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  什么是生物芯片?
  簡單地說,生物芯片就是在一塊指甲大小的玻片、硅片、尼龍膜等材料上放上生物樣品,然后由一種儀器收集信號,用計算機分析數據結果。目前制備芯片的固相材料有玻片、硅片、金屬片、尼龍膜等。目前較為常用的支持材料是玻片,因為玻片適合多種合成方法,而且在制備芯片前對玻片的預處理也相對簡單易行。

  進入二十一世紀,隨著生物技術的迅速發展,電子技術和生物技術相結合誕生了半導體芯片的兄弟——生物芯片,這將給我們的生活帶來一場深刻的革命。這種革命對于我國,乃至全世界的可持續發展都會起到不可估量的貢獻。

  生物芯片是八十年代末在生命科學領域中迅速發展起來的一項高新技術,它主要是指通過微加工技術和微電子技術在固格體芯片表面構建的微型生物化學分析系統,以實現對細胞、蛋白質、DNA以及其他生物組分的準確、快速、大信息量的檢測。常用的生物芯片分為三大類:即基因芯片、蛋白質芯片和芯片實驗室。生物芯片的主要特點是高通量、微型化和自動化。芯片上集成的成千上萬的密集排列的分子微陣列,能夠在短時間內分析大量的生物分子,使人們快速準確地獲取樣品中的生物信息,效率是傳統檢測手段的成百上千倍。它將是繼大規模集成電路之后的又一次具有深遠意義的科學技術革命。

  生物芯片的種類

  通常的生物化學反應過程包括三步,即樣品的制備,生化反應、結果的檢測和分析。可將這三步不同步驟集成為不同用途的生物芯片,所以據此可將生物芯片分為不同的類型。例如用于樣品制備的生物芯片,生化反應生物芯片及各種檢測用生物芯片等。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芯片上,形成所謂的“芯片實驗室”(Lab-on-chip)。“芯片實驗室”通過微細加工工藝制作的微濾器、微反應器、微泵、微閥門、微電極等以實現對生物樣品從制備、生化反應到檢測和分析的全過程,從而極大地縮短的檢測和分析時間,節省了實驗材料。

  樣品制備芯片的目的是將通常需要在實驗室進行的多個操作步驟集成于微芯片上。目前,樣品制備芯片主要通過升溫、變壓脈沖以及化學裂解等方式對細胞進行破碎,通過微濾器、介電電泳等手段實現生物大分子的分離。

  生化反應芯片即在芯片上完成生物化學反應。與傳統生化反應過程的區別主要在于它可以高效、快速地完成生物化學反應。例如,在芯片上進行PCR反應,可以節約實驗試劑,提高反應速度,并可完成多個片段的擴增反應。當前,由于檢測和分析的靈敏度所限,通常在對微量核酸樣品進行檢測時必需事先對其進行一定程度的擴增。所以用于PCR的芯片無疑為快速大量擴增樣品多個DNA片段提供了有力的工具。

  檢測芯片顧名思義是用來檢測生物樣品的。例如用毛細管電泳芯片進行DNA突變的檢測,用于表達譜檢測、突變分析、多態性測定的DNA微點陣芯片(也稱DNA芯片、基因芯片),用于大量不同蛋白檢測和表位分析的蛋白或多肽微點陣芯片(也稱蛋白或多肽芯片)。

  芯片實驗室是生物芯片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。現在,已經有由加熱器、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芯片實驗室問世,并出現了將生化反應、樣品制備、檢測和分析等部分集成的芯片。例如可以將樣品的制備和PCR擴增反應同時完成于一塊小小的芯片之上。再如Gene Logic公司設計制造的生物芯片可以從待檢樣品中分離出DNA或RNA,并對其進行熒光標記,然后當樣品流過固定于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。這種芯片由于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,由于該芯片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。

  綜觀生物芯片的發展,檢測用生物芯片的發展最為迅猛。目前,檢測用生物芯片主要為微點陣技術。

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