基因芯片文献综述
摘要：基因芯片技术是伴随着人类基因组计划的实施而发展起来的生命科学领域里的前沿生物技术。目前，人们对疾病的分类和诊断的水平已经有了进一步的提高，基于基因芯片的特征选择技术在其中起到了关键性的作用。经过十几年的发展，基因芯片技术也在不断完善、成熟，并广泛运用于生命科学的各个领域。本文重点介绍基因芯片技术的进展、分类、应用领域及发展前景。
关键词：基因芯片技术背景，分类，应用领域，展望
1．基因芯片技术背景
1.1技术背景
20世纪80年代启动的由多个国家参加的人类基因组计划，被称为是继曼哈顿原子计划、阿波罗登月计划之后的第三大科学计划，这个计划的完成对人类认识自身，提高健康水平，推动生命科学、医学、生物技术、制药业、农业等的发展具有极其重要的意义。
随着人类基因组计划(Human Genome Project, HGP)的完成以及分子生物学相关学科的迅猛发展，极大地带动了人类疾病相关基因以及病原微生物基因的定位、克隆、结构与功能研究，基因芯片(gene chip)就是在这个背景下发展起来的一项分子生物学新技术[1]。
1.2基因芯片概念
基因芯片即DNA芯片或DNA微阵列，大小如指甲盖一般，每个芯片的基而上都可以划分出数万至数百万个小区，在指定的小区内，可固定大量具有特定功能、长约20个碱基序列的核酸分子。它是把大量己知序列探针集成在同一个基片(如玻片、膜)上[2-4]，经过标记的若干靶核苷酸序列与芯片特定位点上的探针杂交，通过检测杂交信号，对生物细胞或组织中大量的基因信息进行分析。
1.3基因芯片特点
其突出特点在十高度并行性、多样性、微型化和自动化。高度的并行性不仅可以大大提高实验的进程，而且有利于DNA芯片技术所展示图谱的快速对照和阅读。多样性可以在单个芯片中同时一进行样品的多参数分析，从而避免因不同实验条件产生的误差，大大提高分析的精确性。微型化可以减少试剂用量和减小反应液体积，降低实验费用。高度自动化则可以降低制造芯片的成本和保证芯片的制造质量[5]。1995年Science杂志首次报道了Schena等人用DNA微阵列技术并行检测拟南芥多个基因的表达水平。1994年第一张商业化基因芯片由Affymetrix公司推出。
二．分类
基因芯片有不同的分类方法：
①按其片基不同可分为无机片基芯片和有机合成片基芯片；
②按其应用不同，可分为表达谱芯片、诊断芯片、检测芯片；
③按其制备方法不同可分为原位合成芯片和合成后交联芯片(合成后点样芯片)；
最常用的还是按载体上所点探针的长度分为cDNA芯片和寡核苷酸芯片两种。
1）cDNA芯片：由Schena建立，将特定的cDNA经PCR扩增后借助机械手直接点到基片上；
2)寡核苷酸芯片：由Fodor首先报道，用照相平板印刷术和固相合成技术在基片上生成寡核苷酸，分为长寡核苷酸芯片和短寡核苷酸芯片，与cDNA芯片制作的一个主要不同点是多一步转录获得cRNA的过程。几种基因芯片技术的比较见表1[6]。
表1 几种基因芯片技术的比较
三．基因芯片的应用
3.1应用领域
随着基因芯片技术的日渐成熟，在功能基因组、疾病基因组、系统生物学等领域中得到了广泛的应用，己经发表了上万篇研究论文，每年发表的论文呈现增长的趋势。在基础研究方面的应用基因芯片的产生为分子生物学基础研究提供了一个巨大的技术平台，从诞生以来就被广泛应用于各个方面。基因芯片应用最多的一个方面是基因表达分析。与传统方法一次只能研究某个基因的表达情况不同，利用基因芯片高通量的特性，可以在很短时间内测定不同功能状态、不同组织部位基因的差异表达，得到特异的基因表达谱，大大提高对相关基因研究的效率。基因芯片技术以一种全新、系统的科研思维方式研究生物体，使揭示早期发育、分化、衰老、癌变等一系列复杂生命现象成为可能[7-8]。
由于基因芯片(gene chip)技术具有微型化、集约化和标准化的特点，所以在分子生物学研究、生物制药领域和环境学等领域、医学临床检验包括兽医临床显示出了超凡的生命力[9]。在以功能基因为研究主体的后基因时代，利用基因的基础确定基因的功能及其在不同情况下的表达状况。传统的分子生物学的手段需要花费大量的人力物力并无法满足大多数生命现象及与多个基因有关的情况。基因芯片技术的出现使得大规模地分析基因的功能及其在各种情况下的表达状况成为可能。
3.2基因芯片检测微生物的实用性与优越性
基因芯片技术虽然脱胎于核酸杂交技术，并利用PCR技术制备检测模板，但基因芯片在许多方面是后两种技术所无法比拟的[10]。主要表现在以下几个方面：
①可实现样品的高通量检测。高密度基因芯片可同时对成千上万个样品进行检测与分析，极大地加快了实验进程，提高检测速度；
②可对大量样品进行并行检测。在模板与探针进行杂交时，反应体积和条件完全一致，排除
了实验过程中人为的或由其它因素引起的各种误差，保证了检测结果的精确性和准确性；
③分析过程中可采用多色荧光(可多达4种)对样品进行标记，同时对多个生物样品进行分析，减少了人为因素的干扰，提高了检测的准确性；
④反应体积小，降低了试剂的消耗；
⑤反应物在单位体积内浓度高，反应快，缩短检测时间；
⑥特异性较强。芯片检测一般分为模板的获取和杂交检测两部分。采用PCR技术制备模板具有较强的特异性，杂交反应同样特异性较强。因此，基因芯片检测的特异性与传统的PCR 结合探针杂交检测的特异性一致；
⑦可完全实现自动化及快速检测。在芯片制备和结果检测以及信号分析、处理过程中采用计算机控制，使分析、检测结果更为客观、准确。
3.3基因芯片技术检测微生物存在的问题
基因芯片技术充分利用了生物学、信息学等当今前沿科技成果，发展至今，在诸多领域己呈现出广阔的应用前景。当然，作为一项新诞生的技术，它也同样有许多问题需要解决，有学者也指出，基因芯片技术作为一种预测手段还不稳定，应慎重选择[11-12]。
(1)基因及基因芯片技术专利的限制。目前基因专利越来越受到各国的重视，功能明确的基因基本都被申请了专利。同样，基因芯片技术一经诞生，其关键技术(如光导探针合成等)就已被专利保护起来。这些都限制了基因芯片技术的应用与普及。
(2)相关技术急需改进与提高。基因芯片技术是一项多学科交叉，基础研究与应用开发研究密切结合的技术，必须依靠各学科研究工作者的通力合作才能取得突破。目前基因芯片技术本身还面临许多问题需要解决：①基因芯片检测的特异性有待提高，假阳性和假阴性仍影响着这一技术的应用；②芯片制作技术复杂，探针的制备与固定费时费力，尤其是高密度芯片制备；③样品制备和标记操作过程需要简化，尤其是靶DNA的获得尚需要采用PCR技术进行扩增，荧光标记也是芯片检测的限制性步骤，且费用过高等；④相关设备价格太高，需进一步研制和开发小型、价廉的仪器；⑤实验室操作程序需要标准化；⑥芯片产品的质量和可靠性需要保证等。
(3)芯片检测的费用过高。目前芯片的制备和检测费用很高，只能在大的实验室和研究机构开展，一套完备的芯片制备和检测仪器需要几十万到上百元万人民币，极大地限制了芯片技术的开发和应用。
虽然基因芯片还存在着上述问题，但相信随着功能基因组学和蛋白组学研究的深入和芯片技术的完善，这些问题最终将会得到很好的解决。
四．展望
随着科学技术的进步，不断地给一项技术带来新的增长点，基因芯片和深度测序是点杂交技术和测序的高通量革命，两大分子生物学经典实验技术都发展到了高通量的时代，正如他们以前对生命科学研究所做出的贡献一样，今后这两大技术必将继续协同配合推动生命科学研究进入新的纪元[13]。
基因芯片技术充分利用了生物学、信息学等当今前沿科技成果，发展至今，在诸多领域己呈现出广阔的应用前景。基因芯片技术的建立得益于人类基因组计划的实施，在进入后基因时代的如今，基因芯片技术必将得到更广阔的发展空间。尽管基因芯片技术已经在一些科学研究和医学临床实践中得到了一些应用，但是在基因治疗和基因疫苗的研制等方面基因芯片技术还没有得到广泛的应用，相信随着生物信息学的进步和发展，基因芯片技术一定会进一步成熟，必将给人类提供越来越多的方便，发挥越来越大的重要作用，从而帮助人们认识、掌握和利用生命科学的规律[14]。
3.4基因芯片应用领域
（1）科研领域
1998年底美国科学促进会将基因芯片技术列为1998年度自然科学领域十大进展之一，足见其在科学史上的意义。其应用主要包括基因表达检测、突变检测、基因组多态性分析和基因文库作图以及杂交测序等方面。目前美国人类基因组计划正在大力发展这一技术争取能替代目前的自动测序，同现有的手工测序和自动测序相比，基因芯片测序能节省大量的试剂和仪器损耗。在基因表达检测的研究上人们已比较成功地对多种生物包括拟南芥、酵母及人的基因组表达情况进行了研究。实践证明基因芯片技术也可用于核酸突变的检测及基因组多态性的分析，与常规测序结果一致性达到98%等的突变检测，对人类基因组单核苷酸多态性的鉴定、作图和分型、人线粒体基因组多态性的研究等。将生物传感器与芯片技术相结合，通过改变探针阵列区域的电场强度已经证明可以检测到基因的单碱基突变，通过确定重叠克隆的次序从而对酵母基因组进行作图。
（2）生物制药领域
大药厂和生物技术公司将会使用基因芯片发现筛选新药等。采用基因芯片可以迅速而准确地完成这一任务，美国某公司曾开发出一种用于新药，能够显著地降低低密度脂蛋白-一种能引起血管硬化的物质，随后公司的科研人员采用基因芯片研究了这种新药对人体细胞基因表达的影响，发现它能显著地改变细胞的基因表达图谱，十分类似有又一种毒性反应，该公司只好终止了这种药物的研发，由此公司节省了大量的投资。
（3）医学诊断
1、在优生方面，目前知道有600多种遗传疾病与基因有关。妇女在妊娠早期用DNA芯片做基因诊断，可以避免许多遗传疾病的发生。
2、在疾病诊断方面，由于大部分疾病与基因有关，而且往往与多基因有关，因而，利用DNA芯片可以寻找基因与疾病的相关性，从而研制出相应的药物和提出新的治疗方法。DNA 芯片的高密度信息量和并行处理器的优点不仅使多基因分析成为可能，而且保证了诊断的高效、廉价、快速和简便。
3、应用于器官移植、组织移植、细胞移植方面的基因配型，如HLA分型。
4、病原体诊断，如细菌和病毒鉴定、耐药基因的鉴定。
5、在环境对人体的影响方面，已知花粉过敏等人体对环境的反应都与基因有关。若对与环境污染相关的200多个基因进行全面监测，将对生态环境控制及人类健康有重要意义。
目前，科学界公认基因芯片技术将给下个世纪生命科学和医学研究带来一场革命。我国科学家正在加速研制这种可能快捷便利提取DNA，查找遗传基因特性的新技术。相信，这一现代生物与高科技联姻的成果将为二十一世纪的发展作出巨大的贡献！通过对基因芯片的了解，人们越来越重视其应用的发展。相信在不久的将来，人们会更好的利用并发挥其功用。
参考文献
[1]周鬓,何洁月.生物信息学中基因芯片的特征选择技术综述[J].计算机科学2007Vo1 34 No. 12
[2]Pease A C, Solas D, Sullivan E J, et al. Light-generated oligonucleotide arrays for rapid DNA sequence analysis. Proc Natl Acad Sci USA, 1994, 91(11): 5022-5026 [3]Service R F. Microchip arrays put DNA on the spot. Science, 1998, 282(5388): 396-399
[4]Beanie WG, Meng L, Turner S L, et al. Hybridization of DNA targets to glass-tethered oligonucleotide probes. Mol Biotechnol, 1995,4(3): 213-225
[5]Mansfield ES, Sarwal MM. Arraying the orchestration of allograft pathology[j]. Am J Transplant,2004,4(6):853一862
[6]章军建.基因芯片在医学研究中的应用[J].国外医学遗传学分册， 2002.25(1):7- 10.
[7]邹宗亮.王志清.王升启，基因芯片技术研究进展[J]，高技术通讯，2000(5):95-98.
[8]张骞,盛军.基因芯片技术的发展和应用[J].中国医学科学院学报
[9]戴亚斌,何农跃,刘梅.基因芯片技术及其在微生物检测中的应用[J].动物医学进展，2006, 27(10):41-46
[10]熊伟.基因芯片技术在生命科学研究中的应用进展及前景分析[J].生命科学仪器2010第8卷/4月刊
[11]Michiels S, Koscielny S, Hill.c.Prediction oI cancer outcome with microarrays;a multiple random validation strategy [J].Lancet.2005.365(9458):488一492
[12]王洪水,侯相山.基因芯片技术研究进展安徽农业科学[J].Journal of Anhui Agxi.Sci.2007,35(8):2241- 2243, 2245
[13]滕晓坤,肖华胜.基因芯片与高通量DNA测序技术前景分析[J].中国科学C辑:生命科学2008年第38卷第10期:891-899
[14]房爱华,尹彦涛.基因芯片技术的应用现状及展望[J].中国畜牧兽医2009年第36卷第5期
[14]《基因芯片技术:解码生命》李瑶主编，化学工业出版社
[15]《生物医学微系统技术及应用》蒋稼欢编著，化学工业出版社
[16]《现代生命科学导论》北京大学生命科学学院编写组，高等教育出版社
[17]《基因芯片数据分析与处理》李瑶主编，化学工业出版社
基因芯片 Gene Chip 羽【内容摘要】 基因芯片技术是生物芯片的一种，它是生命科学领域里兴起的一项高新技术，它集成了微电子制造技术、激光扫描技术、分子生物学、物理和化学等先进技术。本文简要阐述了基因芯片的定义、特点、分类、工作原理及应用，并提出了基因芯片进一步发展所存在的问题。 Gene chip technology is a kind of biological chip which is a new technology integrating the microelectronics manufacturing technology, laser scanning technology, molecular biology, physics and chemistry and other advanced technology. Gene chip used a large number of specific oligonucleotide fragment or gene fragment as a probe, and fixed wafer, glass sheet, plastic sheet or nylon substrate fixed on the support which combined with the device for photoelectric measurement regularly form a two-dimensional array, and the probe will hybridize with the gene in labeled sample lead to the change electrical signal. The article describes the definition and characteristics of gene chip as well as the classification, working principle and application briefly. And put forward some existing problems for the further development of gene chip in the end. 【关键词】 Gene Chip DNA mRNA蛋白质遗传疾病核苷酸序列蚀刻打印【正文】 一、生物芯片 生物芯片是指将成千上万的靶分子（比如DNA、RNA或蛋白质等）经过一定的方法有序地固化在面积较小的支持物（如玻璃片、硅片、尼龙膜等）上，组成密集分子排列，然后将已经标记的样品与支持物上的靶分子进行杂交，经洗脱、激光扫描后，运用计算机将所得的信号进行自动化分析。 这种方法不仅节约了试剂与样品，而且节省了大量的人力、物力与时间，使检测更为快速、准确、敏感，是目前生物检测中效率高、最为敏感和最具前途的
基因芯片文献综述 摘要：基因芯片技术是伴随着人类基因组计划的实施而发展起来的生命科学领域里的前沿生物技术。目前，人们对疾病的分类和诊断的水平已经有了进一步的提高，基于基因芯片的特征选择技术在其中起到了关键性的作用。经过十几年的发展，基因芯片技术也在不断完善、成熟，并广泛运用于生命科学的各个领域。本文重点介绍基因芯片技术的进展、分类、应用现状及发展前景。 关键词：基因芯片技术背景，分类，应用，展望 Gene Chip Literature Review Abstract: The gene chip technology is accompanied by implementation of the Human Genome Project and developed the field of life sciences in the forefront of biotechnology. Currently,people on the classification and diagnosis of disease levels have been further improved,microarray-based feature selection technique in which played a key role.After ten years of development,gene chip technology is constantly being improved, mature and widely used in various fields of life sciences.This article focuses on the progress of gene chip technology,classification, application status and development prospects. Keywords: gene chip technology background,classification, applications,outlook
生物芯片及应用简介 简介 生物芯片（biochip）是指采用光导原位合成或微量点样等方法，将大量生物大分子比如核酸片段、多肽分子甚至组织切片、细胞等等生物样品有序地固化于支持物（如玻片、硅片、聚丙烯酰胺凝胶、尼龙膜等载体）的表面，组成密集二维分子排列，然后与已标记的待测生物样品中靶分子杂交，通过特定的仪器比如激光共聚焦扫描或电荷偶联摄影像机（CCD）对杂交信号的强度进行快速、并行、高效地检测分析，从而判断样品中靶分子的数量。由于常用玻片/硅片作为固相支持物，且在制备过程模拟计算机芯片的制备技术，所以称之为生物芯片技术。根据芯片上的固定的探针不同，生物芯片包括基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片，另外根据原理还有元件型微阵列芯片、通道型微阵列芯片、生物传感芯片等新型生物芯片。如果芯片上固定的是肽或蛋白，则称为肽芯片或蛋白芯片；如果芯片上固定的分子是寡核苷酸探针或DNA，就是DNA芯片。由于基因芯片（Genechip）这一专有名词已经被业界的领头羊Affymetrix公司注册专利，因而其他厂家的同类产品通常称为DNA微阵列(DNA Microarray)。这类产品是目前最重要的一种，有寡核苷酸芯片、cDNA芯片和Genomic芯片之分，包括二种模式：一是将靶DNA固定于支持物上，适合于大量不同靶DNA的分析，二是将大量探针分子固定于支持物上，适合于对同一靶DNA进行不同探针序列的分析。 生物芯片技术是90年代中期以来影响最深远的重大科技进展之一，是融微电子学、生物学、物理学、化学、计算机科学为一体的高度交叉的新技术，具有重大的基础研究价值，又具有明显的产业化前景。由于用该技术可以将极其大量
生物科学正迅速地演变为一门信息科学。最明显的一个例子就是目前正在进行的HGP （human genome project），最终要搞清人类全部基因组的30亿左右碱基对的序列。除了人的遗传信息以外，还有其它生物尤其是模式生物（model organism）已经或正在被大规模测序，如大肠杆菌、啤酒酵母、秀丽隐杆线虫以及中国和日本科学家攻关的水稻基因组计划。但单纯知晓生物基因组序列一级结构还远远不够，还必须了解其中基因是怎样组织起来的，每个基因的功能是什么，又是怎样随发育调控和微环境因素的影响而在特定的时空域中展开其表达谱的，即我们正由结构基因组时代迈入功能基因组时代。随着这个功能基因组学问题的提出（后基因组时代，蛋白组学）[1]，涌现出许多功能强大的研究方法和研究工具，最突出的就是细胞蛋白质二维凝胶电泳（2-D-gel）（及相应的质谱法测蛋白分子量）和生物芯片（Biochip）技术[2]。 一．什么是基因芯片 生物芯片，简单地说就是在一块指甲大小（1cm3）的有多聚赖氨酸包被的硅片上或其它固相支持物（如玻璃片、硅片、聚丙烯膜、硝酸纤维素膜、尼龙膜等，但需经特殊处理。作原位合成的支持物在聚合反应前要先使其表面衍生出羟基或氨基（视所要固定的分子为核酸或寡肽而定）并与保护基建立共价连接；作点样用的支持物为使其表面带上正电荷以吸附带负电荷的探针分子，通常需包被以氨基硅烷或多聚赖氨酸等）将生物分子探针（寡核苷酸片段或基因片段）以大规模阵列的形式排布，形成可与目的分子（如基因）相互作用，交行反应的固相表面，在激光的顺序激发下标记荧光根据实际反应情况分别呈现不同的荧光发射谱征，CCD相机或激光共聚焦显微镜根据其波长及波幅特征收集信号，作出比较和检测，从而迅速得出所要的信息。生物芯片包括基因芯片、蛋白质芯片、组织芯片。而基因芯片中，最成功的是DNA芯片，即将无数预先设计好的寡核苷酸或cDNA在芯片上做成点阵，与样品中同源核酸分子杂交[3]的芯片。 基因芯片的基本原理同芯片技术中杂交测序（sequencing by hybridization, SBH）。
生物芯片研究进展 摘要 生物芯片是切采用生物技术制备或应用于生物技术的微处理器是便携式生物化学分析器的核心技术。通过对微加工获得的微米结构作生物化学处理能使成千上万个与生命相关的信息集成在一块厘米见方的芯片上。生物芯片发展的最终目标是将从样品制备、化学反应到检测的整个生化分析过程集成化以获得所谓的微型全分析系统或称缩微芯片实验室。生物芯片技术的出现将会给生命科学、医学、化学、新药开发、生物武器战争、司法鉴定、食品和环境卫生监督等领域带来一场革命。本文主要阐述了生物芯片技术种类和应用方面的近期研究进展。 关键词 生物芯片，疾病诊断，研究运用，基因表达 基因芯片的种类 基因芯片产生的基础则是分子生物学、微电子技术、高分子化学合成技术、激光技术和计算机科学的发展及其有机结合。根据基因芯片制造过程中主要技术的区别，下面主要介绍四类基因芯片。 一、光引导原位合成技术生产寡聚核苷酸微阵列 开发并掌握这一技术的是Affymetrix公司，Affymetrix采用了照相平板印刷技术技术结合光引导原位寡聚核苷酸合成技术制作DNA芯片，生产过程同电子芯片的生产过程十分相似。采用这种技术生产的基因芯片可以达到1×106/cm2的微探针排列密度，能够在一片1厘米多见方的片基上排列几百万个寡聚核苷酸探针。 原位合成法主要为光引导聚合技术（Light-directed synthesis），它不仅可用于寡聚核苷酸的合成，也可用于合成寡肽分子。光引导聚合技术是照相平板印刷技术（photolithography）与传统的核酸、多肽固相合成技术相结合的产物。半导体技术中曾使用照相平板技术法在半导体硅片上制作微型电子线路。固相合成技术是当前多肽、核酸人工合成中普遍使用的方法，技术成熟且已实现自动化。二者的结合为合成高密度核酸探针及短肽列阵提供了一条快捷的途径。 Affymetrix公司已有诊断用基因芯片成品上市，根据用途可以分为三大类，分别为基因表达芯片、基因多态性分析芯片和疾病诊断芯片，基因表达分析芯片和基因多态性分析芯片主要用于研究机构和生物制药公司，可以用来寻找新基因、基因测序、疾病基因研究、基因制药研究、新药筛选等许多领域，Affymetrix公司主要生产通用寡聚核苷酸芯片；疾病诊断芯片则主要用于医学临床诊断，包括各种遗传病和肿瘤等，目前Affymetrix公司生产
基因表达谱芯片的数据分析 基因芯片数据分析就是对从基因芯片高密度杂交点阵图中提取的杂交点荧光强度信号进行的定量分析，通过有效数据的筛选和相关基因表达谱的聚类，最终整合杂交点的生物学信息，发现基因的表达谱与功能可能存在的联系。然而每次实验都产生海量数据，如何解读芯片上成千上万个基因点的杂交信息，将无机的信息数据与有机的生命活动联系起来，阐释生命特征和规律以及基因的功能，是生物信息学研究的重要课题[1]。基因芯片的数据分析方法从机器学习的角度可分为监督分析和非监督分析，假如分类还没有形成，非监督分析和聚类方法是恰当的分析方法；假如分类已经存在，则监督分析和判别方法就比非监督分析和聚类方法更有效率。根据研究目的的不同[2,3]，我们对基因芯片数据分析方法分类如下。（1）差异基因表达分析：基因芯片可用于监测基因在不同组织样品中的表达差异，例如在正常细胞和肿瘤细胞中；（2）聚类分析：分析基因或样本之间的相互关系，使用的统计方法主要是聚类分析；（3）判别分析：以某些在不同样品中表达差异显著的基因作为模版，通过判别分析就可建立有效的疾病诊断方法。 1 差异基因表达分析(difference expression, DE) 对于使用参照实验设计进行的重复实验，可以对2样本的基因表达数据进行差异基因表达分析，具体方法包括倍数分析、t检验、方差分析等。 1.1倍数变化(fold change, FC) 倍数分析是最早应用于基因芯片数据分析的方法[4]，该方法是通过对基因芯片的ratio值从大到小排序，ratio 是cy3/cy5的比值，又称R/G值。一般0.5-2.0范围内的基因不存在显著表达差异，该范围之外则认为基因的表达出现显著改变。由于实验条件的不同，此阈值范围会根据可信区间应有所调整[5,6]。处理后得到的信息再根据不同要求以各种形式输出，如柱形图、饼形图、点图等。该方法的优点是需要的芯片少，节约研究成本；缺点是结论过于简单，很难发现更高层次功能的线索；除了有非常显著的倍数变化的基因外，其它变化小的基因的可靠性就值得怀疑了；这种方法对于预实验或实验初筛是可行的[7]。此外倍数取值是任意的，而且可能是不恰当的，例如，假如以2倍为标准筛选差异表达基因，有可能没有1条入选，结果敏感性为0，同样也可能出现很多差异表达基因，结果使人认为倍数筛选法是在盲目的推测[8,9]。 1.2 t检验(t-test) 差异基因表达分析的另一种方法是t检验[10]，当t超过根据可信度选择的标准时，比较
生物信息学在基因芯片数据功能分析中的应用 2009-4-29 随着人类基因组计划(Human Genome Project)即全部核苷酸测序的即将完成，人类基因组研究的重心逐渐进入后基因组时代(Postgenome Era)，向基因的功能及基因的多样性倾斜。通过对个体在不同生长发育阶段或不同生理状态下大量基因表达的平行分析，研究相应基因在生物体内的功能，阐明不同层次多基因协同作用的机理，进而在人类重大疾病如癌症、心血管疾病的发病机理、诊断治疗、药物开发等方面的研究发挥巨大的作用。它将大大推动人类结构基因组及功能基因组的各项基因组研究计划。生物信息学在基因组学中发挥着重大的作用, 而另一项崭新的技术——基因芯片已经成为大规模探索和提取生物分子信息的强有力手段，将在后基因组研究中发挥突出的作用。基因芯片与生物信息学是相辅相成的，基因芯片技术本身是为了解决如何快速获得庞大遗传信息而发展起来的，可以为生物信息学研究提供必需的数据库，同时基因芯片的数据分析也极大地依赖于生物信息学，因此两者的结合给分子生物学研究提供了一条快捷通道。 本文介绍了几种常用的基因功能分析方法和工具： 一、GO基因本体论分类法 最先出现的芯片数据基因功能分析法是GO分类法。Gene Ontology（GO，即基因本体论）数据库是一个较大的公开的生物分类学网络资源的一部分，它包含38675 个Entrez Gene注释基因中的17348个，并把它们的功能分为三类：分子功能，生物学过程和细胞组分。在每一个分类中，都提供一个描述功能信息的分级结构。这样，GO中每一个分类术语都以一种被称为定向非循环图表（DAGs）的结构组织起来。研究者可以通过GO分类号和各种GO数据库相关分析工具将分类与具体基因联系起来，从而对这个基因的功能进行描述。在芯片的数据分析中，研究者可以找出哪些变化基因属于一个共同的GO功能分支，并用统计学方法检定结果是否具有统计学意义，从而得出变化基因主要参与了哪些生物功能。 EASE（Expressing Analysis Systematic Explorer）是比较早的用于芯片功能分析的网络平台。由美国国立卫生研究院（NIH）的研究人员开发。研究者可以用多种不同的格式将芯片中得到的基因导入EASE 进行分析，EASE会找出这一系列的基因都存在于哪些GO分类中。其最主要特点是提供了一些统计学选项以判断得到的GO分类是否符合统计学标准。EASE 能进行的统计学检验主要包括Fisher 精确概率检验，或是对Fisher精确概率检验进行了修饰的EASE 得分（EASE score）。 由于进行统计学检验的GO分类的数量很多，所以EASE采取了一系列方法对“多重检验”的结果进行校正。这些方法包括弗朗尼校正法（Bonferroni），本杰明假阳性率法（Benjamini falsediscovery rate）和靴带法（bootstraping）。同年出现的基于GO分类的芯片基因功能分析平台还有底特律韦恩大学开发的Onto-Express。2002年，挪威大学和乌普萨拉大学联合推出的Rosetta 系统将GO分类与基因表达数据相联系，引入了“最小决定法则”（minimal decision rules）的概念。它的基本思想是在对多张芯片结果进行聚类分析之后，与表达模式
生物芯片的市场分析 全球市场总额很小 企业收入增长缓慢 全球的市场有多大？国内的市场又有多大？前景如何？现在国内没有公开的文章回答这些问题。国内的市场小，人们对生物芯片的技术和应用还没有普遍的认识。介绍生物芯片技术的论文、报告和新闻唾手可得，前几年投资炒作的文章也能找到几篇大作，但关于生物芯片的市场，现在国内还看不到一篇专题文章，也没有一家芯片公司或咨询公司做过有意义的市场调查；曾有公司在网上做过消费者调查，响应者却寥寥无几。我从网上找到了3家国际知名市场研究公司的公开数据，翻译过来，列举如下：2003年7月24日，国际知名的市场研究和数据分析公司Research and Markets公司发布了定价998美元的159页的报告《美国生物芯片和设备的市场和业务》，这份报告认为，2002年的全球生物芯片市场规模是11亿美元，将以19.5%的年平均增长率增长，2007年将达到27亿美元。2003年底，雷曼兄弟（Lehman Brother）公司发布的分析报告指出，全球芯片市场约有8亿美元的规模。2004年3月30日，英国伦敦的大型国际咨询公司Frost & Sullivan公司出版了价值4，950美元的关于全球芯片市场的分析报告：《世界DNA芯片市场的战略分析》。报告认为，全球DNA生物芯片市场每年平均增长6.7%，2003年的市场总值是5.96亿美元，2010年将达到9.37亿美元。 比较这3家公司估计的2003年生物芯片市场的市场规模：Frost & Sullivan公司仅考虑了生物芯片市场中的DNA芯片市场，为6亿美元；雷曼兄弟估计为8亿美，Research and Markets公司估计为13亿美元，我们发现，这3家单位估计的全球生物芯片市场总额的数据相差不远，在8-13亿美元，他们估计的数据体现了这个产业的客观市场规模应该在这个范围内。台湾生物芯片协会估计的市场是2003年为2.2亿美元，其中医疗芯片销售额6，500万美元，研究芯片销售额1.55亿美元，数额偏低，估计没有包括生物芯片仪器市场。 全球生物芯片霸主是以医药个体化为目标的Affymetrix公司，今年继续在全球市场上领先，很多专家估计其市场份额占全球1/3至1/2。如果我们清楚了Affymetrix公司的市场情况，也就知道了全球一半的市场。根据Affymetrix公司《2003年年度报告》披露的信息，我们能看到这个霸主的一些市场业绩。假设市场份额正如专家们所估计的那样，Affymetrix公司占了全球1/2至1/3的市场，按Affymetrix公司的营业额估算，2003年全球市场也就6-9亿美元左右。如果最近5年的市场增长速度保持下去，今后5年的全球市场增长2倍，至2008年，全球市
基因芯片技术的应用和发展趋势 随着基因芯片技术的日渐成熟, 在功能基因组、疾病基因组、系统生物学等领域中得到了广泛的应用, 已经发表了上万篇研究论文, 每年发表的论文呈现增长的趋势. 芯片制备技术极大地推进了生物芯片的发展, 从实验室手工或机械点制芯片到工业化原位合成制备, 从几百个点的芯片到几百万点的高密度芯片, 生物芯片从一项科学成为一项技术, 被越来越多的研究者广泛运用. 各个实验室不断产生海量的杂交数据, 相同领域的研究者需要比较不同实验平台产生的数据, 作为基于分子杂交原理的高通量技术, 芯片实验的标准化、可信度、重现性和芯片结果是否能作为定量数据等问题成为所有的芯片使用者关心的课题. 迈阿密原则和微阵列质量控制系列研究回答了这两个问题. 迈阿密原则(Minimum Information About a Micro- array Experiment, MIAME, 微阵列实验最小信息量)提出了生物芯片标准化的概念, 该原则的制定使世界各地实验室的芯片实验数据可以为所有的研究者共享. 同 时, 美国国家生物信息学中心(NCBI)和位于英国的欧洲生物信息学研究所(EBI)也建立了GEO ( https://www.doczj.com/doc/a812787146.html,/geo/)和ArryExpress (http:// ;https://www.doczj.com/doc/a812787146.html,/arrayexpress/)公共数据库, 接受和储存全球研究者根据迈阿密原则提交的生物芯片数据, 对某项研究感兴趣的研究人员可以下载到相关课题的芯片原始数据进行分析. 2006年美国FDA联合多个独立实验室进行了MAQC系列实验(micro array quality control, MAQC), 旨在研究目前所使用的芯片平台的质量控制. 该研究的12篇系列文章发表在2006年9月份的Nature Biotechnology 上, 用严格的实验分析了目前主流芯片平台数据质量, 芯片数据和定量PCR结果之间的相关性, 芯片数据均一化方法, 不同芯片平台之间的可重现性. 证明了不同芯片平台产生的数据具有可比性和可重现性, 各种芯片平台之间的系统误差远远小于人为操作和生物学样品之间本身的差异, 肯定了芯片数据的可信性, 打消了以往对芯片数据的种种猜疑, 明确了基于杂交原理的芯片同样可以作为一种定量的手段. 推动了生物芯片技术在分子生物学领域更广泛的应用. 生物信息学和统计学是在处理基因芯片产生的海量数据中必不可少的工具. 随着芯片应用的推进, 芯片数据分析的新理论和新算法不断地被开发出来, 这些方法帮助生物学家从海量的数据里面快速筛选出差异表达的基因. 一次芯片实验获得的是成千上万个基因的表达信息, 任何一种单一的分析方法都很难将所有蕴含在数据中的生物学信息全部提取出来, 从近年来生物信息学研究的趋势来看, 目前研究的重点开始转向芯片数据储存、管理、共享和深度信息挖掘, 旨在从芯片数据中获得更多的生物学解释, 而不再停留在单纯的差异表达基因筛选上。 目前基因芯片的制备向两个主要方向发展. 第一, 高密度化, 具体表现为芯片密度的增加, 目前原位合成的芯片密度已经达到了每平方厘米上千万个探针. 一张芯片上足以分析一个物种的基因组信息. 第二, 微量化, 芯片检测样品的微量化, 目前芯片检测下限已经能达到纳克级总RNA水平, 这为干细胞研究中特别是IPS干细胞对单个细胞的表达谱研究提供了可能. 另一方面, 微量化也体现芯片矩阵面积的微量化, 即在同一个芯片载体上平行的进行多个矩阵的杂交, 大大减少系统和批次可能带来的差异, 同时削减实验费用. 微阵列技术改变了生物学研究的方法, 使得微量样品快速高通量的分析成为可能, 从单个基因的研究迅速扩展到全基因组的系统生物学研究. 微阵列技术帮助生物学研究进入后基因组时代, 研究成果层出不穷。 2001年国家人类基因组南方研究中心韩泽广博士研究小组利用cDNA芯片对肝癌和正常组织中的12393个基因和EST序列进行了表达谱筛查, 其中发现了2253个基因和EST在肝癌中发生了差异表达, 并对这些差异基因的信号通路进行了分析, 发现WNT信号通路在肝癌的发生中出现了表达异常. 2002年中国科学院神经科学研究所张旭博士研究组利用表达谱芯片对大鼠外周神经损伤模型背根神经节的基因表达进行了研
基因芯片数据处理流程与分析介绍 关键词：基因芯片数据处理 当人类基因体定序计划的重要里程碑完成之后，生命科学正式迈入了一个后基因体时代，基因芯片(microarray) 的出现让研究人员得以宏观的视野来探讨分子机转。不过分析是相当复杂的学问，正因为基因芯片成千上万的信息使得分析数据量庞大，更需要应用到生物统计与生物信息相关软件的协助。要取得一完整的数据结果，除了前端的实验设计与操作的无暇外，如何以精确的分析取得可信数据，运筹帷幄于方寸之间，更是画龙点睛的关键。 基因芯片的应用 基因芯片可以同时针对生物体内数以千计的基因进行表现量分析，对于科学研究者而言，不论是细胞的生命周期、生化调控路径、蛋白质交互作用关系等等研究，或是药物研发中对于药物作用目标基因的筛选，到临床的疾病诊断预测，都为基因芯片可以发挥功用的范畴。 基因表现图谱抓取了时间点当下所有的动态基因表现情形，将所有的探针所代表的基因与荧光强度转换成基本数据(raw data) 后，仿如尚未解密前的达文西密码，隐藏的奥秘由丝丝的线索串联绵延，有待专家抽丝剥茧，如剥洋葱般从外而内层层解析出数千数万数据下的隐晦含义。 要获得有意义的分析结果，恐怕不能如泼墨画般洒脱随兴所致。从raw data 取得后，需要一连贯的分析流程(图一)，经过许多统计方法，才能条清理明的将raw data 整理出一初步的分析数据，当处理到取得实验组除以对照组的对数值后(log2 ratio)，大约完成初步的统计工作，可进展到下一步的进阶分析阶段。
图一、整体分析流程。基本上raw data 取得后，将经过从最上到下的一连串分析流程。(1) Rosetta 软件会透过统计的model，给予不同的权重来评估数据的可信度，譬如一些实验操作的误差或是样品制备与处理上的瑕疵等，可已经过Rosetta error model 的修正而提高数据的可信值；(2) 移除重复出现的探针数据；(3) 移除flagged 数据，并以中位数对荧光强度的数据进行标准化(Normalized) 的校正；(4) Pearson correlation coefficient (得到R 值) 目的在比较技术性重复下的相似性，R 值越高表示两芯片结果越近似。当R 值超过0.975，我们才将此次的实验结果视为可信，才继续后面的分析流程；(5) 将技术性重复芯片间的数据进行平均，取得一平均之后的数据；(6) 将实验组除以对照组的荧光表现强度差异数据，取对数值(log2 ratio) 进行计算。 找寻差异表现基因 实验组与对照组比较后的数据，最重要的就是要找出显著的差异表现基因，因为这些正是条件改变后而受到调控的目标基因，透过差异表现基因的加以分析，背后所隐藏的生物意义才能如拨云见日般的被发掘出来。 一般根据以下两种条件来筛选出差异表现基因：(i) 荧光表现强度差异达2 倍变化(fold change 增加2 倍或减少2倍) 的基因。而我们通常会取对数(log2) 来做fold change 数值的转换，所以看的是log2 ≧1 或≦-1 的差异表现基因；(ii) 显著值低于0.05 (p 值< 0.05) 的基因。当这两种条件都符合的情况下所交集出来的基因群，才是显著性高且稳定的差异表现基因。
物联网综述报告 姓名：孟然 学号：03 专业：电子与通信工程
物联网技术综述 摘要：物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业革命的浪潮，是一个全新的技术领域。虽然目前国内对物联网也还没有一个统一的标准定义，但从物联网本质上看，物联网是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术的提升，将各种感知技术、现代网络技术和人工智能与自动化技术聚合与集成应用，使人与物智慧对话，创造一个智慧的世界。本文首先介绍了物联网的概念，简要介绍了物联网的当前发展状况。对物联网的关键技术：RFID，ZigBee，云计算等技术进行了分析。并指出了物联网的主要的应用领域，最后展望了物联网未来的研究方向。 [关键字] 物联网；RFID；云计算。 一、物联网的概念 1999年，麻省理工大学Auto-ID实验室第一次提出“产品电子码”的概念，即把所有物品通过信息传感设备接入互联网，实现智能化识别与管理。迄今十余年，“物联网”的概念已经深入人心，被称为第三次信息技术革命。 物联网的英文名称为“The Internet of Things”，简称IOT，通过射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位跟踪、监控和管理的一种网络，即称为互联网。顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”，其基础仍然是互联网。互联网的核心内容是hooking people together，由此引申，物联网的核心内容便是hooking things together。 二、物联网的发展现状 目前，物联网开发和应用仍处于起步阶段，发达国家和地区均想抓住这个机遇，出台政策、进行战略布局，希望在新一轮信息产业洗牌中占领先机。物联网成为“后危机”时代各国提升综合竞争力的重要手段。 2008年底，IBM向美国政府提出了“智慧地球”的战略，强调传感等感知技术的应用，提出建设智慧型基础设施，并智能化的快速处理、综合运用这些设施，使得整个地球上的物都“充满智慧”。由美国主导的EPCglobal标准在RFID领域呼声最高；德州仪器(TI)、英特尔、高通、IBM、微软则在通信芯片及通信模块设计制造上全球领先。
基因芯片技术的研究进展与前景 摘要 关键词基因芯片，遗传性疾病，基因组计划， 一、基因芯片技术的产生背景 基因芯片技术是伴随着人类基因组计划而出现的一项高新生物技术。2001年6月公布了人类基因组测序工作草图；2002年出发飙了较高精确度和经过详细注解的人类基因组研究结果；2004年10月发表了已填补基因组中许多Gap片段的更精确的人类全基因组序列，标志人类基因组计划的完成和新时代的开始。随着人类基因组计划的开展，也同时进行了模式生物基因组测序工作。动物、植物、细菌及病毒基因组等测序工作都已取得重大进展。 随着各种基因组计划的实施和完成（有的即将完成），一个庞大的基因数据库已经建成。怎样从海量的基因信息中发掘基因功能。如何研究成千上万基因在生命过程中所担负的角色；如何开发利用各种基因组的研究成果，将基因的序列与功能关联起来，认识基因在表达调控、机体分化等方面的生物学意义；解释人类遗传进化、生长发育、分化衰老等许多生命现象的奥秘；深入了解疾病的物质基础及发生、发展过程；开发基因诊断、治疗和基因工程药物并用来预防诊断和治疗人类几千种遗传性疾病……这些都将成为现代生物学面临的最大挑战。这样的背景促使人们研究和开发新的技术手段来解决后基因组时代面临的一系列关键问题。20世纪90年代初，为适应“后基因组时代”的到来，产生了一项新的技术，即以基因芯片为先导的生物芯片技术。 二、基因芯片的概念 基因芯片（又称DNA芯片、DNA微阵列）技术是基于核酸互补杂交原理研制的。该技术指将大量（通常每平方厘米点阵密度高于400 ）探针分子固定于支持物上后与有荧光素等发光物质标记的样品DNA或RNA分子进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息，从而对基因表达的量及其特性进行分析。通俗地说，就是通过微加工技术，将数以万计、乃至百万计的特定序列的DNA片段（基因探针），有规律地排列固定于2cm2的硅片、玻片等支持物上，构成的一个二维DNA探针阵列，与计算机的电子芯片十分相似，只是在固相基质上古高度集成的不是半导体管，而是成千上万的网格状密集排列的基因探针，所以被称为基因芯片。 三、基因芯片技术的分类 1 根据功能分类：基因表达谱芯片和DNA测序芯片两类。基因表达图谱芯片可以将克隆的成千上万个基因特异的探针或其cDNA片段固定在一块DNA芯片上，对于来源不同的个体、组织、细胞周期、发育阶段、分化阶段、病变、刺激（包括不同诱导、不同治疗手段）下的细胞内mRNA或反转录后产生的cDNA进行检测，从而对这个基因表达的个体特异性、组织特异性、发育阶段特异性、分化阶段特异性、病变特异性、刺激特异性进行综合的分析和判断，迅速将某个或某几个基因与疾病联系起来，极大地加快这些基因功能的确定，同时可进一步研究基因与基因间相互作用的关系，DNA测序芯片则是基于杂交测序发展起来的。其原理是任何线状的单链DNA或RNA序列均可裂解成一系列碱基数固定、错落而重叠的寡核苷酸，如能把原序列所有这些错落重叠的寡核苷酸序列全部检测出来，就可据此重新组建出新序列。 2 根据基因芯片所用基因探针的类型不同，可分为cDNA微阵列和寡核苷酸微阵
第9卷第1期2007年3月辽宁农业职业技术学院学报 Journal of Liaoning Agricultural College Vol 19,No 11Mar 12007 收稿日期:2007-01-18 作者简介:丁立群(1963-),女,副教授。 生物芯片及其在食品安全检测中的应用 丁立群1,冯丽娟2 (11辽宁农业职业技术学院,辽宁营口115009;21贵州大学生命科学学院,贵州贵阳550025) 摘 要:生物芯片是一种全新微量分析技术,被誉为21世纪生命支撑平台。本文探讨了生物芯片两大理论基 础—分子生物技术和微细加工技术;综述了包括基因芯片、蛋白芯片和芯片缩微实验室三类生物芯片的研究应用现状;深入探讨了生物芯片在食品安全检测中的应用前景,主要表现在食品毒理学、食品卫生检验、分子水平上阐述食品营养机理、转基因食品的检测。 关键词:生物芯片;食品;安全检测中图分类号:R 155 文献标识码:B 文章编号:1671-0517(2007)01-0018-03 目前,全球食品安全形势不容乐观,主要表现为食源性疾病不断上升,恶性食品污染事件接二连三,食品加工新技术与新工艺带来不确定性危害。世界范围内由于食品安全卫生质量而引起的食品贸易纠纷不断,高新技术应用于食品安全检测具有无限的发展空间。 生物芯片是九十年代初发展起来的一种全新的微量分析技术,综合了分子生物技术、微加工技术、免疫学、计算机等多项技术,生命科学研究中不连续的分析过程,集成在芯片上完成,实现样品检测分析过程的连续化、集成化、微型化和信息化,生物芯片技术作为一代生物技术,在食品领域中具有广阔的基础研究价值和产业化前景。 1 理论基础 生物芯片即在硅片或载玻片或高分子聚合物薄片上,将大量的生物探针(基因探针、基因片段、抗原、抗体)按特定方式固定的排列,形成可供反应的固相载体。在一定条件下,与荧光标记过的待检测样品进行作用,反应结果用化学荧光法、酶标法、同位素法显示,通过精密的扫描仪等光学仪器进行数据采集,并借助计算机软件进行数据分析。其工作原理是将检测样品加在芯片的表面,由于生物分子特异性亲和反应(如核酸杂交反应,抗原抗体反应等)检测样品中的待检测成分分别和芯片上固定化的生物识别分子结合反应,从而实现对样品的分析和检测生物芯片的发展得益于很多新技术,但基本上源自于两大创新领域的结合。生物芯片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。芯片制备是先将玻璃片或硅片进行表面处理,然后使DNA 片断或蛋白质分子按顺序排列在芯片上的过程。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。生物分子反应为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态中,减少生物分子之间的错配率。常用的芯片信号检测方法是将芯片置入芯片扫描仪中,进行信号检测,以获得有关生物学信息。 2 生物芯片的种类 芯片种类较多,根据芯片上的固定的探针不同,生物芯片包括基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片;另外根据原理还可分为元件型微阵列芯片、通道型微阵列芯片、生物传感芯片等新型生物芯片;以其片基的不同分为无机片基和有机合成物片基;按其应用的不同可以分为表达谱芯片、诊断芯片、检测芯片;按其结构的不同可以分为DNA 阵列和寡核苷酸芯片。其中应用最多,应用 范围最广的生物芯片是基因芯片。211 基因芯片(G ene chip) 所谓基因芯片又称为DNA 微阵列(DNA micro array ),是按特定的排列方式排列固定有大量基因片段(可以是相同的基因片段,也可以是不同的)的硅片,玻璃片或塑料片。它的工作原理是将样品加在芯片上,通过分子杂交方式对样品进行分析,从而大规模高效地获取相关的生物信息。基因芯片技术作为一项新技术,具有快速、准确、灵敏等特点,又能同时检测大量样品,在食品安全检
调研报告 生物芯片阅读仪
【概述】 生物芯片，是指利用微细加工技术并结合有关的化学合成技术，将大量探针分子固定于载体即微小的基片（如玻璃、硅片、有机材料薄膜等）上，然后与标记的样品分子进行杂交，通过检测杂交信号的强弱，对靶分子的序列和数量进行分析检验的微型器件。 生物芯片阅读仪是生物芯片能否得到广泛应用的重要仪器。通过生物芯片阅读仪可以将芯片上测定的结果转变成可供分析处理的图像数据，正确、有效的获取芯片上的生物信息。目前的生物芯片阅读仪主要有两种：CCD系统生物芯片阅读仪和激光共聚焦生物芯片阅读仪。前者具有结构简单、体积小、检测速度快、成本低等优点，对于点阵相对较低的生物芯片的检测有明显的优势；后者以激光作光源，采用共聚焦探测光路，结合高速X向扫描和Y向步进，实现了对生物芯片的扫读和分析。激光共聚焦扫描仪具有检测灵敏度高、动态范围宽、信噪比好、测量精度高等优点，可望成为今后的主流机型。【基本原理与设备组成框图】 一、CCD系统生物芯片阅读仪 CCD系统生物芯片阅读仪有三种，即它激式荧光检测、化学荧光检测和对用同位素曝光的胶片进行检测，本文主要以它激式荧光检测生物芯片阅读仪为例来介绍。该仪器适用于化学自发光、多种激发荧光等生物芯片弱光样片的检测和分析。主要由冷却型科学零级CCD、光学物镜、氙灯光源、均匀照明系统、暗箱、电机驱动选择的发射窄带干涉滤光片和激发窄带干涉滤光片、图像采集卡等部分组成。组成
框图如图1所示。 图1 CCD系统生物芯片阅读仪设备组成框图 主要组成部分的功能及作用： ①光源：CCD系统生物芯片阅读仪采用高压汞灯作为光源，结构比较简单。工作时，用均匀化处理的特殊波长的光去激发生物芯片上的荧光。 ②激发滤光片：经激发窄带滤光片可去除其他波长的光，降低检测背景。 ③发射滤光片、CCD和计算机：生物芯片上标记有荧光染料的靶分子在单色光激发下产生荧光，再经发射窄带干涉滤光片由摄像镜头捕获，成像在CCD相面上，再传至图像采集卡，将信号转化成数字信号进
生物质能浅薄综述 前言 能源是人类生存与经济发展的物质基础！但随着世界经济持续、高速地发展，能源短缺、环境污染、生态恶化等问题日益加深，能源供需矛盾突出。 当前世界能源消费以化石资源为主，其中中国等少数国家是以煤炭为主，其它国家大部分则是以石油与天然气为主。按目前的消耗量，专家预测石油、天然气最多只能维持不到半个世纪，煤炭也只能维持一二百年。所以不管是哪一种常规能源结构，人类面临的能源危机都日趋严重。 于是，可再生能源便成了能源可持续发展的炙手对象。 大部分的可再生能源其实都是太阳能的储存。可再生的意思并非提供十年的能源，而是百年甚至千年的，可再生能源是指可以再生的能源总称，包括水能能源、太阳能、光能、沼气等。生物质能源主要是指雅津甜高粱等，泛指多种取之不竭的能源，严格来说，是人类历史时期内都不会耗尽的能源。 可再生能源的种类众多，有太阳能，地热能，水能，风能，生物质能，潮汐能，其来源和利用方式自然也不相同。而生物质能具有可再生性、低污染性、广泛分布性和总量丰富等四大优点，正是基于这些优点，生物质能成为了继煤炭、石油和天然气之后的第四大能源，在整个能源体系中占据重要地位。且2010年9月，国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，会议审查并原则通过了《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》。值得注意的是，《决定》中明确指出“要因地制宜开发利用生物质能”，这被业界视为中央政府给生物质能的“十二五”发展定下的基调——国务院的高度重视，更是为我国生物质能的产业发展注入了一针“催化剂”。
目录 前言 (1) 生物质能的定义 (3) 生物质能的分类及应用介绍 (3) 我国生物质能的应用状况分析 (4) 我国生物质能的发展前景分析 (6) 总结 (8)
第一章生物芯片概述生物芯片概念 生物芯片是将大量生物分子按预先设计的排列固定于一种载体表面，利用生物分 子的特异性亲和反应，来分析各种生物分子存在的量的一种技术。 生物芯片的分类 根据生物芯片的结构特点 根据用途不同: 二、生物芯片的研究概况 生物芯片的发展 最初级的生物芯片 DNA芯片 1991 寡核苷酸芯片 1994 测序芯片 1995 cDNA芯片 其他生物芯片 生物芯片技术研究存在的问题 重复性（稳定性）提高 灵敏度增强 标准化实现 设备及软件完善 操作过程简化 三、生物芯片技术的基础知识 生物芯片技术工作的总流程 生物芯片的制备 生物芯片技术主要包括四个基本技术环节： 芯片制备、样品制备、生物分子反应、信号的检测与分析 生物芯片的制备步骤有哪些？分别有什么目的？ 基片处理、点样、固定、封闭 第二章核酸芯片
一、核酸芯片简介 概念：核酸芯片是指采用一定的技术将许多特定的DNA序列排列固定于固相支持物表面，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的快速、并行和高效的检测和分析。 二、核酸芯片的载体 载体概念：用于连接、吸附或包埋各种生物分子使其以水不溶性状态行使功能的固相材料统称为载体。 如何选择载体？ 载体表面必须具有可进行化学反应的活性基团，以便于生物分子进行偶联。 使单位载体上结合的生物分子达到最佳容量 载体应当是惰性的和有足够的稳定性 载体具有良好的生物兼容性，以利于制作不同种类的芯片。 载体类型：玻片、硅片、硝酸纤维素膜、尼龙膜、塑料等 三、寡核苷酸芯片技术oligonucleotide microarray oligochip概念：寡核苷酸芯片是把寡核苷酸固定在玻片上，与荧光标记的待检序列在一定条件下杂交，经洗涤后扫描获得检测信息。 制作技术与原理 原位合成原理（略） 合成后微点样原理 利用手工或自动点样装置将预先合成和纯化的寡核苷酸点在经特殊处理的载体上即可。 包括接触式与非接触式两种，主要用于中低密度芯片制备 点样方式及点样针 比较三种针的优缺点？ 使用裂缝针时，如果看到玻片上某些点没有点上，分析可能的原因? 点印完以后，含有斑点的区域必须加以行列标志，为什么？如何保存？ 点样的后期处理 目的：为了使探针能与载体表面牢固结合，同时，避免在杂交过程中非特异性的吸附对实验结果（特别是背景）造成影响。 小结： 寡核苷酸芯片的基本概念 寡核苷酸芯片的制备原理 光引导原位合成 点样针及点样过程 四、cDNA微阵列芯片 cDNA是与mRNA互补的DNA分子，长约0.2-5.0kb。 cDNA微阵列芯片是由固定于基质材料上的cDNA片段组成的微阵列，待测样品标记后与芯片上的探针分子杂交，通过荧光强度的检测对杂交结果进行分析。主要内容: cDNA文库的构建 提高cDNA文库构建的效率 cDNA基因文库构建的步骤 细胞总RNA的提取和mRNA的分离 第一条cDNA合成 双链cDNA合成 双链cDNA克隆进质粒或噬菌体载体并导入宿主中繁殖 cDNA文库构建效率 cDNA文库构建的效率低的表现？