生物芯片分类和应用省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、1一、一、概念、分类及应用概念、分类及应用第1页2(一)、(一)、两两 个个 概概 念念FF生生生生物物物物芯芯芯芯片片片片 主主要要指指经经过过平平面面微微细细加加工工技技术术在在固固体体芯芯片片表表面面构构建建微微流流体体分分析析单单元元和和系系统统,以以实实现现对对细细胞胞、蛋蛋白白质质、核核酸酸以以及及其其它它生生物物组组分分准准确确、快快速速、大信息量检测。大信息量检测。FF基基基基因因因因芯芯芯芯片片片片 技技术术是是经经过过微微阵阵列列技技术术,将将高高密密度度DNADNA片片段段阵阵列列经经过过高高速速机机器器人人以以一一定定次次序序或或排排列列方方式式使使其其附附着着在在如如
2、玻玻璃璃片片等等固固相相表表面面,以以荧荧光光标标识识DNADNA探探针针,借借助助碱碱基基互互补补杂杂交交原原理理,进进行行大大量量基基因因表表示及监测等方面研究最新革命性技术示及监测等方面研究最新革命性技术。第2页3微阵列芯片(Microarray)微型试验室芯片(Lab-on-a-chip)液体芯片(Liquichip)(二)、生物芯片分类及应用(二)、生物芯片分类及应用第3页4Lab-on-a-chip 微型试验室芯片是经过在芯片上刻微型试验室芯片是经过在芯片上刻成微流路径从而将包括生物检测主要步成微流路径从而将包括生物检测主要步骤骤样品准备样品准备/生化反应生化反应/结果检测结果检测
3、整整合在一张芯片上。合在一张芯片上。第4页5第5页6第6页7Liquichip Bead,Capture molecule,Analyte,Reporter molecule是组成liquichip 4个主要部分。Bead上带有两种荧光,依据这两种荧光百分比能够 将bead分为各种。当前已经有48种,正在开发中。Capture molecule:作用相当于探针,能特异性与被检测物结合。Analyte:样品中被检测成份。Reporter molecule:带有荧光汇报分子,能特异性与被检测物结合。第7页8Liquichip反应普通步骤:反应普通步骤:1.先将capture molecule 结合
4、在bead 上,2.将这种标识了bead与样品反应。Capture molecule 能够与对应 analyte 特异性结合,3.此时再加入荧光标识,特异结合analytereporter molecule。4.检测:用liquichip workstation 进行检测。原理是同时对bead和reporter molecule 上荧光进行检测。从而确定被结合analyte种类和数量。第8页9Liquichip技术特点描述技术特点描述1基于bead这种固相反应技术,含有 灵敏度高、信号强度高、灵活性好、所需样品量少特点。2与传统蛋白芯片相比,有两大优势,反应速度更加快,灵活性更加好。3因为检测
5、方法特点,在大部分试验过程中,都不需要洗脱步骤,省时,且不会破坏反应动态平衡。4有配套蛋白表示和纯化体系。(his-tag)第9页10Lquichip应应 用用 领领 域:域:蛋白质定量蛋白质定量蛋白质功效研究蛋白质功效研究蛋白表示谱分析。蛋白表示谱分析。蛋蛋白白质质与与蛋蛋白白质质、蛋蛋白白质质与与核核酸酸相相互互作作用用研研究究。包含:免疫分析、酶分析、受体-配基分析、蛋白质核酸相互作用分析分析。第10页11微阵列芯片蛋白芯片基因芯片 第11页12蛋白芯片蛋白芯片(Protein Chips)高通量微阵列蛋白分析方法高通量微阵列蛋白分析方法高通量微阵列蛋白分析方法高通量微阵列蛋白分析方法
6、利用抗体抗原结合原理,采取化学发光或荧利用抗体抗原结合原理,采取化学发光或荧光检测光检测 标识抗体或抗原,来检测抗原或抗体。标识抗体或抗原,来检测抗原或抗体。第12页13蛋白芯片应用蛋白芯片应用FF免疫学分析免疫学分析 FF蛋白与蛋白之间相互作用蛋白与蛋白之间相互作用 FFDNADNA与蛋白质分子相互作用与蛋白质分子相互作用第13页14基因芯片基因芯片是经过微阵列技术,将高密度DNA片段阵列经过高速机器人以一定次序或排列方式使其附着在如玻璃片等固相表面,以荧光标识DNA探针,借助碱基互补杂交原理,进行大量基因表示及监测等方面研究最新革命性技术。微阵列技术巨大优势在于它能够并行地宏量获取生物信息
7、,借助此技术发展生物芯片则提供了以核酸杂交为基础基因水平表示监控,多态性研究和基因分型。从而使我们对基因表示调控有更深入了解。第14页15基因芯片发展历史基因芯片发展历史Southern&Northern Southern&Northern BlotBlotDot Dot BlotBlotMacroarrayMacroarrayMicroarrayMicroarray第15页16基因芯片 按内涵划分:按内涵划分:cDNAcDNA芯片芯片 OligoOligo芯片芯片:25:25mer(affymetrix),mer(affymetrix),70mer(Operon)70mer(Operon),
8、80mer 80mer(ClontechClontech),按功效划分:按功效划分:基因组芯片:基因组芯片:检测某一基因是否存在,若检测某一基因是否存在,若检测某一基因是否存在,若检测某一基因是否存在,若 存在,拷贝数是多少。探针是存在,拷贝数是多少。探针是存在,拷贝数是多少。探针是存在,拷贝数是多少。探针是DNA.DNA.DNA.DNA.表示谱芯片表示谱芯片:确定基因表示路径与表示产确定基因表示路径与表示产确定基因表示路径与表示产确定基因表示路径与表示产 物。探针是物。探针是物。探针是物。探针是RNARNARNARNA或或或或cDNAcDNAcDNAcDNA 测序芯片测序芯片:经过探针与微阵
9、列配对分析获经过探针与微阵列配对分析获 得探针序列结果。得探针序列结果。第16页17基因芯片应用基因芯片应用H基因表示检测基因表示检测H多态性分析多态性分析H遗传图谱定位遗传图谱定位H基因分型基因分型H经过杂交反应测定序列经过杂交反应测定序列第17页18基因芯片应用领域基因芯片应用领域FF遗传疾病研究遗传疾病研究*癌症癌症癌症癌症*家系遗传疾病家系遗传疾病家系遗传疾病家系遗传疾病*普通基因突变疾病普通基因突变疾病普通基因突变疾病普通基因突变疾病FF感染性疾病感染性疾病FF药品筛选药品筛选FF动物植物遗传筛选育种动物植物遗传筛选育种 FF个人基因身份证个人基因身份证FF环境监测环境监测第18页1
10、9(三)、生物芯片应用优势(三)、生物芯片应用优势F高通量平行分析样品高通量平行分析样品F自动化程度高省时省力自动化程度高省时省力F所需样品试剂少保护环境所需样品试剂少保护环境F成本低成本低第19页20生物芯片应用优势生物芯片应用优势生物信息数据累积生物信息数据累积F为生物信息公共数据库添加更多数据为生物信息公共数据库添加更多数据F有利于研究基因序列与生物表型之间关系有利于研究基因序列与生物表型之间关系F有利于了解疾病发生机制有利于了解疾病发生机制第20页21二、二、生物芯片制作技术介绍生物芯片制作技术介绍第21页22生物芯片制作方法分类生物芯片制作方法分类第22页23 原位合成原位合成 (I
11、n Situ Synthesis)In Situ Synthesis)化学合成化学合成原子印章原子印章原位光刻合成原位光刻合成第23页24原位光刻合成原位光刻合成 美国著名Affymetrix企业率先开发寡聚核苷酸原位光刻专利技术,是生产高密度寡核苷酸基因芯片关键关键技术。第24页25 原位光刻合成原理Light directed oligonucleotide synthesis.A solid support is derivatized with a covalent linker molecule terminated with a photolabile protecting gro
12、up.Light is directed through a mask to deprotect and activate selected sites,and protected nucleotides couple to the activated sites.The process is repeated,activating different sets of sites and coupling different bases allowing arbitrary DNA probes to be constructed at each site.第25页26预先合成后点样(off-
13、chip synthesis)接触式点样非接触式点样第26页27基因芯片点样方式接触式点样-适合于DNA芯片制作 即点样针直接与固相支持物表面接触,将DNA样品留在固相支持物上第27页28接触式点样Best!Best!第28页29ArrayIt ChipMaker Pins带有细槽不锈钢针尖载样能力:200 to 600 nL点样体积:250 pL to 2.5 nL(pin size)点样直径:100 m to 500 m(pin size)1.Dippingofpinforsamplepickup2.Touchingofslidewithpintoleavespot3.Controlpri
14、ntvolumewithpinsize第29页30Stealth and Chipmaker Pin(TeleChem)第30页31Chipmaker 点样技术第31页32Stealth Pins第32页33CatalogNumberSpot Diameter(m)Uptake volume (l)Delivery Volume(nl)Minimum spot spacing(m)Maximum subgrid per pin(spots)Density(spots/cm2)Maximum numberOf spots(18mm72mm)SMP390-1000.250.612036*366,3
15、5082,944SMP4120-1300.251.016028*283,84250,176SMP5150-1600.251.320022*222,37230,967SMP6180-1900.251.524018*181,58820,736SMP7200-2200.271.726016*161,25416,384SMP8210-2300.281.827516*161,25416,384SMP9260-2900.282.034012*127069,216SMP10300-3300.292.340010*104906,400第33页34TeleChem企业点样针技术企业点样针技术不停发展专利针技术不
16、停发展专利针技术不停发展专利针技术不停发展专利针技术共有共有共有共有3030种针供选择种针供选择种针供选择种针供选择与斯坦福大学共同发展与斯坦福大学共同发展专利专利 pin,带样带样稳定,样品利用率高稳定,样品利用率高单次带样可连续点样达单次带样可连续点样达200-1500次次特殊不锈钢材料,适合用于各种溶液特殊不锈钢材料,适合用于各种溶液实际点样直径实际点样直径75-250um,可依据不一样品选择可依据不一样品选择对应对应pin相当轻易更换相当轻易更换pin和和pin head以以适应不一样需要适应不一样需要第34页35基因芯片点样方式非接触式点样-适合于蛋白芯片制作 它是以电磁阀或压电原理
17、将样品直接喷至固相支持物表面第35页36非接触式喷点技术ThermalSolenoid螺线管螺线管PiezoelectricDP第36页37Synquad:经过高分辨率注射器泵和微螺线管阀门有机结合起来准确控经过高分辨率注射器泵和微螺线管阀门有机结合起来准确控制滴液制滴液 Piezoelectric:用压电晶体将液体从孔中喷出压电技术,用压电晶体将液体从孔中喷出压电技术,两个压电晶体两个压电晶体同时加脉冲通电触发这两个压电晶体往喷管中间变形挤压喷管侧壁,喷同时加脉冲通电触发这两个压电晶体往喷管中间变形挤压喷管侧壁,喷管出现收缩压迫液体从喷嘴喷出。管出现收缩压迫液体从喷嘴喷出。DP第37页38非
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