生物芯片技术.doc

生物芯片技术生物芯片技术是近年来兴起的一项综合性的高新技术,它以微机电系统技术和生物技术为依托,将生命科学研究中的许多不连续过程(如样品制备、生化反应、检测等步骤)集成并移植到一块普通邮票大小的芯片上去,并使这些分散的过程连续化、微型化,以实现对大量生物信息进行快速、并行处理的要求。生物芯片概念的提出受到了计算机芯片的启发。狭义的生物芯片是指包埋在固相载体(如硅片、玻璃和塑料等)上的高密度,,,、蛋白质、细胞等微阵列芯片,如;,,,微阵列、寡核苷酸微阵列和蛋白质微阵列等。这些微阵列由生物活性物质以点阵的形式有序地固定在固相载体上形成。在一定的条件下进行生化反应,将反应结果用化学荧光法、酶标法、电化学法显示,然后用专用的生物芯片扫描仪或电子信号检测仪采集数据,最后通过专门的计算机软件进行数据分析。广义的生物芯片是指任何能对生物分子进行快速并行处理和分析的微型固体薄型器件。自从,,,,年福多尔(,(,(,(,,,,,)等人提出,,,芯片至今,以,,,芯片为代表的生物芯片技术已经得到了快速的发展。目前生物芯片技术除了,,,芯片技术外,还包括免疫芯片分析技术、芯片核酸扩增技术、细胞芯片分析技术和以芯片为平台的高通量药物筛选技术等。这些新兴技术的出现将为生命科学研究、疾病诊断与治疗、新药开发、国防、司法鉴定、食品卫生检验、航空航天等领域带来一场革命。正是由于生物芯片技术的飞速发展,美国科学促进协会将其评为,,,,年科技十大突破之一。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,,,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,,,,,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,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:通过测量细胞的运动速度,可以得到细胞的介电特性;可以对细胞进行无物理接触的选择性操纵、定位、分离。生化反应芯片生化反应芯片的目的是把在实验室试管中进行的生化实验缩微到一块小小的芯片上。目前较典型的生化反应芯片包括聚合酶链反应(,,,,,,,,,,;,,,,,,,;-,,,,,,,,)芯片、药物合成芯片等,其中,,,扩增芯片是生化反应芯片的典型代表。在芯片上进行,,,扩增反应的背景是,目