生物芯片的制作

　　 对于一些实验室来说，如果现成的商品化芯片不能满足研究需要，而自行设计向厂家定做芯片也不能满足时间的需要时，就需要自制芯片。要成功的制作芯片，需要准备3 大材料：准备固定在芯片上的生物分子样品、芯片片基和的制作芯片的仪器。研究目的不同，期望制作的芯片类型不同，制备芯片方法也不尽相同，以DNA 芯片为例，基本上可分为两大类：一类是原位合成（即在支持物表面原位合成寡核苷酸探针），适用于寡核苷酸；一类是预合成后直接点样多用于大片段DNA ，有时也用于寡核苷酸，甚至mRNA 。

 

　　 原位合成有两种途径，一是原位光刻合成，该方法的主要优点是可以用很少的步骤合成极其大量的探针阵列。某一含N 个核苷酸的寡聚核苷酸，通过4×N 个化学步骤能合成出4N 个可能结构。例如合成想要8 核苷酸探针，通过32 个化学步骤，8 个小时可合成65 ，536 个探针。而如果用传统方法合成然后点样，那么工作量的巨大将是不可思议的。同时，用该方法合成的探针阵列密度可高达到106/cm2 。

　　 另一种原位合成是压电打印法(Piezoelectric printing) 。原理与普通的彩色喷墨打印机相似，所用技术也是常规的固相合成方法。不过芯片喷印头和墨盒有多个，墨盒中装的是四种碱基合成试剂。喷印头可在整个芯片上移动。支持物经过包被后，根据芯片上不同位点探针的序列需要将特定的碱基喷印在芯片上特定位置。冲洗、去保护、偶联等则同于一般的固相合成技术。该技术采用的化学原理与传统的DNA 固相合成一致，因此不需要特殊制定备的化学试剂。每步产率可达到99% 以上，可以合成出长度为40 到50 个碱基的探针。

　　 尽管如此，原位合成方法仍然比较复杂，除了在基因芯片研究方面享有盛誉的Affymetrix 等公司使用该技术合成探针外，其它中小型公司大多使用合成点样法。

　　 点样法是将预先通过液相化学合成好的探针、或PCR 技术扩增cDNA 或基因组DNA 经纯化、定量分析后，通过由阵列复制器（arraying and replicating device ARD ）或阵列点样机（arrayer ）及电脑控制的机器人，准确、快速地将不同探针样品定量点样于带正电荷的尼龙膜或硅片等相应位置上（支持物应事先进行特定处理，例如包被以带正电荷的多聚赖酸或氨基硅烷），再由紫外线交联固定后即得到DNA 微阵列或芯片。点样的方式分两种，其一为接触式点样，即点样针直接与固相支持物表面接触，将DNA 样品留在固相支持物上；其二为非接触式点样，即喷点，它是以压电原理将DNA 样品通过毛细管直接喷至固相支持物表面。打印法的优点是探针密度高，通常1 平方厘米可打印2,500 个探针；缺点是定量准确性及重现性不好，打印针易堵塞且使用寿命有限。喷印法的优点是定量准确，重现性好，使用寿命长；缺点是喷印的斑点大，因此探针密度低，通常只有1 平方厘米400 点。点样机器人有一套计算机控制三维移动装置、多个打印/ 喷印头、一个减震底座，上面可放内盛探针的多孔板和多个芯片。根据需要还可以有温度和湿度控制装置、针洗涤装置。打印/ 喷印针将探针从多孔板取出直接打印或喷印于芯片上。检验点样仪是否优秀的指标包括点样精度、点样速度、一次点样的芯片容量、样点的均一性、样品是否有交叉污染及设备操作的灵活性、简便性等等。