分子生物学应用

分子生物学应用 分子生物学应用 ——生物芯片的研究与应用 ：生物工程 姓名： 学号： 摘要：生物芯片技术具有高通量、并行性及自动化的优点，已经成为科学界的研究热点之一。生物芯片是指将大量生物讯息密码(寡核苷酸、cDNA、基因组DNA、蛋白质等)以预先的方式固定在玻片、硅片等固相载体上组成的密集分子阵列，可分为核酸芯片、蛋白芯片、芯片实验室三类。生物芯片技术的本质是生物信号的平行分析，它利用核酸分子杂交、蛋白分子亲和原理，通过荧光标记技术检测杂交或亲和与否，可迅速获得所需信息。高效、快速的生物芯片技术以其无与伦比的优势，已在医学、分子生物学等领域显现出巨大的应用价值，具有非常广阔的发展前景 生物芯片的种类 根据探针分子的不同、研究对象的差异和制作的发展，可以将生物芯片分为以下几种： 1. 基因芯片 基因芯片又称DNA芯片、DNA微阵列，是生物芯片技术中最基础的也是发展最成熟以及最先进入应用和实现商品化的领域。基因芯片是基于核酸互补杂交原理研制的，它是指将大量的探针分子固定于固相支持物上然后与标记的样品分子进行杂交反应，通过对杂交信号的监测分析获取样品分子的数量和序列信息。 2. 蛋白质芯片 蛋白质芯片也称蛋白质微阵列，是指将大量蛋白质有规则地固定到某种介质载体上，利用蛋白质与蛋白质、酶与底物、蛋白质与其它小分子之间的相互作用，监测分析蛋白质的一项技术。 3. 组织芯片 组织芯片也称为组织微阵列．是将成百上千个不同个体的组织标本按预先设计或研究需要排列在一张固相载体上所形成的组织微阵列，可以看成是基因芯片技术的延伸。组织芯片最大的便利之处在于可以对大量组织标本同时进行检测，只需一次实验过程即可完成普通实验所需的几十至几百次相同的实验操作，缩短了检测时间，减少了不同染色玻片之间人为造成的差异，使得各组织或穿刺标本问对某一生物分子的测定更具有可比性。目前，组织芯片已经在肿瘤研究、病原 体检测、药物筛选、新药毒理学、形态学教学中都有了广泛的应用。 4. 细胞芯片 细胞芯片又称为细胞微阵列。是以活细胞为研究对象的一种生物芯片。细胞芯片技术实际上是一种高通量的基因反向转染技术，一般指充分运用纤维技术或纳米技术，利用一系列几何学、力学、电磁学等原理，在芯片上完成对细胞的捕获、固定、平衡、运输、刺激及培养的精确控制，并通过微型化的化学分析，实现对细胞样品的高通量、多参数、连续原位信号检测和细胞组分的理化分析等研究目的。目前已发展的细胞芯片有整合的微流体细胞芯片、微量电穿孔细胞芯片、细胞免疫芯片等。 5. 糖芯片 糖芯片渊又称糖微阵列，是一种应用于糖组学研究的新兴工具。根据展示在芯片上糖的特征，糖芯片可以分为单糖芯片、寡糖芯片、多糖芯片和复合糖芯片；根据用途可以分为功能糖组学糖芯片和药物糖组糖学芯片。糖芯片可同时分析空前数量的多糖一蛋白质相互作用，可用于功能糖组学、药物筛选、抗体结合特异性分析、细胞黏附检测和酶测定及药物糖组学等方面的研究。 6. 微流路芯片 微流路芯片瞄捌是采用半导体微加工技术和微电子工艺在芯片上构建微流路系统(由储液池、微反应室、微通道、微电极、微电路中的一种或几种组成)，加载生物样品和反应液后，在压力泵或电场的作用下形成微流路，于芯片上进行一种连续或多样的反应.达到对样品的高通量分析的目的。目前主要的微流路芯片有：流式芯片、微电子芯片、PCR芯片、毛细管电泳芯片、多功能集成芯片、蛋白质分析微流路芯片等。 生物芯片的应用 1998年6月29日美国宣布正式启动生物芯片计划，随后世界各国也开始重视并加强对生物芯片研发的投入．以生物芯片为核心的相关生物技术产业正在全球崛起。 1. 在基因结构与功能研究上的应用 生物芯片技术使得同时分析数以千计的DNA序列成为可能．对于基因与基 因组的研究具有重要的划时代的意义。目前生物芯片已经广泛应用于大规模DNA测序．可用于含重复序列及较长序列的DNA序列测定及不同基因组同源区域的序列比较。另外，生物芯片还可用于基因达分析、基因诊断、基因突变和多态性检测．能够比较不同个体生物物种之间及同一个个体在正常和疾病状态下的基因表达的差异，寻找和发现新的基因，研究发育、遗传、进化等过程中的基因表达功能．揭示不同层次上多基因协同作用的生命过程。 2. 在食品科学上的应用 在食品工业中．生物芯片技术可以对食品的安全状态有一个快速的、科学的、量化的了解；可以及时准确地检测出食品中的病原微生物：可以利用其具有高通量并行检测的优点对转基因食品进行筛选；此外，生物芯片还广泛应用于食品营养成分的分析、食品毒理学的研究等方面的研究工作中。生物芯片在食品科学研究领域有广泛的发展空间和应用前景。将为人类的营养健康做出无可估计的贡献。 总结 在短短的几年里．生物芯片技术已在生物学、医学、农业、环保和食品科学等领域取得了丰硕的成果。目前。生物芯片所涉及的生物、医学、化学、物理、微电子等领域都有了长足发展，在今后的一段时间里，生物芯片的研究将主要围绕提高芯片的特异性、简化性、准确性以及生物芯片的集成化、微型化、便携化等方面进行。在我国，生物芯片技术研究也紧跟国际前沿，并为我国生命科学研究、医学诊断、新药筛选以及人口素质、农业发展、环境保护等方面做出巨大的贡献。