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生物芯片技术

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发表时间:2019-03-22 15:31作者:武汉新启迪Xinqidi来源:http://www.qidibio.com

生物芯片技术


生物芯片技术

20世纪60年代核酸杂交技术被用于生物学和医学领域,当时仅限于对染色体DNA同源性的分析,进入80年代初,由于核酸探针技术的进展,使得核酸杂交技术的应用范围逐步扩大,可以将待检标本固定在尼龙膜等固相载体支持物上,通过一次杂交,即可检测和分析许多样品,了解其中含与探针序列相应的情况。点或狭缝印迹杂交、Southern和Northern杂交等都不同程度地满足了这一要求。反向点杂交(reverse dot-blot)技术的发展,克服了传统核酸杂交技术不能通过一次杂交了解多个探针序列信息的缺点。进入90年代中期又建立了一种新的DNA分析技术,即DNA芯片(DNA-chip)技术,其操作简便、结果易于分析、提供的信息量大和配套仪器齐全,倍受人们青睐,它是微电子学和分子生物学结合产生的新技术,该技术于1998年被评为世界十大科技进展之一。

生物芯片技术(biochip technology)是指包被在固相载体(cm2)上的有规律排列的高密度DNA、抗原、抗体、细胞或组织的微点阵(microartay)技术,它包括DNA芯片、抗原芯片、抗体芯片、细胞芯片和组织芯片等。狭义的生物芯片又称基因芯片,即DNA芯片,最早由美国Affymetrix生物技术公司开发,于1996年成功地研制出世界上第一块DNA芯片。微点阵指的是DNA、抗原、抗体、细胞或组织等样品的有序排列,狭义上是指DNA样品的有序排列。DNA微点阵包括直径为200μm或更小的成千上万个点,每个点均为特定序列的cDNA探针或寡核苷酸探针。依照核酸杂交的原理,芯片上的探针与待测的游离靶分子(DNA或RNA)杂交,然后用激光共聚焦显微镜检测杂交分子发出的荧光或化学发光信号,用计算机对这些杂交信号进行处理,迅速得出所需的信息结论。目前研究最多的生物芯片是DNA芯片,该芯片是一种全新的反向固相杂交技术,与传统的点杂交或狭缝杂交相比,其最大革新之处是使用了玻片这种刚性杂交载体,使用玻片载体的优点是:①DNA可共价结合到处理后的玻片表面;②玻片韧性好,可以耐高温和高离子强度漂洗;③它不像膜那样有孔隙,因此可以将杂交体积尽量缩小,以提高探针和靶序列复性的速率;④玻片荧光本底低,不会造成很高的本底“噪音”;⑤可以用两种标记不同荧光素的探针同时杂交。该技术主要包括三个环节:点样、杂交和结果分析,每一环节的操作都有相应的仪器支持。

近2~3年,又提出了芯片实验室(Lab-on-a-chip,又名微缩实验室)的概念,这一技术实验室令人棘手的样品处理、PCR扩增、DNA酶切、分子杂交、竞争性免疫分析、毛细管电泳,甚至质谱分析等系列操作集中组装在一块2cm2大小的芯片上进行,使反应速度、灵敏度和准确度大大提高。Affymetrix公司目前已能将全套温控装置,包括冷却器、加热器和通氧孔等部件组装在一块芯片上,使PCR得以顺利进行。这种相当于一个实验室的芯片,目前已达到纳级芯片(nano chip)水平,正向皮级芯片(pico chip)方向发展。

核酸微点阵可用于DNA序列测定、基因表达分析、基因分型、基因多态性分析、微生物鉴定、疾病诊断和药物筛选等方面。总之,生物芯片的深入发展和应用,将给兽医学、医学及生物学带来一场深刻的革命。


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