生物芯片技術(shù)簡介及應(yīng)用--PPT

1、全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所生物芯片技術(shù)及應(yīng)用前景 全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所一、生物芯片的原理與技術(shù)背景一、生物芯片的原理與技術(shù)背景二、生物芯片技術(shù)在臨床中的應(yīng)用二、生物芯片技術(shù)在臨床中的應(yīng)用三、生物芯片技術(shù)的優(yōu)勢三、生物芯片技術(shù)的優(yōu)勢四、生物芯片技術(shù)未來發(fā)展展望四、生物芯片技術(shù)未來發(fā)展展望全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所一、生物芯片的背景、技術(shù)原理一、生物芯片的背景、技術(shù)原理全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所 生物芯片技術(shù)是當(dāng)代生物技術(shù)的重大變革 ！ 生物芯片技術(shù)始于20世紀(jì)80年代后期 其概念源于計(jì)算機(jī)芯片 其成熟標(biāo)志為全球掀起的

2、生物芯片產(chǎn)業(yè)化熱潮！ 生物芯片（生物芯片（BiochipBiochip或或BioarrayBioarray）是指包被在固相）是指包被在固相載體上的高密度載體上的高密度DNADNA、抗原、抗體、細(xì)胞或組織的微、抗原、抗體、細(xì)胞或組織的微點(diǎn)陣點(diǎn)陣(microarray)(microarray)。全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所20世紀(jì)，人類科學(xué)歷程中有三大研究計(jì)劃將永垂史冊：人類歷史上三大科學(xué)工程人類歷史上三大科學(xué)工程: : 人類基因組計(jì)劃 阿波羅登月計(jì)劃 曼哈頓原子彈研制計(jì)劃全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所 人類基因組計(jì)劃完成，隨著疾病相關(guān)基因和功能蛋白不斷發(fā)現(xiàn)，醫(yī)學(xué)是最

3、大的收益領(lǐng)域，大量的生物信息需要以整體、全面、定量、多學(xué)科、綜合的模式來解決，醫(yī)學(xué)界出現(xiàn)了以基因組組、蛋白質(zhì)組組、抗原抗體譜譜為代表的新思維和體系。 生命密碼：分子解剖圖生命密碼：分子解剖圖全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所系統(tǒng)生物學(xué)系統(tǒng)生物學(xué): -整體大于整體大于(小于小于)部分之和部分之和!o 系統(tǒng)生物學(xué)是研究生物系統(tǒng)各構(gòu)成組分相互關(guān)相互關(guān)系系的、以整合性整合性為特征的大科學(xué)。其核心思想是“整體大于部分之和整體大于部分之和”。系統(tǒng)特性是不同組成成分、不同層次之間相互作用而“涌現(xiàn)涌現(xiàn)”的新性質(zhì)，對組成成分或低層次的分析不能真正的預(yù)測高層次的行為。全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技

4、術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所物質(zhì)物質(zhì)不滅能量能量守恒信息信息傳遞全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所生物信號傳遞生命活動：生命活動： 以物質(zhì)代謝為基礎(chǔ)以物質(zhì)代謝為基礎(chǔ) 以能量代謝為動力以能量代謝為動力 以信息調(diào)控為機(jī)制以信息調(diào)控為機(jī)制全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所新世紀(jì)的醫(yī)學(xué)是以生物信息為核心的系統(tǒng)醫(yī)學(xué)新世紀(jì)的醫(yī)學(xué)是以生物信息為核心的系統(tǒng)醫(yī)學(xué)o基因的結(jié)構(gòu)或種類決定物種基因的結(jié)構(gòu)或種類決定物種, ,基因的功能或表達(dá)則決定生命，基因的功能或表達(dá)則決定生命，即生物的生、老、病、死。即生物的生、老、病、死。 o基

5、因是通過什么方式導(dǎo)致疾病的呢？基因是通過什么方式導(dǎo)致疾病的呢？ 基因是通過生物信息傳遞基因是通過生物信息傳遞“DNARNADNARNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)”途徑?jīng)Q定健康途徑?jīng)Q定健康與疾病的。因此又可以說任何疾病都是與疾病的。因此又可以說任何疾病都是“信息病信息病”，都與生物，都與生物信號過強(qiáng)或過弱有關(guān)。信號過強(qiáng)或過弱有關(guān)。o從生物信息角度看傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)是在下游信息即機(jī)體表型（癥狀、從生物信息角度看傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)是在下游信息即機(jī)體表型（癥狀、病理、生理）上獲得診斷信息的，而未來醫(yī)學(xué)是從病理、生理）上獲得診斷信息的，而未來醫(yī)學(xué)是從DNADNA、RNARNA、蛋白質(zhì)這些上游信息中獲得診斷結(jié)果的，更具有確定性和預(yù)見蛋白

6、質(zhì)這些上游信息中獲得診斷結(jié)果的，更具有確定性和預(yù)見性。性。未來的醫(yī)學(xué)是以生物信息為核心的系統(tǒng)醫(yī)學(xué)，未來的醫(yī)學(xué)是以生物信息為核心的系統(tǒng)醫(yī)學(xué)，DNADNA、RNARNA、蛋白質(zhì)稱為蛋白質(zhì)稱為生物信息大分子，生物信息大分子，其質(zhì)和量的異常變化與疾病直接其質(zhì)和量的異常變化與疾病直接相關(guān)，是一切疾病的根本原因。相關(guān)，是一切疾病的根本原因。全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所 由于由于原有的測定方法已不能滿原有的測定方法已不能滿足快速處理如此大量的疾病相關(guān)信足快速處理如此大量的疾病相關(guān)信息的需要，產(chǎn)生了生物芯片技術(shù)息的需要，產(chǎn)生了生物芯片技術(shù), , 由于人們需要簡便、快速、小型、由于人們需要簡便、

7、快速、小型、廉價(jià)的生物檢測技術(shù)。廉價(jià)的生物檢測技術(shù)。低密度基因、蛋白芯片的出現(xiàn)就是針對這種需求而低密度基因、蛋白芯片的出現(xiàn)就是針對這種需求而來的。來的。全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所生物芯片研究生物芯片研究 學(xué)科的緊密交叉學(xué)科的緊密交叉 精精 密密 儀儀 器器 醫(yī)醫(yī) 學(xué)學(xué) 微微 電電 子子 學(xué)學(xué) 分子分子生物學(xué)生物學(xué) 生物信息學(xué)生物信息學(xué) 微微 流體力學(xué)流體力學(xué) 化化 學(xué)學(xué) 藥藥 物物 學(xué)學(xué) 物物 理理 學(xué)學(xué) 材材 料料 學(xué)學(xué)全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所生物芯片技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域生物芯片技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域藥物合成藥物合成太空探索太空探索疾病診斷疾病診斷疾病防治疾病防治食品

8、衛(wèi)生食品衛(wèi)生藥物篩選藥物篩選司法鑒定司法鑒定國家安全國家安全農(nóng)業(yè)產(chǎn)質(zhì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)質(zhì)環(huán)境檢測環(huán)境檢測全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所1998 年年 世世 界界 科科 技技 十十 大大 突突 破破美國美國科學(xué)科學(xué)雜志在雜志在 1998 1998 年年底將生物芯片評選為當(dāng)年的世底將生物芯片評選為當(dāng)年的世界科技十大突破之一。界科技十大突破之一。全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所二、生物芯片技術(shù)在臨床中的應(yīng)用二、生物芯片技術(shù)在臨床中的應(yīng)用 全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所生物芯片診斷系統(tǒng)：生物芯片診斷系統(tǒng)： 包括三大部分：包括三大部分： 1 1、生物芯片、生物芯片 2 2、生

9、物芯片閱讀儀、生物芯片閱讀儀 3 3、生物芯片在線、生物芯片在線( (服務(wù)網(wǎng)站服務(wù)網(wǎng)站) )全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所生物芯片的種類生物芯片的種類 生物芯片：生物芯片：是一種高度集成的平行化是一種高度集成的平行化 處理處理生物信息的指甲蓋大小的薄片。生物信息的指甲蓋大小的薄片。 依據(jù)芯片上固定的依據(jù)芯片上固定的探針探針不同，生物芯片可分不同，生物芯片可分為為 三類。三類。n 核酸芯片核酸芯片 n 蛋白芯片或肽芯片蛋白芯片或肽芯片 n 芯片上的實(shí)驗(yàn)室（組織、細(xì)胞）芯片上的實(shí)驗(yàn)室（組織、細(xì)胞）全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所蛋白芯片蛋白芯片 目前臨床上首先開發(fā)的是目前

10、臨床上首先開發(fā)的是中低密度蛋白芯片。中低密度蛋白芯片。蛋白芯片嚴(yán)格的說仍屬于血清學(xué)方法，但由于生物芯蛋白芯片嚴(yán)格的說仍屬于血清學(xué)方法，但由于生物芯片技術(shù)本身具有的突出優(yōu)點(diǎn)，使此技術(shù)呈現(xiàn)出廣闊的片技術(shù)本身具有的突出優(yōu)點(diǎn)，使此技術(shù)呈現(xiàn)出廣闊的科學(xué)前景和良好的臨床需求。科學(xué)前景和良好的臨床需求。全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所蛋白芯片臨床應(yīng)用實(shí)例蛋白芯片臨床應(yīng)用實(shí)例1 1、幽門螺旋桿菌幽門螺旋桿菌HPHP抗體譜檢測芯片抗體譜檢測芯片2 2、孕期感染孕期感染TORCHTORCH抗體檢測芯片抗體檢測芯片 3 3、性傳播疾病免疫診斷芯片、性傳播疾病免疫診斷芯片 4 4、免疫性不孕不育抗體檢測芯

11、片、免疫性不孕不育抗體檢測芯片5 5、孕期唐氏綜合征篩查芯片孕期唐氏綜合征篩查芯片6 6、呼吸道六聯(lián)檢測生物芯片呼吸道六聯(lián)檢測生物芯片全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所 呼吸道六聯(lián)檢測生物芯片呼吸道六聯(lián)檢測生物芯片o 肺炎支原體（肺炎支原體（ MP） IgMIgMo 肺炎衣原體（肺炎衣原體（ CP） IgMIgMo 流行性感冒病毒（IFV）IgMo 柯薩奇病毒（CBV）IgMo 合胞病毒（RSV）IgMo 腺病毒（ADV）IgM全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所 心血管病感染因子抗體檢測芯片心血管病感染因子抗體檢測芯片 全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所心腦血管疾

12、病相關(guān)微生物的抗體檢測芯片心腦血管疾病相關(guān)微生物的抗體檢測芯片 近近5050年的研究揭示了許多與心腦血管疾病相關(guān)的獨(dú)立年的研究揭示了許多與心腦血管疾病相關(guān)的獨(dú)立危險(xiǎn)因子，如高血壓、高膽固醇血癥、吸煙、糖尿病、遺傳、危險(xiǎn)因子，如高血壓、高膽固醇血癥、吸煙、糖尿病、遺傳、性別等但尚不能完全解釋某些發(fā)病特征如許多血液膽固醇和性別等但尚不能完全解釋某些發(fā)病特征如許多血液膽固醇和血壓都正常的人因心血管疾病突發(fā)死亡，經(jīng)研究認(rèn)為與血壓都正常的人因心血管疾病突發(fā)死亡，經(jīng)研究認(rèn)為與“炎炎癥相關(guān)癥相關(guān)”，近年來，近年來，“感染學(xué)說感染學(xué)說”受醫(yī)學(xué)界的廣泛關(guān)注，受醫(yī)學(xué)界的廣泛關(guān)注，WHOWHO以將感染因子的防治列為

13、心血管疾病的一項(xiàng)常規(guī)性治療措施。以將感染因子的防治列為心血管疾病的一項(xiàng)常規(guī)性治療措施。已確定下列病原體可導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，引起動脈壁增已確定下列病原體可導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，引起動脈壁增殖反應(yīng)，進(jìn)一步導(dǎo)致硬化斑塊的形成，發(fā)生心腦血管疾患。殖反應(yīng)，進(jìn)一步導(dǎo)致硬化斑塊的形成，發(fā)生心腦血管疾患。 全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所生殖道感染檢測系列生殖道感染檢測系列性傳播疾病抗體檢測芯片性傳播疾病抗體檢測芯片 生殖道感染是指肉眼看不見的各種病原體包括滴蟲、生殖道感染是指肉眼看不見的各種病原體包括滴蟲、真菌、細(xì)菌衣原體、支原體、病毒等感染與生殖道或經(jīng)真菌、細(xì)菌衣原體、支原體、病毒等感染與

14、生殖道或經(jīng)生殖道感染的一組感染性疾病的總稱。生殖道感染在全生殖道感染的一組感染性疾病的總稱。生殖道感染在全球廣泛流行，年世界衛(wèi)生組織（球廣泛流行，年世界衛(wèi)生組織（WHOWHO）估計(jì)，全）估計(jì)，全球全年有億可治愈的生殖道感染新發(fā)病患者，球全年有億可治愈的生殖道感染新發(fā)病患者，只要集中在發(fā)展中國家只要集中在發(fā)展中國家 一般生殖道感染一般生殖道感染 生殖道感染生殖道感染 性傳播疾病性傳播疾病全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所免疫性不孕不育抗體檢測芯片免疫性不孕不育抗體檢測芯片 世界衛(wèi)生組織在世界衛(wèi)生組織在8080年代調(diào)查中顯示，發(fā)達(dá)國家約年代調(diào)查

15、中顯示，發(fā)達(dá)國家約有有5%-8%5%-8%的夫婦受到不孕癥的影響，發(fā)展中國家的一的夫婦受到不孕癥的影響，發(fā)展中國家的一些地區(qū)不孕癥的患病率高達(dá)些地區(qū)不孕癥的患病率高達(dá)30%30%。全世界約有。全世界約有50005000萬萬-8000-8000萬的不孕癥患者。我國不孕癥的發(fā)病率約為萬的不孕癥患者。我國不孕癥的發(fā)病率約為3%-13%3%-13%。隨著全球工業(yè)化進(jìn)程加快及環(huán)境惡化，加。隨著全球工業(yè)化進(jìn)程加快及環(huán)境惡化，加之各種感染因素，不孕不育癥的發(fā)病率上升之各種感染因素，不孕不育癥的發(fā)病率上升9 9。全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所檢測項(xiàng)目及臨床意義檢測項(xiàng)目及臨床意義o抗精子抗體（抗精

16、子抗體（ IgGIgG）: : 陽性陽性, ,提示可能不孕提示可能不孕o抗透明帶抗體（抗透明帶抗體（ IgGIgG）: : 陽性陽性, ,提示可能不孕提示可能不孕o抗子宮內(nèi)膜抗體（抗子宮內(nèi)膜抗體（ IgGIgG）: : 陽性陽性, ,提示子宮內(nèi)膜異位癥提示子宮內(nèi)膜異位癥 引起不孕引起不孕 o抗卵巢抗體（抗卵巢抗體（ IgGIgG） : : 陽性陽性, ,提示卵巢功能異常引起不孕提示卵巢功能異常引起不孕o抗滋養(yǎng)層細(xì)胞抗體（抗滋養(yǎng)層細(xì)胞抗體（ IgGIgG）：陽性，提示復(fù)發(fā)性流產(chǎn)導(dǎo)致）：陽性，提示復(fù)發(fā)性流產(chǎn)導(dǎo)致 不孕不孕o抗抗HCG HCG 抗體（抗體（IgGIgG）: : 陽性提示流產(chǎn)率高陽性提

17、示流產(chǎn)率高, ,易致不孕易致不孕全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所 三、生物芯片技術(shù)的優(yōu)勢生物芯片技術(shù)的優(yōu)勢低成本低成本平行化平行化自動化自動化高通量高通量蛋白質(zhì)功能蛋白質(zhì)功能配體受體相互作用配體受體相互作用臨床診斷學(xué)臨床診斷學(xué)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究其他生命科學(xué)交叉領(lǐng)域其他生命科學(xué)交叉領(lǐng)域蛋白芯片蛋白芯片全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所快速便捷的操作平臺快速便捷的操作平臺步驟步驟洗滌洗滌加樣加樣洗滌洗滌顯色顯色洗滌洗滌分析分析時(shí)間時(shí)間金標(biāo)記金標(biāo)記1010分鐘分鐘酶標(biāo)記酶標(biāo)記2020分鐘分鐘化學(xué)發(fā)光化學(xué)發(fā)光6060分鐘分鐘全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所 生物

18、芯片與傳統(tǒng)檢驗(yàn)方法比較生物芯片與傳統(tǒng)檢驗(yàn)方法比較 生物芯片檢測法與其他方法比較具有：取樣方便、操作簡單、靈活性高、特異性強(qiáng)、多指標(biāo)、高通量、時(shí)間短（10分鐘內(nèi)）以及立等可取等許多優(yōu)點(diǎn)。 準(zhǔn)確準(zhǔn)確：鏡檢、細(xì)胞培養(yǎng)、PCR、生化熒光、ELISA、滴金發(fā) 早期早期：HP、心腦血管相關(guān)感染因子 快速簡便快速簡便：STD的組和性、采樣無創(chuàng)痛 經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)：TORCH、不孕不育的性價(jià)比全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所生物芯片與其傳統(tǒng)檢測方法的比較：生物芯片與其傳統(tǒng)檢測方法的比較：全軍基因診斷技術(shù)研究所全軍基因診斷技術(shù)研究所 生物芯片最終的目的和未來發(fā)展方向是實(shí)現(xiàn)生化分生物芯片最終的目的和未來發(fā)展方向是實(shí)現(xiàn)生化分析全過程全部集成在一片芯片上完成，從而使現(xiàn)有的許析全過程全部集成在一片芯片上完成，從而使現(xiàn)有的許多煩瑣、費(fèi)時(shí)、不連續(xù)、不精確和難以重復(fù)的生物分析多煩瑣、費(fèi)時(shí)、不連續(xù)、不精確和難以重復(fù)的生物分析過程自動化、連續(xù)化和微縮化。過程自動化、連續(xù)化和微縮化。 生物芯片主要優(yōu)點(diǎn)是：生物芯片主要優(yōu)點(diǎn)是： 分析全過程自動化、生產(chǎn)成本低、分析全過程自動化、生產(chǎn)成本低、防污染、分析速度成千上萬倍的提高、所需樣品成百上千倍的減少、防污染、分析速度成千上萬倍的提高、所需樣品成百上千倍的減少、極高的樣品并行處理能力、儀器體積小、重量輕、便于攜帶