生物芯片技术.doc

生物芯片技术电子083班陈仕强6100208101生物芯片技术概念生物芯片技术是通过缩微技术,根据分子间特异性地相互作用的原理,将生命科学领域中不连续的分析过程集成于硅芯片或玻璃芯片表面的微型生物化学分析系统,以实现对细胞、蛋白质、基因及其它生物组分的准确、快速、大信息量的检测。按照芯片上固化的生物材料的不同,可以将生物芯片划分为基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片和组织芯片。生物芯片技术研究的背景生物芯片技术研究背景基因组计划原定于2005年竣工的人类30亿碱基序列的测定工作由于高效测序仪的引入和商业机构的介入已经完成,。怎样利用该计划所揭示的大量遗传信息去探明人类众多疾病的起因和发病机理,并为其诊断、治疗及易感性研究提供有力的工具,则是继人类基因组计划完成后生命科学领域内又一重大课题。现在,以功能研究为核心的后基因组计划已经悄然走来,为此,研究人员必需设计和利用更为高效的硬软件技术来对如此庞大的基因组及蛋白质组信息进行加工和研究。建立新型、高效、快速的检测和分析技术就势在必行了。这些高效的分析与测定技术已有多种,如DNA质谱分析法,荧光单分子分析法,杂交分析等。其中以生物芯片技术为基础的许多新型分析技术发展最快也最具发展潜力。早在1988年,Bains等人就将短的DN***段固定到支持物上,以反向杂交的方式进行序列测定。当今,随着生命科学与众多相关学科(如计算机科学、材料科学、微加工技术、有机合成技术等)的迅猛发展,为生物芯片的实现提供了实践上的可能性。生物芯片的设想最早起始于80年代中期,90年代美国Affymetrix公司实现了DNA探针分子的高密度集成,即将特定序列的寡核苷酸片段以很高的密度有序地固定在一块玻璃、硅等固体片基上,作为核酸信息的载体,通过与样品的杂交反应获取其核酸序列信息。生物芯片由于采用了微电子学的并行处理和高密度集成的概念,因此具有高效、高信息量等突出优点。生物芯片的应用样品制备芯片生物样品往往是复杂的混合物,在大多数情况下需要先对生物样品进行预处理,即样品制备。以核酸样品制备为例,它包括了细胞分离、破胞、脱蛋白、提取DNA等多步工作。这些工作可以在样品制备芯片上完成。目前在细胞分离方法上较突出的有过滤分离和介电电泳分离等;芯片中的破胞方法有芯片升温破胞、高压脉冲破胞以及化学破胞等。过滤分离芯片过滤分离即根据生物颗粒的尺寸差异进行分离。针对人白细胞的分离,1998年美国宾夕法尼亚大学的研究小组研究出了一种芯片微过滤法。芯片微过滤器的工作原理是根据人白细胞的尺寸比红细胞大的特点,使人外周血流过微过滤器时只让血浆和尺寸较小的红血细胞及血小板通过,而截住尺寸较大的白细胞。加工微过滤用芯片是通过在硅片上刻出各种形状的过滤通道,通道直径为几个微米,然后再在硅芯片上键合上一块玻璃盖片而完成。通过反复试验和设计,微芯片过滤器已从最初的竖式Z形结构,通过竖式条状梳式结构过渡最后定型为横坝式结构。采用横坝式结构的优点是人白细胞的回收率高,过滤器不易被堵塞。微芯片过滤器的另一应用是它可将孕妇外周血中极少量的胎儿细胞过滤出来,供下一步作产前诊断之用。介电电泳分离芯片介电电泳分离的原理是细胞在高频不均匀电场作用下产生极化,不同的细胞由于介电特性、电导率、形状不同而感应出不同的偶电极,因此受到不同介电力的作用。利用介电电泳方法制备样品的优点是:通过测量细胞