生物芯片技術概論

　　一、 概述：

　　生物芯片這一名詞最早是在80年代初提出的，主要指分子電子器件。美國海軍實驗室研究員Carter 等試圖把有機功能分子或生物活性分子進行組裝，想構建微功能單元，實現信息的獲取、貯存、處理和傳輸等功能。用以研制仿生信息處理系統和生物計算機。產生了"分子電子學"同時取得了一些重要進展：如分子開關、分子貯存器、分子導線和分子神經元等分子器件，更引起科學界關注的是建立了基于DNA或蛋白質等分子計算的實驗室模型。

　　進入90年代，另一類"生物芯片"引起了人們的關注，通過機器人自動打印或光引導化學合成技術在硅片、玻璃、凝膠或尼龍膜上制造的生物分子微陣列。實現對化合物、蛋白質、核酸、細胞或其它生物組分準確、快速、大信息量的篩選或檢測。

　　二、 分類

　　根據分子間特異性相互作用的原理，將生命科學領域中不連續的分析過程集成了芯片表面，構建微流體(Microfluidics)生物化學分析系統。按照芯片上固定的生物分子的不同，可以將生物芯片劃分為：基因芯片、DAN芯片、蛋白質芯片及芯片實驗室(Lab-on-chip)。從其功能不同的角度，又可分為：測序芯片、表達芯片和比較基因組雜交(CGH)芯片。

　　三、 制備

　　1. 載體材料的要求：作為載體必須是固體片狀或者膜、表面帶有活性基因，以便于連接并有效固定各種生物分子。

　　2. 載體種類：玻璃片、PVDF膜、聚丙烯酰氨凝膠、聚苯乙烯微珠、磁性微珠。

　　3. 芯片制備方法：兩大類：一類是原位合成;一類是預合成后點樣。

　　原位合成：適用于寡核苷酸，通過光引導蝕刻技術。已有P53、P450，BRCAI/BRCA2 等基因突變的基因芯片。

　　預合成后點樣：是將提取或合成好的多肽、蛋白、寡核苷酸、cDNA、基因組DAN等 通過特定的高速點樣機器人直接點在芯片上。由于該技術相對簡易低 廉，被國內外廣泛使用，目前市場上銷售的芯片大多采用這一技術制作的。

　　接觸式點樣：是指打印針從多孔板取出樣品后直接打印在芯片上。打印時針頭與芯片接觸。優點是探針密度高，通常一平方厘米可打印2500個探針。 缺點是定量準確性及重現性不太好。

　　非接觸式點樣：針頭與芯片保持一定距離。優點是定量準確重現性好，缺點是噴印的斑點大，密度低。通常一平方厘米只有400點。但是日本佳能公司 能把噴印點直徑大小由150-100μm降到30-25μm。可將哺乳動物整個基因組DNA點陣于一張芯片上成為可能。

　　4. 生物樣品的制備：分離純化、壙增、獲取其中的蛋白質或DNA、RNA并用熒光標記， 才能與芯片進行反應。 用DNA芯片做表達譜研究時，通常是將樣品先抽提mRNA，然后 反轉錄成cDNA。同時摻入帶熒光標記的dCTP或dUTP。

　　四、 檢測設備：

　　以基因芯片為例：基因芯片的原型是80年代中期提出的，興起于90年代后期。基因芯片的測序原理是雜交測序方法，即通過與一組已知序列的核酸探針雜交進行核酸序列測定的方法，可以用圖來說明。在一塊基片表面固定了序列已知的八核苷酸的探針。當溶液中帶有熒光標記的核酸序列TATGCAATCTAG，與基因芯片上對應位置的核酸探針產生互補匹配時，通過確定熒光強度最強的探針位置，獲得一組序列完全互補的探針序列。據此可重組出靶核酸的序列。