上海生物芯片最新研究成果-生物芯片技术介绍

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  2012-05-26 20:31:00    求知网  
  [导读] 什么是生物芯片呢?简单说,生物芯片就是在一块玻璃片、硅片、尼龙膜等材料上放上生物样品,然后由一种仪器收集信号,用计算机分析数据结果。上海生物芯片。生物芯片(biochip或bioarray)是根据生物分子间特异相互作用的原理,将生化分析过程集成于芯片表面,从而实现对DNA、RNA、多肽、蛋白质以及其他生物成分的高通量快速检测。...
  [正文]

  目前,最成功的生物芯片形式是以基因序列为分析对象的“微阵列(microarray)”,也被称为基因芯片(Gene chip)或DNA芯片(DNA chip)。1998年6月美国宣布正式启动基因芯片计划,联合私人投资机构投入了20亿美元以上的研究经费。世界各国也开始加大投入,以基因芯片为核心的相关产业正在全球崛起,目前美国已有8家生物芯片公司股票上市,平均每年股票上涨75%,据统计全球目前生物芯片工业产值为10亿美元左右,预计今后5年之内,生物芯片的市场销售可达到200亿美元以上。生物芯片技术通过微加工工艺在厘米见方的芯片上集成有成千上万个与生命相关的信息分子,它可以对生命科学与医学中的各种生物化学反应过程进行集成,从而实现对基因、配体、抗原等生物活性物质进行高效快捷的测试和分析。它的出现将给生命科学、医学、化学、新药开发、生物武器战争、司法鉴定、食品与环境监督等众多领域带来巨大的革新甚至革命。

  近日,上海细胞生物学研究所传出喜讯,生物芯片的初级形式“cDNA阵列”在上海开发成功。科学家已经建立了含有8000多个人类基因的芯片,并且已经在肝癌研究中获得了令人满意的结果,将向国内各研究部门推广。这里,就向大家介绍一下生物芯片技术。

  一般认为,生物芯片技术的开发与运用将在生物学和医学基础研究、农业、疾病诊断、新药开发、食品、环保等广泛的领域中开辟一条全新的道路。正像分子DNA技术成为现代生物学的象征一样,生物芯片技术作为新一代生物技术,将从根本上改变目前生物学和生物技术的观念和效率。

  计算机芯片的工作本质上是对0与1这二个数字以各种方法进行速度高达每秒钟数十亿次的运算。这些运算都能够通过人工进行,但计算机芯片的高速运行使人工计算在许多领域失去了意义。生物芯片的本质是进行生物信号的平行分析。它利用微点阵技术将成千上万的生物讯息密码集中到一小片固相基质上,从而使一些传统的生物学分析手段能够在尽量小的空间范围内,以尽量快的速度完成。例如在八十年代,在一个传统的生物学实验室中手工测定十几个DNA片断的序列(合约4 000个碱基对)需要至少一天时间:目前运用价格达数十万美元的自动化的PE3700DNA序列分析仪,可以在一天内测定近2000个DNA序列(合约70万个碱基对);而去年有一种不成熟的生物芯片在15分钟内完成了1.6万个碱基对的测定,96个这样的生物芯片的平行工作,就相当于每天1.47亿个碱基对的分析能力!

  由于尚未形成主流技术,生物芯片的形式非常多,以基质材料分,有尼龙膜、玻璃片、塑料、硅胶晶片、微型磁珠等;以所检测的生物信号种类分,有核酸、蛋白质、生物组织碎片甚至完整的活细胞;按工作原理分类,有杂交型、合成型、连接型、亲和识别型等。由于生物芯片概念是随着人类基因组的发展一起建立起来的,所以至今为止生物信号平行分析最成功的形式是以一种尼龙膜为基质的“cDNA阵列”,用于检测生物样品中基因表达谱的改变。

  上海细胞生物学研究所的胡赓熙博士和他的实验室,自1998年底开始研究cDNA阵列的制备和应用技术。在中国科学院有关领导的大力支持下,与国内外同行包括陈竺教授领导的国家人类基因组南方中心通力合作,至1999年6 月,已经率先建立了含有8000个不同人类基因的cDNA阵列。这个新的利器在人类肝癌的研究中发挥了重要的作用。利用cDNA阵列技术,他们在今年一月就证明了一组100多个基因表达的变化与人类肝癌发生相关。今年7月,他们又发现了300多个类似的人类基因。如果使用传统的生物技术,这样的研究进度是不可想象的。他们的研究计划是在半年内达到2 5000个基因数,这将是整个人类基因数量的四分之一。

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