Affymetrix生物芯片介绍

美国Affymetrix公司是目前全球基因芯片行业的领头羊，以其专利的寡聚核苷酸原位光刻合成技术，年产各类寡聚核苷酸基因芯片达到几十万张，占据了表达谱基因芯片科研市场的一半以上，经过了将近十年的研究和开发，已经在国际上赢得了很高的盛誉，同时也成为为数极少的已经盈利的生物芯片公司。Affymetrix公司的基因芯片为寡核苷酸芯片（Oligo芯片），这种类型的芯片具有极高的特异性和灵敏度，重复性好，假阳性率非常低，是目前世界上最先进的基因芯片。Affymetrix所利用的原位光刻专利技术可使一张芯片上合成多达500,000 个寡核苷酸。该系统可以分析样品中DNA或者RNA序列的相对含量。
（一）原位光刻合成专利技术
Affymetrix公司率先开发的寡聚核苷酸原位光刻专利技术，是生产高密度寡核苷酸基因芯片的核心关键技术。采用的技术原理是在合成碱基单体的5＇羟基末端连上一个光敏保护基。首先使支持物羟基化，并用光敏保护基团将其保护起来。每次选取适当的蔽光膜(mask)使需要聚合的部位透光，其它部位不透光。这样，光通过蔽光膜照射到支持物上，受光部位的羟基脱保护而活化。因为合成所用的单体分子一端按传统固相合成方法活化，另一端受光敏保护基的保护，所以发生偶联的部位反应后仍旧带有光敏保护基团。因此，每次通过控制蔽光膜的图案(透光与不透光)决定哪些区域应被活化，以及所用单体的种类和反应次序就可以实现在待定位点合成大量预定序列寡聚体的目的。 使用多种蔽光膜能以更少的合成步骤生产出高密度的阵列，在合成循环中探针数目呈指数增长。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：一段8个碱基的寡核苷酸有65，536种排列的可能，通过32个化学步骤，8个小时就能合成65，536个探针。其基本原理如图所示：



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。在上述例子中合成65536个探针的8聚体寡核苷酸序列仅需4×8=32步操作，8小时就可以完成。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。不过，该方法每步合成反应产率比较低，不到95%。因此探针的长度受到了限制。Affymetrix将光引导合成技术与半异体工业所用的光敏抗蚀技术相结合，以酸作为去保护剂，使每步产率增加到98%。原因是光敏抗蚀剂的解离对照度的依赖是非线性的，当照度达到特定的阈值以上保护剂就会解离。所以，该方法同时也解决了由于蔽光膜透光孔间距离缩小而引起的光衍射问题，有效地提高了聚合点阵的密度。另据报导，利用波长更短的物质波如电子射线去脱保护可使点阵密度达到1010/cm2
（二）独特的PM-MM探针设计
独特的PM-MM探针对设计：设计一对25-mer探针，其中一个是完全匹配（perfect match PM） 及有一错误位点匹配（mismatch MM）探针。该设计可提高探针的灵敏度和特异性，尤其针对在一个复杂背景的样品中低丰度表达产物的检测。Affymetrix的PM-MM探针设计策略有助于区分特异性结合与非特异性结合的靶片段。经过周密细致的试验研究者们发现25-mer是一个理想的探针长度，较那些仅用单一探针的策略来说，PM-MM探针设计使得检测低浓度靶序列的特异性和灵敏度大大提高。因为MM探针可将样品中的背景信号探测出，所以能够区分背景信号的策略对那些相对较弱的阳性信号来说尤为重要。
（三）应用芯片产品
1、人类基因组U133系列基因芯片 覆盖39000种人类基因转录本
2、大鼠基因组U34系列基因芯片 覆盖大鼠24000种已知基因及ESTs片断
3、小鼠基因组U74系列基因芯片 覆盖小鼠36000种已知基因及ESTs片断
4、果蝇基因组芯片
5、拟南芥基因组芯片
6、酵母基因组S98系列芯片
7、大肠杆菌基因组芯片