生物芯片技术及其在医学上的应用
近年来，随着生物芯片技术的高速发展，其在医学领域中的应用越来越广泛。生物芯片技术是指将微小的生物材料固定在芯片的表面上，以探测生物分子、细胞或组织的一种技术手段。它的优势在于快速、准确、高通量和高灵敏度，被广泛应用于高通量基因分型、蛋白质鉴定、细胞生物分析、药物筛选、立体图像构建等领域。
一、生物芯片技术
生物芯片技术是指使用微电子技术制造出小型芯片，在芯片上通过精巧的设计排列多个生物分子检测元件，可同时进行大量生物学实验，并可快速记录和分析实验结果，极大地提高了实验效率。其中，常用的生物芯片技术有基因芯片技术、蛋白质芯片技术和细胞芯片技术。
1.基因芯片技术
基因芯片技术是基于DNA、RNA的芯片技术，用于同步探测及分析大量基因DNA序列的表达情况，从而了解不同组织、不同状态下基因表达水平的变化，并寻找与特定疾病有关的基因表达水平的差异。它的快速高通量的处理能力可为全基因组表达分析、基因突变筛查、SNP检测、基因亚型鉴定、疾病识别、药物靶标发现和新药研究等提供有力的支持。
2.蛋白质芯片技术
蛋白质芯片技术是利用固相法在玻片、滤膜、微球或微芯片的表面上制备一系列纯化的特异性或全长的蛋白质样品阵列，用于快速大规模地筛选靶蛋白质，分析蛋白质相互作用、酶活性或某些组分与特定蛋白质的结合能力等。它可用于疾病标记物的检测和筛选、蛋白功能鉴定、蛋白特异性鉴别、药物筛选等方面。
3.细胞芯片技术
细胞芯片技术是利用微流控技术制作微小的通道和微型反应器，在芯片上实现细胞的悬浮、培养和观测等操作。它可应用于各种组织细胞的轻松快捷的分离、单细胞的提取、测序和分析，可推广到药物筛选和个性化医疗等领域。
二、生物芯片技术在医学上的应用
生物芯片技术的高通量、高灵敏度、高可靠性和高通用性，使其成为了医学领域中的重要工具，可应用于诊断、预后分析、治疗方案的制定和药物研究等方面。
1.疾病诊断和预后分析
宁夏医学杂志２００２年２月第２４卷第２期ＮｉｎｇｘｉａＭｅｄ Ｊ，Ｆｅｂ ２。∞，ＶｏＩ ２４，Ｎｏ ２ 文章编号：１００１—５９４９（２００２）０２—０１２３—０３ 生物芯片技术 赵颖，杨宝珍 ［关键词］ 生物医学工程；ＤＮＡ 【中图分类号］（１７８ ［文献标识码］Ａ 生物芯片是近年来在垒球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技术和馓电子技术 在固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 及其他生物组分的准确、快速、大信息量的 检测。对疾病诊断、预测、药物筛选、基因测序 及在农业、环 境保护、司法鉴定等方面都具有广阔的应用前景，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 １生物芯片检剽的基本原理及特点 具体来说生物芯片是由固定于不同种类支持舟质上的高 密度的寡核苷酸分子、基因片段或多肽分子的微阵列组成，其 中每个分子的位置及序列已知，当荧光标记的靶分子与芯片 上探针分子结台后．可通过激光共聚焦荧光扫描或电荷耦联 摄影相机（ＣＣＤ）对荧光星信号的强度进行检测，从而对杂交结 果进行量化分折。生物芯片的主要特点是高通量、微型化和 自动化 １。芯片上集成的成千上万的密集排列的分子微阵 列，如基因表达谱测定、突变检测、多态性分析、基因组文库作 图及杂交测序等。 基因芯片技术由于可在１次反应中对１个样品进行大量 的杂交反应．并可对这些杂交信号进行平行分析，因而被广泛 用于ＤＮＡ序列分析、特别是杂交测序（ｓｅｑｕｅ￣ｅ ｈｙ ｈｙｂｒｉｄｉｚａ— ｔｉｏｎ，ｓＢＨ）和邻堆杂交技术（ｃｏｎｔｉｇｕｏｕｓ ｓｔｏｃｋｉｎｇ ｈｙｂｒｉ３ｉｚａｔｉｏｎ， ＣＳＨ）。 上技术的应用和发展，使人类基因组计划的研究工 作得到了很大的提高…。能够在短时间内分析大量的生物分 子，使人们快速准确地获取样品中的生物信息，效率是传统检 测手段的成百上千倍。 １．１ 样品的标记：样品的标记主要是荧光标记。荧光标记 基本分为两种，一种是使用荧光标记的引物，一种是使用荧光 标记的三磷酸脱氧核糖核苷酸。目前常使用的荧光物质有： 荧光索、罗丹明、ＨＥＸ、ＴＭＲ、ＦＡＭ、Ｃ 、Ｃ 等。根据扩增产 物分离方法不同，标记的方法也不同：进行单引物标记的．其 扩增产物通常由聚丙烯酰胺凝胶电泳分离 Ｊ。对一个引物用 生物素标记，另一个引物用荧光索标记的，一般用亲和索偶联 的磁珠捕提其扩增产物，通过变性处理使荧光标记的产物解 链 ］。此外，也有用生物索残基标记引物，将生物索标记的扩 增产物与芯片杂交，洗涤后加入亲和索连接的荧光物．通过生 物索与亲和素的结台及靶序列与探针的结合产生荧光信号， 然后利用荧光检测系统对荧光信号进行检测【｜ 。 １．２杂交反应：杂交反应是一个复杂的过程，受很多因素 的影响，而杂交反应的质量和效率直接关系到检测结果的准 确性。这些影响因素包括：（１）寡核苷酸探针密度的影响。低 覆盖率使杂交信号减弱，而过高的覆盖率会造成相邻探针之 间的杂交干抗。（２）支持介质与杂交序列间的间隔序列长度 ［作者簟位］宁夏医学院附属医院 宁夏银川７５０００４ ・综述・
生物微矩阵（芯片）分析系统
检测指标临床意义对照表（仅供参考）
一、免疫不孕不育芯片[检测指标临床意义]
名 称 机 理 产生原因 引起原因 建 议
抗精子抗体
（ASAb） 可以使精子凝集，运动出现障碍，阻止精子穿透卵透明带顶体反应使之不能获能，干扰受精卵黏附与融合，影响受精卵着床甚至早期流产。说明AsAb是不孕症的首要免疫因素。
抗精子抗体是引起女性不孕的最常见原因之一。
年龄、生活习惯(如吸烟、吸毒等)、体质量(肥胖)各种炎症引起的宫颈粘连、结核、子宫内膜异位症妇科内分泌异常方面，生殖器发育异常，生殖器肿瘤、创伤。免疫素，女性性功能障碍，接触放射线、高温作业、金属元素、不良生活习惯、环境
多吃瘦肉、鸡蛋、鱼类、蔬菜，保障必要的蛋白质、维生素和微量元素的供给还是必不可少，加强锻炼、增强体魄，忧郁和疲劳可影响性功能，多吃一些肝、脑等动物内脏有利于性激素的合成。
抗卵巢抗体
（AOAb） 是因感染、手术等原因导致卵巢抗原增加，使卵巢中卵泡发育障碍、生长成熟卵泡减少，并有淋巴细胞浸润。造成排卵减少甚至不排卵。 AoAb 是造成不明原因不孕和自然流产的原因之一, 且其对不孕的影响要比自然流产的影响大。
抗子宫内膜抗体（AEMAb） AEMAb对子宫内膜细胞产生细胞毒作用，引起患者的不孕或流产。
主要作为反复流产患者的辅助诊断指标。如果是曾经有流产史的女性结果属于阳性，应该在转阴之后考虑怀孕。
抗透明带抗体（AZPAb） AZPAb可稳定透明带表面结构，因而能抵抗精子顶体酶对透明带的溶解作用，使精子不能穿透透明带，使胚胎被封闭在透明带内而无法着床。
透明带抗体阳性是女性不孕的原因之一。
抗人绒毛促性腺激素抗体（AHCGAb） 主要作用是促妊娠黄体发育及流体激素分泌，对维持早期妊娠对抗母体对胎儿的排斥起关键作用，是维持早期胎儿妊娠的主要激素产生AhcgAb。
主要作为反复流产患者的辅助诊断指标。 抗滋养层细胞膜抗体（ATAb） 在合体滋养层浆膜上有可被母体识别的抗原系统，它们的存在影响着孕妇与胎儿之间的免疫平衡 主要作为反复流产患者的辅助诊断指标。
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行处理。
