基因芯片能夠在科研，生物制藥，醫(yī)學(xué)診斷方面發(fā)揮作用，同時(shí)，研究基因芯片技術(shù)實(shí)現(xiàn)具有實(shí)際應(yīng)用意義。今天為大家介紹一下基因芯片的技術(shù)原理和具體的制備技術(shù)類型。

　　基因芯片的技術(shù)原理介紹

　　基因芯片又稱為 DNA 微陣列(DNA microarray)，基因芯片的測(cè)序原理是雜交測(cè)序方法，即通過與一組已知序列的核酸探針雜交進(jìn)行核酸序列測(cè)定的方法。它是在基因探針的基礎(chǔ)上研制出的。所謂基因探針是一段堿基序列，由人工合成，大量的探針分子固定于支持物的探針上。連接一些如熒光等物質(zhì)，以便于信號(hào)捕捉。根據(jù)堿基互補(bǔ)的原理，待測(cè)的基因混合物就能識(shí)別這些人工合成的基因探針，然后通過檢測(cè)雜交信號(hào)的強(qiáng)度及分布來進(jìn)行分析。基因芯片通過應(yīng)用平面微細(xì)加工技術(shù)和超分子自組裝技術(shù)，把大量分子檢測(cè)單元集成在一個(gè)微小的固體基片表面，可同時(shí)對(duì)大量的核酸和蛋白質(zhì)等生物分子實(shí)現(xiàn)高效、快速、低成本的檢測(cè)和分析。基因芯片因?yàn)槠涮结樀牟煌梢詰?yīng)用于許多檢測(cè)領(lǐng)域。最常用的芯片應(yīng)用是DNA/寡核苷酸芯片用于基因表達(dá)譜的檢測(cè)。這個(gè)技術(shù)中，來自兩個(gè)不同樣本的 RNA 用兩種不同的熒光標(biāo)記(通常是 Cy3 和 Cy5)，然后再將這些 RNA 雜交到由成百上千個(gè) DNA/寡核苷酸順序排列的玻璃載體上，熒光信號(hào)的強(qiáng)弱正好反映了轉(zhuǎn)錄水平，然后用特定的熒光波長(zhǎng)掃描芯片得到這些基因在不同組織或細(xì)胞中的表達(dá)譜。最后可以用特定的分析軟件將這些差異表達(dá)的基因進(jìn)行聚類分析，表明他們具有共有的生物學(xué)功能。

　　傳統(tǒng)基因芯片制備技術(shù)類型介紹

　　傳統(tǒng)的制備方法主要有兩種：一是原位合成，二是直接點(diǎn)樣。原位合成是用于寡氨基酸，直接點(diǎn)樣多用于大片段DNA，有時(shí)也用于寡核苷酸甚至mRNA。原位合成主要有光刻法和壓電打印法兩種途徑。

　　新的基因芯片制備技術(shù)介紹

　　1. 微電子芯片

　　利用微電子工業(yè)常用的光刻技術(shù)，芯片被設(shè)計(jì)構(gòu)建在硅/二氧化硅等基底材料上，經(jīng)熱氧化，制成1mm×1mm的陣列，每個(gè)陣列含有多個(gè)微電極，在每個(gè)電極上通過氧化硅沉積和蝕刻制備出樣品池。將連接鏈親和素的瓊脂糖覆蓋在電極上，在電場(chǎng)作用下生物素標(biāo)記的探針即可結(jié)合在特定電極上。電子芯片最大特點(diǎn)是雜交速度快，可大大縮短分析時(shí)間，但制備復(fù)雜、成本高。

　　2. 三維生物芯片

　　這種芯片技術(shù)是利用官能團(tuán)化的聚丙酰氨凝膠塊作為基質(zhì)來固定寡氨基酸。通常的制備方法是將有活性基團(tuán)的物質(zhì)或丙烯酰胺衍生物與丙烯酰胺單體在玻璃板上聚合，機(jī)械切割出三維凝膠微塊，使每塊玻璃片上有10 000個(gè)微小的聚乙烯酰胺凝膠條，每個(gè)凝膠條可用于靶DNA、RNA或蛋白質(zhì)的分析，光刻或激光蒸發(fā)除去凝膠塊之間的凝膠，再將帶有活性基團(tuán)(氨基、醛基等)的DNA點(diǎn)，加到凝膠上進(jìn)行交聯(lián)，再將DNA樣品轉(zhuǎn)移到凝膠塊上。

　　3. 流過式芯片

　　即在芯片片基上制成格柵狀微通道，設(shè)計(jì)及合成特定的寡氨基酸探針，結(jié)合于微通道內(nèi)芯片特定區(qū)域。從待檢測(cè)樣品中分離DNA或RNA，并對(duì)其進(jìn)行熒光標(biāo)記，然后該樣品流過芯片，固定的寡氨基酸探針捕獲與之相互補(bǔ)的核酸，再用信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)分析結(jié)果。其特點(diǎn)是敏感度高、速度快、價(jià)格較低。

　　基因芯片在進(jìn)行疾病檢查方面也能發(fā)揮很大作用，比如產(chǎn)前遺傳病檢查，對(duì)病原微生物感染診斷和一些新血管等重大疾病方面都能提高診斷率。