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生物芯片技术是随着“人类基因组计划“（humangenomeproject,HGP的进展而Fā展起来的，它是年代中期以来影响最深远的ZhòngDà科技进展之一，它融微电子学生物Xué物理学化学计算机科学为Yī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。生物芯片技术包括基因芯片蛋白质芯片细胞芯片组织芯片以及元件Xíng微阵列芯片通道型微阵列芯片生物传GǎnXìn片等新型生Wù芯片（。本文主要讨论基因芯片技术，Tā为“后基因组计划“时期基因功能的研究提供了强有力的工具，将会使基因Zhěn断药物筛选给药个性化等方面取得重Dà突破，该技术被评为年度世界十大科技进展之一。Jī本概念基因芯片（genechip也叫DNA芯片DNA微阵列（DNAmicroarray寡核苷酸阵列（oligonucleotidearray，是指采用原位合成（insitusynthesis或显微打印手段，将数以万计的DNA探针固化于支持物表面上，产Shēng二维DNA探针阵列，然后与Biāo记的样品进行杂交，通过检测杂交信号来实现对生物样品快速并行高效地检测或医学诊断，由于常用硅芯片作为固相支持物，且在制备过程运Yòng了计算机芯片的Zhì备技术，所以称之为基因芯片技术。技Zhú基本过程．DNA方阵的构建选择硅片玻璃片瓷片或聚丙烯膜尼龙膜Děng支持物，并作相应处理，然后采用Guāng导化学合成和照Xiàng平板印刷技术可在硅片等表面合成Guǎ核苷酸探针;（或者Tōng过液相化学Hé成寡核苷酸链探针，或PCR技术扩增基因序列，再纯化定量分析，由阵Liè复制器（arrayingandreplicatingdeviceARD，或阵列机（arrayer及电脑控制的机器人，准确快速地将不同探针样品定量Diǎn样于带正电荷的尼龙膜或硅片等相应WèiZhì上，再由紫外线交联固定Hòu即得到DNA微阵列或芯片（2025年1月联想y460c报价(miui系统)。．样品DNA或mRNA的准备。从血液Huò活组织中获取的DNA/mRNA样品在标记成为Tàn针以前必须进行扩增Tí高阅读灵敏度。MosaicTechnologies公司发展了一种固相PCR系统，好Yú传统PCR技术，他们在靶DNA上设计一对双向引物，将其排列在丙烯酰胺薄膜上，这种方法无交叉污染且省去液相处Lǐ的繁锁；LynxTherapeutics公司提Chū另一个革新的方法，即大规模平行固相克隆（massivelyparallelsolid-phasecloning这个方法可以对一个样品Zhōng数以万计的DNA片Duàn同时进行克隆，且不必分离和单独处理每个克隆，使样品扩增更为有效快速（。在PCR扩增过程中，必须同时进行样品标记，标Jì方法有荧光标Jì法生物素标记法同位素标记法等。．分子杂交样PǐnDNAYǔ探针DNA互补杂交要根据探Zhēn的类型和长度以及芯片的应用来选择优化杂交条件。如用于基因表达监测，杂交的严格性较低Dī温时间长盐浓度高；若用Yú突变Jiǎn测，则杂交条件相反（。芯片分子杂交的特点是探针固化，样品荧光标记，一次可Yǐ对大量生物样品进行检测分析，杂交过程只要min。美国Nangon公司采用控制电Chǎng的方式，使分子杂交速度缩到min，甚Zhì几秒钟（。德国癌症研究院的JHoheisel等认为以肽核酸（PNA为探针效果更好。．杂交图谱的检测Hé分析Yòng激光激发芯片上的样品发射荧光，严格配对的杂交分子，其热力学稳定性较高，荧光强；不完全杂交的双键分子热力学稳定性低，荧光信号弱（不到Qián者的/~/（，不杂交的无荧Guāng。不同位点信号被激Guāng共焦显Wēi镜，Huò落射Yíng光显微镜等检测Dào，由计算机软件处理分析，得到有关基因图谱。目前，如质谱法Huà学发光法光导纤维法等更灵敏`快Sù，有取代荧光法的趋势。应用．测序基因芯片利用固定探针与样品进行分子Zá交产生的杂交图谱而排列出待测样品De序列，这种测定方法快速而具有十分诱人的前景。Markchee等用含个寡核苷Suān探针的阵列测定了全Zhǎng为.kb的人线粒体基因组序Liè，准确率达%（。Hacia等用含有个寡核苷酸的高密度微阵Liè分析了黑猩猩和人BRCA基因序Liè差异，结果发现在外显子约.kb长度范围内的核酸序列同源性在.%到.%之间，提示了二者在进化上的Gāo度相似性（。．基因表达水平的检测。用基因芯片进行的表达水平检测可自Dòng快速Dì检测出成千上万个基因的表达情况。Schena等采用拟南芥基因组内共个基因的cDNA微阵列（其中个为完全序列，个为EST，检测该植物的根叶组织内这些基因的表达水平，用不同Yán色的荧Guāng素标记逆转录产物后分别与该微阵列杂交，经激光共聚焦显微扫描，发现该植物根和叶组织中存在个基因的表达差异，ér参与叶绿素合成的CAB基因在叶组织较根组织表达高倍。（Schena等用Rén外周血淋巴细胞的cDNA文库构建一个代表个基因的cDNA微阵列，来检测体外培养的T细胞对热休克反应后不同Jī因表达的差异，发现有个基因在处理Hòu
存在Fēi常明显的高表达，个基因中度表达增加和个基因Biǎo达明显Yì制。该结果还用Yíng光素交换标记对照和处理组及RNA印Jì方法证实（。在HGP完成Zhī后，用于检测在不同Shēng理病理条件下的人类所有基因表达变化的基因组芯片为期不远了（。．基因诊断Cóng正常人的基因Zǔ中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出标准图谱。从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出病变图谱。通过比较Fèn析这两种图谱，就可以得出病变的DNA信息。这种基因芯片诊断技术以其快速高效敏感经济平行化自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。例如，Affymetrix公司，把P基因全长序列和已知突变的探针集成在芯片上，制成P基因芯Piàn，将在癌症早期诊断中发挥作用。又如，Heller等构Jiàn了个基因的cDNA微阵，用于Jiǎn测分析风湿性关节Yán（RA相关De基因，以探讨DNA芯片在感染性疾病诊断方面的应用（。现在，肝炎病毒检测诊断芯片结核杆菌耐药性Jiǎn测芯片多种恶Xìng肿瘤相关病毒Jī因芯片等一系列诊断芯片逐步开始进入市场。基因诊断是基Yīn芯片中最具有商业化价值的应用。．Yào物筛选如何分离和鉴定药的有效成份是目前中药产业和传统的西药开发遇到的重大障碍，基因芯片技术是解Jué这一障碍的有效Shǒu段，它能够大规模地筛选通用性强，Néng够从基因水平解释药物的作用机理，即可以利用基因芯片分析用药前后机体的不同组织器官Jī因表达的差异。如果再用mRNA构建cDNA表达文Kù,然后用得到的肽库制作肽芯片,则可以从众多的药物成分中筛选到起作用的部分物质。或Zhě,利用RNA单链DNA有很大的柔性，能形ChéngFù杂的空间结Gòu，更有利与靶Fèn子Xiàng结合，可将核酸库中的RNA或单链DNA固定在芯片上，然后与靶蛋白孵育，形成蛋白质-RNA或蛋白质-DNA复合物，可以筛选特异的药物蛋白或核酸，因此Xìn片技术HéRNA库的结合在药物筛选中将得到广泛应用。在寻找HIV药物中，Jellis等用组合化学合成及DNA芯片技术筛选了种硫代磷酸八聚核苷酸，并从中确定了具有XXGXX样结构的抑制物，Shí验表明，Zhè种筛选物对HIV感染细胞有明显阻断作用。（生物芯片技术使得药物筛选，靶Jī因鉴别Hé新药测试的速度大大提高，成本大DàXiáng低。基因芯片药物筛选技术工作目前刚刚起步，美国很多制药公司已开Shǐ前期工作，即正在建立表达谱数据库，Cóng而为药物筛选提供各种靶基因及分析手段。这一技术具有很大的潜在应用价Zhí。．给药个性化临床上，同样药物的剂量对病人甲有效可能对病人乙不起作用，而对病Rén丙则可能有副作用。在药物疗效与副作用方面，病人的反应差异Hěn大。这主要是由于病人遗传Xué上存在差异，如药物应答基因，导致对药物产生不同的反应。例如细胞色素P酶与大约%广泛使用的药物的代谢有关，如果病人该酶的Jī因发生突变就会对降压药异喹胍产生明显的副作用，大Yuē%~%的高加索人缺乏该酶基因De活性。现已弄清楚这类基因存在广泛Biàn异，这些变异除对药物产生不同反应外，还与易犯各种疾病如Zhǒng瘤自身免疫病和帕金森病Yǒu关。如果利用基因芯片技术对患者先进行诊断，再开处方，就可对病人实施个体优化治疗。另一方面，在治疗中，很多同种疾病的具体病Yīn是因人而异的，用药也应因人而异。例如乙肝Yǒu较多亚型，HBV基因De多个位点如S,P及C基因区易发生变异。若用乙肝病毒基因多态Xìng检测芯片每隔一段时间就检测一次，这对指导用药防止乙肝病毒耐药性很有意义。又如，现用Yú治疗AIDS的药物主Yào是病毒逆Zhuàn录酶RT和蛋Bái酶PRO的抑制剂，但在用药-月后常出现耐药，其原因是rtproJī因产生一个或多Gè点突变。Rt基因四个常Xiàn突变位点是Asp→AsnLys→ArgThr→PheTyr和Lys→Glu,四个位点均突变较单一位点突变后对药Wù的耐受能力成百倍增加（。如将这些基因突变部位的全部序列构建为DNA芯片，则可快速地检测病人是这一个或那一个或多个基因发生突变，从而可对症下药，所以对指导治疗和预后Yǒu很大的意义。此外，基因XìnPiànZài新基因发现药物基因Zǔ图中药物种鉴定DNA计算机研究等方面都有巨大应用价值。基因芯片国内外现状和前景自从年美国Affymetrix公司成功Dì制作出世界上首批Yòng于药物筛选和实验室试验用的生物芯片，并制作出芯片系统（，此后世界各国在芯片研究方Miàn快速前进，不断有新的突破。美国的Hyseq公SīSyntexi公司Nanogen公司IncyteGōng司及日本欧洲各国都积极开展DNAXìn片研究工作；摩托罗拉惠普IBM等跨国公司也相继投以巨资开展芯Piàn研究。年月Affymefrix公司和MolecularDynamics公司宣布成Lì基因分析协会（GeicAnalysisTechnologyConsortium以制Dìng一个统一的技术平台Shēng产更有效而价谦的设备，与此相呼应，英国的AmershcemPharmaciaBiotechnology公司也在同一天宣布Jiāng提供部分掌握的技Zhú以推Dòng这项技术的应用（。美国关于芯片技术召开了两次会议，克林顿总统在会上高度赞赏和肯定Gāi技术，将基因芯片看作是保证一生健康的指南针（。预计在今后五年内生物芯片销售可达-亿美元；据《财富》杂志预测（.，在世纪，生物芯片对人类的影响将可能超过微电子芯片。参考资料：
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年intel和AMDCPU天梯图：
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