生物芯片检测技术
检测目的
采用荧光、生物素或其它方法标记固定在生物芯片基片上的生物分子（如DNA、RNA、蛋白分子、抗原、抗体等）目标，并通过构建一些特殊的检测装置将标记信号转化成可供分析处理的图象数据，以便获得及分析在生物芯片上的生物分子的生物物理化学等各种信息，诊断生物分子的真实状态。
将不可见的生物分子微弱变化通过生物、化学、光学、电子等多学科交叉技术的综合处理，转换成可见的数字图象信号，实现信号的放大、增强和可视化，以便进行研究、疾病诊断分析或其它应用。
样品制备
芯片设计
芯片制备
杂交反应信号检测数据提取与分析生物信息学分析
荧光标记检测表面等离子体共振化学发光检测电化学检测磷屏成像系统
生物芯片的检测方法
两大类型：物理检测方法、化学检测方法
1. 荧光扫描显微检测方法
2.激光共焦扫描检测方法
https://www.doczj.com/doc/e45961651.html,D(Charge Coupled Device)成像扫描
检测方法
4.化学发光检测方法
5.电化学发光检测方法
6.表面等离子体共振吸收检测方法
8.磁光检测方法
9.纳米技术
生物芯片信号检测技术
●荧光检测
化学发光检测
表面等离子体共振检测纳米检测磁光检测
光学信号
电学信号
质量信号
●电化学检测
光电化学检测
●石英晶体微天平检测
电信号检测优势
仪器结构简单、成本低容易微型化，便于携带
响应快速、灵敏功耗低、便于现场使用芯片与仪器连接方便
电化学和光电化学检测技术激光共聚焦、CCD扫描技术液态芯片检测技术
生物芯片的电化学、光电化学检
测技术
Xanthon 公司的药物筛选系统Scribner 公司的MMA 多通道分析仪
一、电化学检测系统
?电位型?电导型?电流型
R
o
-e +e
Motorola 公司的eSensor 芯片
问题：灵敏度（信噪比）不够高原因：电极－溶液界面电容充放
电导致背景电流过大
化学放大电
化学检测光电化学检测S
N
电化学检测的原理
电极上电子能量---外加电压决
定
分子中电子能量---分子结构决
定
化学放大电化学检测原理
电信号产生：标记物（还原态）---→标记物（氧化态）+ e 标记物再生：标记物（氧化态）+ 放大物（还愿态）---→
标记物（还原态）+ 放大物氧化产物
背景电流：
放大物（还原态）---→氧化产物
e
电极
溶液相
标记物（氧化态）标记物(还原态）
放大物(还原态）放大物(氧化态）
特点:标记物分子多次参加电极反应，信号成倍放大；输入输出均
为电信号
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
生物技术地发展和应用 自2001年初，生物技术产业便显现出一片诱人地前景。人类基因组草图地即将完成，带动各生物技术地不断飚升。人们普遍认为这将导致医学与药物研究地繁荣，并会带来滚滚地财富。随着基因组测序地完成，许多科学家和投资者开始把目光投向生物技术向个学科地渗透，如今生物技术已经在芯片、医学等领域都取得丰硕地成果。下面对生物芯片、基因治疗及微生物地研究地基本问题作简单地介绍。 （一）生物芯片 20世纪90年代初开始实施地人类基因组计划取得了人们当初意料不到地巨大进展，而由此也诞生了一项类似于计算机芯片技术地新兴生物高技术———生物芯片。 生物芯片主要是指通过微加工和微电子技术在固体芯片表面构建微型生物化学分析系统，以实现对生命机体地组织、细胞、蛋白质、核酸、糖类以及其他生物组分进行准确、快速、大信息量地检测。目前常见地生物芯片分为三大类：即基因芯片、蛋白芯片、芯片实验室或称微流控芯片等。生物芯片主要特点是高通量、微型化和自动化。生物芯片上高度集成地成千上万密集排列地分子微阵列，能够在很短时间内分析大量地生物分子，使人们能够快速准确地获取样品中地生物信息，检测效率是传统检测手段地成百上千倍。使用基因芯片分析人类基因组，可找出癌症、
糖尿病由遗传基因缺陷引起疾病地致病地遗传基因。生物医学研究人员可以在数秒钟内鉴定出导致癌症地突变基因。借助一小滴测试液，医生们能很快检测病菌对人体地感染。利用基因芯片分析遗传基因，可以使糖尿病地确诊率达到50％以上。生物芯片在疾病检测诊断方面具有独特地优势，它可以在一张芯片上同时对多个病人进行多种疾病地检测。仅用极小量地样品，在极短时间内，向医务人员提供大量地疾病诊断信息，这些信息有助于医生在短时间内找到正确地治疗措施。对肿瘤、糖尿病、传染性疾病、遗传病等常见病和多发病地临床检验及健康人群检查，具有十分重要地应用价值。 （二）基因治疗 众里盼她千百度，如今，基因治疗已近走出实验室，进入实践阶段，如：癌症地基因治疗，肿瘤地基因治疗属于一种生物治疗手段，是一大类治疗策略地总称。根据治疗机理不同，目前至少可以分为以下几方面： （1）免疫基因治疗：指地是通过基因修饰地瘤苗或抗原呈递细胞体内回输，或者免疫基因地直接体内导入，激发或增强人体地抗肿瘤免疫功能，达到治疗肿瘤地目地，它也是一大类治疗地总称。治疗基因包括肿瘤相关抗原基因、细胞因子基因或者MHC基因等。
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
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
生物芯片技术研究进展 张智梁 摘要：随着DNA测序技术的发展和几种同时监测大量基因表达的新技术出现，人类基因组DNA序列分析可能很快完成，并由此产生了生物信息学，而DNA芯片技术应运而生。生物芯片主要是指通过微电子、微加工技术在芯片表面构建的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、DNA、蛋白质、组织、糖类及其他生物组分进行快速、敏感、高效的处理和分析，是近些年来发展迅速的一项高新技术。生物芯片主要包括基因芯片、蛋白质芯片、组织芯片等。 关键词：生物芯片；研究进展；应用 生物芯片是指通过微电子、微加工技术在芯片表面构建的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、DNA、蛋白质、组织、糖类及其他生物组分进行快速、敏感、高效的处理和分析，其实质就是在面积不大的基片(玻片、硅片、聚丙烯酰胺凝胶、尼龙膜等载体)表面上有序地点阵排列一系列已知的识别分子，在一定条件下，使之与被测物质(样品)结合或反应，再以一定的方法(同位素法、化学荧光法、化学发光法、酶标法等)进行显示和分析，最后得出被测物质的化学分子结构等信息。因常用玻片／硅片等材料作为固相支持物，且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。这项技术是由美国旧金山以南的的一个新兴生物公司首先发展起来的。S.P.AForder及其同事于90年代初发明了一种利用光刻技术在固相支持物上光导合成多肽的方法，并在此基础上于l993年设计了一种寡核苷酸生物芯片，直至l996年制造出世界上第一块商业化的DNA芯片。在此期间国际上掀起了一片DNA芯片设计的热潮，出现了多种类型的DNA芯片技术。DNA芯片在产生的短短几年时间内技术不断，现已经显现出在基因诊断、基因表达分析和新基因的发现、蛋白组学方面的应用、基因组文库作图等生物医学领域中的应用价值。 l、生物芯片的分类 目前常见的生物芯片分为3类：第1类为微阵列芯片，包括基因芯片、蛋白芯片、细胞芯片和组织芯片；第2类为微流控芯片(属于主动式芯片)，包括各类样品制备芯片、聚合酶链反应(PCR)芯片、毛细管电泳芯片和色谱芯片等；第3类为以生物芯片为基础的集成化分析系统(也叫“芯片实验室”，是生物芯片技术的最高境界)。“芯片实验室”可以完成如样品制备、试剂输送、生化反应、结果检测、信息处理和传递等一系列复杂工作。这些微型集成化分析系统携带方便，可用于紧急场合、野外操作甚至放在航天器上。 2、生物芯片的应用 2．1基因测序基因芯片利用固定探针与样品进行分子杂交产生的杂交图谱而排列出待测样品的序列，这种测定方法快速，具有十分诱人的前景。芯片技术能辨别单核苷酸多态性(SNPs)，当基因组序列中的单个核苷酸发生突变，就会引起基因组DNA序列变异。Hacia等用含有48000个寡核苷酸的高密度微阵列分析了黑猩猩和人BRCAl基因序列差异，结果发现在外显子11约3．4kb长度范围内的核酸序列同源性为83．5％～98．2％，提示了二者在进化上的高度相似性。Check 等通过运用DNA微集阵列分析研究与早期心血管疾病相关的候选基冈一丁SP基冈家族，结果发现TSP-1和TSP-4基因错义变异与早期冠状动脉疾病相关，它们在m液凝固和动脉修复中起重要作用，而丁SP一2基冈非编码区的突变却在心脏病的发生过程有一定的保护作用。在卵巢癌发展过程中，基因TP53起到临界
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)
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
生物芯片技术及其应用研究 宋杭杰11152228 [ 摘要]近年来，生物芯片已成为科学界的研究热点之一。本文综述了生物芯 片的概念、主要分类和制作，介绍了生物芯片的应用，分析了生物芯片技术中存在的问题并对其发展前景作了展望。 [关键词]生物芯片应用检测问题发展前景 [正文] 1 生物芯片概述 生物芯片(biochip) 是将大量的生物大分子，如核苷酸片段、多肽分子、组织切片和细胞等生物样品制成探针，以预先设计的方式有序地、高密度地排列在玻 璃片或纤维膜等载体上，构成二维分子阵列，然后与已标记的待测生物样品靶分子杂交，通过检测杂交信号实现对样品的检测，因此该技术一次能检测大量的目 标分子，从而实现了快速、高效、大规模、高通量、高度并行性的技术要求;并且芯片技术的研究成果具有高度的特异性、敏感性和可重复性。因常用玻片/硅 片等材 料作为固相支持物，且在制备过程中模拟计算机芯片的制备技术，所以称之为生物芯片技术。 2 生物芯片的分类 生物芯片技术是一种高通量检测技术，其主要类型包括基因芯片( gene －chip) 、蛋白质芯片( protein－chip) 、组织芯片( tissue －chip) 和芯片实验室( lab－on －chip) 等。 2. 1 基因芯片 基因芯片又称为DNA 芯片(DNA －chip) ，是基于核酸探针互补杂交技术原 理研制的。它是将大量的寡核苷酸片段按预先设计的排列方式固化在载体表面如硅片或玻片上，并以此为探针，在一定的条件下与样品中待测的靶基因片段杂交，
通过检测杂交信号的强度及分布来实现对靶基因信息的快速检测和分析。 2. 2 蛋白质芯片 蛋白质芯片与基因芯片的原理类似，它是将大量预先设计的蛋白质分子( 如抗原或抗体等) 或检测探针固定在芯片上组成密集的阵列，利用抗原与抗体、受体与配体、蛋白与其它分子的相互作用进行检测。 2. 3 组织芯片 组织芯片技术则是一种不同于基因芯片和蛋白芯片的新型生物芯片。它是将许多不同个体小组织整齐地排布于一张载玻片上而制成的微缩组织切片，从而进行同一指标( 基因、蛋白) 的原位组织学的研究。 2. 4 芯片实验室 所谓实验室就是一种功能的集成。在普通实验室，检侧、分析等是分成不同步骤进行的，芯片实验室就是把所有的步骤聚在一起，也是有形的，只是把这些功能微缩到一个小的平台上。生物检测三大步骤:样品的处理、生物反应、反应的检测，在以前，是由不同的机器做，最后才得出结果。芯片实验室则是把这三大步骤浓缩到一个平台上做，对用户来说无需知道中间步骤，是一个微型的自动化过程。 3 生物芯片的制作 生物芯片制作的方法有很多，大体分为两类:原位合成和合成点样。原位合成主要指光引导合成技术，可用于寡核苷酸和寡肽的合成，所使用的片基多为无机片基，现在也有用聚丙烯膜的。该方法合成的寡核苷酸的长度一般少于30nt，缩合率可达95 % ，特异性不是太好。原位合成的另外一种方法是压电打印法或称作喷印合成。该方法合成寡核苷酸的长度一般在40－50nt，缩合率达99 % ，特异性较好。合成点样最常用的方法是机械打点法。点样的可以是寡核苷酸和寡肽，也可以是DNA 片段或蛋白质。所使用的片基多为尼龙膜等有机合成物片基。该方法的特点是操作迅速、成本低、用途广，但定量准确性和重现性不好，加样
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。
注：蓝字是建议使用的素材，别的你们也可以看一下选用哦世界发展史 进入21世纪，随着生物技术的迅速发展，电子技术和生物技术相结合诞生了半导体芯片的兄弟——生物芯片，这将给我们的生活带来一场深刻的革命。这场革命对于全世界的可持续发展都会起到不可估量的贡献。 生物芯片技术的发展最初得益于埃德温·迈勒·萨瑟恩（Edwin Mellor Southern）提出的核酸杂交理论，即标记的核酸分子能够与被固化的与之互补配对的核酸分子杂交。从这一角度而言，Southern杂交可以被看作是生物芯片的雏形。弗雷德里克·桑格（Fred Sanger）和吉尔伯特（Walter Gilbert）发明了现在广泛使用的DNA测序方法，并由此在1980年获得了诺贝尔奖。另一个诺贝尔奖获得者卡里·穆利斯（Kary Mullis）在1983年首先发明了PCR，以及后来再此基础上的一系列研究使得微量的DNA可以放大，并能用实验方法进行检测。 生物芯片这一名词最早是在二十世纪八十年代初提出的，当时主要指分子电子器件。它是生命科学领域中迅速发展起来的一项高新技术，主要是指通过微加工技术和微电子技术在固格体芯片表面构建的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、蛋白质、DNA以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。美国海军实验室研究员卡特（Carter）等试图把有机功能分子或生物活性分子进行组装，想构建微功能单元，实现信息的获取、贮存、处理和传输等功能。用以研制仿生信息处理系统和生物计算机，从而产生了"分子电子学"，同时取得了一些重要进展：如分子开关、分子贮存器、分子导线和分子神经元等分子器件，更引起科学界关注的是建立了基于DNA或蛋白质等分子计算的实验室模型。 进入二十世纪九十年代，人类基因组计划(Human Genome Project，HGP)和分子生物学相关学科的发展也为基因芯片技术的出现和发展提供了有利条件。与此同时，另一类"生物芯片"引起了人们的关注，通过机器人自动打印或光引导化学合成技术在硅片、玻璃、凝胶或尼龙膜上制造的生物分子微阵列，实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞或其它生物组分准确、快速、大信息量的筛选或检测。 ●1991年Affymatrix公司福德（Fodor）组织半导体专家和分子生物学专家共同研制出利用光蚀刻光导合成多肽； ●1992年运用半导体照相平板技术，对原位合成制备的DNA芯片作了首次报道，这是世界上第一块基因芯片； ●1993年设计了一种寡核苷酸生物芯片； ●1994年又提出用光导合成的寡核苷酸芯片进行DNA序列快速分析； ●1996年灵活运用了照相平板印刷、计算机、半导体、激光共聚焦扫描、寡核苷酸合成及荧光标记探针杂交等多学科技术创造了世界上第一块商业化的生物芯片； ●1995年，斯坦福大学布朗（P．Brown）实验室发明了第一块以玻璃为载体的基因微矩阵芯片。 ●2001年，全世界生物芯片市场已达170亿美元，用生物芯片进行药理遗传学和药理基因组学研究所涉及的世界药物市场每年约1800亿美元； ●2000-2004年的五年内，在应用生物芯片的市场销售达到200亿美元左右。2005年，仅美国用于基因组研究的芯片销售额即达50亿美元，2010年有可能上升为400亿美元，这还不包括用于疾病预防及诊治及其它领域中的基因芯片，部分预计比基因组研究用量还要大上百倍。因此，基因芯片及相关产品产业将取代微电子芯片产业，成为21世纪最大的产业。 ●2004年3月，英国著名咨询公司弗若斯特·沙利文(Frost ＆Sulivan)公司出版了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
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
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。
第11章试题： 一、选择题 1.下面哪种生物芯片不属于微阵列芯片( ) A. 基因芯片 B. 蛋白芯片 C. PCR反应芯片 D. 芯片实验室 2.生物芯片的主要特点是( ) A. 高通量 B. 微型化 C. 集成化 D. 并行化 3. 下面哪些方法属于基因芯片原位合成技术（） A. 原位光刻合成 B. 合成点样 C. 压电打印 D. 分子印章 二、名词解释 1. 基因芯片 2. 蛋白芯片 3. 微缩芯片实验室
三、简答题 1. 试述生物芯片的种类及主要功能。 2. 试述基因芯片的工作原理及制备。 3. 简述蛋白芯片的原理及应用。 4.举例说明基因芯片在临床诊断中的应用。 第11章答案： 一、选择题 1. C 2. A、B、C、D 3. A、C、D 二、名词解释 1. 基因芯片 将大量的基因片段有序地、高密度地排列在玻璃片或纤维膜等载体上，称之为基因芯片(gene chip)，又称DNA芯片(DNA chip)或DNA微阵列(DNA micro-array)。基因芯片技术是建立在基因探针和杂交测序技术上的一种高效、快速的核酸序列分析手段。它是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基因的分析。在一块1cm2大小的基因芯片上，根据需要可固定数以千计甚至万计的基因，以此形成一个密集的基因方阵，实现对千万个基因的同步检测。 2. 蛋白芯片 蛋白质芯片（protein chip），又称蛋白质微阵列(protein microarray)，是用于蛋
白质功能研究及相互作用分析的生物芯片，采用原位合成、机械点样或共价结合的等方法将多肽、蛋白、酶、抗原、抗体固定于硅片、玻璃片、塑料片、凝胶、尼龙膜等固相介质上形成的生物分子点阵。在待分析样品中的生物分子与蛋白质芯片的探针分子发生杂交或相互作用或其他分离方式分离后，利用激光共聚焦显微扫描仪对杂交信号进行高通量检测和分析。蛋白质芯片是将整个蛋白质水平的相关生化分析过程集成于芯片表面，从而实现对多肽、蛋白质及其他生物成份进行高通量检测。
生物芯片技术 20世纪90年代初开始实施的人类基因组计划（Hu?mangenomeproject，HGP）取得了人们当初意料不到的巨大进展。目前已经测定了十多种微生物以及高等动植物的全基因组序列，海量的基因序列数据正在以前所未有的速度膨胀。一个现实的科学问题摆到了人们面前：如何研究如此众多基因在生命过程中所担负的功能？如何有效利用如此海量的基因信息揭示人类生老病死的一般规律，并为人类最终战胜各种病魔提供有效武器？于是，一项类似于计算机芯片技术的新兴生物高技术———，随着人类基因组研究的进展应运而生了。生物芯片的种类生物芯片是近10年在生命科学领域中迅速发展起来的一项高新技术。它主要是指通过微加工和微电子技术在固体芯片表面构建微型生物化学分析系统，以实现对生命机体的组织、细胞、蛋白质、核酸、糖类以及其他生物组分进行准确、快速、大信息量的检测。目前常见的生物芯片分为三大类：即基因芯片（Genechip，DNAchip，DNAmi?croarray）、蛋白芯片（Proteinchip）、芯片实验室（Lab－o n－a－chip）等。生物芯片主要特点是高通量、微型化和自动化。生物芯片上高度集成的成千上万密集排列的分子微阵列，能够在很短时间内分析大量的生物分子，使人们能够快速准确地获取样品中的生物信息，检测效率是传统检测手段的成百上千倍。生物芯片将是继大规模集成电路之后的又一次具有深远意义的科学技术革命。基因芯片是生物芯片技术中发展最成熟和最先实现商品化的产品。基因芯片是基于核酸探针互补杂交技术原理而研制的。所谓核酸探针只是一段人工合成的碱基序列，在探针上连接上一些可检测的物质，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。基因芯片，又称DNA芯片，DNA微阵列（DNAmicroar?ray），和我们日常所说的计算机芯片非常相似，只不过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，通过已知碱基顺序的DNA片段，来结合碱基互补序列的单链DNA，从而确定相应的序列，通过这种方式来识别异常基因或其产物等。目前，比较成熟的产品有检测基因突变的基因芯片和检测细胞基因表达水平的基因表达谱芯片。基因芯片技术主要包括四个基本技术环节：芯片微阵列制备、样品制备、生物分子反应和信号的检测及分析。目前制备芯片主要采用表面化学的方法或组合化学的方法来处理固相基质如玻璃片或硅片，然后使DNA片段或蛋白质分子按特定顺序排列在片基上。目前已有将近40万种不同的DNA分子放在1平方厘米的高密度基因芯片，并且正在制备包含上百万个DNA探针的人类基因芯片。生物样品的制备和处理是基因芯片技术的第二个重要环节。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进行反应。要将样品进行特定的生物处理，获取其中的蛋白质或DNA、RNA等信息分子并加以标记，以提高检测的灵敏度。第三步是生物分子与芯片进行反应。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况中，减少生物分子之间的错配比率，从而获取最能反映生物本质的信号。基因芯片技术的最后一步就是芯片信号检测和分析。目前最常用的芯片信号检测方法是将芯片置入芯片扫描仪中，通过采集各反应点的荧光强弱和荧光位置，经相关软件分析图像，即可以获得有关生物信息。蛋白芯片与基因芯片的原理相似。不同之处有，一是芯片上固定的分子是蛋白质如抗原或抗体等。其二，检测的原理是依据蛋白分子、蛋白与核酸、蛋白与其它分子的相互作用。蛋白芯片技术出现得较晚，尚处于发展时期，最近也取得了重大进展。例如，最近一期国际著名科学（S cience）杂志报道了酵母蛋白质组芯片（pro?teomechip）。这是目前为止第一个包含一种生物全部蛋白质分子的蛋白质芯片。相信，不久将会有包含更高等生物甚至人类蛋白质组的蛋白质芯片研制成功，并应用于生物医学基础研究和疾病诊断。芯片实验室是生物芯片技术发展的最终目标。它将样品制备、生化反应以及检测分析的整个过程集约化形成微型分析系统。现在已有由加热器、微泵、微阀、微流量控制器、微电极、电子化学和电子发光探测器等组成的芯片实验室问世，并出现了将生化反应、样品制备、检测和分析等部分集成的生物芯片。例如可以将样品制备和PCR扩增反应同时在一块小小的芯片上完成。再如GeneLogic公司设计制造的生物芯片可以
生物芯片技术在食品安全检测中的应用前景
生物芯片技术在食品安全检测中的应用前景
生物芯片技术在食品安全检测中的应用前景 杜艳艳 (中国科学技术信息研究所，北京100038) 鏑要：背设：全球食品安全形势+分严竣.目的：介铒生物芯片技术在食品安全检瀚I方面的应用逬餍.方法：文献调研法，案例分析法.结果*提出了生物芯片技术应用存在的问埋及发篾前录.结论《醸着生命科学、倌息技术以及分子生物技术的发展，生物芯片技术在食品安全检测中有广泛的应用前景《 mm：生物芯片：食品安全：检瘺；基因 Application Prospects of Biochip Technology in Food Safety Testing DU Yanyan (In s t i t u t e o f Sci e n t i i l c m i d Te ch ni c al I n f or ai^i o n o f Ch in a,Be i j in g 100038,Ch in a) Ab^ra ct:Ba ck g r o un d:Se ri o us p r ob l e m o f gl o tm l f o od s e c u ri t y.O b j e c t iv e:T o i nt r od uc e t h e卿l i ca t i on o f t h e b i o-ch ip t e ch n ol o g y i n f oo d s af e t y t e s t i n g Me t h od s:T h e l i t e r如i re re s e ar ch m e t h od,ca s e an d y s i s.R e s ul ts:T h e p ro b l e m s a nd d e v e l op t n
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