西安交通大学：《纳米生物技术 Nano-biotechnology》课程教学课件（讲稿）第五节 纳米生物芯片

内容提要1.生物芯片2.DNA芯片3.蛋白质芯片2

内容提要 2 1. 生物芯片 3. 蛋白质芯片 2. DNA芯片

内容提要细胞芯片5.组织芯片6.微流控芯片一一芯片实验室3

内容提要 3 4. 细胞芯片 5. 组织芯片 6. 微流控芯片——芯片实验室

1.生物芯片概述"生物芯片”（biochip)与电脑微处理器芯片有本质区别》微处理器芯片：由硅、锗等半导体材料经微电子加工技术制作的集成电路设备：生物芯片：是一种执行生物检测和分析的微型设备。从起源和制造工艺来说，生物芯片与微处理器芯片有一定的渊源关系。早期微处理器芯片的制造经历了由大变小的过程，这种生产技术的突破使得微电子工业的发展发生了质的飞跃，同时也给人们的日常生活带来了革命性的影响。微处理器芯片这种制造上的微型化深深后发了生物学家的思路，使他们产生了用微电子平版印刷技术制造用于生命科学研究和医疗诊断的微型仪器的想法，从而导致了生物芯片的出现4

1. 生物芯片 4 概述 “生物芯片”(biochip)与电脑微处理器芯片有本质区别。  微处理器芯片：由硅、锗等半导体材料经微电子加工技术制作的集成 电路设备；  生物芯片：是一种执行生物检测和分析的微型设备。 从起源和制造工艺来说，生物芯片与微处理器芯片有一定的渊源 关系。早期微处理器芯片的制造经历了由大变小的过程，这种生产技术 的突破使得微电子工业的发展发生了质的飞跃，同时也给人们的日常生 活带来了革命性的影响。微处理器芯片这种制造上的微型化深深启发了 生物学家的思路，使他们产生了用微电子平版印刷技术制造用于生命科 学研究和医疗诊断的微型仪器的想法，从而导致了生物芯片的出现

1.生物芯片1.1概念生物芯片（Biochip或Bioarray）：指包被在固相载体上的高密度DNA、抗原、抗体、细胞或组织的微点阵（microarray）。生物芯片主要特点是高通量、微型化和自动化。未来十年最具发展潜力的技术，横跨：生命科学、物理学、计算机科学、微电子技术、光电技术、材料科学等学科门类。5

1. 生物芯片 5 生物芯片（Biochip 或 Bioarray）：指包被在固相载体上的高密度 DNA、抗原、抗体、细胞或组织的微点阵（microarray）。 生物芯片主要特点是高通量、微型化和自动化。 未来十年最具发展潜力的技术。 横跨：生命科学、物理学、计算机科学、微电子技术、光电技术、 材料科学等学科门类。 1.1 概念

生物芯片1.1.2分类生物芯片根据支持介质根据制备方法根据使用功能根据固定的生物划分划分分类分子类型分类原位合成芯片、微矩测序芯片、表达谱芯片DNA芯片、蛋白阵芯片、电定位芯片、毒理芯片、诊断芯片、质芯片、细胞芯流过式芯片和其他制指纹图谱芯片、基因差片、组织芯片备方法异表达分析芯片等6

1. 生物芯片 6 生物芯片 根据支持介质 划分 根据制备方法 划分 原位合成芯片、微矩 阵芯片、电定位芯片、 流过式芯片和其他制 备方法 根据使用功能 分类 测序芯片、表达谱芯片、 毒理芯片、诊断芯片、 指纹图谱芯片、基因差 异表达分析芯片等 根据固定的生物 分子类型分类 DNA芯片、蛋白 质芯片、细胞芯 片、组织芯片 1.2 分类

1.生物芯片1.2分类1.2.1根据支持介质划分制备芯片的固相介质有玻片、硅片、陶瓷、高分子凝胶、尼龙膜、微型磁球等。在选择固相介质时，应考虑荧光背景的大小介质对化学修饰作用的反应化学稳定性介质表面积及其承载能力结构复杂性非特异吸附的程度等因素。自前较为常用的支持介质是玻片，7

1. 生物芯片 7 1.2 分类 1.2.1 根据支持介质划分 制备芯片的固相介质有玻片、硅片、陶瓷、高分子凝胶、尼龙膜、微型 磁球等。 在选择固相介质时，应考虑  荧光背景的大小  化学稳定性  结构复杂性 目前较为常用的支持介质是玻片。  介质对化学修饰作用的反应  介质表面积及其承载能力  非特异吸附的程度等因素

1.生物芯片1.2.2根据制备方法划分原位合成芯片：将半导体中的光蚀刻技术运用到DNA合成化学中，以单核苷酸或其他生物大分子为底物，在玻璃晶片上原位合成寡核苷酸，从而制备成芯片微矩阵芯片：将PCR或化学合成等方法得到的DNA或寡核苷酸片段用针点、喷点方法直接排列到玻片等载体，从而制备成芯片8

1. 生物芯片 8 原位合成芯片：将半导体中的光蚀刻技术运用到DNA合成化学 中，以单核苷酸或其他生物大分子为底物，在玻璃晶片上原位合 成寡核苷酸，从而制备成芯片。 微矩阵芯片：将PCR或化学合成等方法得到的DNA或寡核苷酸 片段用针点、喷点方法直接排列到玻片等载体，从而制备成芯片。 1.2.2 根据制备方法划分

1.生物芯片1.2.2根据制备方法划分电定位芯片：是利用静电吸附的原理将DNA快速定位在硅基质、导电玻璃上，从而制备成芯片。特点是在电力推动下可使杂交快速进行，但制作工艺复杂，点样密度低流过式芯片：需在芯片上制成栅格状微通道，并将特定的寡核苷酸探针结合于微通道内的特定区域，待测样品中分离的DNA经荧光标记后流过芯片时，固定的寡核苷酸探针捕获与之相互补的核酸，并进行信号检测分析，特点在于敏感性高分析速度快、价格低，可反复使用。9

1. 生物芯片 9 电定位芯片：是利用静电吸附的原理将DNA快速定位在硅 基质、导电玻璃上，从而制备成芯片。特点是在电力推动 下可使杂交快速进行，但制作工艺复杂，点样密度低。 流过式芯片：需在芯片上制成栅格状微通道，并将特定的寡核 苷酸探针结合于微通道内的特定区域，待测样品中分离的 DNA经荧光标记后流过芯片时，固定的寡核苷酸探针捕获与 之相互补的核酸，并进行信号检测分析，特点在于敏感性高、 分析速度快、价格低，可反复使用。 1.2.2 根据制备方法划分

1.生物芯片1.2.3根据芯片的使用功能分类测序芯片、表达谱芯片、毒理芯片、诊断芯片、指纹图谱芯片、基因差异表达分析芯片等。ting blood BPanBcell全基因表达谱芯片-康成生物基因差异表达分析芯片G0S2基因在胶质瘤中的表达及生物学意义[JJ.岭南现代临床外科,2017,17(04):381-386.10

1. 生物芯片 10 1.2.3 根据芯片的使用功能分类 测序芯片、表达谱芯片、毒理芯片、诊断芯片、指纹图谱芯片、基因 差异表达分析芯片等。 全基因表达谱芯片-康成生物 基因差异表达分析芯片 G0S2基因在胶质瘤中的表达及生物学意义[J].岭南现代临床外科,2017,17(04):381-386

1.生物芯片1.2.4根据芯片固定的生物分子类型分类DNA芯片蛋白质芯片芯片上固定的分子芯片上固定的是肽或是寡核苷酸探针或蛋白靶DNA组织芯片细胞芯片是将组织切片等按照是将细胞按照特定特定的方式固定在载的方式固定在载体上体上11

1. 生物芯片 11 DNA芯片 芯片上固定的分子 是寡核苷酸探针或 靶DNA DNA芯片 芯片上固定的分子 是寡核苷酸探针或 靶DNA 蛋白质芯片 芯片上固定的是肽或 蛋白 细胞芯片 是将细胞按照特定 的方式固定在载体 上 组织芯片 是将组织切片等按照 特定的方式固定在载 体上 1.2.4 根据芯片固定的生物分子类型分类