主题：基因芯片
概述：
基因芯片（又称DNA芯片、生物芯片）技术系指将大量（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标记的样品分子进行杂交，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。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，所以被称为基
因芯片。基因芯片主要用于基因检测工作。
基因芯片又称为DNA微阵列(DNA microarray)，可分为三种主要类型：1）
固定在聚合物基片（尼龙膜，硝酸纤维膜等）表面上的核酸探针或cDNA片段，通常用同位素标记的靶基因与其杂交，通过放射显影技术进行检测。这种方法的优点是所需检测设备与目前分子生物学所用的放射显影技术相一致，相对比较成熟。但芯片上探针密度不高，样品和试剂的需求量大，定量检测存在较多问题。2）用点样法固定在玻璃板上的DNA探针阵列，通过与荧光标记的靶基因杂交进行检测。这种方法点阵密度可有较大的提高，各个探针在表面上的结合量也比较一致，但在标准化和批量化生产方面仍有不易克服的困难。3）在玻璃等硬质表面上直接合成的寡核苷酸探针阵列，与荧光标记的靶基因杂交进行检测。该方法把微电子光刻技术与DNA化学合成技术相结合，可以使基因芯
片的探针密度大大提高，减少试剂的用量，实现标准化和批量化大规模生产，有着十分重要的发展潜力。
目的：
基因功能的研究。通过基因芯片可以大规模，高通量地对成千上万个基因进行同时研究。
原理：
基因芯片的测序原理是杂交测序方法，即通过与一组已知序列的核酸探针杂交进行核酸序列测定的方法。在一块基片表面固定了序列已知的八核苷酸的探针，当溶液中带有荧光标记的核酸序列，例如TATGCAATCTAG，与基因芯片上对应位置的核酸探针产生互补匹配时，通过确定荧光强度最强的探针位置，获得一组序列完全互补的探针序列。据此可重组出靶核酸的序列。
基因芯片的测序原理图
步骤：
1.样品的准备：由于灵敏度所限，多数方法需要在标记和分析前对样品进行适当的扩增。
2.杂交检测，显色和分析测定方法主要为荧光法，其重复性较好，但灵敏度较低。目前正在发展的方法有质谱法、化学发光法、光导纤维法等。以荧光法为例，当前主要的检测手段是激光共聚焦显微扫描技术，以便于对高密度探针阵列每个位点的荧光强度进行定量分析。
3.结果分析：
3.1.差异表达基因分析和聚类分析
基因芯片数据标准化、上调基因/下调基因、t-检验（P值）、方差分析（F-检验）、基因聚类（Cluster）、热图（Heatmap）、多样本分子标志物聚类（如肿瘤分子标志物聚类分析）。可分析mRNA表达谱、miRNA表达谱和甲基化基因芯片数据表达谱差异。
3.2.基因数据相关性分析
分析内容：基因芯片数据质量控制和分析（结果形式：相关性分析结果表格）
3.3.GO分析（Gene Ontology）
意义：了解差异基因所调控的生物学功能中哪些是最重要的,哪些生物学过程需要深入研究，哪些酶的活性需要重点关注等。
分析内容：包含基因芯片内所有差异表达基因的GO功能注释（结果形式：注释表格）和GO功能富集分析图）。
3.4.Pathway分析及其富集分析
意义：了解差异基因影响的主要信号通路调控机制和重点调控的蛋白。
分析内容：最重要的几个差异基因相关的KEGG代谢通路图、表示通路被调控程度的热图，（结果形式：pathway表格)、Pathway富集分析图（结果形式：热图Heatmap/聚类Cluster，富集参数表格/KEGG代谢通路图，含研究基
因的颜色标记）
蛋白生物芯片检测 系统
蛋白生物芯片检测系统 资格预审文件 永川区公共资源招投标交易中心受永川区计生集爱医院的委托，根据区财政局下达的采购计划（08A152），对该单位申请采购的蛋白生物芯片检测系统1台（预算10.5万元）实施邀请招标。现对供应商的投标资格进行资格预审，欢迎符合条件的商家报名。资质要求： 1、具有独立承担民事责任的能力； 2、具有良好的商业信誉和健全的财务会计制度； 3、具有履行合同所必须的设备和专业技术能力； 4、有依法缴纳税收和社会保障资金的良好记录； 5、参加政府采购活动前三年内，在经营活动中没有重大违法记录。 二、提供的证明材料（复印件加盖参与投标方单位公章）： 投标人必须是在中华人民共和国境内注册并取得营业执照的独立法人；注册资金≥50万元，并提供有效的《医疗器械经营企业许可证》、《企业法人营业执照》、《税务登记证》、《法人组织机构代码证》复印件； 投标人必须是所投产品的制造商，或者是取得制造商授权的代理商，投标人是制造商的必须具备《医疗器械生产企业许可证》、是授权代理商的必须具备《医疗器械经营企业许可证》，
所投医疗器械产品必须具备《医疗器械注册证》（含医疗器械产品注册登记表）； 以上均为必备条件，如有一项未提供视作不具备资格。所提供的材料必须在有效期内，如有年检要求的，须有年检标志。 三、招标项目技术参数 1．设备用途说明：该设备可用于以下生物芯片的检测 *（1）生殖道感染（HPV） （2）孕期感染TORCH (3)唐氏综合症产前筛查(提供测试芯片注册证) (4)心肌梗塞联检 (5)幽门螺杆菌(提供测试芯片的新药证书或注册证) 2．设备配置包括：生物芯片分析仪、计算机、打印机、专用分析 软件、生物芯片诊断系统软件 3．技术指标： 1)产品重复性：CV≤2%； 2)产品不稳定性：≤3%
生物芯片技术——生物化学分析论文 08应化2 江小乔温雪燕袁伟豪张若琦 2011-5-3
一、摘要： 生物芯片技术，被喻为21世纪生命科学的支撑技术，是便携式生化分析仪器的技术核心，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的探针同时固定于支持物上，所以一次可以对大量的生物分子进行检测分析，从而解决了传统核酸印迹杂交（Southern Blotting 和Northern Blotting 等）技术复杂、自动化程度低、检测目的分子数量少、低通量(low through-put)等不足。 二、关键词 生物芯片；检测；基因 三、正文 （一）、生物芯片的简介 生物芯片技术是一种高通量检测技术，通过设计不同的探针阵列、使用特定的分析方法可使该技术具有多种不同的应用价值，如基因表达谱测定、突变检测、多态性分析、基因组文库作图及杂交测序（Sequencing by hybridization, SBH）等，为"后基因组计划"时期基因功能的研究及现代医学科学及医学诊断学的发展提供了强有力的工具，将会使新基因的发现、基因诊断、药物筛选、给药个性化等方面取得重大突破，为整个人类社会带来深刻广泛的变革。该技术被评为1998年度世界十大科技进展之一。（1）它包括基因芯片、蛋白芯片及芯片实验室三大领域。 基因芯片(Genechip)又称DNA芯片(DNAChip)。它是在基因探针的基础上研制出的，所谓基因探针只是一段人工合成的碱基序列，在探针上连接一些可检测的物质，根据碱基互补的原理，利用基因探针到基因混合物中识别特定基因。它将大量探针分子固定于支持物上，然后与标记的样品进行杂交，通过检测杂交信号的强度及分布来进行分析。 蛋白质芯片与基因芯片的基本原理相同，但它利用的不是碱基配对而是抗体与抗原结合的特异性即免疫反应来检测。蛋白质芯片构建的简化模型为：选择一种固相载体能够牢固地结合蛋白质分子(抗原或抗体)，这样形成蛋白质的微阵列，即蛋白质芯片。 芯片实验室为高度集成化的集样品制备、基因扩增、核酸标记及检测为一体
附件5 生物芯片类检测试剂注册技术审查指导原则 一、前言 本指导原则主要针对生物芯片类检测试剂的主要原材料、生产工艺及反应体系、产品质量控制等环节提出指导性技术要求。 本指导原则系对生物芯片类检测试剂的一般要求，申请人应依据产品特性确定其中的具体内容是否适用，若不适用，需详细阐述其理由及相应的科学依据。 本指导原则是对申请人和审查人员的指导性文件，但不包括注册审批所涉及的行政事项，亦不作为法规强制执行，如果有能够满足相关法规要求的其他方法，也可以采用，但是需要提供详细的研究资料和验证资料。应在遵循相关法规的前提下使用本指导原则。 本指导原则是在现行法规和标准体系以及当前认知水平下制订的，随着法规和标准的不断完善、科学技术的不断发展，其相关内容也将进行适时的调整。 二、适用范围 根据芯片制作的主要原料和方法，生物芯片可分为核酸芯片、蛋白芯片、细胞芯片、组织芯片等。本指导原则是针对核酸和蛋白为检测靶分子生物芯片的注册技术审查指导原则，其他类型靶分子检测的芯片诊断试剂可参考本指导原则。 三、基本要求 （一）基本原则 1.试剂研制、生产用各种原料、辅料等应制定相应的质量标准，并符合有关法规的要求。
2.试剂生产企业应具备相应的专业技术人员、仪器设备以及适宜的生产环境，获得《医疗器械生产许可证》；同时，应按照《体外诊断试剂生产实施细则（试行）》的要求建立相应的质量管理体系，形成文件和记录，加以实施并保持有效运行；还应通过《体外诊断试剂生产企业质量管理体系考核评定标准（试行）》的考核。 3.生物芯片类试剂在研制时，应当按照科学、规范的原则组织研发，各反应条件的选择和确定应符合基本的科学原理。 4.试剂研制、生产过程中所用的物料及工艺，应充分考虑可能涉及的安全性方面的事宜。 5.生产和质量控制的总体目标：保证试剂使用安全、质量稳定、工艺可控、检测有效。 （二）原材料质量控制 1.核酸检测芯片 核酸芯片检测时，从生物样本中提取的核酸可用荧光标记、金标记和酶标记；检测方法包括光谱学方法和化学显色。下面为荧光标记芯片技术指导原则，采用金标记和酶联显色等的生物芯片诊断试剂可参照核酸芯片和蛋白芯片相关部分。 （1）主要生物原料 核酸检测芯片的主要生物原料包括模板DNA、dNTPs、引物、探针、标记物等。主要生物原料若为企业自己生产，其工艺必须相对稳定，企业应按照工艺要求对这类生物原料进行质量检验，以保证其达到规定的质量标准；若购买，其供应商要求相对固定，不能随意变更供应商，同时，供应商应提供相应的质量保证证明和相应的质检报告，达到生产规定的质量标准。如果主要原料（包括工艺）或其供应商有变更，应依据国家相关法规的要求进行变更申请。
蛋白生物芯片检测系统 资格预审文件 永川区公共资源招投标交易中心受永川区计生集爱医院的委托，根据区财政局下达的采购计划（08A152），对该单位申请采购的蛋白生物芯片检测系统1台（预算10.5万元）实施邀请招标。现对供应商的投标资格进行资格预审，欢迎符合条件的商家报名。资质要求： 1、具有独立承担民事责任的能力； 2、具有良好的商业信誉和健全的财务会计制度； 3、具有履行合同所必需的设备和专业技术能力； 4、有依法缴纳税收和社会保障资金的良好记录； 5、参加政府采购活动前三年内，在经营活动中没有重大违法记录。 二、提供的证明材料（复印件加盖参与投标方单位公章）： 投标人必须是在中华人民共和国境内注册并取得营业执照的独立法人；注册资金≥50万元，并提供有效的《医疗器械经营企业许可证》、《企业法人营业执照》、《税务登记证》、《法人组织机构代码证》复印件； 投标人必须是所投产品的制造商，或者是取得制造商授权的代理商，投标人是制造商的必须具备《医疗器械生产企业许可证》、是授权代理商的必须具备《医疗器械经营企业许可证》，所投医疗器械产品必须具备《医疗器械注册证》（含医疗器械产品注册登记表）； 以上均为必备条件，如有一项未提供视作不具备资格。所提供的材料必须在有效期内，如有年检要求的，须有年检标志。 三、招标项目技术参数
1．设备用途说明：该设备可用于以下生物芯片的检测 *（1）生殖道感染（HPV） （2）孕期感染TORCH (3)唐氏综合症产前筛查(提供测试芯片注册证) (4)心肌梗塞联检 (5)幽门螺杆菌(提供测试芯片的新药证书或注册证) 2．设备配置包括：生物芯片分析仪、计算机、打印机、专 用分析软件、生物芯片诊断系统软件3．技术指标： 1)产品重复性：CV≤2%； 2)产品不稳定性：≤3% 3)产品的线性：在反射因素为0.072-0.741（P<0.05）范 围内，线性相关系数r≥0.955； 4)产品的灵敏度：对反射因素为0.741标准反射卡，测出率 为100%； 5)视场光线不均匀性：≤3%； 2
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
个体化医学检测 微阵列基因芯片技术规范
微阵列基因芯片是基于DNA分子杂交技术原理研制，通过探针结合碱基互补序列的单链核酸，从而确定其相应序列来识别基因或其产物。能够同时快速检测多个基因及其多个位点，在多态性分析、突变分析、基因表达谱测定及杂交测序等多领域具有广泛应用价值。 临床诊断技术使用的微阵列基因芯片，可快速鉴定病原体、检测遗传突变及基因表达，更早更方便的检测肿瘤基因标志，检测药物反应和代谢相关基因多态性来指导临床个体化治疗。 本规范旨在对个体化医学检测中采用微阵列基因芯片检测核酸序列以及基因表达进行一般性技术指导，不包括行政审批要求。 本规范由全国生物芯片标准化技术委员会（SAC/TC 421）提出。 本规范起草单位：全国生物芯片标准化技术委员会、清华大学医学院、生物芯片北京国家工程研究中心、北京博奥医学检验所。 本规范起草人：项光新、李元源、王辉、邓涛、孙义民、张治位、张川、邢婉丽、程京。
1.适用范围 (1) 2.声明/警告 (1) 3.术语和定义 (1) 4.样本处理 (2) 4.1样本类型 (2) 4.2样本采集、运输与保存 (3) 4.3样本质量保证 (3) 4.4样本信息保存 (3) 5.检测各步骤分述 (4) 5.1核酸分离 (4) 5.2核酸定量（如适用） (4) 5.3核酸扩增和标记 (4) 5.4芯片杂交 (5) 5.5信号采集和数据分析 (5) 6.结果报告 (5) 7.质量控制 (5) 8.注意事项 (6) 9.参考文献 (6)
1.适用范围 本规范适用于医疗机构开展微阵列基因芯片个体化医学检测服务。 检测服务需遵循国家卫生主管部门或各专业协会发布的疾病诊疗指南或国家卫生计生委医政医管局个体化医学检测技术专家委员会发布的个体化医学检测指南。 2.声明/警告 本规范所称微阵列基因芯片诊断技术是指从医疗机构获得的临床样本中，提取核酸（DNA或RNA），进行必要的扩增和标记，标记后的靶标与基因芯片进行分子杂交，通过基因芯片扫描仪器获得基因芯片杂交的图像与数据，经计算机程序分析，并给出检测报告的全过程。 3.术语和定义 （1）聚合酶链反应polymerase chain reaction（PCR） 聚合酶链反应或多聚酶链反应是一种对特定的DNA或RNA片段在体外进行快速扩增的方法。 （2）杂交hybridization 具有一定同源序列的两条核酸单链（DNA或RNA）可以通过氢键的方式，按碱基互补配对原则相结合。 （3）突变mutation 是细胞中DNA核苷酸序列发生了稳定的可遗传的改变。 （4）点重复spot replicates 每种探针在芯片上每个阵列中的重复次数。 （5）探针probe
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
学士学位论文(设计) 文献综述 题目 生物芯片技术的研究现状及发展前景Biological Chip Technology The Present Research Situation and Development Prospect 姓名学号 院系专业生命科学院生物工程指导教师职称 中国·武汉 二○一二年三月
目录 摘要................................................................................................................................I 关键词 ..............................................................................................................................I Abstract ............................................................................................................................II Key words ........................................................................................................................II 1 生物芯片技术的概念及类型 (1) 1.1生物芯片技术的概念 (1) 1.2生物芯片技术的分类 (1) 2生物新品技术的发展状况 (2) 2.1生物芯片技术国外状况 (2) 2.2生物芯片技术国内状况 (3) 3生物芯片技术的问题及发展方向 (3) 3.1生物芯片技术存在的问题 (3) 3.2生物芯片技术的发展方向 (4) 4结语 (4) 参考文献 (6) 致谢 (7)
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。
本科课程论文 基因芯片相关图像技术的简单介绍 张大力 201330200125 指导教师邓继忠 学院名称生命科学学院专业名称14生物科学2班论文提交日期2017年6月9日
摘要 生物芯片是一种高效快速地生物学检测手段，以探针和底物的特异性结合为基本原理。其反应结果常常显示为荧光点阵列，往往具有信息量大，信息密度大的特点，人工难以识别和处理，因此多采用自动化手段进行处理，包括图像技术和计算机技术。本文简单介绍现有的几天芯片图像处理过程中所用到的图像技术。 关键词：图像技术、生物芯片、基因芯片。
1 生物芯片简介 生物芯片是20世纪90年代出现的一种将分子生物学/基因工程和芯片结合的一项技术，根据性能可分为功能芯片和信息芯片两大类。 功能芯片是指在芯片上集成一系列反应所需的试剂和条件，在一块芯片生完成固定的，程序化的，复杂的反应，从而大大减少检测人员的劳动强度，并使检测过程快速方便。 信息芯片又可以根据芯片探针和探测目标的不同分为基因芯片、蛋白芯片、细胞芯片、组织芯片等。[1]信息芯片是现在广泛使用的一类芯片，是在芯片基质材料上安装许多，基质可以是玻璃、金属、尼龙或者其他材料。基因芯片又是信息芯片中最常使用的。 生物芯片上探针可与样品液体中的目标的特异性结合，结合的产物可以经过处理，在激光的照射下发出特定波长的荧光，如果没有发生结合的探针或者目标不会发出荧光。 用特定的光照射反应后的芯片，使其上面发生特异性结合的部位发出荧光，再用技术手段取得此时芯片的图像。通过对芯片图像中荧光的位置，颜色、强弱进行分析可以推测基因芯片上探针发生反应的情况。进而得知样品中待测目标的情况，包括样品中某同可以和探针特异性结合的目标是否存在，含量、浓度是多少等，这些信息可以作为进一步判断的依据。 2 生物芯片图像信息的采集 反应后经光源照射发出荧光的芯片包含我们所需要的信息，所谓基因芯片的扫描就是指将含有大量的以微阵列方式排列的生物杂交反应样点的基因芯片以图像的方式读取出来，且在保证样点信息的能够准确描述前提下，扫描图像转变成可供计算机处理的数字图像[2]。基因芯片以外的生物芯片的与基因芯片类似。 常见的生物芯片扫描仪有两种分别是：CCD 系统扫描仪和激光共聚焦扫描仪，中CCD 扫描仪的应用较为广泛。[3]
基因芯片检测服务内容和技术指标 一、服务内容说明： 、项目服务总样本量为：例，在合同订立后个月内完成检测，并完成例数据的生物信息学分析。 2、使用公司的? ，该芯片产品说明、技术指标等内容见下。 3、实验过程（包括样品收集、处理和运输；实验实施；数据处理及后续生物信息学 分析）中的具体内容： 提供项目总体实施方案，包括实验设计，实验样品准备，实验操作流程，数据处理，数据分析等部分。 （）实验设计中包括，对实验总体方案的设计，和对血液离体后快速分离核酸的方法，实验批次间的数据归一化问题，指控样本的选择及数量等问题的说明； （）实验实施中包括，对样本采集的要求，细胞数量质量的规定，核酸质量的规定，样本保存运输的条件及要求； （）实验操作中包括，提供样本前处理，样本核酸抽提，核酸质量控制及后续实验的整体详细的规范操作流程； （）数据处理中包括，数据标准化，如何处理质量较差的样本，如何特殊处理临界样本，如何进行批次间指控等特殊情况的处理说明； （）数据分析中包括，常规的选择差异基因，并根据顾客需求，设计定制服务。 要求提供分析总体方案和相应问题的解决策略。 二、技术指标： 1、必须提供公司在中国区的服务授权书，即：公司的认证证书； 2、必须是公司优秀服务商，并提供颁发的优秀服务商证书； 3、公司必须有完善的质量管理体系，包括 （1）有独立的部门， （2）有完善的，提供相应的文件， （3）有认证，提供质量管理体系的认证书， （4）有级实验室，提供相应的（病原微生物实验室备案凭证）， 4、生物信息学分析方面，要有很强的分析能力或者成熟软件。 5、服务水平及反馈信息： （）实验需达到天处理个样本以上的能力，并提供完整的数据质量控制和质量分析报告，完成数据的初步分析。 （）返回给客户的数据包括： （）从样本中抽提的质量报告（），得率及质量报告，片度化后的得率及质量报告（所有应提供电泳或质检图）； （）所有芯片扫描的原始文件，包括、、、、格式原始文件及原始扫描图片文件； （）返回总体质量评估报告和初步数据分析； （）定制化的分析流程，分析策略，源代码（若需要使用开源软件编写程序）及最终结果。
Bioconductor基因芯片数据分析系列（一）：R包中数据的读取 R软件的Bioconductor包是分析芯片数据的神器，今天小编打算推出芯片数据的系列教程。首先讲数据读取，以CLL数据包中的数据为例。 打开R studio。 #安装所需的R包以及CLL包，注意大小写，一般函数都是小写的 source("https://www.doczj.com/doc/aa4291178.html,/biocLite.R"); biocLite(“CLL”) 图1.显示已经安装好Bioconductor了，版本为3.4 #打开CLL包 library(CLL)
图2.显示打开CLL成功
图3.右侧栏内可见看到目前载入的程序包 data(CLLbatch) #调用RMA算法对数据预处理 CLLrma<-rma(CLLbatch) #读取处理后所有样品的基因表达值 e<- exprs(CLLrma) #查看数据 e 我们可以看到，CLL数据集中共有24个样品（CLL10.CEL, CLL11.CEL, CLL12.CEL, 等），此数据集的病人分为两组：稳定组和进展组，采用的设计为两组之间的对照试验（Control Test）。从上面的结果可知，Bioconductor具有强大的数据预处理能力和调用能力，仅仅用了6行代码就完成了数据的读取及预处理。
Bioconductor基因芯片数据分析系列（二）：GEO下载数据CEL的读取首先得下载一个数据，读取GEO的CEL文件采用如下命令： 登陆pubmed，找到一个你感兴趣的数据库
在底下栏目下载CEL文件 打开R软件 #安装所需的R包以及CLL包，注意大小写，一般函数都是小写的 source("https://www.doczj.com/doc/aa4291178.html,/biocLite.R"); biocLite(“CLL”) >library(affy) >affybatch<- ReadAffy(celfile.path = "GSE36376_RAW") 请注意目录的路径，在window下，反斜杠‘\’要用转义字符“\\”表示。 然后可以使用RMA或者MAS5等方法对数据进行background.correction, normaliztion, pm.correct等等一系列处理。如果你一切用默认参数，则可以使用如下命令： >eset<- rma(affybatch)，or eset<- mas5(affybatch) >exp<- exprs(eset) exp就是数字化的表达谱矩阵了 请注意，rma只使用匹配探针（PM）信号，exp数据已经进行log2处理。mas5综合考虑PM和错配探针（MM）信号，exp数据没有取对数。 下一期就得等到2017年春节期间啦，敬请期待~ 另外一种是直接利用GEO上面的GEO2R按钮里面的R script下载文件： # Version info: R 3.2.3, Biobase 2.30.0, GEOquery 2.40.0, limma 3.26.8 # R scripts generated Mon Dec 26 06:54:42 EST 2016 Server: https://www.doczj.com/doc/aa4291178.html, Query: acc=GSE36376&platform=GPL10558&type=txt&groups=&color s=&selection=XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX&padj=fdr&logtransform=auto&col umns=ID&columns=adj.P.Val&columns=P.Value&columns=F&c
附件6： 体外诊断试剂生产及质量控制技术指导原则——生物芯片类试剂生产及质量控制技术指导原则 （征求意见稿） 前言 本指导原则所定义的生物芯片诊断试剂是指将多个生物探针（包括DNA片段，寡核苷酸、抗原、抗体，组织，细胞等）按预先设计的排列方式固定在特制的基质（包括玻璃片，尼龙膜，硝酸纤维素膜等）上，用特定的方法提取生物靶分子并进行标记，然后与固定在基质上的生物探针特异性的结合，再用相应的检测设备（如激光扫描仪、CCD检测仪等）和分析方法（包括软件）进行检测、记录、分析，实现对生物靶分子的定性或定量检测的试剂。 根据芯片制作的主要原料和方法，生物芯片可分为核酸芯片、蛋白芯片、细胞芯片、组织芯片、芯片实验室等。本指导原则是针对核酸和蛋白为检测靶分子生物芯片的生产及质量控制技术指导原则，其它类型靶分子检测的芯片诊断试剂可参考本指导原则。 由于生物芯片技术还在不断发展，国家食品药品监督管理部门可依据科学技术发展的需要，适时组织对本指导原则进行修订。 一、基本原则 （一）生物芯片诊断试剂生产用的物料包括：原料，辅料和包装材料。各种物料应当制定相应的质量指标，并应符合有关法规的要求。 （二）生物芯片诊断试剂的生产企业应具备相应的专业技术人员，相适应的仪器设备和生产环境，获得《医疗器械生产许可证》；应当按照《体外诊断试剂生产实施细则（试行）》的要求建立相应的质量管理体系，形成文件和记录，加以实施并保持有效运行；应当通过《体外诊断试剂生产企业质量管理体系考核评定标准（试行）》的考核。
（三）生物芯片诊断试剂的研制应当按照科学、规范的原则组织研发，各反应条件的选择和确定应符合基本的科学原理。 （四）生物芯片诊断试剂生产过程中所用的物料及工艺，应充分考虑可能涉及的安全性方面的事宜。 二、物料质量控制 （一）核酸检测芯片 核酸芯片检测时，从生物样本中提取的核酸可用荧光标记、金标记和酶标记。检测方法包括光谱学方法和化学显色。下面为荧光标记芯片技术指导原则，采用金标记和酶联显色等的生物芯片诊断试剂可参照核酸芯片和蛋白芯片相关部分。 1、主要生物原料 核酸检测芯片的主要生物原料包括模板DNA、dNTPs、引物、探针、标记物等。应按照工艺要求对这类生物原料进行质量检验，以保证其达到规定的质量标准。主要生物原料的供应商要求相对固定，不得随意变更供应商。 （1）模板DNA 重组DNA：经测序验证，关键位置没有错误。1×TE溶解，浓度为1μg/μl以上，-20℃保存。 （2）dNTPs（dATP/dUTP/dGTP/dCTP/dTTP） HPLC纯，PCR级，无DNase、RNase污染。-20℃以下保存。外购者，由生产厂家提供质量保证证明，达到生产要求。 （3）引物 序列确证；进行PCR扩增后，克隆测序鉴定验证，建立引物标准品。生产中的引物原材料为冻干粉，PAGE纯或HPLC纯，外购者，供应商应提供该产品的质检证明，如PAGE电泳结果或HPLC分析图谱；自己合成的引物，需有PAGE
国内外知名生物芯片技术公司及其研发重点
Affymetrix昂飞公司
Affymetrix昂飞公司 ?美国的Affymetrix公司是世界上最有影响的基因芯片开发制造商。目前Affymetrix公司已开发全套的生物芯片技术相关产品，包括研究应用系列芯片及相关试剂和试剂盒、工具数据库及芯片分析软件工具、芯片制备系列平台仪器及其零配件、扫描检测仪器、杂交反应设备、生物芯片相关技术手册及指南等。Affymetrix公司是目前全球基因芯片行业的领头羊，以其拥有专利的寡聚核苷酸原位光刻合成技术，年产各类寡聚核苷酸基因芯片达到几十万张，占据了表达谱基因芯片科研市场的一半以上，经过了将近十年的研究和开发，已经在国际上赢得了很高的盛誉，同时也成为为数极少的已经盈利的生物芯片公司。 ?Affymetrix公司的基因芯片为寡核苷酸芯片（Oligo芯片），这种类型的芯片具有极高的特异性和灵敏度，重复性好，假阳性率非常低，是目前世界上最先进的基因芯片。
PerkinElmer珀金埃尔默仪器公 司
?珀金埃尔默是全球生化领域第三大供应商，在药物高通量筛选、全自动液体处理和样品制备以及遗传疾病筛查方面是世界第一大供应商。自 1999年以来，珀金埃尔默在生命科学业务上投资了10多亿美元，迅速成为蛋白组学、基因组学、药品开发和遗传疾病筛查领域的技术领先者。 ?珀金埃尔默提供完整的生物芯片解决方案，涵盖从芯片样品制备、点样、标记、杂交、扫描、数据分析到可视化数据库完整的研究流程。
?为了适应蛋白芯片日益深入的研究，珀金埃尔默提供了整套仪器和耗材，其中，非接触式芯片点样仪Piezorray是目前最先进的芯片点样系统，精度可达pL级，特别适合于制备样品粘度较高、需要精确定量的蛋白芯片。 ?国内很多代表性的芯片生产厂家和研究单位都采用了珀金埃尔默芯片产品线的产品和软件。上海的联合基因科技集团曾于2000年一次性购买了50台PerkinElmer芯片扫描仪。中科院北京基因组研究所（北京华大基因研究中心）采用的芯片点样仪和扫描仪均为PerkinElmer，他们制备的水稻全基因组芯片，在两张玻片上所点的基因达到60000 多条，单张芯片上的基因超过30000条，无论是点样密度还是点样效果都非常好。
基因芯片检测试剂盒 研发背景 致病微生物是影响人类健康、食品安全的主要因素之一。对于致病微生物的检测除了传统的免疫学检测之外，分子生物学检测以其灵敏度高、检测时间短等特点得到越来越广泛的应用。基因芯片检测试剂盒是利用高通量生物芯片检测技术制备而成的快速集成检测产品，该类产品灵敏快速、信息量大、操作便捷，可对样品中多种致病菌同时进行检测分析。目前，天津生物芯片已自行研发出8种基因芯片检测试剂盒产品（检测菌种总计可达69种菌，44种血清型）。这些产品已在出入境检验检疫局、中国CDC及各省市CDC应用，效果良好。 核心技术 掌握利用细菌表面多糖抗原合成基因簇中的特异基因筛选特异分子标识的关键技术，已获得了 建立了当前国际上容量最大的致病微生物特异分子标识库——包括520余种不同细菌的特异分 ●种属水平——拥有121个细菌种属水平的特异分子标识。 ●血清型水平——拥有针对405种血清型的特异分子标识。 在FEMS Microbiology Reviews、Journal of Bacteriology等国际微生物权威期刊上发表65篇关于 具有丰富的菌株资源——菌种库中共有标准菌株3500余株、临床分离株8000余株，其中包括 产品特性 芯片所用探针均经过生物信息学分析，确保了每条探针都有着较高的种内保守性和种间特异性， 芯片所用探针均经过大量菌株实验验证，监测范围内和范围外均经过了标准株和临床株的双重 实用性强。针对高致病性或者食品、水产品、饮用水中较常出现并且对人类有着较高威胁的致 灵敏度高。可实现对检测菌1ng DNA的检测。 1
2.4性能指标 高特异性和高保守性：实现对每一种检测菌的准确检测，确保试剂盒具有较高的保守性和特异 高灵敏性：当样品中检测菌的DNA量达到1ng时，可实现对检测菌的准确检测。 高重复性：针对每一种检测菌多次重复可实现100%的重复检测。 稳定性：有效期长达6个月。 2.5订货信息
第二章生物芯片的基本原理 § 2.1 生物芯片的基本概念 一般而言，我们所指的芯片是以硅晶体为材料制造的用来存储信息、进行科学计算等用途的半导体器件，如各种计算机芯片。硅芯片是通过电路高低电平来表示逻辑1或逻辑0，不同的0，1组合可以代表自然界的一切信息，从而方便存储。生物电子芯片与硅芯片有很大的相似之处。20世纪70年代，人们发现脱氧核糖核酸（DNA, Deoxyribonucleic acid）处于不同的状态可以代表信息的存在或没有信息。这一发现引起科学家们的极大兴趣，科学家们立即投身到生物电子元件这一研究领域[1]。 80年代初，国际上提出了“生物芯片”这一概念，形象地把微电子集成电路技术与生物活性分子功能结合，提出构建具有生物活性的能够获取存储信息并进行处理和传输的微生物构件（微功能单元），以达到仿生信息处理的目的。在此基础上诞生了“分子电子学”。 90年代以来，在美国硅谷又兴起了研究和开发“生物芯片”的热潮[1][2]。这一“生物芯片”的概念是指运用大规模集成电路的光刻技术以及生物分子的自组装技术，在一微小芯片上组装成千上万个不同生物分子（DNA，蛋白质，多肽，细胞等）微阵列，实现生物分子信息的快速、并行、大规模检测[1][3]。 芯片分析的实质是在面积不大的基片表面上有序地点阵排列了一系列固定于一定位置的可寻址的识别分子。结合或反应在相同条件下进行。反应结果用同位素、化学荧光法、化学发光法或酶标法显示，然后用精密的扫描仪或CCD摄像技术记录。通过计算机软件分析，综合成可读的IC总信息[3][4][5]。 芯片分析实际上也是传感器分析的组合。芯片点阵中的每一个单元微点都是一个传感器的探头[6]。所以传感器技术的精髓往往都被应用于芯片的发展。阵列检测可以大大提高检测效率，减少工作量，增加可比性。所以芯片技术也是传感器技术的发展。
基因芯片技术基本过程 1 DNA方阵的构建 选择硅片、玻璃片、瓷片或聚丙烯膜、尼龙膜等支持物，并作相应处理，然后采用光导化学合成和照相平板印刷技术可在硅片等表面合成寡核苷酸探针;（2）或者通过液相化学合成寡核苷酸链探针，或PCR技术扩增基因序列，再纯化、定量分析，由阵列复制器（arraying and replicating device ARD），或阵列机（arrayer）及电脑控制的机器人，准确、快速地将不同探针样品定量点样于带正电荷的尼龙膜或硅片等相应位置上，再由紫外线交联固定后即得到DNA微阵列或芯片。 2 样品DNA或mRNA的准备。 从血液或活组织中获取的DNA/mRNA样品在标记成为探针以前必须进行扩增提高阅 读灵敏度。Mosaic Technologies公司发展了一种固相PCR系统，好于传统PCR技术，他们在靶DNA上设计一对双向引物，将其排列在丙烯酰胺薄膜上，这种方法无交叉污染且省去液相处理的繁锁；Lynx Therapeutics公司提出另一个革新的方法，即大规模平行固相克隆（massively parallel solid-phase cloning）这个方法可以对一个样品中数以万计的DNA片段同时进行克隆，且不必分离和单独处理每个克隆，使样品扩增更为有效快速。 在PCR扩增过程中，必须同时进行样品标记，标记方法有荧光标记法、生物素标记法、同位素标记法等。 3 分子杂交 样品DNA与探针DNA互补杂交要根据探针的类型和长度以及芯片的应用来选择、优化杂交条件。如用于基因表达监测，杂交的严格性较低、低温、时间长、盐浓度高；若用于突变检测，则杂交条件相反。芯片分子杂交的特点是探针固化，样品荧光标记，一次可以对大量生物样品进行检测分析，杂交过程只要30min。美国Nangon公司采用控制电场的方式，使分子杂交速度缩到1min，甚至几秒钟（6）。德国癌症研究院的Jorg Hoheisel等认为以肽核酸（PNA）为探针效果更好。