-(1)

种子检验学课程论文

学院：农学院

专业：09级种子科学与工程

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生物芯片技术研究进展

摘要:

生物芯片是指通过微电子、微加工技术在芯片表面构建的微型生物化学分析系统,以实现对细胞、DNA、蛋白质、组织、糖类及其他生物组分进行快速、敏感、高效的处理和分析,是近些年来发展迅速的一项高新技术。生物芯片主要包括基因芯片、蛋白质芯片、组织芯片等。作者主要概述了生物芯片技术的研究进展及在各个领域内的应用。

关键词: 生物芯片; 研究进展; 应用

Progress in bio-chip technology

Abstract: Biochip is through micro-electronics, micro-processing technology in the chip surface micro biochemical analysis systems built to achieve the cell, DNA, proteins, tissues, carbohydrates and other biological components for fast, sensitive and efficient processing and analysis , is the rapid development in recent years, a high-tech. Including gene microarray chips, protein chips, chips and other organizations. The main outlines of the research of biochip technology progress and application in all fields.

Keywords: biochip; reseach; application

1.引言

生物芯片技术是90年代中期以来影响最深远的重大科技进

展之一，是融微电子学、生物学、物理学、化学、计算机科学为一体的高度交叉的新技术，具有重大的基础研究价值，又具有明显的产业化前景。由于用该技术可以将极其大量的探针同时固定于支持物上，所以一次可以对大量的生物分子进行检测分析，从而解决了传统核酸印迹杂交（Southern Blotting 和Northern Blotting等）技术复杂、自动化程度低、检测目的分子数量少、低通量(low through-put)等不足。而且，通过设计不同的探针阵列、使用特定的分析方法可使该技术具有多种不同的应用价值，如基因表达谱测定、突变检测、多态性分析、基因组文库作图及杂交测序（Sequencing by hybridization, SBH）等，为"后基因组计划"时期基因功能的研究及现代医学科学及医学诊断学的发展提供了强有力的工具，将会使新基因的发现、基因诊断、药物筛选、给药个性化等方面取得重大突破，为整个人类社会带来深刻广泛的变革。该技术被评为1998年度世界十大科技进展之一。

2.生物芯片的分类

目前常见的生物芯片分为3类:第1类为微阵列芯片,包括基因芯片、蛋白芯片、细胞芯片和组织芯片;第2类为微流控芯片(属于主动式芯片),包括各类样品制备芯片、聚合酶链反应(PCR)芯片、毛细管电泳芯片和色谱芯片等;第3类为以生物芯片为基础的集成化分析系统(也叫“芯片实验室”,是生物芯片技术的最高境界)。“芯片实验室”可以完成如样品制备、试剂输送、生化反应、结果检测、信息处理和

传递等一系列复杂工作[2]。这些微型集成化分析系统携带方便,可用于紧急场合、野外操作甚至放在航天器上[3]。

3.生物芯片的应用

3.1基因测序

基因芯片利用固定探针与样品进行分子杂交产生的杂交图谱而排列出待测样品的序列,这种测定方法快速,具有十分诱人的前景[4]。芯片技术能辨别单核苷酸多态性(SNPs),当基因组序列中的单个核苷酸发生突变,就会引起基因组DNA序列变异。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3.4 kb长度范围内的核酸序列同源性为83.5%~98.2%,提示了二者在进化上的高度相似性[5]。通过运用DNA微集阵列分析研究与早期心血管疾病相关的候选基因—TSP基因家族,结果发现TSP-1和TSP-4基因错义变异与早期冠状动脉疾病相关,它们在血液凝固和动脉修复中起重要作用,而TSP-2基因非编码区的突变却在心脏病的发生过程有一定的保护作用。在卵巢癌发展过程中,基因TP53起到临界基因作用,分别使用传统的DNA序列分析法和一种TP53寡核苷酸微阵芯片对108例卵巢肿瘤进行分析,根据TP53突变共计识别77例卵巢癌,使用微阵列分析识别71例,而传统的凝胶电泳DNA序列分析识别63例,从整体来看,相对于传统的DNA序列分析而言,寡核苷酸微集阵列显示出更高的精确度和灵敏度[6]。

3.2寻找新基因

利用大规模集成电路的手段控制固相合成的成千上万个基因片

段探针,并把它们有规律地排列在指头大小的硅片上,然后将要研究的材料(如DNA或cDNA)用荧光标记后在芯片上与探针杂交,再通过激光显微镜对芯片进行扫描,并配合计算机系统对每一个探针上的荧光信号做出比较和检测,从而迅速得出所需的信息[7]。通过对大量信息进行处理,确定细胞的基因表达谱,这与传统的差异显示技术相比具有许多优点,被检测目标DNA密度高,样本用量极少,自动化程度高,便于大量筛出新基因,使发现新基因的速度大大提高,尤其在后基因时代,基因芯片技术将大显身手。为了鉴定果蝇发育过程中的基因表达,制作了高密度的DNA芯片,鉴定结果包括了几十个melanogaster基因,除了已知的在变态过程中激活的差异表达基因,还发现了许多与变态控制和执行有关的功能基因[8]。从人外周血淋巴细胞cDNA文库中获得1046个未知序列的克隆,将其制成DNA芯片,分别与热休克、佛波酯(PMA)处理和未处理的T细胞进行杂交,获得17个热休克相关差异表达的基因,无一个是热休克诱导表达的,6个表达下调,在PMA处理的T细胞6个差异表达的基因中有一个为新基因[9]。

5.结语

生物芯片的成熟和应用一方面将为诊断和治疗、新药开发、分子生物学、航空航天、食品卫生和环境监测等领域带来一场革命;另一方面生物芯片的出现为人类提供了能够对个体生物信息进行采集和分析的强有力的技术手段,故必将成为信息学研究中一个重要的信息采集和处理平台。生物芯片充分利用了生物科学、信息学等成果,在医学、生命科学、环境科学等凡与其有关的领域均有重大应用前景;

生物芯片技术发展到今天不过短短十几年时间,随着研究的不断深入和技术的更加完善,生物芯片将对21世纪人类生活和健康、社会经济和发展产生极其深远的影响。

参考文献

1.毕辛华,戴心维.种子学.北京：农业出版社，1993

2.颜启传,种子检验原理和技术.杭州：浙江大学出版社，2001

3.张春庆，尹燕枰，种子质量检验理论与技术 北京：中国农业科技出版社，1997

4.王玉闫，刘永良，作物种子学，哈尔滨：黑龙江科技出版社，1991

5.中华基因网

6.新浪网

7.上海市科委

8.分析技术

9.《人民日报海外版》 (2001年03月19日第六版)

10.新浪网

11.新浪新闻晨报