分子标记及生物芯片技术与应用续.pptx
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1、生物芯片生物芯片是近年来在生命科学研究领域中崭露头角的一项新技术。它通过使用半导体工业中的微加工和微电子技术,和其它相关技术,将现在庞大的分立式生物化学分析系统缩微到半导体硅芯片中。从而具有高速度、分析自动化、和高并行处理能力。生物芯片技术大浪潮在本世纪末已成为研究HIV、癌症、新药开发、疾病诊断、基因治疗、新食品开发及生命科学的一条光辉大道,它与PCR技术相媲美,成为21世纪的主流。DNA微点阵芯片是生物芯片中最常见的一种,这一技术使点、线、面呈现在一起,它可将成千上万个的生物讯息密码 储存在一片固相基质上,与电脑芯片相比被称为生物芯片。新疆农业大学农学院生物芯片生物芯片诞生的划时代意义生物
2、芯片诞生的划时代意义国内外生物芯片的研究进展国内外生物芯片的研究进展生物芯片研究开发的目标生物芯片研究开发的目标新疆农业大学农学院生物芯片诞生的划时代意义世界普遍认为:“21世纪将是生命科学的世纪”,“生物芯片将象计算机芯片一样成为新世纪即将来临的又一次高新科技革命的奠基石”。计算机芯片诞生给人类带来的冲击计算机芯片诞生给人类带来的冲击生物芯片给医学和生命科学带来的革命生物芯片给医学和生命科学带来的革命即将来临的国际医学网即将来临的国际医学网生物芯片的科学价值生物芯片的科学价值新疆农业大学农学院计算机芯片诞生给人类带来的冲击19461946年年 世界上第一台电子数字计算机世界上第一台电子数字计
3、算机ENIACENIAC在美国宾夕法尼亚大在美国宾夕法尼亚大学问世学问世19471947年年 美国电报电话公司贝尔实验室的三位科学家巴丁、布莱美国电报电话公司贝尔实验室的三位科学家巴丁、布莱顿和肖克莱研制出世界上第一只半导体晶体管(顿和肖克莱研制出世界上第一只半导体晶体管(TransisterTransister)19581958年年 美国硅谷快捷半导体公司(美国硅谷快捷半导体公司(FairchildSemiconductor FairchildSemiconductor Corp.)Corp.)研制出世界上第一块集成电路研制出世界上第一块集成电路ICIC19711971年年 英特尔公司研制出
4、了世界上第一块将运算器和控制器集英特尔公司研制出了世界上第一块将运算器和控制器集成一体的微处理器芯片成一体的微处理器芯片 19941994年年 国际因特网问世,为人类的生活开辟了崭新的空间国际因特网问世,为人类的生活开辟了崭新的空间新疆农业大学农学院生物芯片给医学和生命科学带来的革命1991年年 美国美国 Affymax 公司开始研制生物芯片公司开始研制生物芯片 1992年年 美国美国 Affymetrix 宣告成立宣告成立世界上第一个生物芯片专世界上第一个生物芯片专业制造厂家业制造厂家 1996年年 Affymetrix 公司的基因芯公司的基因芯(检测检测p53、p450、RCA1/BRCA
5、2 等基因突变等基因突变)片产品首次投放市场片产品首次投放市场1998年年 美国美国Nanogen公司程京博士领导的研究小组在世界权威学公司程京博士领导的研究小组在世界权威学术刊物术刊物Nature Biotechnology报道了世界上首例缩微生物芯片报道了世界上首例缩微生物芯片实验室实验室1999年年 美国美国Motorola公司推出生物芯片系统公司推出生物芯片系统2001年年 本世纪三大计划的最后一项计划本世纪三大计划的最后一项计划“人类基因组计划人类基因组计划”将在将在2001年提前完成年提前完成新疆农业大学农学院什么是生物芯片(Biochips)?生物芯片是将大量生物识别分子按预先设
6、置的排列固定于一种载体(如硅片、玻片及高聚物载体等)表面,利用生物分子的特意性亲和反应,如核酸杂交反应,抗原抗体反应等来分析各种生物分子存在的量的一种技术。新疆农业大学农学院新疆农业大学农学院生物芯片的分类生物芯片的分类根据用途还可以把生物芯片分为两类:信息生物芯片(information-biochip)和功能生物芯片(function-biochip)。新疆农业大学农学院生物芯片的分类芯片:芯片:reverse northern-dot blotsreverse northern-dot blots 基因芯片:检测基因突变基因芯片:检测基因突变 基因表达谱芯片:检测基因表达水平基因表达谱芯
7、片:检测基因表达水平蛋白质芯片:蛋白质在载体上的有序排列,依据蛋白蛋白质芯片:蛋白质在载体上的有序排列,依据蛋白质分子、蛋白质与核酸相互作用的原理进行杂交、检质分子、蛋白质与核酸相互作用的原理进行杂交、检测和分析。测和分析。组织芯片:从不同的组织内进行活体解剖后取出圆柱组织芯片:从不同的组织内进行活体解剖后取出圆柱状的组织,然后包埋在受体区组内状的组织,然后包埋在受体区组内新疆农业大学农学院生物芯片的分类寡核苷酸芯片、寡核苷酸芯片、cDNAcDNA芯片、芯片、GenomicGenomic芯片芯片 模式一:是将靶模式一:是将靶DNADNA固定于支持物上,适合于大量不同固定于支持物上,适合于大量不
8、同靶靶DNADNA的分析,的分析,模式二:将大量探针分子固定于支持物上,适合对同模式二:将大量探针分子固定于支持物上,适合对同一靶一靶DNADNA进行不同探针序列的分析。进行不同探针序列的分析。新疆农业大学农学院生物芯片的应用基因表达水平的检测 基因诊断药物筛选个体化医疗测序生物信息学研究新疆农业大学农学院生物芯片的制作说了那么多了,生物芯片到底怎么做呢?新疆农业大学农学院生物芯片的制作载体的材料载体的材料在制作生物芯片时,载体材料很多,大致可分为四类:1无机材料2天然有机聚合物3人工合成的有机 高分子聚合物4各种高分子聚合 物制成的各种膜新疆农业大学农学院生物芯片的制作 点样设备Telech
9、em公司全新SpotBot Personal Microarrayer 一台台式普通离心机 大小(30cm x 30cm x 22cm)的个人芯片点样机功能相当完备。新疆农业大学农学院生物芯片的制作新疆农业大学农学院生物芯片的优点基因芯片的最大优点在于其高通量。传统方法检测众多基因要经历多次实验而且自动化程度低,因而每次实验之间是存在系统误差的。基因芯片可以克服这个缺点,众多基因的探针的标记、杂交等过程是在一次实验过程中完成的,而且自动化程度高,数据客观可靠。新疆农业大学农学院生物芯片的缺点基因芯片的缺点在于其不能对待检测基因在多细胞类型组织中的精确定位进行判断。另外很多蛋白质调节其功能不主要
10、是依赖其是否表达或表达量高低,而是依赖蛋白质磷酸化-去磷酸化等方式。在这种情况下,用核酸类生物芯片就没有什么意义了,正在研究开发中的蛋白类芯片可能会有所作为的。新疆农业大学农学院介绍几种生物芯片的产品生物芯片多孔反应覆膜生物芯片多孔反应覆膜 生物芯片多孔反应覆膜可用于所有使用96孔酶标板的自动化仪器上,使生物芯片的加样,洗涤过程自动化。产品宽度与生物芯片基片(载玻片)相同,贴在基片上后,形成多个分离的小孔,可以分析多个样品。膜上孔的间距与酶标板上孔间距相同,与本公司的ChipHolder配合可以使用在所有使用96孔酶标板的自动化仪器上,使生物芯片的加样,洗涤过程自动化。新疆农业大学农学院介绍几
11、种生物芯片的产品SCAN-ISCAN-I是中国科学院-中科百奥科技有限公司新近研制开发的产品,全自动检测及分析系统适用于相应波长范围内的生物芯片图像扫描和信号分析,是光、机、电、数字技术和生物学技术相结合的产物,实现了生物芯片的图像摄取、处理、分析一体化。新疆农业大学农学院我国生物芯片行业发展现状 生物芯片北京国家工程研究中心(16#地、总建筑面积30224平方米 位于中关村生命科学园)北京博奥生物芯片有限责任公司承建。该项目是建设生物芯片微加工相关条件、分子生物学、化学、光学等实验室分析条件及相关辅助设施,形成年产生物芯片分析系统120台、应用型生物芯片90万片的生产能力。新疆农业大学农学院
12、我国生物芯片行业发展现状 生物芯片技术在中国还是空白,而到目前,中国生物芯片的产值就达到了2亿多元人民币,生物芯片研究已经从实验室进入应用阶段。新疆农业大学农学院即将来临的国际医学网将缩微生物芯片实验室、远程手术、多语言病将缩微生物芯片实验室、远程手术、多语言病历档案和医疗保险登记与环球通讯系统有机地历档案和医疗保险登记与环球通讯系统有机地结合到一起,使人们可以在远离自己居住地的结合到一起,使人们可以在远离自己居住地的地方旅游、出差,而同时又可以随时接受医疗、地方旅游、出差,而同时又可以随时接受医疗、保健服务。这将使我们的生活空间再次得到拓保健服务。这将使我们的生活空间再次得到拓展。展。新疆农
13、业大学农学院生物芯片的科学价值利用基因芯片技术,可以寻找基因与疾病的相关性利用基因芯片技术,可以寻找基因与疾病的相关性可以实现对待测基因群和相关疾病的快速、准确和简便的诊断可以实现对待测基因群和相关疾病的快速、准确和简便的诊断开展基因表达活性和大规模的基因变异多态性研究,可以同时开展基因表达活性和大规模的基因变异多态性研究,可以同时监测千百个基因,甚至全部基因监测千百个基因,甚至全部基因可对与环境污染因素相关的基因全面监测,对生态环境控制及可对与环境污染因素相关的基因全面监测,对生态环境控制及人口健康有着十分重大的意义人口健康有着十分重大的意义 生物芯片技术还可不断延伸、创新,开发出相关的药物
14、芯片、生物芯片技术还可不断延伸、创新,开发出相关的药物芯片、蛋白质芯片、细胞芯片等生物芯片蛋白质芯片、细胞芯片等生物芯片生物芯片系统与国际医学网的结合将使远程治疗术走向实用化、生物芯片系统与国际医学网的结合将使远程治疗术走向实用化、大众化大众化新疆农业大学农学院国内外生物芯片的研究进展9696年以来,美国、俄罗斯、英国、德国、日本、年以来,美国、俄罗斯、英国、德国、日本、荷兰、加拿大等国家的政府、著名公司和大学荷兰、加拿大等国家的政府、著名公司和大学已先后投资二十多亿美元用于生物芯片的研究已先后投资二十多亿美元用于生物芯片的研究开发。开发。新疆农业大学农学院国内外生物芯片的研究进展新疆农业大学
15、农学院公司名称建阵方式及材料标记方式应用领域Affymetrix(Santa Clara,US)单片照相平板印刷法,合单片照相平板印刷法,合成成2025mer寡核苷酸,寡核苷酸,硅片硅片 荧光荧光 表达检测、多态表达检测、多态性分析、诊断性分析、诊断 Brax(Cambridge,UK)短合成寡核苷酸,离片合短合成寡核苷酸,离片合成成 质谱质谱 分析、表达检测、分析、表达检测、新基因识别新基因识别 Hyseq(Sunnyvale,US)寡核苷酸、寡核苷酸、cDNA,玻璃、玻璃、薄膜薄膜荧光荧光同位素同位素 表达检测、新基表达检测、新基因识别、测序因识别、测序 Incyte Pharmaceeu
16、ticals(Palo,Alto US)喷墨式打印喷墨式打印PCR片段和在片段和在片合成片合成荧光荧光同位素同位素 表达检测、多态表达检测、多态性分析、诊断性分析、诊断 MolecularDynamics(Sunnyvale,US)笔式打印笔式打印,cDNA,玻璃玻璃 荧光荧光 表达检测、新基表达检测、新基因识别因识别 国内外生物芯片的研究进展新疆农业大学农学院公司名称公司名称建阵方式及材料建阵方式及材料标记方式标记方式应用领域应用领域Nanogen(San Diego US)电活性捕捉,寡核苷酸,电活性捕捉,寡核苷酸,硅片硅片 荧光荧光 诊诊断断、短短序序列列重重复识别复识别RoPtogen
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