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药物工作者的福音!新型生物芯片技术助力药物研发

发布时间:2024-03-30 15:51:59

  1. 什么是生物芯片技术
  2. 什么是生物芯片,有什么用处?
  3. 基因芯片的相关技术

一、什么是生物芯片技术

二、什么是生物芯片,有什么用处?

生物芯片就是蛋白质的分子制作成的密集电路。它可以作用在生活的各个方面,比如电脑的做作,还有一系列的生活。

三、基因芯片的相关技术

目前,由于灵敏度所限,多数方法需要在标记和分析前对样品进行适当程序的扩增,不过也有不少人试图绕过这一问题,如 mosaic technologies 公司引入的固相 pcr 方法,引物特异性强,无交叉污染并且省去了液相处理的烦琐; lynx therapeutics 公司引入的大规模并行固相克隆法 (massively parallel solid-phase cloning) ,可在一个样品中同时对数以万计的 dna 片段进行克隆,且无需单独处理和分离每个克隆。

显色和分析测定方法主要为荧光法,其重复性较好,不足的是灵敏度仍较低。目前正在发展的方法有质谱法、化学发光法、光导纤维法等。以荧光法为例,当前主要的检测手段是激光共聚焦显微扫描技术,以便于对高密度探针阵列每个位点的荧光强度进行定量分析。因为探针与样品完全正常配对时所产生的荧光信号强度是具有单个或两个错配碱基探针的 5-35 倍,所以对荧光信号强度精确测定是实现检测特异性的基础 [8] 。但荧光法存在的问题是,只要标记的样品结合到探针阵列上后就会发出阳性信号,这种结合是否为正常配对,或正常配对与错配兼而有之,该方法本身并不能提供足够的信息进行分辨。

对于以核酸杂交为原理的检测技术,荧光检测法的主要过程为:首先用荧光素标记扩增(也可以有其它放大技术)过的靶序列或样品,然后与芯片上的大量探针进行杂交,将未杂交的分子洗去(如果用实时荧光检测可省去此步 [9] )这时,用落射荧光显微镜或其它荧光显微装置对片基进行扫描,采集每点荧光强度并对其进行分析比较。前已述及,由于正常的 watson-crick 配对双链要比具有错配碱基的双链分子具有较高的热力学稳定性。所以,如果探针与样品分子在不位点配对有差异则该位点荧光强度就会有所不同,而且荧光信号的强度还与样品中靶分子的含量呈一定的线性关系。当然,由于检测原理及目的不同,样品及数据的处理也自然有所不同,甚至由于每种方法的优缺点各异以至于分析结果不尽一致。 生物芯片是将生命科学研究中所涉及的不连续的分析过程(如样品制备、化学反应和分析检测),利用微电子、微机械、化学、物理技术、计算机技术在固体芯片表面构建的微流体分析单元和系统,使之连续化、集成化、微型化。

生物芯片技术主要包括四个基本要点:芯片方阵的构建、样品的制备、生物分子反应和信号的检测。1、芯片制备,先将玻璃片或硅片进行表面处理,然后使dna片段或蛋白质分子按顺序排列在芯片上。2、样品制备,生物样品往往是非常复杂的生物分子混合体,除少数特殊样品外,一般不能直接与芯片反应。可将样品进行生物处理,获取其中的蛋白质或dna、rna,并且加以标记,以提高检测的灵敏度。3、生物分子反应,芯片上的生物分子之间的反应是芯片检测的关键一步。通过选择合适的反应条件使生物分子间反应处于最佳状况中,减少生物分子之间的错配比率。4、芯片信号检测,常用的芯片信号检测方法是将芯片置入芯片扫描仪中,通过扫描以获得有关生物信息。

1、芯片制备

目前制备芯片主要以玻璃片或硅片为载体,采用原位合成和微矩阵的方法将寡核苷酸片段或cdna作为探针按顺序排列在载体上。芯片的制备除了用到微加工工艺外,还需要使用机器人技术。以便能快速、准确地将探针放置到芯片上的指定位置。

2、样品制备

生物样品往往是复杂的生物分子混合体,除少数特殊样品外,一般不能直接与芯片反应,有时样品的量很小。所以,必须将样品进行提取、扩增,获取其中的蛋白质或dna、rna,然后用荧光标记,以提高检测的灵敏度和使用者的安全性。

3、杂交反应

杂交反应是荧光标记的样品与芯片上的探针进行的反应产生一系列信息的过程。选择合适的反应条件能使生物分子间反应处于最佳状况中,减少生物分子之间的错配率。

4、信号检测和结果分析

杂交反应后的芯片上各个反应点的荧光位置、荧光强弱经过芯片扫描仪和相关软件可以分析图像,将荧光转换成数据,即可以获得有关生物信息。 基因芯片技术发展的最终目标是将从样品制备、杂交反应到信号检测的整个分析过程集成化以获得微型全分析系统(micro total analytical system)或称缩微芯片实验室(laboratory on a chip)。使用缩微芯片实验室,就可以在一个封闭的系统内以很短的时间完成从原始样品到获取所需分析结果的全套操作。

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