生物晶元怎麼看

❶ 未來生物晶元前景如何

人類基因組計劃是人類為了認識自己而進行的一項偉大而影響深遠的研究計劃。目前的問題是面對大量的基因或基因片斷序列如何研究其功能，只有知道其功能才能真正體現HGP計劃的價值--破譯人類基因這部天書。後基因組計劃、蛋白組計劃、疾病基因組計劃等概念就是為實現這一目標而提出的。生物信息學將在其中扮演至關重要的角色。生物晶元技術就是為實現這一環節而建立的，使對個體生物信息進行高速、並行採集和分析成為可能，必將成為未來生物信息學研究中的一個重要信息採集和處理平台，成為基因組信息學研究的主要技術支撐。生物晶元作為生物信息學的主要技術支撐和操作平台，其廣闊的發展空間就不言而喻。
在實際應用方面，生物晶元技術可廣泛應用於疾病診斷和治療、葯物基因組圖譜、葯物篩選、中葯物種鑒定、農作物的優育優選、司法鑒定、食品衛生監督、環境檢測、國防等許多領域。它將為人類認識生命的起源、遺傳、發育與進化、為人類疾病的診斷、治療和防治開辟全新的途徑，為生物大分子的全新設計和葯物開發中先導化合物的快速篩選和葯物基因組學研究提供技術支撐平台，這從我國99年3月國家科學技術部剛起草的《醫葯生物技術「十五」及2015年規劃》中便可見一斑：規劃所列十五個關鍵技術項目中，就有八個項目（基因組學技術、重大疾病相關基因的分離和功能研究、基因葯物工程、基因治療技術、生物信息學技術、組合生物合成技術、新型診斷技術、蛋白質組學和生物晶元技術）要使用生物晶元。生物晶元技術被單列作為一個專門項目進行規劃。總之，生物晶元技術在醫學、生命科學、葯業、農業、環境科學等凡與生命活動有關的領域中均具有重大的應用前景。

❷ 誰能告訴下什麼是 生物晶元

生物晶元技術是隨著"人類基因組計劃"（human genome project, HGP）的進展而發展起來的，它是90年代中期以來影響最深遠的重大科技進展之一，它融微電子學、生物學、物理學、化學、計算機科學為一體的高度交叉的新技術，具有重大的基礎研究價值，又具有明顯的產業化前景。生物晶元技術包括基因晶元、蛋白質晶元、細胞晶元、組織晶元、以及元件型微陣列晶元、通道型微陣列晶元、生物感測晶元等新型生物晶元（1）。本文主要討論基因晶元技術，它為"後基因組計劃"時期基因功能的研究提供了強有力的工具，將會使基因診斷、葯物篩選、給葯個性化等方面取得重大突破，該技術被評為1998年度世界十大科技進展之一。

1 基本概念

基因晶元（gene chip）也叫DNA晶元、DNA微陣列（DNA microarray）、寡核苷酸陣列（oligonucleotide array），是指採用原位合成（in situ synthesis）或顯微列印手段，將數以萬計的DNA探針固化於支持物表面上，產生二維DNA探針陣列，然後與標記的樣品進行雜交，通過檢測雜交信號來實現對生物樣品快速、並行、高效地檢測或醫學診斷，由於常用硅晶元作為固相支持物，且在制備過程運用了計算機晶元的制備技術，所以稱之為基因晶元技術。

2 技術基本過程

2．1 DNA方陣的構建

選擇矽片、玻璃片、瓷片或聚丙烯膜、尼龍膜等支持物，並作相應處理，然後採用光導化學合成和照相平板印刷技術可在矽片等表面合成寡核苷酸探針;（2）或者通過液相化學合成寡核苷酸鏈探針，或PCR技術擴增基因序列，再純化、定量分析，由陣列復制器（arraying and replicating device ARD），或陣列機（arrayer）及電腦控制的機器人，准確、快速地將不同探針樣品定量點樣於帶正電荷的尼龍膜或矽片等相應位置上，再由紫外線交聯固定後即得到DNA微陣列或晶元（3）。

2．2 樣品DNA或mRNA的准備。

從血液或活組織中獲取的DNA/mRNA樣品在標記成為探針以前必須進行擴增提高閱讀靈敏度。Mosaic Technologies公司發展了一種固相PCR系統，好於傳統PCR技術，他們在靶DNA上設計一對雙向引物，將其排列在丙烯醯胺薄膜上，這種方法無交叉污染且省去液相處理的繁鎖；Lynx Therapeutics公司提出另一個革新的方法，即大規模平行固相剋隆（massively parallel solid-phase cloning）這個方法可以對一個樣品中數以萬計的DNA片段同時進行克隆，且不必分離和單獨處理每個克隆，使樣品擴增更為有效快速（4）。

在PCR擴增過程中，必須同時進行樣品標記，標記方法有熒游標記法、生物素標記法、同位素標記法等。

2．3 分子雜交

樣品DNA與探針DNA互補雜交要根據探針的類型和長度以及晶元的應用來選擇、優化雜交條件。如用於基因表達監測，雜交的嚴格性較低、低溫、時間長、鹽濃度高；若用於突變檢測，則雜交條件相反（5）。晶元分子雜交的特點是探針固化，樣品熒游標記，一次可以對大量生物樣品進行檢測分析，雜交過程只要30min。美國Nangon公司採用控制電場的方式，使分子雜交速度縮到1min，甚至幾秒鍾（6）。德國癌症研究院的Jorg Hoheisel等認為以肽核酸（PNA）為探針效果更好。

2．4 雜交圖譜的檢測和分析

用激光激發晶元上的樣品發射熒光，嚴格配對的雜交分子，其熱力學穩定性較高，熒光強；不完全雜交的雙鍵分子熱力學穩定性低，熒光信號弱（不到前者的1/35~1/5）（2），不雜交的無熒光。不同位點信號被激光共焦顯微鏡，或落射熒光顯微鏡等檢測到，由計算機軟體處理分析，得到有關基因圖譜。目前，如質譜法、化學發光法、光導纖維法等更靈敏`、快速，有取代熒光法的趨勢。

3 應用

3．1 測序

基因晶元利用固定探針與樣品進行分子雜交產生的雜交圖譜而排列出待測樣品的序列，這種測定方法快速而具有十分誘人的前景。Mark chee等用含135000個寡核苷酸探針的陣列測定了全長為16.6kb的人線粒體基因組序列，准確率達99%（7）。Hacia等用含有48000個寡核苷酸的高密度微陣列分析了黑猩猩和人BRCA1基因序列差異，結果發現在外顯子11約3.4kb長度范圍內的核酸序列同源性在98.2%到83.5%之間，提示了二者在進化上的高度相似性（8）。

3．2 基因表達水平的檢測。

用基因晶元進行的表達水平檢測可自動、快速地檢測出成千上萬個基因的表達情況。Schena等採用擬南芥基因組內共45個基因的cDNA微陣列（其中14個為完全序列，31個為EST），檢測該植物的根、葉組織內這些基因的表達水平，用不同顏色的熒光素標記逆轉錄產物後分別與該微陣列雜交，經激光共聚焦顯微掃描，發現該植物根和葉組織中存在26個基因的表達差異，而參與葉綠素合成的CAB1基因在葉組織較根組織表達高500倍。（9）Schena等用人外周血淋巴細胞的cDNA文庫構建一個代表1046個基因的cDNA微陣列，來檢測體外培養的T細胞對熱休克反應後不同基因表達的差異，發現有5個基因在處理後存在非常明顯的高表達，11個基因中度表達增加和6個基因表達明顯抑制。該結果還用熒光素交換標記對照和處理組及RNA印跡方法證實（10）。在HGP完成之後，用於檢測在不同生理、病理條件下的人類所有基因表達變化的基因組晶元為期不遠了（11）。

3．3 基因診斷

從正常人的基因組中分離出DNA與DNA晶元雜交就可以得出標准圖譜。從病人的基因組中分離出DNA與DNA晶元雜交就可以得出病變圖譜。通過比較、分析這兩種圖譜，就可以得出病變的DNA信息。這種基因晶元診斷技術以其快速、高效、敏感、經濟、平行化、自動化等特點，將成為一項現代化診斷新技術。例如，Affymetrix公司，把P53基因全長序列和已知突變的探針集成在晶元上，製成P53基因晶元，將在癌症早期診斷中發揮作用。又如，Heller等構建了96個基因的cDNA微陣，用於檢測分析風濕性關節炎（RA）相關的基因，以探討DNA晶元在感染性疾病診斷方面的應用（12）。現在，肝炎病毒檢測診斷晶元、結核桿菌耐葯性檢測晶元、多種惡性腫瘤相關病毒基因晶元等一系列診斷晶元逐步開始進入市場。基因診斷是基因晶元中最具有商業化價值的應用。

3．4 葯物篩選

如何分離和鑒定葯的有效成份是目前中葯產業和傳統的西葯開發遇到的重大障礙，基因晶元技術是解決這一障礙的有效手段，它能夠大規模地篩選、通用性強，能夠從基因水平解釋葯物的作用機理，即可以利用基因晶元分析用葯前後機體的不同組織、器官基因表達的差異。如果再用m RNA 構建c DNA表達文庫,然後用得到的肽庫製作肽晶元,則可以從眾多的葯物成分中篩選到起作用的部分物質。或者,利用RNA、單鏈DNA有很大的柔性，能形成復雜的空間結構，更有利與靶分子相結合，可將核酸庫中的RNA或單鏈DNA固定在晶元上，然後與靶蛋白孵育，形成蛋白質-RNA或蛋白質-DNA復合物，可以篩選特異的葯物蛋白或核酸，因此晶元技術和RNA庫的結合在葯物篩選中將得到廣泛應用。在尋找HIV葯物中，Jellis等用組合化學合成及DNA晶元技術篩選了654536種硫代磷酸八聚核苷酸，並從中確定了具有XXG4XX樣結構的抑制物，實驗表明，這種篩選物對HIV感染細胞有明顯阻斷作用。（13）生物晶元技術使得葯物篩選，靶基因鑒別和新葯測試的速度大大提高，成本大大降低。基因晶元葯物篩選技術工作目前剛剛起步，美國很多制葯公司已開始前期工作，即正在建立表達譜資料庫，從而為葯物篩選提供各種靶基因及分析手段。這一技術具有很大的潛在應用價值。

3．5 給葯個性化

臨床上，同樣葯物的劑量對病人甲有效可能對病人乙不起作用，而對病人丙則可能有副作用。在葯物療效與副作用方面，病人的反應差異很大。這主要是由於病人遺傳學上存在差異，如葯物應答基因，導致對葯物產生不同的反應。例如細胞色素P450酶與大約25%廣泛使用的葯物的代謝有關，如果病人該酶的基因發生突變就會對降壓葯異喹胍產生明顯的副作用，大約5%~10%的高加索人缺乏該酶基因的活性。現已弄清楚這類基因存在廣泛變異，這些變異除對葯物產生不同反應外，還與易犯各種疾病如腫瘤、自身免疫病和帕金森病有關。如果利用基因晶元技術對患者先進行診斷，再開處方，就可對病人實施個體優化治療。另一方面，在治療中，很多同種疾病的具體病因是因人而異的，用葯也應因人而異。例如乙肝有較多亞型，HBV基因的多個位點如S,P及C基因區易發生變異。若用乙肝病毒基因多態性檢測晶元每隔一段時間就檢測一次，這對指導用葯防止乙肝病毒耐葯性很有意義。又如，現用於治療AIDS的葯物主要是病毒逆轉錄酶RT和蛋白酶PRO的抑制劑，但在用葯3-12月後常出現耐葯，其原因是rt、pro基因產生一個或多個點突變。Rt基因四個常見突變位點是Asp67→Asn、Lys70→Arg、Thr215→Phe、Tyr和Lys219→Glu,四個位點均突變較單一位點突變後對葯物的耐受能力成百倍增加（14）。如將這些基因突變部位的全部序列構建為DNA晶元，則可快速地檢測病人是這一個或那一個或多個基因發生突變，從而可對症下葯，所以對指導治療和預後有很大的意義。

此外，基因晶元在新基因發現、葯物基因組圖、中葯物種鑒定、DNA計算機研究等方面都有巨大應用價值。

4 基因晶元國內外現狀和前景

自從1996年美國Affymetrix公司成功地製作出世界上首批用於葯物篩選和實驗室試驗用的生物晶元，並製作出晶元系統（15），此後世界各國在晶元研究方面快速前進，不斷有新的突破。美國的Hyseq公司、Syntexi公司、Nanogen公司、Incyte公司及日本、歐洲各國都積極開展DNA晶元研究工作；摩托羅拉、惠普、IBM等跨國公司也相繼投以巨資開展晶元研究。98年12月Affymefrix公司和Molecular Dynamics公司宣布成立基因分析協會（Genetic Analysis Technology Consortium）以制定一個統一的技術平台生產更有效而價謙的設備，與此相呼應，英國的Amershcem Pharmacia Biotechnology公司也在同一天宣布將提供部分掌握的技術以推動這項技術的應用（16）。美國關於晶元技術召開了兩次會議，柯林頓總統在會上高度贊賞和肯定該技術，將基因晶元看作是保證一生健康的指南針（17）。預計在今後五年內生物晶元銷售可達200-300億美元；據《財富》雜志預測（97.3），在21世紀，生物晶元對人類的影響將可能超過微電子晶元。
參考資料：http://www.stcsm.gov.cn/learning/lesson/shengwu/20020520/20020520-4.asp

❸ 生物晶元的分類

生物晶元雖然只有10多年的歷史，但包含的種類較多，分類方式和種類也沒有完全的統一。 (1)生物電子晶元：用於生物計算機等生物電子產品的製造。
(2)生物分析晶元：用於各種生物大分子、細胞、組織的操作以及生物化學反應的檢測。
前一類目前在技術和應用上很不成熟，一般情況下所指的生物晶元主要為生物分析晶元。 (1)主動式晶元：是指把生物實驗中的樣本處理純化、反應標記及檢測等多個實驗步驟集成，通過一步反應就可主動完成。其特點是快速、操作簡單，因此有人又將它稱為功能生物晶元。主要包括微流體晶元(microftuidic chip)和縮微晶元實驗室(lab on chip，也叫「晶元實驗室」，是生物晶元技術的高境界)。
(2)被動式晶元：即各種微陣列晶元，是指把生物實驗中的多個實驗集成，但操作步驟不變。其特點是高度的並行性，目前的大部分晶元屬於此類。由於這類晶元主要是獲得大量的生物大分子信息，最終通過生物信息學進行數據挖掘分析，因此這類晶元又稱為信息生物晶元。包括基因晶元、蛋白晶元、細胞晶元和組織晶元。 (1)基因晶元(gene chip)：又稱DNA晶元(DNA chip)或DNA微陣列(DNA microarray)，是將cDNA或寡核苷酸按微陣列方式固定在微型載體上製成。
(2)蛋白質晶元(protein chip或protein microarray)：是將蛋白質或抗原等一些非核酸生命物質按微陣列方式固定在微型載體上獲得。晶元上的探針構成為蛋白質或晶元作用對象為蛋白質者統稱為蛋白質晶元。
(3)細胞晶元(cell chip)：是將細胞按照特定的方式固定在載體上，用來檢測細胞間相互影響或相互作用。
(4)組織晶元(tissue chip)：是將組織切片等按照特定的方式固定在載體上，用來進行免疫組織化學等組織內成分差異研究。
(5)其他：如晶元實驗室(Lab on chip)，用於生命物質的分離、檢測的微型化晶元。現在，已經有不少的研究人員試圖將整個生化檢測分析過程縮微到晶元上，形成所謂的「晶元實驗室」(Lab on chip）。晶元實驗室是生物晶元技術發展的最終目標。它將樣品的制備、生化反應到檢測分析的整個過程集約化形成微型分析系統。由加熱器、微泵、微閥、微流量控制器、微電極、電子化學和電子發光探測器等組成的晶元實驗室已經問世，並出現了將生化反應、樣品制備、檢測和分析等部分集成的晶元）。「晶元實驗室」可以完成諸如樣品制備、試劑輸送、生化反應、結果檢測、信息處理和傳遞等一系列復雜工作。這些微型集成化分析系統攜帶方便，可用於緊急場合、野外操作甚至放在航天器上。例如可以將樣品的制備和PCR擴增反應同時完成於一塊小小的晶元之上。再如Gene Logic公司設計製造的生物晶元可以從待檢樣品中分離出DNA或RNA，並對其進行熒游標記，然後當樣品流過固定於柵欄狀微通道內的寡核苷酸探針時便可捕獲與之互補的靶核酸序列。應用其自己開發的檢測設備即可實現對雜交結果的檢測與分析。這種晶元由於寡核苷酸探針具有較大的吸附表面積，所以可以靈敏地檢測到稀有基因的變化。同時，由於該晶元設計的微通道具有濃縮和富集作用，所以可以加速雜交反應，縮短測試時間，從而降低了測試成本。

❹ 如何看多種腫瘤標志物蛋白晶元檢測單

生物晶元技術是近年新興的一門科學,蛋白晶元是生物晶元技術的一種,根據腫瘤在發生,發展過程中會產生特殊蛋白質,而且不同腫瘤的蛋白質也不同的原理,通過晶元敏銳"捕捉"血清中的異質蛋白,以電腦精確分析,將不同腫瘤的蛋白質"對號入座".該系統區別於其他腫瘤檢測系統的特點是靈敏度高,准確率可達80%,二是高度集成,抽一次血可同時檢測12項腫瘤標志物,輔助診斷10種腫瘤,包括肝癌,肺癌,前列腺癌,胰腺癌,胃癌,食道癌,卵巢癌,子宮內膜癌,結腸癌,乳腺癌.

❺ 生物晶元技術的技術前景

基因晶元用途廣泛，在生命科學研究及實踐、醫學科研及臨床、葯物設計、環境保護、農業、軍事等各個領域有著廣泛的用武之地。這些無疑將會產生巨大的社會和經濟效益。有著廣泛的經濟、社會及科研前景。因此，國際上一些著名的政治家，投資者和科學家均看好這一技術前景。認為基因晶元以及相關產品產值有可能超過微電子晶元，成為下一世紀最大的高技術產業，具有巨大的商業潛力。 1、高密度晶元的批量制備技術：利用平面微細加工技術，結合高產率原位DNA合成技術，制備高密度晶元是重要的發展趨勢。
2、高密度基因晶元的設計將會成為基因晶元發展的一個重要課題，它決定基因晶元的應用和功能。利用生物信息學方法，根據被檢測基因序列的特徵和檢測要求，設計出可靠性高，容錯性好，檢測直觀的高密度晶元是決定其應用的關鍵。
3、生物功能物質微陣列晶元的研製：發展高集成度的生物功能單元的微陣列晶元，特別是發展蛋白質、多肽、細胞和細胞器、病毒等生物功能單元的高密度自組裝技術，研製和開發有批量制備潛力的生物晶元制備技術。
基因晶元可為研究不同層次多基因協同作用提供手段。這將在研究人類重大疾病的相關基因及作用機理等方面發揮巨大的作用。人類許多常見病如腫瘤、心血管病、神經系統退化性疾病、自身免疫性疾病及代謝性疾病等均與基因有密切的關系。
生物晶元能為現代醫學發展提供強有力的手段，促進醫學從「系統、血管、組織和細胞層次」（第二階段醫學）向「DNA、RNA、蛋白質及其相互作用層次」（第三階段醫學）過渡，使之盡快進入實際應用。
DNA晶元技術可用於水稻抗病基因的分離與鑒定。水稻是中國的主要糧食作物，病害是提高水稻產量的主要限制因素。利用轉基因技術進行品種改良，是目前最經濟有效的防治措施。而應用這一技術的前提是必須首先獲得優良基因克隆，但目前具有專一抗性的抗病基因數量有限，限制了這一技術的應用。而基因晶元用於水稻抗病相關基因的分離及分析，可方便的獲取抗病基因，產生明顯的社會效益。
在醫葯設計、環境保護、農業等各個領域，基因晶元均有很多用武之地，成為人類造福自身的工具。 美國總統柯林頓在1998年1月對全國的演講中指出「未來十二年，基因晶元將為我們一生中的疾病預防指點迷津」。1998年6月27日華盛頓郵報在報道Motorola進入基因晶元領域時，認為這將造福於子孫後代。美國「Fortune」雜志在1997年3月重點介紹了基因晶元技術，論述了未來產業化的前景，該文預測「在2005年僅僅在美國用於基因組研究的晶元銷售額將達約50億美元，2010年有可能上升為400億美元」。這還不包括用於疾病預防及診治以及其它領域中的基因晶元，這部分預計比基因組研究用量還要大上百倍。
由於生物晶元的重大意義和巨大的商業潛力，北美和歐洲許多國家的政府和公司投入大量人力物力來推動此項研究工作。如美國的國立衛生研究院、商業部高技術署、國防部、司法部和一些大公司以及風險投資者投入了數億美元的巨資。基因晶元以及相關產品產業有可能成為下一世紀最大的高技術產業之一。

❻ 什麼叫做生物晶元

生物晶元技術起源於核酸分子雜交。所謂生物晶元一般指高密度固定在互相支持介質上的生物信息分子（如基因片段、CDNA片段或多肽、蛋白質）的微陣列雜交型晶元（micro-arrays），陣列中每個分子的序列及位置都是已知的，並且是預先設定好的序列點陣，微流控晶元（microfluidic chips）和液態生物晶元是比微陣列晶元後發展的生物晶元新技術。生物晶元技術是系統生物技術的基本內容。
什麼是生物晶元呢？簡單說，生物晶元就是在一塊玻璃片、矽片、尼龍膜等材料上放上生物樣品，然後由一種儀器收集信號，用計算機分析數據結果。人們可能很容易把生物晶元與電子晶元聯系起來，雖然，生物晶元和電子晶元確實有著千絲萬縷的聯系，但它們是完全不同的兩種東西。生物晶元並不等同於電子晶元，只是借用概念，它的原名叫「核酸微陣列」，因為它上面的反應是在交叉的縱列中所發生。

❼ 請教下高手，生物晶元，基因晶元和表達譜晶元有怎樣的一個關系

廣義的生物晶元指一切採用生物技術制備或應用於生物技術的微處理器。狹義的生物晶元就是指基因晶元。基因晶元是固定有寡核苷酸、基因組DNA或互補DNA等的生物晶元。利用這類晶元與標記的生物樣品進行雜交，可對樣品的基因表達譜生物信息進行快速定性和定量分析。 表達晶元的具體定義我沒有找到，簡單地說是用來表達蛋白質。所謂晶元，實際就是個載體，上面載有要研究的對象，最大的優點就是高通量，也就是可快速操作的劑量大。

❽ 生物晶元技術的定義

生物晶元（biochip）是指採用光導原位合成或微量點樣等方法，將大量生物大分子比如核酸片段、多肽分子甚至組織切片、細胞等等生物樣品有序地固化於支持物的表面，組成密集二維分子排列，然後與已標記的待測生物樣品中靶分子雜交，通過特定的儀器對雜交信號的強度進行快速、並行、高效地檢測分析，從而判斷樣品中靶分子的數量。由於常用矽片作為固相支持物，且在制備過程模擬計算機晶元的制備技術，所以稱之為生物晶元技術。

❾ 生物晶元

生物晶元技術是上世紀90年代發展起來的生物學前沿技術，其具有高通量、高效率的特點。該技術在醫葯衛生、農業、環境保護、司法鑒定等領域有廣闊的發展前景。狹義的生物晶元是指包埋在固相載體(如矽片、玻璃和塑料等)上的高密度DNA、蛋白質、細胞等微陣列晶元，如cDNA微陣列、寡核苷酸微陣列和蛋白質微陣列等，這些微陣列由生物活性物質以點陣的形式有序地固定在固相載體上形成。廣義的生物晶元是指任何能對生物分子進行快速並行處理和分析的微型固體薄型器件。目前生物晶元已有DNA晶元、蛋白質晶元和晶元實驗室三大類