生物芯片的研究與應(yīng)用教學(xué)

生物芯片的研究與應(yīng)用黃燕huangyan@.付旭平xupingfu@教學(xué)內(nèi)容基因芯片原理一些重點(diǎn)基因芯片類型介紹基因表達(dá)譜芯片生物信息學(xué)基因芯片表達(dá)譜數(shù)據(jù)分析基因芯片在“組學(xué)”中的應(yīng)用其他類型的基因芯片和生物芯片的介紹關(guān)于考試期末考試占60％：開卷平時(shí)成績占35％：選取文章解讀（作業(yè)），課堂講解點(diǎn)名計(jì)5％PLOSBIOLNEWENGLJMEDMOLSYSTBIOLNATREVCANCERTRENDSGENETNATGENETNUCLEICACIDSRESCANCERCELLGENOMEBIOLJCLININVESTBIOINFORMATICSEMBOJBMCGENOMICSCANCERRESBMCBIOINFORMATICSONCOGENESYSTEMATICBIOLMOLBIOLCELLPLOSCOMPUTBIOLAMJHUMGENET參考書目

高新技術(shù)科普叢書《基因芯片技術(shù)——解碼生命》，化學(xué)工業(yè)出版社，2004年5月?！痘蛐酒c功能基因組研究》，化學(xué)工業(yè)出版社，2004年7月?！痘蛐酒瑪?shù)據(jù)處理與分析》,化學(xué)工業(yè)出版社,2006年7月生物芯片概述第一講生物芯片的出現(xiàn)生物芯片的概念來源于計(jì)算機(jī)芯片微處理芯片是由硅、鍺等半導(dǎo)體材料經(jīng)微電子加工技術(shù)制作的集成電路設(shè)備，將不同功能單元集成在一塊微型器件上；生物芯片只是一種執(zhí)行生物檢測(cè)和分析的微型設(shè)備從起源和制造工藝來說，生物芯片還是與微處理芯片有一定的淵源關(guān)系。早期微處理器芯片的制造經(jīng)歷了由大變小的過程，使微電子工業(yè)發(fā)生質(zhì)的飛躍微處理器芯片這種制造上的微型化啟發(fā)了生物學(xué)家的思路，使他們產(chǎn)生了用微電子平板印刷技術(shù)制造用于生命科學(xué)研究和醫(yī)療診斷的微型儀器的想法，從而導(dǎo)致了生物芯片的出現(xiàn)基因芯片是生物芯片的代表基因芯片發(fā)展歷史Southern&NorthernBlotDotBlotMacroarrayMicroarray基因芯片的標(biāo)志性事件Affymetrix公司在20世紀(jì)80年代末到九十年代初率先開始研究。1991年，在1cm2左右的玻璃片上原位合成寡核苷酸片段，誕生世界上首張寡核苷酸芯片。94年俄羅斯研制出一種基因芯片，用于檢測(cè)β-地中海貧血病人血樣的基因突變，篩選了100多個(gè)β-地中海貧血已知的基因突變。95年，第一塊以玻璃為載體的微矩陣cDNA微陣列在斯坦福大學(xué)P.O.Brown實(shí)驗(yàn)室誕生。生物芯片的概念生物芯片是泛指利用微電子技術(shù)和微加工技術(shù)在硅，玻璃和高分子材料等基底材料上制作的，用以執(zhí)行生物樣品分析，臨床診斷，環(huán)境監(jiān)測(cè)，衛(wèi)生檢疫，法醫(yī)鑒定，生化武器防御，新藥開發(fā)等用途的微型化精密器件。生物芯片借用了計(jì)算機(jī)芯片的集成化的特點(diǎn)，把生物活性大分子（目前主要是核酸和蛋白質(zhì)）或細(xì)胞等，密集排列固定在固相載體上，形成微型的檢測(cè)器件，固相載體通常是硅片、玻片、聚丙烯或尼龍膜等，因此狹義的生物芯片也稱微陣列芯片，主要包括cDNA、寡核苷酸、蛋白質(zhì)、細(xì)胞和組織微陣列。廣義的生物芯片是指能對(duì)生物成分或生物分子進(jìn)行快速并行處理和分析的厘米見方的固體薄型器件，將微陣列技術(shù)與生物微機(jī)電技術(shù)相結(jié)合，通過微加工和微電子技術(shù)在固體基片表面構(gòu)建的微型生物化學(xué)分析系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞、蛋白質(zhì)、DNA以及其他生物組分的準(zhǔn)確、快速、大信息量的檢測(cè)。生物芯片的特點(diǎn)在面積不大的基片上有序地點(diǎn)陣排列了一系列固定于一定位置、可尋址和識(shí)別的生物分子微電子學(xué)的并行處理和高密度集成的特點(diǎn)，可對(duì)生物分子進(jìn)行快速并行處理高通量，高信息量、快速、自動(dòng)化生物芯片與“組學(xué)”研究生物學(xué)過程是許多分子相互作用的結(jié)果，需要知道“wholepicture”：組學(xué)特征；各種組學(xué)研究應(yīng)運(yùn)而生：基因組學(xué)，轉(zhuǎn)錄組學(xué)，蛋白組學(xué)，代謝組學(xué)，藥物基因組學(xué)等等基因組序列的可獲得性計(jì)算機(jī)輔助的可能性微電子學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與生命科學(xué)交叉綜合的高科技技術(shù)生物芯片在組學(xué)研究極具優(yōu)勢(shì)Source:GenBank

Thereareapproximately85,759,586,764basesin82,853,685sequencerecordsinthetraditionalGenBankdivisionsand108,635,736,141basesin27,439,206sequencerecordsintheWGSdivisionasofFebruary2008.GenBankbasepairgrowthgrowthofbiologicaldatabasesgrowthofbiologicaldatabases3D/pdb/holdings.htmlFERN

160,000,000,000LUNGFISH

139,000,000,000SALAMANDER

81,300,000,000NEWT

20,600,000,000ONION 8,000,000,000GORILLA 3,523,200,000MOUSE 3,454,200,000

HUMAN 3,400,000,000 31,000Drosophila 137,000,000

13,500C.Elegans

96,000,000

19,000Yeast 12,000,000

6,315E.Coli 5,000,000

5,361genes基因組大小基因組學(xué)（genomics）基因組學(xué)就是發(fā)展和應(yīng)用DNA制圖、測(cè)序新技術(shù)以及計(jì)算機(jī)程序，結(jié)合多種生命科學(xué)研究手段，全面分析生命體基因組結(jié)構(gòu)及功能?；蚪M學(xué)分為兩個(gè)階段，即HGP、功能基因組學(xué)。HGP：制作高分辨率的人類遺傳圖和物理圖，最終完成人類和其他重要模式生物全部基因組DNA序列測(cè)定功能基因組學(xué)：詳盡分析序列，描述基因組所有基因的功能，包括研究基因的表達(dá)及其調(diào)控，如比較基因組，藥物基因組，基因多態(tài)性基因組，環(huán)境基因組學(xué)，蛋白組學(xué)等轉(zhuǎn)錄組學(xué)(transcriptomics)轉(zhuǎn)錄組就是指一個(gè)細(xì)胞內(nèi)的一套mRNA轉(zhuǎn)錄物。與基因組的概念不同，轉(zhuǎn)錄組的定義中包含了時(shí)間和空間的限定。同一細(xì)胞在不同的生長周期，在不同的生長條件下，其基因表達(dá)情況是不完全相同的。生物芯片技術(shù)(DNA芯片、毛細(xì)管電泳芯片、PCR芯片)不僅可用于DNA序列測(cè)定，更適合基因組或成千上萬個(gè)基因表達(dá)分析，研究特殊階段、環(huán)境、狀態(tài)下細(xì)胞或組織在轉(zhuǎn)錄水平的表達(dá)譜。藥物基因組學(xué)(pharmacogenomics)1997年6月28日金賽特（巴黎）可伯特實(shí)驗(yàn)室宣布成立世界上第一個(gè)獨(dú)特的基因與制藥公司，研究基因變異所致的不同疾病對(duì)藥物的不同反應(yīng)，并在此基礎(chǔ)上研制出新藥或新的用藥方法，這一新概念被稱為藥物基因組學(xué)，實(shí)現(xiàn)了基因功能學(xué)與分子藥理學(xué)的有機(jī)結(jié)合。基于基因組的單核苷酸多態(tài)性（single-nucleotidepolymorphisms,SNPs）等遺傳標(biāo)志，以及基因表達(dá)。藥物基因組學(xué)不以發(fā)現(xiàn)基因?yàn)橹饕康模窍鄬?duì)簡單地運(yùn)用已知的基因理論改善病人的治療。以藥物效應(yīng)及安全性為目標(biāo)，研究各種基因突變/變異與藥效及安全性的關(guān)系。將DNA芯片技術(shù)應(yīng)用于藥物基因組學(xué)，進(jìn)行基因功能及其多態(tài)性的研究，以確認(rèn)與藥物效應(yīng)及藥物吸收、代謝、排泄等相關(guān)的基因，并查明這些基因的多態(tài)性，鑒定一系列的全新的藥物效應(yīng)基因（drug-responsegene）。藥物基因組學(xué)藥物效應(yīng)基因所編碼的酶、受體、離子通道及基因本身作為藥物作用的靶，也是藥物基因組學(xué)的研究關(guān)鍵所在，是確定病人如何產(chǎn)生藥物療效、疾病亞型分類的依據(jù)、毒副作用的基礎(chǔ)。個(gè)性化治療:有人曾設(shè)計(jì)了一種急性原淋巴細(xì)胞白血病藥物基因組芯片，這種芯片上包括了所有可能影響急性原淋巴細(xì)胞白血病病人對(duì)化學(xué)治療反應(yīng)的基因，借助這種芯片可以根據(jù)病人的基因型對(duì)病人分群，幫助醫(yī)生為每個(gè)病人選擇合適的治療藥物和藥物劑量。蛋白研究僅靠基因組的序列遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠闡明生命現(xiàn)象。蛋白質(zhì)本身的存在形式和活動(dòng)規(guī)律，如翻譯后修飾、蛋白質(zhì)間相互作用以及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)等問題，必須要依賴于對(duì)蛋白質(zhì)組學(xué)的研究來解決。任何一種疾病在表現(xiàn)出可察覺的癥狀之前，就已經(jīng)有一些蛋白質(zhì)發(fā)生了變化。因此尋找各種疾病的關(guān)鍵蛋白和標(biāo)志蛋白，對(duì)于疾病的診斷、病理的研究和藥物的篩選都具有重要意義。蛋白質(zhì)組學(xué)(proteomics)蛋白質(zhì)組研究一個(gè)機(jī)體，一個(gè)組織或一個(gè)細(xì)胞內(nèi)的全套蛋白質(zhì)及其活動(dòng)方式，相關(guān)技術(shù)有雙相電泳，質(zhì)譜和蛋白質(zhì)芯片技術(shù)等。由于人有著大量的組織、細(xì)胞類型和發(fā)育階段，對(duì)人類蛋白組的研究主要聚焦在特異的組織、細(xì)胞和疾病上。幾乎所有的生理和病理過程，以及藥物和環(huán)境因子的作用都依賴于蛋白質(zhì)，并引起蛋白質(zhì)的變化。反之，對(duì)蛋白質(zhì)組變化的分析也能提供對(duì)上述過程或結(jié)果的重要信息。蛋白質(zhì)組學(xué)主要包括：①細(xì)胞器蛋白質(zhì)組學(xué)(Cell-mapproteomics)：即確定蛋白質(zhì)在亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中的位置；通過純化細(xì)胞器或用質(zhì)譜儀鑒定蛋白質(zhì)復(fù)合物組成等來確定。②表達(dá)蛋白質(zhì)組學(xué)(Expressionproteomics)：把細(xì)胞、組織中的所有蛋白質(zhì)建立成定量表達(dá)圖譜。蛋白質(zhì)組學(xué)闡明細(xì)胞代謝、信號(hào)傳導(dǎo)和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的組織結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)，并理解這些網(wǎng)絡(luò)如何在病理中失去功能，又如何通過干預(yù)如藥物和基因改變它們的功能。闡明某些疾病的發(fā)生發(fā)展機(jī)理，并為解決途徑提供理論依據(jù)。人的各種體液(血液、淋巴、脊髓、乳汁和尿等)被用于研究與某些疾病的關(guān)系。對(duì)于各種腫瘤組織與正常組織之間蛋白質(zhì)譜差異的研究，已經(jīng)找到一些腫瘤特異性的蛋白分子，可能會(huì)對(duì)揭示腫瘤發(fā)生的機(jī)制有幫助?？疾焐矬w系受刺激前后（如將某個(gè)特定的基因變異或環(huán)境變化后）代謝產(chǎn)物圖譜及其動(dòng)態(tài)變化，來研究生物體系的代謝網(wǎng)絡(luò)。鑒定，檢測(cè)如血液，尿液，唾液等中代謝物濃度和活性的變化，研究對(duì)象主要是針對(duì)分子量1,000以下的內(nèi)源性小分子。代謝物的種類遠(yuǎn)少于基因和蛋白的數(shù)目；生物體液的代謝物分析可反映機(jī)體系統(tǒng)的生理和病理狀態(tài)?；蚝偷鞍妆磉_(dá)的微小變化會(huì)在代謝物水平得到放大；藥物代謝組學(xué)代謝組學(xué)metabolomics肝病的代謝組學(xué)乙型肝炎導(dǎo)致的肝硬化和肝癌問題突出；包括肝炎和肝癌在內(nèi)的肝臟疾病在代謝方面對(duì)局部和全身有影響肝臟作為人體內(nèi)最大的和最重要的臟器承擔(dān)了大部分的合成、分解和轉(zhuǎn)化等代謝過程，某些酶系和功能是肝臟所特有的，因此必須從代謝的角度對(duì)肝臟和肝病進(jìn)行系統(tǒng)研究。同時(shí)，肝臟與其他臟器之間通過代謝交互作用（常見或未知的小分子化合物）發(fā)生著各種聯(lián)系。代謝組學(xué)不僅能夠?qū)⒉煌尾』颊吲c正常人進(jìn)行有效區(qū)分，而且能夠在肝病早期通過代謝變化對(duì)疾病作出預(yù)警和發(fā)現(xiàn)新的病變標(biāo)志物。組學(xué)“omics”Genome(DNA)Transcriptosome(RNA)Proteome(proteins)

interactome(pathways)比較基因組學(xué)(ComparativeGenomics)比較基因組學(xué)對(duì)已知的基因和基因組結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，涉及比較不同物種的整個(gè)基因組，來了解基因的功能、表達(dá)機(jī)理和物種進(jìn)化的學(xué)科。利用模式生物基因組與人類基因組之間編碼順序上和結(jié)構(gòu)上的同源性，克隆人類疾病基因，揭示基因功能和疾病分子機(jī)制，闡明物種進(jìn)化關(guān)系，及基因組的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。模式生物基因組一般比較小，但編碼基因的比例較高，重復(fù)順序和非編碼順序較少；DNA有一定冗余，即重復(fù)；其G+C%比較高；內(nèi)含子和外顯子的結(jié)構(gòu)組織比較保守，剪切位點(diǎn)在多種生物中一致；絕大多數(shù)的核心生物功能由相當(dāng)數(shù)量的orthologous（直系同源蛋白）承擔(dān)等系統(tǒng)生物學(xué)(systemsbiology)1997年，Arkin等通過測(cè)定糖酵解過程中不同時(shí)間的各個(gè)底物濃度變化，在不用已知知識(shí)的情況下，通過計(jì)算重新創(chuàng)立了糖酵解途徑，而生化學(xué)家用假說驅(qū)動(dòng)花了幾十年時(shí)間才建立糖酵解途徑，這是系統(tǒng)生物學(xué)的雛形2001年正是提出系統(tǒng)生物學(xué)的概念系統(tǒng)生物學(xué)2003年NIH正式提出啟動(dòng)系統(tǒng)生物學(xué)的研究，提出路線圖計(jì)劃（roadmap），擬通過這種組學(xué)研究的成果建立理論模型，研究復(fù)雜的生物網(wǎng)絡(luò)，包括轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)調(diào)控，代謝網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)等，最終揭示生命現(xiàn)象的重大問題和重大疾病這些網(wǎng)絡(luò)是否能解決生命的本質(zhì)問題還有待探索，但是可以大大加快生物學(xué)研究的步伐系統(tǒng)生物學(xué)將各個(gè)學(xué)科，各個(gè)層次的生物知識(shí)綜合對(duì)生物系統(tǒng)的行為進(jìn)行量化，預(yù)測(cè)。生物芯片系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)一、比較組織間，疾病狀態(tài)下不同時(shí)間點(diǎn)基因表達(dá)的差異二、對(duì)復(fù)雜疾病的鑒定三、藥物發(fā)現(xiàn)和藥物毒性測(cè)試四、病原微生物分析優(yōu)勢(shì)的體現(xiàn)2005年3月，日本佳能公司宣布進(jìn)軍醫(yī)藥市場(chǎng)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)DNA芯片批量生產(chǎn)。佳能稱，公司將利用其在打印機(jī)方面采用的噴墨技術(shù)，開發(fā)DNA芯片的批量生產(chǎn)技術(shù)，目標(biāo)是在2010年實(shí)現(xiàn)用于癌癥、感染等疾病的基因診斷芯片的產(chǎn)業(yè)化。2007年9月東芝，佳能和其他30至40個(gè)日本公司將聯(lián)手開發(fā)生物芯片，希望在美國公司主導(dǎo)的市場(chǎng)中尋求新的收入。這些公司將攜手合作，規(guī)范用于醫(yī)學(xué)診斷和食品安全檢查的生物芯片，預(yù)計(jì)2010年該市場(chǎng)在日本將增長到1000億日元。幾乎所有的跨國制藥公司都投入巨資利用基因芯片開展新藥的超高通量篩選和藥理遺傳學(xué)、藥理基因組學(xué)等研究。疾病的診斷與治療人類的疾病與遺傳基因密切相關(guān)，基因芯片可以對(duì)遺傳信息進(jìn)行快速準(zhǔn)確的分析，用于分子診斷是臨床研究中一種新的、強(qiáng)有力的分子工具。遺傳病相關(guān)基因的定位腫瘤診斷感染性疾病的診斷耐藥菌株和藥敏檢測(cè)藥物研究中的應(yīng)用新藥開發(fā)。一種藥物的作用是多方面的，基因芯片有助于發(fā)現(xiàn)一種藥物的新的功能。調(diào)查藥物處理細(xì)胞后基因的表達(dá)情況。該研究提示，這類研究既有助于闡明藥物的作用機(jī)制，也有助于確定藥物作用的靶基因，為新藥研究提供線索。對(duì)藥物進(jìn)行毒性評(píng)價(jià)。用芯片作大規(guī)模的表達(dá)研究往往可省略大量的動(dòng)物試驗(yàn)。若某個(gè)正在篩選的潛在藥物作用靶細(xì)胞得到的基因表達(dá)圖譜與已知的具有毒性副作用的藥物得到的基因表達(dá)圖譜相似時(shí)，就要考慮是否停止藥物開發(fā)中花費(fèi)巨大的臨床實(shí)驗(yàn)階段。中醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用中藥的研究，具體的方法，同藥物篩選方法類似。中醫(yī)“證”本質(zhì)的研究。中醫(yī)理論涉及到生命的整體，因而它牽涉到許多基因和蛋白質(zhì)，傳統(tǒng)的方法學(xué)無法弄清“證”的實(shí)質(zhì)，而利用基因芯片技術(shù)，對(duì)不同“證”狀態(tài)的基因組進(jìn)行掃描，繪出不同證的基因表達(dá)譜。針灸的作用是與神經(jīng)內(nèi)分泌免疫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)密切相關(guān)的，但具體原理有待研究。針灸的原理涉及全身各個(gè)部分，經(jīng)脈與臟腑間的相關(guān)聯(lián)系是否具有相對(duì)特異性長期爭論不休。通過基因芯片研究針灸后不同組織基因表達(dá)的差異是否具有特異性，有望闡述這一問題。生物芯片系統(tǒng)的缺陷實(shí)驗(yàn)影響因素（不同的人得到不同的結(jié)果）：一、芯片和探針的設(shè)計(jì)二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三、*樣品準(zhǔn)備四、圖片獲得五、數(shù)據(jù)均質(zhì)化六、數(shù)據(jù)分析等生物芯片被動(dòng)式芯片主動(dòng)式芯片基因（DNA）芯片蛋白質(zhì)芯片微流控芯片：樣品制備芯片、聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）芯片、毛細(xì)管電泳芯片和色譜芯片cDNA芯片寡核苷酸芯片組織芯片細(xì)胞芯片芯片實(shí)驗(yàn)室：樣品制備、試劑輸送、生化反應(yīng)、結(jié)果檢測(cè)、信息處理和傳遞等一系列復(fù)雜工作生物芯片的分類宏陣列與微陣列Macroarray多指點(diǎn)陣密集度較低的尼龍膜基因陣列，由于膜本身的表面張力的原因，膜和上面的每個(gè)點(diǎn)的面積相對(duì)較大Microarray，在基因陣列上也通常用DNAchip和GeneChip,多指點(diǎn)陣密集度很高的玻片基質(zhì)的微陣列Macroarray膜芯片點(diǎn)樣面積比現(xiàn)在的玻璃芯片至少大十倍以上。雖然點(diǎn)樣面積小，但是microarray點(diǎn)陣密度可高出幾百至幾千倍。

微陣列microarray為了提高效率，就必須提高DNA片段的點(diǎn)陣密度，即需要在同樣大小的支持物上固定更多的DNA片段。借鑒集成電路制造的技術(shù)，90年代光引導(dǎo)合成技術(shù)和DNA壓電打印/噴引技術(shù)的發(fā)明，以及激光共聚焦顯微掃描技術(shù)的引入，則直接導(dǎo)致了基因芯片的誕生，也叫基因微矩陣通常biochip,Array,DNAarray和GeneArray可以泛指各種芯片上固定的生物分子為核酸的生物芯片?；蛐酒瑢⒃S多特定的寡核苷酸片段或基因片段有規(guī)律地排列固定于支持物（如膜、硅片、陶瓷片及玻片）上，然后通過類似于Northern，Southern的方法與待測(cè)的標(biāo)記樣品按堿基配對(duì)原理進(jìn)行雜交，再通過檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行掃描，并用相應(yīng)軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行比較和檢測(cè)，得到所需的大量信息，進(jìn)行基因的高通量、大規(guī)模、平行化、集約化的信息處理和功能研究?；蛐酒拇砉究v觀生物芯片的發(fā)展，基因芯片最先實(shí)現(xiàn)商品化并且目前技術(shù)最成熟的美國Affymetrix公司是世界領(lǐng)先的生物芯片供應(yīng)商，GeneChip被注冊(cè)專利，特指該公司的產(chǎn)品系列新一代芯片技術(shù)光纖微珠芯片公司Illumina羅氏公司利用Affymetrix技術(shù)合作開發(fā)出P450基因分型芯片在日本，40%的市場(chǎng)份額都由其占據(jù)；在我國，Affy和北京博奧生物芯片有限責(zé)任公司達(dá)成協(xié)議，共同開發(fā)先進(jìn)的、技術(shù)專有的，并可兼容基因芯片系統(tǒng)平臺(tái)的基因芯片掃描儀以及建立基因芯片服務(wù)項(xiàng)目新一代芯片技術(shù)光纖微珠芯片ScreeningUnlabeledDNATargetswithRandomlyOrderedFiber-OpticGeneArrays,Steemers,F.J.,Ferguson,J.A.,Walt,D.R.,NatureBiotechnology,18,91-94,2000.Techview:MolecularBiology.Bead-BasedFiber-OpticArrays,Walt,D.R.,Science,287,451-452,2000DecodingRandomlyOrderedDNAArrays,KevinL.Gunderson,GenomeResearch,14:870-877,2004.Illumina當(dāng)前面臨的困難樣品制備上，當(dāng)前多數(shù)公司在標(biāo)記和測(cè)定前都要對(duì)樣品進(jìn)行一定程度的擴(kuò)增以便提高檢測(cè)的靈敏度探針的合成與固定比較復(fù)雜，特別是對(duì)于制作高密度的探針陣列。目標(biāo)分子的標(biāo)記也是一個(gè)重要的限制步驟，目標(biāo)分子與探針的雜交會(huì)出現(xiàn)一些問題信號(hào)的獲取與分析上，要對(duì)如此大量的信息進(jìn)行解讀，目前仍是一個(gè)艱巨的技術(shù)問題。如何檢測(cè)低豐度表達(dá)基因仍是目前一個(gè)重要問題?；蛐酒夹g(shù)的研究可能方向進(jìn)一步提高探針陣列的集成度。提高檢測(cè)的靈敏度和特異性。高自動(dòng)化、方法趨于標(biāo)準(zhǔn)化、簡單化，成本降低。高穩(wěn)定性。研制新的應(yīng)用芯片研制芯片新檢測(cè)系統(tǒng)和分析軟件，以充分利用生物信息。芯片技術(shù)將與其它技術(shù)結(jié)合使用，如基因芯片PCR、納米芯片不同生物芯片間綜合應(yīng)用，如蛋白質(zhì)芯片與基因芯片間相互作用等，可用于了解蛋白質(zhì)與基因間相互作用的關(guān)系。DNAmicroarraydatamassivedatasetsfromsimultaneousexpressionlevelsof

thousandsofgenesimpossibletograspdirectlybythehumanmindmethodsareneededforfindingmeaningfulresultsand

patternsfromthebulkofdataMicroarraydataanalysismicroarraydataanalysisClusteringandpatterndetectionControlsandnormalizationofresultsDataminingandvisualizationStatisticalvalidationLinkagebetweengeneexpressiondataandgenesequence/function/metabolicpathwaysdatabasesDiscoveryofcommonsequencesinco-regulatedgenesMeta-studiesusingdatafrommultipleexperimentsimpactonbioinformaticsGenomicsproduceshigh-throughput,high-qualitydata,andbioinformaticsprovidestheanalysisandinterpretationofthesemassivedatasets.Itisimpossibletoseparategenomicslaboratorytechnologiesfromthecomputationaltoolsrequiredfordataanalysis.BioinformaticsisMultidisciplinaryComputerScienceMathStatisticsStructuralBiologyPhylogeneticsDrugDesignGenomicsMolecularBiologyinterdisciplinary蛋白芯片蛋白芯片是將大量蛋白質(zhì)分子按預(yù)先設(shè)置的排列固定于一種載體表面行成微陣列，根據(jù)蛋白質(zhì)分子間特異性結(jié)合的原理，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生物分子的準(zhǔn)確、快速、大信息量的檢測(cè)。蛋白芯片反應(yīng)結(jié)果的檢測(cè)要依據(jù)標(biāo)記的報(bào)告分子種類來選擇不同的檢測(cè)設(shè)備。熒光標(biāo)記是芯片信息采集中使用最多也是最成功的報(bào)告標(biāo)志。雜交反應(yīng)后的芯片上各個(gè)反應(yīng)點(diǎn)的熒光位置、熒光強(qiáng)弱經(jīng)過芯片掃描儀和相關(guān)軟件可以進(jìn)行分析，將熒光信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，即可以獲得有關(guān)生物信息。蛋白芯片原理蛋白芯片類型組織芯片（tissuemicroarray）1998年《NatureGenetics》首先報(bào)道組織微陣列（TMA）以形態(tài)學(xué)為基礎(chǔ)的高通量、多樣本的分析工具。它是將數(shù)十個(gè)甚至上千個(gè)微小組織片整齊排列在一張載玻片上而制成的高通量組織切片，形成微陣列，將標(biāo)記的特定基因的核酸探針或抗體探針與之雜交以檢測(cè)該基因在不同組織中的表達(dá)情況。傳統(tǒng)的核酸原位雜交或免疫組化實(shí)驗(yàn)的集成，核酸原位雜交或免疫組化一次檢測(cè)一個(gè)基因在一種組織中的表達(dá)，而組織芯片一次檢測(cè)一個(gè)基因在多種組織中的表達(dá)。組織芯片的應(yīng)用組織芯片與基因芯片或蛋白芯片也有所不同，基因芯片或蛋白芯片一次能檢測(cè)一個(gè)或兩個(gè)樣本中的多個(gè)基因或蛋白質(zhì)（反向雜交），而組織芯片正好相反，一次檢測(cè)多個(gè)樣本中的一個(gè)或兩個(gè)基因或蛋白（正向雜交）。組織芯片技術(shù)可以與其他很多常規(guī)技術(shù)，如免疫組化、核酸原位雜交、熒光核酸原位雜交(FISH)、原位PCR等結(jié)合應(yīng)用，因此盡管TMA最初只用于腫瘤研究，但它的應(yīng)用領(lǐng)域一直在不斷地拓展。微流控芯片微流控是指在一個(gè)微小系統(tǒng)中對(duì)微量液體進(jìn)行控制操作。最為人們熟知的微流控技術(shù)的應(yīng)用是噴墨打印。結(jié)合生物技術(shù)、微電子、微機(jī)械等技術(shù)，將實(shí)驗(yàn)室中許多儀器的功能縮小到芯片上來處理的一種微型器件。借用微電子工業(yè)和其他加工工業(yè)中比較成熟的微細(xì)加工工藝，如光學(xué)掩膜光刻技術(shù)、反應(yīng)離子蝕刻、微注入澆鑄和聚合膜澆注法等，在玻璃，塑料、硅片等基底材料上加工出用于生物樣品分離或者反應(yīng)的微米尺寸的微結(jié)構(gòu)（如過濾器，反應(yīng)室、微泵、微閥等微結(jié)構(gòu)）。芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)幫助用戶快速高效地完成多種定性及定量的生化分析，而手動(dòng)操作很少。用于分析DNA、RNA、蛋白質(zhì)和細(xì)胞。微流控芯片微流控芯片（第二代生物芯片）是微陣列芯片（第一代生物芯片）的延伸微陣列芯片具有快速，高信息量的優(yōu)點(diǎn)，但至今廣泛使用上仍受限制，除價(jià)格因素外，樣品制備的復(fù)雜繁瑣是妨礙其廣泛使用的主要原因。微流控芯片，把前置處理過程微縮在芯片上，目的是把實(shí)驗(yàn)微型化，最終制成芯片實(shí)驗(yàn)室（lab-on-a-chip）有了它，就可以告別步驟繁復(fù)，儀器雜亂的實(shí)驗(yàn)室。微流控芯片應(yīng)用最多的微流體芯片：PCR芯片和毛細(xì)管電泳芯片PCR芯片目前的技術(shù)難點(diǎn)在于難以做到既可以實(shí)現(xiàn)很精確的溫控和簡便的操作又能保持很小的體積PCR的原理：很多情況下我們獲取的待檢測(cè)的DNA的量非常少，由于目前檢測(cè)儀器靈敏度的限制，很難或不可能直接用于檢測(cè)。所以需要將待測(cè)樣品DNA的量進(jìn)行“放大”，就類似于電子線路中的信號(hào)放大微流控芯片的類型DNA測(cè)序儀高壓液相層析色譜儀基因擴(kuò)增（PCR）自動(dòng)免疫檢測(cè)儀毛細(xì)管電泳儀便攜式環(huán)境檢測(cè)儀生化武器檢測(cè)儀等很多目前造型龐大的分析檢測(cè)儀器將來利用微流控芯片可以設(shè)計(jì)得像郵票一樣大小節(jié)省樣本和試劑，攜帶方便，提高效率生物芯片產(chǎn)業(yè)用生物芯片進(jìn)行藥理遺傳學(xué)和藥理基因組學(xué)研究所涉及的世界藥物市場(chǎng)每年約1800億美元。

到2005年，僅美國用于基因組研究的芯片銷售額將達(dá)50億美元，

2010年有可能上升為400億美元。這還不包括用于疾病預(yù)防及診治及其他領(lǐng)域中的基因芯片。政府扶持我國生物芯片研究始于1997~1998年間。從2000年開始，國家陸續(xù)投入近5億元人民幣，建立了北京、上海兩個(gè)生物芯片國家工程研究中心，為加強(qiáng)我國在這一新興高科技領(lǐng)域的自主創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化能力奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。政府扶持目前，已有500余種生物芯片及相關(guān)產(chǎn)品問世，以北京博奧生物芯片、上海生物芯片，天津生物芯片、陜西超英為代表的30余家生物芯片企業(yè)正蓬勃發(fā)展，北京和上海兩個(gè)國家工程研究中心已經(jīng)漸漸發(fā)展成為行業(yè)龍頭。2002年～2005年生物芯片累計(jì)實(shí)現(xiàn)銷售額近2.5億元，10余個(gè)芯片或相關(guān)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，部分產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入國際市場(chǎng)。如激光共焦掃描儀，來自歐美、韓國等地的出口訂單已經(jīng)達(dá)到上百臺(tái)，是我國為數(shù)不多的原創(chuàng)性生命科學(xué)儀器出口產(chǎn)品。

政府扶持我國是世界上最早批準(zhǔn)生物芯片進(jìn)入臨床的國家。到目前為止已有多個(gè)芯片及相關(guān)產(chǎn)品拿到了不同形式的新藥及醫(yī)療器械證書，如深圳益生堂公司開發(fā)的丙肝分型蛋白芯片、上海數(shù)康公司開發(fā)的多腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)蛋白芯片、浙江江南生物科技公司開發(fā)的地中海貧血檢測(cè)基因芯片、北京博奧開發(fā)的微陣列芯片掃描儀等產(chǎn)業(yè)化之路生物芯片產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程卻不如料想中那樣迅速。由于生物芯片技術(shù)研發(fā)難度大，生產(chǎn)周期長，成本高，難以形成規(guī)模。美國雖然已有多個(gè)生物芯片上市公司，產(chǎn)品也五花八門，在此領(lǐng)域最具實(shí)力的美國Affymetrix公司，產(chǎn)品單價(jià)也高達(dá)上千美元，難以向市場(chǎng)推廣。目前我國生物芯片企業(yè)不少于50家，70％—80％的生物芯片還只是用在研發(fā)上，離完全商業(yè)化還有一段不短的距離。由于研發(fā)成本高，其產(chǎn)品價(jià)格也較高。北京博奧生物芯片有限責(zé)任公司在國內(nèi)生物芯片產(chǎn)業(yè)中被公認(rèn)為是最好的企業(yè)之一，注冊(cè)資本達(dá)3.46億元?！痘瘖y品術(shù)語》起草情況匯報(bào)中國疾病預(yù)防控制中心環(huán)境與健康相關(guān)產(chǎn)品安全所一、標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)和下達(dá)時(shí)間2006年衛(wèi)生部政法司要求各標(biāo)委會(huì)都要建立自己的術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)。1ONE二、標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)研制經(jīng)費(fèi)：3.8萬三、標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)意義術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)有利于行業(yè)間技術(shù)交流、提高標(biāo)準(zhǔn)一致性、消除貿(mào)易誤差，作為標(biāo)準(zhǔn)體系中的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)在各個(gè)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)體系中均起著重要的作用。隨著我國化妝品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)逐步加快，所涉及的術(shù)語和定義的數(shù)量也在迅速增長，在此情形下，化妝品術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)的制定就顯得尤為重要。四、標(biāo)準(zhǔn)的制訂原則1.合法性遵守《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例》、《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例實(shí)施細(xì)則》中關(guān)于化妝品的定義。2.協(xié)調(diào)性直接引用或修改采用的方式，與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的術(shù)語和定義相協(xié)調(diào)。3.科學(xué)性對(duì)于沒有國標(biāo)或定義不統(tǒng)一的術(shù)語，在定義時(shí)體現(xiàn)科學(xué)性的原則。4.實(shí)用性在標(biāo)準(zhǔn)體系中出現(xiàn)頻率較高，與行業(yè)聯(lián)系較緊密的術(shù)語優(yōu)先選用。五、標(biāo)準(zhǔn)的起草經(jīng)過

第一階段：資料搜集

搜集國內(nèi)外相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、文獻(xiàn)并對(duì)國外文獻(xiàn)如美國21CFR進(jìn)行翻譯。第二階段：2007年末形成初稿

初稿內(nèi)容包括一般術(shù)語、衛(wèi)生化學(xué)術(shù)語、毒理學(xué)術(shù)語、微生物術(shù)語、產(chǎn)品術(shù)語、人體安全和功效評(píng)價(jià)術(shù)語，常用英文成份術(shù)語等７部分。第三階段：專家統(tǒng)稿1.2007年12月第一次專家統(tǒng)稿會(huì)（修訂情況：1.在結(jié)構(gòu)上增加原料功能術(shù)語、相關(guān)國際組織和科研機(jī)構(gòu)等內(nèi)容；2.在內(nèi)容上增加一般術(shù)語、產(chǎn)品術(shù)語的種類，將化妝品行業(yè)的新產(chǎn)品類別納入本標(biāo)準(zhǔn)；3.對(duì)于毒理學(xué)、衛(wèi)生化學(xué)、微生物學(xué)術(shù)語進(jìn)行修改；4.刪除與化妝品聯(lián)系不緊密、無存在必要的常用英文成分