| [ 来源：本站 | 作者：本站编辑 | 时间：2007-10-25 22:27:42 | 浏览： ] |
|
|
摘要：生物芯片技术针对DNA、RNA、蛋白质及其它生物分子，在芯片上完成一个或多个功能的检测分析，使大量与生命有关的信息集中在一块芯片上，达到对生物分子、细胞、组织的高通量检测分析。本文根据生物芯片的结构与功能特点，将生物芯片分为微点阵(阵列)芯片、微流路芯片两大类，每大类中又进行了较详细地分门别类，同时扼要介绍各自的技术原理。目前生物芯片技术正向着更加微型化和集成化方向发展，芯片实验室代表着更高的发展阶段。
关键词：生物芯片；微点阵；阵列；微流路
中图分类号：Q7 文献标识码：A 文章编号：1005—5673{2002}一03—0101—07
生物芯片分类及其技术原理(一)
生物芯片(Biochip)技术针对DNA、RNA、蛋白质及其它生物分子，在芯片上完成样品预处理、亲和结合分析、毛细管电泳分析、毛细管层析分析及各类生物化学与分子生物学反应，使成千上万个与生命有关的信息集中在一块芯片上，达到对生物分子、细胞、组织的高通量检测分析。本文根据生物芯片的结构与功能特点，对生物芯片进行了分门别类，并扼要介绍各自的技术原理。
1 微点阵(阵列)芯片
1．1 DNA微点阵(阵列)芯片
此类芯片的共同特点是，将多达成千上万种DNA探针分子按照一定顺序排列在固相基片(多数采用玻片)上组成密集的微点阵(Microarray)或阵列(Array)，利用核酸杂交原理对靶核酸进行检测分析。DNA微点阵(阵列)技术至少包括6个步骤。固相基片表面活化、制备探针微点阵(阵列)、靶核酸制备、靶核酸与探针杂交、杂交结果扫读和数据处理。该技术已成功应用于杂交测序、基因表达分析、突变检测、DNA多态性分析、基因分型、药物筛选、微生物鉴定与检测、疾病诊断、毒理学研究等方面，文后列出了多篇有关DNA微点阵(阵列)技术及其应用的最新综述文献，并将DNA微点阵(阵列)芯片作简要分类。
1．1．1 机械点样DNA微点阵芯片
预先在微孔板中制备DNA探针克隆，其可能是cDNA的PCR产物、基因组DNA的PCR产物、人工合成寡核苷酸等中的一种。玻片表面经处理带上氨基，采用机械微点样技术将这些探针克隆按一定排列规律点于芯片表面，探针分子与活性基因共价或非共价结合，除去多余探针分子并封闭多余活性基因，即制成DNA探针微点阵。首张机械点样微点阵芯片由Schena等于1995年制成，其探针是cDNA。目前已可在lcm2上制备1000个点的DNA阵列。机械微点样方式主要有非接触喷点(Non-contact inkjet printing)和接触点样(Contact printing)两类。非接触喷点又分两种，其一是用压电晶体使液体从孔中喷出的压电技术(Piezoelectric technology)，其二是注射器螺线管技术(Syringe-solenoid technology)，通过高分辨率注射器泵和微螺线管阀门有机结合来精确控制液滴。接触点样是通过针点(Pin printing)完成的，用较为坚硬的针头浸到样品中，针头蘸取少量液体，当针头与固相表面接触时，液体因玻片的表面能而落在玻片表面；针头有实心针(Solid pin)、毛细管针(Capilary)、裂V1针(Splitpin)、羽毛针(Quill-pin)、圈套针(Pin-ring)等。
1．1．2 原位光导合成寡核苷酸阵列芯片
将玻片表面铺上一层连接分子(Linker)，其羟基上加有光敏保护基团，用特制的光导向平板印刷掩膜(Photoliographic mask)保护玻片，掩膜具有间隔的不透明区和半透明区，当照光时，光线透过半透明区，脱去光敏保护基因，在曝光部位利用DNA固相合成原理加上一个核苷酸，所加核苷酸同样带有光敏保护基因。反复进行上述合成步骤最终得到所需的寡核苷酸阵列。每次所加核苷酸的种类及其在玻片上的位置预先设定。首张寡核苷酸阵列芯片Affymetr．x公司于1993年制成的。用原位光导合成法(Insitu light．directed synthesis)可以从最初的100个位点合成八核苷酸到目前在1．6m2的40万个位点上合成20核苷酸。
1．1．3 DNA-三维衬垫阵列芯片
在芯片表面构建三维衬垫阵列，衬垫元件作为固定支持物，再连接上预先制备的DNA探针，可达到快速高效的检测分析目的，三维衬垫主要有凝胶条、光学纤维、微球等。
在玻片表面铺上一层聚丙烯酰胺凝胶层，用划线器(Scribing machine)刻划出凝胶衬垫条阵列，凝胶衬垫条(60×60×20μm)之间由疏水区隔开，将DNA探针溶液机械点加于凝胶衬垫条上，DNA探针经处理3’端带有醛基，活化凝胶使之带上酰肼基，通过两基团的共价结合使DNA 探针连接于凝胶条上；凝胶衬垫条的三维结构提供了一个稳定的支持作用，能够结合更多的DNA探针，显著增强检测敏感性。
将大量直径400μm 的光学纤维固定于芯片表面构成阵列，把预先合成的寡核苷酸探针通过共价结合于光学纤维的末端，光学纤维的另一端与落射荧光显微镜相连，荧光标记的靶DNA分子与芯片上探针分子杂交后，检测荧光信号；该技术特点是l0分钟内即可完成整个检测过程，且敏感性很高。
Brenner等体外合成样品总mRNA的eDNA双链，通过体外克隆将cDNA分子分别连接每个微球(Microbead)上，将微球以3×106／cm2的密度固定在芯片表面，将芯片置于一个具流动相的小槽内，以eDNA 克隆为模板，按大规模平行标记测序(Massively parallel signature sequencing，MPSS)原理，重复限制性切割、连接接头、用荧光标记的解码探针杂交步骤，然后检测荧光信号，从而不需要进行DNA片段分离步骤即可对cDNA 克隆进行测序。因为微球阵列的密度很高，即使未知序列的稀有mRNA对应的eDNA克隆也能被检测到。
1．2 蛋白质微点阵(阵列)芯片
将大量纯化的蛋白分子按一定的排列规律连接于玻片上，形成密集的微点阵(阵列)，进行高通量的生物活性检测、蛋白质一靶标分子(蛋白质、抗体、DNA、RNA)相互作用研究。文后列出了有关蛋白质微点阵(阵列)技术及其应用的最新综述文献[18—23]。
1．2．1 玻片平滑面微点阵芯片
MacBeath等[24]将玻片表面经处理使之带上醛基，将纳升级蛋白质样品按1600点／cm2的密度接触点样于玻片表面，每点直径150～200μm，通过蛋白质分子中含有的赖氨酸残基与醛基的希切夫(Schiff’S)连接，使得蛋白质分子在多个方向上结合于玻片上，除去多余醛基后，成功地进行了抗原一抗体、配基一受体、酶一底物、蛋白质一小分子物质相互作用的高通量检测。
1．2．2 微池点阵芯片
Zhu等在一块硅片上微加工了119个微池(Microwel1)，将12种底物连接到微池中，体外制备纯化119种酵母蛋白激酶，分别点加于微池中，再加入弱P-r-ATP，酶促进反应后，检测磷酸化底物的放射信号，进行了酶活性检测。该技术具有以下优点：各个微池中的蛋白分子得以很好的分离，交叉污染可能性小；小池中的溶液环境防止了蛋白分子的干燥；每次分析仅需要很少量的蛋白样品；微池中可不断改变缓冲液或分别加入不同试剂，并且没有交叉污染；芯片制作成本低，一旦制好模具，可成批量制作；样品点加采用非接触喷点(Inkjet printing)技术，实现自动化。
1．2．3 三维凝胶阵列芯片
玻片表面硅化处理后，加入丙烯酰胺单体溶液，芯片上覆盖一层光保护掩膜，掩膜上具有许多(100×lO0μm)大小的窗口，照光后紫外光透过窗口在芯片表面对应位点促进聚丙烯胺合成，除去多余的丙烯酰胺单体，芯片表面即形成许多100×100×20μm大小的聚丙烯酰胺凝胶衬垫阵列。活化凝胶使之带上醛基或酰肼基，前者与蛋白质中赖氨酸残基共价结合，后者可与抗体中多聚糖组分的经氧化处理带上的醛基结合，从而使蛋白质分子连接到凝胶衬垫元件上；采用该技术可进行免疫分析、抗原检测、酶活性检测。该技术的优点在于三维凝胶衬垫元件上固定的蛋白质的量比两维玻片表面要多；凝胶中的水环境减少了蛋白质分子的干燥和变性；固定的蛋白质分子彼此问很好地分离。缺点在于难以改变缓冲液环境和除去已固定的分子，芯片制作成本昂贵。上述分类根据是芯片上微点阵(阵列)的结构特点，结果按芯片功能特点，蛋白质微点阵(阵列)芯片可分为两类：一类是非活性(Nonliving)芯片，微点阵(阵列)上连接的是体外合成的多肽、类多肽、蛋白质分子，可进行特定生物活性目标蛋白的高通量筛选与鉴定之用；另一类是活性(Living)芯片，将病毒、细胞等生命体中表达的功能蛋白固定于芯片上形成微点阵(阵列)，适合于某个生命有机体专门的生物化学和遗传学分析，尤其是以酵母为模式生物的基因组水平蛋白质生物活性、基因显性分离、蛋白质相互作用等研究取得了较大进展。
（未完代续）
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
上一篇：生物芯片分类及其技术原理(二)
|
|
|
下一篇：DNA技术揭开千古之谜
|
|
|
|
|
|
特别声明： 本站除部分特别声明禁止转载的专稿外的其他文章可以自由转载，但请务必注明出处和原始作者。文章版权归文章原始作者所有。对于被本站转载文章的个人和网站，我们表示深深的谢意。如果本站转载的文章有版权问题请联系编辑人员，我们尽快予以更正。 |
|
|
|
|
|
|
|
原始作者： 本站编辑 |
录入时间： 2007-10-25 22:27:42 |
|
|
信息来源： 本站 |
网站管理： |
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
 |
站内搜索 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
最新图片 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
相关文章 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
热门文章 |
|
|
|
|
|
|
|
|
