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生物芯片在生物医学中的效果

2012-11-08 15:34 来历:生物医学论文 人参加在线咨询

本文作者:王占科 雷万生 常津 单位:天津大学精密仪器与光电子工程学院生物医学工程系 天津大学资料科学与工程学院纳米生物技能研讨所

生物芯片技能触及分子生物学、生物资料学、微加工技能学、化学、物理、计算机等多学科和范畴。它针对DNA、RNA、蛋白质及其他生物分子,将不接连的、离散的剖析进程集成在一起,完结样品预处理、亲和结合反响以及信号检测等进程,完结对不计其数种生物分子的高通量检测剖析[1],在蛋白质组学及基因组学科研、疾病确诊和预警、药物或手术效果判别以及新药开发、司法判定和食品安全等范畴,均有宽广的使用远景[2]。

1生物芯片分类

按生物芯片资料和支持物类型可分为固态生物芯片和液态生物芯片等。固态生物芯片按待测物质品种,又可分为蛋白质芯片和基因芯片。液态生物芯片技能,又称Luminex技能[3],是以微球外表为支持物,较早的微球荧光色彩编码液态生物芯片由美国Luminex公司出产开发。按生物芯片结构和制造特征,可分为微点阵(阵列)生物芯片、微流路生物芯片和芯片实验室(lab-on-a-chip)。依照生物芯片编码原理可分为固态平面坐标编码生物芯片、微球色彩编码液态生物芯片和微球阻抗编码液态生物芯片。

2生物芯片研讨现状

2•1固态生物芯片研讨现状

固态生物芯片原理简略,技能相对老练,国内外的研讨首要会集在使用范畴的产品开发方面,并取得了必定的社会效益[2]。由我国博奥生物有限公司研发的多重等位基因特异性PCR通用芯片(allele-specificPCR-baseduni-versalarray,ASPUA),可在5h内完结与遗传性耳聋相关的4种基因的检测[4]。美国Sandia国家实验室正在使用微流控芯片研发生化战剂检测仪器,已进入实验阶段[5]。

2•2液态生物芯片研讨现状

传统液态生物芯片技能(微球荧光色彩编码的液态生物芯片技能)将流式技能、荧光色彩编码微球、激光、数字信号处理和传统化学技能交融在一起,取得了“2005年世界临床确诊技能改造大奖”。根据此项技能渠道的美国Luminex公司制造的Luminex系列产品和由荷兰控股QIA-GEN跨国公司出产的BioRobotLiquichip系列产品,现现已过该国的食品药品办理局(FDA)认证。跟着近年来全世界科学家的不断深入研讨,微球荧光色彩编码液态生物芯片技能功能越来越老练,使用规模越来越广[6-7],是国内外研讨的要点和热门。2004年微球阻抗编码液态生物芯片技能办法申请专利,2007年取得我国发明专利[8],但其研讨和开发现在几乎是空白[9-10]。

3微球荧光色彩编码液态生物芯片

3•1微球荧光色彩编码液态生物芯片作业原理

微球荧光色彩编码液态生物芯片包含确诊芯片试剂盒和芯片检测设备两部分[11],其作业原理为不同荧光色彩微球编码不同待测物质,不同荧光色彩的微球外表带着的探针荧光强度代表不同待测物质的含量,经过色彩判读和探针荧光强度检测设备以及软件剖析体系,主动剖析同一份样品中的不同待测物质含量。

3•2微球荧光色彩编码液态生物芯片在生物医学中的使用

3•2•1抗原类物质定量检测各种微生物体、激素、肿瘤符号物、细胞因子等都归于抗原类物质,Bellisario等[12]用液相芯片技能对新生儿血游离甲状腺素4(T4)和促甲状腺素(TSH)一起进行检测,取得满意效果。deJager等[13]根据液相芯片技能,检测影响后的人类外周血单核细胞排泄的15种细胞因子,显现与ELISA法有较好的相关性。

3•2•2抗体类物质检测检测某些本身抗体对确诊本身免疫性疾病具有重要意义。Wong等[14]用液相芯片技能检测人血清和脑积液中的抗西尼罗河病毒囊膜糖蛋白E的IgG和IgM抗体,血清和脑脊液用量显着比ELISA法少,且测定速度显着加速。Avaniss-Aghajani等[15]将液态生物芯片用于检测984份标本的抗SSA、SSB、Sm、RNP、Scl270、dsDNA和抗着丝粒蛋白B(centromereproteinB,CENP-B)抗体,成果显现与免疫荧光技能(immunofluores-cenceassay,IFA)和ELISA技能具有可比性。

3•2•3核酸类物质检测检测某种微生物特异的DNA或RNA,能够提示机体感染了某种微生物。此外,检测机体某些基因(如SNP位点)改动以及这些基因的表达状况,能够对人体某种疾病进行预警和确诊。Diaz等[16]规划了16种针对马拉色菌不同种属的特异性捕获DNA探针,别离共价结合在16种荧光色彩微球上,制造液态生物芯片用于马拉色菌属的精确判定。Lud等[17]将液态生物芯片技能用于不同分类癌症的细小RNA(microRNA)表达谱检测,成果表明在精确性、抗穿插反响性、线性规模等方面均显着优于固相芯片。

3•3微球荧光色彩编码液态生物芯片的功能点评

微球荧光色彩编码液态生物芯片具有重复性好,线性规模宽,高通量,速度快,灵敏度高,特异性强,适用规模广,灵活性好等长处,其缺陷包含:①检测人血清特异性抗体时,检测布景信号过高;②检测通量尚无法满意临床确诊和科研需求;③检测设备技能要求高;④不同荧光色彩微球不能永久保存;⑤价格昂贵。

4微球阻抗编码液态生物芯片原理及研讨远景

微球阻抗编码液态生物芯片的规划原理包含:①不同阻抗微球编码不同待测物质;②不同阻抗外表荧光强度代表不同待测物质的含量;③经过反响后的微球经过微球阻抗检测(品种)和微球外表光信号强度检测(定量)设备,凭借预存不同微球阻抗编码与待测物质的对应联系以及已知浓度规范品与微球荧光强度的对应联系,理论上可对不计其数种(趋于无限多)的待测物质进行平行检测。除了能够对微球的荧光色彩进行编码,还可对微球的其他特征进行编码。微球阻抗编码技能因其原创性,现已取得我国知识产权维护,微球阻抗编码液态生物芯片在编码原理、检测通量、灵敏度以及检测设备功能等方面,理论上或许优于微球荧光色彩编码液态生物芯片,但需求人们进行不断深入研讨和开发,并给予确证[10]。有多少种不同阻抗的微球,就能编码多少种不同的待测物质。微球从超导体到绝缘体,阻抗作为接连变量具有无限性,其巨细信息理论上趋于无限多,这意味着微球阻抗编码液态生物芯片检测通量会远远大于微球荧光色彩编码液态生物芯片。跟着不同阻抗微球研发技能和检测技能的不断开展,无限制通量微球阻抗编码将成为或许,从而为研讨生物医学范畴以及蛋白质组学触及的不计其数种蛋白质供给超强壮的检测工具[10]。

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