生物芯片的分类

生物芯片的分类

生物芯片虽然只有10多年的历史，但包含的种类较多，分类方式和种类也没有完全的统一。 (1)生物电子芯片：用于生物计算机等生物电子产品的制造。

(2)生物分析芯片：用于各种生物大分子、细胞、组织的操作以及生物化学反应的检测。

前一类目前在技术和应用上很不成熟，一般情况下所指的生物芯片主要为生物分析芯片。 (1)主动式芯片：是指把生物实验中的样本处理纯化、反应标记及检测等多个实验步骤集成，通过一步反应就可主动完成。其特点是快速、操作简单，因此有人又将它称为功能生物芯片。主要包括微流体芯片(microftuidic chip)和缩微芯片实验室(lab on chip，也叫“芯片实验室”，是生物芯片技术的高境界)。

(2)被动式芯片：即各种微阵列芯片，是指把生物实验中的多个实验集成，但操作步骤不变。其特点是高度的并行性，目前的大部分芯片属于此类。由于这类芯片主要是获得大量的生物大分子信息，最终通过生物信息学进行数据挖掘分析，因此这类芯片又称为信息生物芯片。包括基因芯片、蛋白芯片、细胞芯片和组织芯片。 (1)基因芯片(gene chip)：又称DNA芯片(DNA chip)或DNA微阵列(DNA microarray)，是将cDNA或寡核苷酸按微阵列方式固定在微型载体上制成。

(2)蛋白质芯片(protein chip或protein microarray)：是将蛋白质或抗原等一些非核酸生命物质按微阵列方式固定在微型载体上获得。芯片上的探针构成为蛋白质或芯片作用对象为蛋白质者统称为蛋白质芯片。

(3)细胞芯片(cell chip)：是将细胞按照特定的方式固定在载体上，用来检测细胞间相互影响或相互作用。

(4)组织芯片(tissue chip)：是将组织切片等按照特定的方式固定在载体上，用来进行免疫组织化学等组织内成分差异研究。

(5)其他：如芯片实验室(Lab on chip)，用于生命物质的分离、检测的微型化芯片。现在，已经有不少的研究人员试图将整个生化检测分析过程缩微到芯片上，形成所谓的“芯片实验室”(Lab on chip）。芯片实验室是生物芯片技术发展的最终目标。它将样品的制备、生化反应到检测分析的整个过程集约化形成微型分析系统。由加热器、微泵、微阀、微流量控制器、微电极、电子化学和电子发光探测器等组成的芯片实验室已经问世，并出现了将生化反应、样品制备、检测和分析等部分集成的芯片）。“芯片实验室”可以完成诸如样品制备、试剂输送、生化反应、结果检测、信息处理和传递等一系列复杂工作。这些微型集成化分析系统携带方便，可用于紧急场合、野外操作甚至放在航天器上。例如可以将样品的制备和PCR扩增反应同时完成于一块小小的芯片之上。再如Gene Logic公司设计制造的生物芯片可以从待检样品中分离出DNA或RNA，并对其进行荧光标记，然后当样品流过固定于栅栏状微通道内的寡核苷酸探针时便可捕获与之互补的靶核酸序列。应用其自己开发的检测设备即可实现对杂交结果的检测与分析。这种芯片由于寡核苷酸探针具有较大的吸附表面积，所以可以灵敏地检测到稀有基因的变化。同时，由于该芯片设计的微通道具有浓缩和富集作用，所以可以加速杂交反应，缩短测试时间，从而降低了测试成本。

基因芯片的发展历史

俄罗斯科学院恩格尔哈得分子生物学研究所和美国阿贡国家实验室（ANL）的科学家们最早在文献中提出了用杂交法测定核酸序列（SBH）新技术的想法。当时用的是多聚寡核酸探针。几乎与此同时英国牛津大学生化系的Sourthern等也取得了在载体固定寡核苷酸及杂交法测序的国际专利。在这些技术储备的基础上，1994年在美国能源部防御研究计划署、俄罗斯科学院和俄罗斯人类基因组计划1000多万美元的资助下研制出了一种生物芯片，并用于检测尽地中海病人血样的基因突变，筛选了一百多个外地中海贫血已知的突变基因。这种生物芯片的基因译码速度比传统的Sanger和MaxaxGilbert法快1000倍，是一种有希望的快速测序方法。 抢先发展技术，尽快占领市场是市场经济竞争中取得胜利的信条。生物芯片目前正处于激烈的技术竞争状态中。Packard仪器公司发展的是诊断用的以凝胶为基础的中等密度的芯片。而Affymetrix公司则已成功地应用了光导向平板印刷技术直接在硅片上合成寡核苷酸点阵的高密度芯片而领先于芯片分析领域。该公司与惠普公司合作开发出专用的能扫描40万点点阵的基因芯片扫描仪，同时又开发出同时可平行通过几块芯片的流路工作站和计算机软件分析系统。组合成一套较完整的芯片制造、杂交、检测扫描和数据处理系统。不久GenralScanningInc与制造点样头的Telechem公司和制造机械手的Cartesian公司研制的300型（两激光）4000型和5000型（四激光）激光共聚扫描仪和相应的分析软件，构成一套用户可任意点样制作芯片的工作系统。

欧洲各公司也不甘落后，纷纷投入竞争，例如GeneticCo．UK研制出QBot点样器，Q-Pix克隆挑拣仪及Q－Fill制芯片设备。Sequenom则推出250位点的Spectrochip并采用质谱法测读结果，而德国肿瘤研究所则用就位合成的肽核酸低密度（8cm×12cm片上1000个点）的作表达谱及诊断用的探针芯片。如今，DNA芯片已经在基因序列分析、基因诊断、基因表达研究、基因组研究、发现新基因及各种病原体的诊断等生物医学领域表现出巨大的应用前景。

1997年世界上第一张全基因组芯片——含有6166个基因的酵母全基因组芯片在斯坦福大学Brown实验室完成，从而使基因芯片技术在世界上迅速得到应用。

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