生物芯片：基因芯片和蛋白质芯片的发展与应用

2023-11-18 理论教育版权反馈

【摘要】：生物芯片主要分为基因芯片和蛋白质芯片。根据固定在玻片上的DNA类型，基因芯片可以分为3种。为了实现这个目的，首先必须通过一定的方法将蛋白质固定于合适的载体上，同时能够维持蛋白质天然构象，也就是必须防止其变性以维持其原有的特定生物的活性。另外，由于生物细胞中蛋白质的多样性和功能的复杂性，开发和建立具有多样品处理能力、能够进行快速分析的高通量蛋白质芯片技术特有利于简化和加快蛋白质功能研究的进展。

生物芯片是20世纪80年代末，随着人类基因组计划的顺利进行而诞生的一项在分子生物学领域中迅速发展起来的新技术，它将细胞、蛋白质、DNA及其他生物组分，通过微加工技术和微电子技术集中点在一个小的固体芯片表面，以实现对它们的准确、快速、大信息量的检测分析。生物芯片主要分为基因芯片（gene chip）和蛋白质芯片（protein chip）。生物芯片的主要特点是高通量、微型化和自动化。芯片上集成的成千上万的密集排列的分子微阵列，能够使人们在短时间内分析大量的生物分子，快速准确地获取样品中的生物信息，效率是传统检测手段的上千倍。所以是继大规模集成电路之后的又一次具有深远意义的科学技术革命。

（一）基因芯片

基因芯片，又称DNA芯片、DNA阵列，具体地说，也就是在玻片、硅片、薄膜等载体很小的基质表面上有序地、高密度地（点与点之间的距离一般小于500μm）排列、固定了大量的靶DNA片段或寡核苷酸片段。这些被固定的DNA分子在基质上就形成了高密度DNA微阵列，因此，基因芯片也称基因微阵列。根据固定在玻片上的DNA类型，基因芯片可以分为3种。核酸分子经过标记作为探针，与固定在载体上的DNA进行杂交。杂交信号通过扫描仪而输入计算机，利用特定的软件分析每个杂交位点的信号强度判断靶分子的数量和与探针的同源性，进而获取样品的序列信息从而对基因序列及功能进行大规模、高密度地研究。杂交形式属于固—液杂交，与膜杂交相似。基因芯片主要利用芯片技术中信息的条约化和平行处理原理，具有无可比拟的高效、快速和多参量的特点，是传统生物技术如检测、杂交、分型和DNA测序的一次重大创新和突破。目前市场上最主要的产品是以点样等方法制备的用于基因表达的中、低密度基因芯片。(www.chuimin.cn)

（二）蛋白质芯片

蛋白质芯片是以蛋白质代替DNA作为检测对象，与在mRNA水平上检测基因表达的基因片不同，它直接在蛋白质水平上检测基因表达模式，在基因表达研究中比基因芯片有着更加直接的应用前景。它的基本原理是将各种蛋白质有序地固定于载玻片等介质载体上成为检测的芯片，然后，用标记了特定荧光物质的抗体与芯片作用，与芯片上的蛋白质相配匹的抗体将与其对应的蛋白质结合，抗体上的荧光将指示对应的蛋白质及其表达的数量。在将未与芯片上的蛋白质互补结合的抗体洗去之后利用荧光扫描仪或激光共聚焦扫描技术，测定芯片上各点的荧光强度，通过荧光强度分析蛋白质与蛋白质之间相互作用的关系，由此达到测定各种基因表达功能的目的。为了实现这个目的，首先必须通过一定的方法将蛋白质固定于合适的载体上，同时能够维持蛋白质天然构象，也就是必须防止其变性以维持其原有的特定生物的活性。另外，由于生物细胞中蛋白质的多样性和功能的复杂性，开发和建立具有多样品处理能力、能够进行快速分析的高通量蛋白质芯片技术特有利于简化和加快蛋白质功能研究的进展。

生物芯片：基因芯片和蛋白质芯片的发展与应用

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