原位合成的基因芯片制备技术生物芯片制备中材料的固定-中国试剂网

基因芯片技术及应用田燕丹130820005 微生物专业摘要：基因芯片技术是随着人类基因组计划的实施而发展起来的一种前沿生物技术，具有高度平行性、多样性、微型化和自动化的特点。

它涉及物理学、化学、生物化学、核酸化学、分子生物学、计算机科学等多个学科，是多学科多技术交叉的结晶。

目前在基因组学研究、基因序列分析、疾病诊断、药物筛选、环境监测等方面得到了广泛的应用。

本文就基因芯片的原理、分类、制备、应用四个方面对其进行介绍。

关键词：基因芯片；原理；分类；制备；应用1 基因芯片的工作原理基因芯片又称DNA芯片、DNA微阵列，它是由大量已知序列的DNA或者寡核苷酸探针密集排列所形成的探针阵列，是最主要的且发展最早、最快的一种生物芯片。

与传统的基因检测技术相比，其最大特征是能同时定量或者定性的检测成千上万的基因信息，并且具有微型化、自动化、网络化等特点，使得该技术的到了迅速的普及与应用。

基因芯片借用了计算机芯片的原理，运用缩微技术，把已知序列核酸密集有序地排列固定在固相平面载体预先设置的区域内，形成微型的检测器件，再将待测样本标记后同芯片进行杂交，检测原理是利用核酸的碱基互补配对原理，样本中的标记分子与芯片上的配对探针分子特异性结合，通过激光共聚焦荧光扫描仪或其他检测手段获取信息，经电脑系统处理、分析得到结合在探针上的待测样本中特定大分子的信息，从而检测对应片段是否存在、存在量的多少。

由于能够实现生物信息的大规模检测分析，基因芯片成为了一种进行DNA序列分析及基因表达信息分析的强有力工具。

2基因芯片的分类根据制备方式、芯片介质、探针类型等的不同，基因芯片可分成许多类型[1]。

2.1根据芯片的制备方式根据芯片的制备方式，可以将基因芯片分为两大类：原位合成芯片和直接点样(合成后点样)芯片。

与直接点样芯片相比，原位合成芯片精确度高、密度高，但其成本也高，设计、制备繁琐。

2.2 根据芯片的介质分类芯片根据固相支持物(基片)的种类不同，可以分为玻璃芯片、膜芯片、塑料芯片等。

原位合成法制造基因芯片技术概述【摘要】近年来，DNA微阵列原位合成技术发展迅速，成为各国学者研究的重点。

原位合成法主要包括光脱保护法、喷印合成法、光致酸合成法、电喷雾合成法、虚拟掩模法和分子印章压印法等方法。

【关键词】基因芯片；原位合成法；分子印章压印法基因芯片的原位合成法是基于组合化学的合成原理，按精确设计的分布和顺序，通过一组定位模板来决定基片表面上不同化学单体的偶联位点和次序，运用现代高精度仪器和DNA合成化学技术在基片上直接并行定点合成所需的DNA 探针，这些合成的DNA微探针即构成了高集成度的DNA微阵列，即通称的“高密度基因芯片”。

其特点是：不仅由于集成了成千上万的密集排列的基因探针，能够在同一时间内分析大量的基因，使人们迅速地读取遗传密码，而且就同样探针数量的基因芯片来说，由于可实现大批量、低成本的集约化生产，制作成本将远低于点样法制作的寡核苷酸基因芯片，并且重复性好。

近年来，DNA微阵列原位合成以及相关技术（芯片微阵列设计及探针优化、基片修饰改性、靶基因标记方法、结果检测及分析仪器等）一直是研究的热点，代表着基因芯片的技术水平和发展趋势。

原位合成法制造基因芯片技术和方法有以下一些。

1、光脱保护法该技术为美国Affymetrix公司首创和拥有。

根据人为合成寡核苷酸是由3’端开始而终止于5’端的特点，该技术的核心是创造性地在核苷酸单体的5’端修饰了一个光敏基团及将微电子行业的光刻技术与DNA合成技术有机地结合在一起。

在进行DNA微阵列原位合成前，先设计好各阵列点对应的探针碱基序列，整个DNA微阵列各探针的第一个碱基构成整个芯片上的第一层，第二个碱基构成第二层，……，然后按照各层碱基的分布情况每层设计四块掩模，每张掩模的透光区域分别对应于该层碱基中四种碱基中的一种。

在进行DNA微阵列合成前，还需对芯片基体材料进行一定的修饰处理。

所谓修饰处理，就是通过一系列物理和化学处理过程，使基体材料表面带有可与核酸单体3’端共价偶联的功能基团（如-OH、-CHO和-NH2等）。

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。

基因芯片技术及其在微生物检测中的应用[摘要]：基因芯片技术于20世纪90年代后出现在大众的视野中，通过基因芯片技术可以实现快速、高通量的遗传信息检测工作，解决了传统检测方法带来的弊端。

基因芯片技术在核算多态性分析、突变检测、基因表达分析以及基因测序等生物领域中有广泛的应用研究。

基因芯片技术凭借高通量的检测优势，在微生物检测和鉴定等方面的应用也开始增多，具有不可估量的应用前景。

本文详细介绍了基因芯片技术和微生物检测的概念和技术，同时分析了基因芯片技术在微生物检测中的应用，旨在为基因芯片在生物领域中的应用做工贡献。

关键词：基因芯片技术；微生物检测；应用随着人们对生物学研究的逐渐进步，生物学界提出了“人类基因组计划”，基因芯片技术也随之诞生。

基因芯片技术时20世纪90年代发展起来的前沿生物技术，其涉及到生物信息、生命科学、计算机科学、化学等诸多领域，是目前世界上高度综合和交叉的学科。

由于基因芯片涉及到众多领域，出现后便受到学术界广泛的应用，也是世界生物科学界研究的重点问题，基因芯片技术的研究与发展为生物学的研究提供了技术平台，其在生命科学、环境科学、医学、医药学、农业等行业具有广泛的应用前景[1]。

1.基因芯片的概念基因组序列测定是全世界的科学界努力的共同成果，但是，基因组序列测定只可以了解核苷酸的排列顺序，无法提供关于生物体本质的更多的信息，而破译基因组中的信息，了解不同基因在生命过程中发挥的作用是生命科学研究的主要工作。

常规的研究方法无法满足目前的研究需求，人们迫切的需一种新型的高通量测量方法，基因芯片技术也随之诞生。

简单而言，基因芯片技术就是通过原位合成或显微点样技术将DNA探针按照顺序固定在支持物的表面，然后通过与标记的样品进行杂交，检测分析基因表达信息，即可获得样品的基因序列以及遗传信息等。

基因芯片上不仅可以固定DNA片段探针、寡核苷酸探针，还可以固定cDNA 或基因组的基因片段探针，将其组成不同的基因探针序列，正因如此，基因芯片又被称为DNA芯片、DNA列阵、cDNA芯片等等[2]。

原位制备技术
1. 原位制备技术
原位制备技术(In Situ Preparation Technology)是制备原位试
验样品，将特定部位或料质制备成最佳的形态且保持活性的一种技术，是分析数据的基础，也是实验方法的重要技术。

原位制备的技术具有节约时间、保护样品组态和进行高分辨原位
分析的优点，深受 materials, chemistry, biology and physics等
部门的青睐。

其应用于生命科学、农业科学、地球科学、物理学、材
料学等多个领域，广泛应用于分析化学、实验室与分析本质量控制以
及数字影像处理。

原位制备技术的基本流程可分为聚集、调整、固定三部分，且可
根据要求进行微调，使结果更准确和精确。

具体方法有：气体原位聚合、液体原位聚合，电化学原位块的制备等技术。

气体原位聚合，是将气体在催化剂或者载体表面上原位分解，形
成非晶或晶体材料或颗粒，即允许加工物质在晶体表面上原位聚合和
形核，以获得质量优良的产物。

液体原位聚合，是采用溶液基本过程实现疏水性接枝剂原位聚合
物晶体形成、沉积和产物建构在表面上的一种技术。

电化学原位块的制备技术，是在电化学反应基础上，调整材料的反应电位，调节试样的空间维度，以及调节机械参数，从而获得原位制备高分辨结构和有序表面的能力。

总而言之，原位制备技术是当今的一种重要的实验技术，是探索与理解机体、物质或环境科学的基础，其技术优良、简便，是取得可靠有效试样、分析结果的重要手段。

原位合成技术在材料制备中的应用材料科学是一门研究材料性质和特性以及制备过程和应用的学科。

由于材料的性质和特性与其结构和成分密切相关，因此制备材料的方法对材料的性能起着关键作用。

原位合成技术就是材料制备中一种重要的方法，它能够在制备过程中直接将原材料反应生成目标产物，而不需要先合成中间体或者添加剂。

原位合成技术在材料制备中广泛应用于金属、陶瓷、高分子和复合材料等领域，在提高材料性能、拓展材料应用和促进工业发展方面具有重要作用。

一、原位合成技术的基本原理原位合成技术指的是在材料制备过程中直接将原材料反应形成目标产物的一种制备方法。

其中原位合成的主要途径是化学反应，可以利用液相、气相或者固相的化学反应进行。

具体地说，就是将两种或者更多种原材料在一定条件下混合反应形成目标产物，而不需要对原材料进行物理或化学变化。

这种方法在制备过程中避免了中间体或者添加剂的存在，提高了材料制备的效率，并且获得的材料结构更加纯净、均匀和稳定。

二、 1. 金属材料金属材料是工业中广泛应用的材料之一，其制备过程中原位合成技术被广泛应用。

例如，在制备超导材料方面，FeSe和CuO被广泛应用于高温超导材料的制备中。

另外，利用原位合成技术可以实现钕铁硼磁体的制备，实现了磁性材料的高性能和低成本。

2. 陶瓷材料陶瓷材料是一种非金属材料，由于其具有高温、高压、耐腐蚀、机械强度高等特性，被广泛应用于化工、能源、医疗、传感等领域。

原位合成技术在陶瓷材料的制备过程中也发挥了重要作用。

例如，在高温超导陶瓷材料的制备中，利用原位合成可以保护陶瓷材料避免被氧化，提高了超导材料的稳定性。

3. 高分子材料高分子材料是一种由分子聚合形成的材料，由于其形态和分子结构的不同，可以在材料制备中利用原位合成技术实现其性能的改善。

例如，在聚乳酸材料的制备中，利用原位合成可以获得具有高分子结晶度和熔体流动性的材料，提高了高分子材料的成型性和性能。

4. 复合材料复合材料是一种由两种或多种不同材料组成的材料，因此在制备过程中很难实现理想的物理和化学稳定性。

转基因植物的分子检测与鉴定方法及进展随着分子生物学和植物基因工程的不断发展，越来越多的育种工作者开始利用转基因技术获得常规育种技术难以得到的新种质和新品种。

植物转基因技术最大的好处在于可以打破自然界物种间原有的生殖隔离，促进基因在不同物种间的交流，极大地丰富变异类型，增大遗传多样性，为植物新品种的培育提供丰富的育种资源。

通过对基因功能的研究，筛选m目的基因，还可实现植物性状的定向改良。

因此该技术自1983年首次获得转基因植物以来，便深受育种工作者青睐，得到了蓬勃地发展。

至今已有30多科约200多种植物转基因成功；国际上相继有30多个国家批准3 000多例转基因植物进入田间试验，并且在美国、加拿大、中国等20多个国家成功进行了商品化生产…。

到2006年止，全球转基因作物的商业种植面积达1．02亿hm2，比2005年增长13％，是1996年的62倍。

转基因作物品种在农业生产中日益显现出巨大潜力。

植物转基因操作中，除利用抗生素抗性和除草剂抗性等选择基因排除非转化细胞而留存转化细胞，以及利用Gus和CFP等报告基因显示转基因成功外，更重要的是从分子水平鉴别出阳性转化体，明确目的基因在转基因植株中的拷贝数和转录与表达情况。

本文就常用的转基因植株检测与鉴定方法作一概述，并对近期发展起来的新方法做简要介绍。

1 外源基因整合与否及其整合拷贝数的鉴定1．1 PCR(p01 ymera se chain reaction)检测1．1．1 常规PCRPCR技术对目的片段的快速扩增实际上是一种在模板DNA、引物和4种脱氧核糖核苷酸存在的条件下利用DNA聚合酶的酶促反应，通过3个温度依赖性步骤(即变性、退火和延伸)完成的反复循环。

经PCR扩增所得目的片段的特异性取决于引物与模板DNA间结合的特异性。

根据外源基因序列设计出一对引物，通过PCR反应便可特异性地扩增出转化植株基因组内外源基因的片段，而非转化植株不被扩增，从而筛选出可能被转化的植株。

原位合成及其在材料制备中的应用在材料科学领域，原位合成是一个重要的概念。

它指的是在材料制备过程中，通过合适的方法和条件，在原有材料基础上发生化学反应，制备出新的材料。

原位合成不仅可以用于提高材料的性能和功能，还可以控制材料的形貌和结构，满足不同领域的需求。

一、原位合成的基本原理原位合成的基本原理是在原有材料基础上发生化学反应，生成新的材料。

这个过程可以通过不同的方法实现，例如化学沉淀法、气相沉积法、物理气相沉积法、溶胶凝胶法等。

这些方法中，化学沉淀法是应用最广泛的一种方法，它通过溶液中的化学反应使产生沉淀，从而合成出新的材料。

原位合成可以控制材料的形貌和结构，实现材料性能的优化。

例如，通过控制原位合成的反应条件和过程，可以制备出具有不同形貌和晶体结构的纳米材料。

这些纳米材料具有表面积大、活性高、催化效率高等优点，可以应用于催化、传感、能源等领域。

二、原位合成在材料制备中的应用1. 纳米材料制备原位合成可以用于制备纳米金属、纳米二氧化钛、纳米氧化铁等纳米材料。

在纳米材料制备过程中，通过调节反应条件和过程，可以控制纳米材料的尺寸、形状和分散度。

例如，采用化学沉淀法制备纳米氧化铁，可以通过调节反应物浓度、溶液温度和pH值等因素，控制纳米氧化铁的形状。

制备出的纳米氧化铁具有具有较小的粒径、高的比表面积、良好的磁响应性能，可以应用于催化、污水处理、磁性材料等领域。

2. 复合材料制备通过原位合成可以将不同形态的材料结合成一种具有新的性能和应用的复合材料。

例如，在陶瓷制备过程中，可以采用原位合成方法将不同材料的粉末结合，得到具有优异性能的陶瓷材料。

与传统制备方法相比，原位合成方法可以控制材料中质量分数、表面积、分布尺寸等因素，获得更高的材料性能。

3. 功能材料制备原位合成可以用于制备具有特殊功能的材料，例如强化剂、导电材料、涂层材料等。

通过原位合成可以控制添加量、分布状态、结构形貌等因素，实现材料性能的优化。