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基因芯片的制备

标签: 基因芯片 制备

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1、原位光刻合成寡聚核苷酸原位光刻合成技术是由Affymetrix公司开发的,采用的技术原理是在合成碱基单体的5'羟基末端连上一个光敏保护基。合成的第一步是利用光照射使羟基端脱保护,然后一个5'端保护的核苷酸单体连接上去,这个过程反复进行直至合成完毕。使用多种掩盖物能以更少的合成步骤生产出高密度的阵列,在合成循环中探针数目呈指数增长。某一含n个核苷酸的寡聚核苷酸,通过4×n个化学步骤能合成出4n个可能结构。例如:一个完整的十核苷酸通过32个化学步骤,8个小时可能合成65,536个探针。

2、原位喷印合成 芯片原位喷印合成原理与喷墨打印类似,不过芯片喷印头和墨盒有多个,墨盒中装的是四种碱基等液体而不是碳粉。喷印头可在整个芯片上移动并根据芯片上不同位点探针的序列需要将特定的碱基喷印在芯片上特定位置。该技术采用的化学原理与传统的DNA固相合成一致,因此不需要特殊制备的化学试剂。

3、点样法 点样法是将合成好的探针、cDNA或基因组DNA通过特定的高速点样机器人直接点在芯片上。采用的机器人有一套计算机控制三维移动装置;多个打印/喷印针的打印/喷印头;一个减震底座,上面可放内盛探针的多孔板和多个芯片。根据需要还可以有温度和湿度控制装置;针洗涤装置。打印/喷印针将探针从多孔板取出直接打印或喷印于芯片上。直接打印时针头与芯片接触,而在喷印时针头与芯片保持一定距离。打印法的优点是探针密度高,通常1平方厘米可打印2,500个探针。缺点是定量准确性及重现性不好, 打印针易堵塞且使用寿命有限。喷印法的优点是定量准确,重现性好,使用寿命长。缺点是喷印的斑点大,因此探针密度低,通常只有1平方厘米400点。国外有多家实验室和公司研究开发打印/喷印设备,目前有一些已经商品化。军事医学科学院目前正在利用打印/喷印技术进行生物芯片的研究和开发,预计2年内将有用于实验室研究或临床诊断的基因芯片产品问世。

4、电子芯片电子芯片是由美国Nanogen公司开发的,目前国内清华大学和复旦大学也在开发这一技术。这种芯片为带有阳电荷的硅芯片、芯片经热氧化,制成1mm(1mm的阵列、每个阵列含多个微电极,在每个电极上通过氮化硅沉积和蚀刻制备出样品池。将链连接亲和素的琼脂糖覆盖在电极上,在电场作用下生物素标记的探针即可结合在特定电极上。电子芯片的最大特点是杂交速度快,可大大缩短分析时间。制备复杂、成本高是其不足。

5、三维芯片三维芯片是由美国的Packard、摩托罗拉、Argonne国家实验室三家机构与俄罗斯Engelhardt分子生物学研究所合作开发的一种芯片技术。三维生物芯片的实质上是一块显微镜载玻片,其上有10,000个微小聚乙烯酰胺凝胶条,每个凝胶条可用于靶DNA,RNA和蛋白质的分析。先把已知化合物加在凝胶条上,用3cm长的微型玻璃毛细管将待测样品加到凝胶条上。每个毛细管能把小到0.2nl的体积打到凝胶上。以上几家机构构合作研究的生物芯片系统具有其它生物芯片系统不具有的几个优点。一是凝胶条的三维化能加进更多的已知物质,增加了敏感性。二是可以在芯片上同时进行扩增与检测。一般情况下,必须在微量多孔板上先进行PCR扩增,再把样品加到芯片上,因此需要进行许多额外操作。本芯片所用凝胶体积很小,使PCR扩增体系的体积减小1,000倍(总体积约纳升级),从而节约了每个反应所用的PCR酶(约减少100倍)。三是以三维构象形式存在的蛋白和基因材料可以其天然状态在凝胶条上分析,可以进行免疫测定,受体-配体研究和蛋白组分析。

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