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生物芯片技术(biochip technique)

生物芯片技术(biochip technique)是将大量具有生物识别功能的分子或生物样品有序地点阵排列在支持物上并与标记的检体分子同时反应或杂交,通过放射自显影、荧光扫描、化学发光或酶标显示可获得大量有用的生物信息的新技术。生物芯片技术包括基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片、以及元件型微阵列芯片、通道型微阵列芯片、生物传感芯片等新型生物芯片。可对DNA、RNA、多肽、蛋白质、细胞、组织以及其它生物成分进行高效快捷的测试和分析。

cDNA基因芯片检测mRNA表达
图示:cDNA基因芯片检测mRNA表达

一、基因芯片

基因芯片(gene chip) 是指采用原位合成或显微打印方法,将大量DNA探针固化于支持物表面上,产生二维DNA探针阵列,然后与标记的样品进行杂交,通过检测杂交信号来实现对生物样品快速、并行、高效地检测(下图)。可自动、快速地检测出成千上万个基因的表达情况,为基因诊断、药物筛选以及新基因发现提供了有力的手段。

二、蛋白芯片

蛋白芯片技术的基本原理是将各种蛋白质有序地固定于滴定板、滤膜和载玻片等各种载体上成为检测用的芯片,然后,用标记了特定荧光素的蛋白质或其他成分与芯片作用,经漂洗将未能与芯片上的蛋白质互补结合的成分洗去,再利用荧光扫描仪或激光共聚焦扫描技术,测定芯片上各点的荧光强度,通过荧光强度分析蛋白质与蛋白质之间相互作用的关系,由此达到检测多种蛋白质及其功能的目的。如抗体芯片可排列数百种单克隆抗体,通过这张芯片,人们在一次实验中就能够比较几百种蛋白的表达变化。对于诊断疾病:如传染病、肿瘤、遗传病等临床工作以及信号传导、细胞周期调控、细胞结构、细胞凋亡和神经生物学等基础研究都具有广泛的应用前景。

三、组织芯片

组织芯片又称组织微列阵(tissue microarray) 是将数十个 数百个乃至上千个小的组织片整齐的排列在一起到载玻片上,形成微缩的组织切片(下图)。

组织芯片
图:组织芯片

其特点有:①体积小信息含量高.可根据不同需要进行组合和设计;②即可用于形态学观察也可用于免疫组织化学染色。原位杂交, FISH 等原位组织细胞学观察和研究;③高效快速,低消耗,自身内对照和可比性强,节时、省力、少材、高效利用库存蜡块肿瘤标本的新方法。一个蜡块可连续切片200张,以供原位分析肿瘤相关基因DNA及其表达的mRNA和蛋白质,荧光原位分子杂交(FISH),mRNA原位杂交、免疫组化三种方法可同时在一个芯片蜡块的连续组织切片中应用。因而可提高实验效率,一张组织芯片上可列阵数十至数百个样本。实验条件最大程度上保持一致,有助于减少实验误差。另外一个组织芯片蜡块可连续切200张片,可进行许多分子标记检测。最大限度地利用有限的标本资源,尤其是少见的病例标本,最小破损原有蜡块。可同时检测一种肿瘤不同阶段的基因表达状况。能在一张片上同时看到一个肿瘤组织在原位、转移 、复发中的基因扩增情况。


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