芯片技术及其应用

芯片技术及其应用

 

    生物学 的研究由于基因组研究及计算机的发展进入了信息科学的时代，随着人类基因组计划的完成，获取了巨大的遗传基因信息，研究的重点逐渐转向后基因组领域。后基因组研究重点在于两个主要方向，即了解基因的功能(功能基因组)及巨大数目的基因组扫描(SNP)，这些信息对于人类研究、治疗、诊断和控制疾病具有重大的价值。基因结构、功能、表达调控及表达后作用机制与疾病的关系一直是医学中的热点，基因组和后基因组的研究将极大地推动医学发展+因此，基因组和后基因组的研究与医学研究的结合产生了一门崭新的学科――基因组医学。

 

    对于复杂而浩繁的基因调控网络，传统的单基因研究方法显然已无法适应研究工作的需要。生物芯片技术是近年来发展起来的一项前沿生物技术，以大规模、高通量、微型化和自动化的方式同时研究成千上万个基因在某种生理或病理条件下的表达情况，在大批量实验、大批量数据分析和复杂的生物功能研究方面体现出常规分子技术无法比拟的优势，目前已经广泛应用于生命科学研究、医学研究和临床诊断、新药开发、农业、生物武器战争、司法鉴定、食品卫生监督、航空航天等领域。

 

    生物芯片的概念始于20世纪80年代初。美国Affymetrix公司在80年代末至90年代初聚集了多位计算机、数学和分子生物学专家率先开展了这方面的研究。1991年，Affymetrix公司运用半导体照相平板技术，在lcm2左右的玻片上原位合成寡核苷酸片段，诞生了世界上首张原位合成的寡核苷酸基因芯片(DNA chip)，并且很快开始了应用方面的探索性研究。1994年，俄罗斯科学院研制出了一种基因芯片，用于检测p―珠蛋白生成障碍性贫血(p―地中海贫血)病人血样的基因突变，筛选了100多个p―珠蛋白生成障碍性贫血已知的突变基因。这种基因芯片的基因译码速度比传统的Sanger和Maxam Gilbert法快1 000倍，是一种有希望的快速测序方法，因此最初的基因芯片技术是为DNA测序而发明的。1995年，美国Stanford大学Brown与其同事将基因芯片的制备技术和应用范围进行了重大的历史性扩展，他们用机械手臂直接将预先制备的cDNA克隆点在经过预处理的玻片上，制备出了世界上第一张直接点样法制备的cDNA芯片，并应用双色荧光杂交系统比较了拟南芥mRNA表达水平差异，首次显示了基因芯片技术在基因表达研究方面巨大的潜力。这些标志着DNA芯片技术步人了广泛研究和应用的时期。

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