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生物芯片_EEPW百科

来源:未知     作者:威廉希尔     发布时间:2020-12-21 20:47         

  生物芯片简单地说,生物芯片就是在一块指甲大小的玻片、硅片、尼龙膜等材料上放上生物样品,然后由一种仪器收集信号,用计算机分析数据结果。目前制备芯片的固相材料有玻片、硅片、金属片、尼龙膜等。目前较为常用的支持材料是玻片,因为玻片适合多种合成方法,而且在制备芯片前对玻片的预处理也相对简单易行。

  进入二十一世纪,随着生物技术的迅速发展,电子技术和生物技术相结合诞生了半导体芯片的兄弟——生物芯片,这将给我们的生活带来一场深刻的。这种对于我国,乃至全世界的可持续发展都会起到不可估量的贡献。

  生物芯片是八十年代末在生命科学领域中迅速发展起来的一项高新技术,它主要是指通过微加工技术和微电子技术在固格体芯片表面构建的微型生物化学分析系统,以实现对细胞、蛋白质、DNA以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。常用的生物芯片分为三大类:即基因芯片、蛋白质芯片和芯片实验室。生物芯片的主要特点是高通量、微型化和自动化。芯片上集成的成千上万的密集排列的微阵列,能够在短时间内分析大量的生物,使人们快速准确地获取样品中的生物信息,效率是传统检测手段的成百上千倍。它将是继大规模集成电之后的又一次具有深远意义的科学技术。

  通常的生物化学反应过程包括三步,即样品的制备,生化反应、结果的检测和分析。可将这三步不同步骤集成为不同用途的生物芯片,所以据此可将生物芯片分为不同的类型。例如用于样品制备的生物芯片,生化反应生物芯片及各种检测用生物芯片等。现在,已经有不少的研究人员试图将整个生化检测分析过程缩微到芯片上,形成所谓的“芯片实验室”(Lab-on-chip)。“芯片实验室”通过微细加工工艺制作的微滤器、微反应器、微泵、微阀门、微电极等以实现对生物样品从制备、生化反应到检测和分析的全过程,从而极大地缩短的检测和分析时间,节省了实验材料。

  样品制备芯片的目的是将通常需要在实验室进行的多个操作步骤集成于微芯片上。目前,样品制备芯片主要通过升温、变压脉冲以及化学裂解等方式对细胞进行破碎,通过微滤器、介电电泳等手段实现生物大的分离。

  生化反应芯片即在芯片上完成生物化学反应。与传统生化反应过程的区别主要在于它可以高效、快速地完成生物化学反应。例如,在芯片上进行PCR反应,可以节约实验试剂,提高反应速度,并可完成多个片段的扩增反应。当前,由于检测和分析的灵敏度所限,通常在对微量核酸样品进行检测时必需事先对其进行一定程度的扩增。所以用于PCR的芯片无疑为快速大量扩增样品多个DNA片段提供了有力的工具。

  检测芯片顾名思义是用来检测生物样品的。例如用毛细管电泳芯片进行DNA突变的检测,用于表达谱检测、突变分析、多态性测定的DNA微点阵芯片(也称DNA芯片、基因芯片),用于大量不同蛋白检测和表位分析的蛋白或多肽微点阵芯片(也称蛋白或多肽芯片)。

  芯片实验室是生物芯片技术发展的最终目标。它将样品的制备、生化反应到检测分析的整个过程集约化形成微型分析系统。现在,已经有由加热器、微泵、微阀、微流量控制器、微电极、电子化学和电子发光探测器等组成的芯片实验室问世,并出现了将生化反应、样品制备、检测和分析等部分集成的芯片。例如可以将样品的制备和PCR扩增反应同时完成于一块小小的芯片之上。再如Gene Logic公司设计制造的生物芯片可以从待检样品中分离出DNA或RNA,并对其进行荧光标记,然后当样品流过固定于栅栏状微通道内的寡核苷酸探针时便可捕获与之互补的靶核酸序列。应用其自己开发的检测设备即可实现对杂交结果的检测与分析。这种芯片由于寡核苷酸探针具有较大的吸附表面积,所以可以灵敏地检测到稀有基因的变化。同时,由于该芯片设计的微通道具有浓缩和富集作用,所以可以加速杂交反应,缩短测试时间,从而降低了测试成本。

  你的计算机CPU用的是什么芯片?是Intel还是AMD?其实无论是Intel还是AMD,其本质都一样,都属于半导体芯片。进入21世纪,随着生物技术的迅速发展,电子技术和生物技术相结合诞生了半导体芯片的“兄弟”——生物芯片。

  对于生物芯片,人们可能不像对计算机微处理器——半导体芯片那样熟悉。什么是生物芯片呢?一般说来,生物芯片就是在一块厘米见方的玻璃片、硅片、塑料膜等材料上,通过特殊的表面化学处理连接上相关的生物,经过特殊设计的生物化学反应,然后由专用的仪器收集检测信号,再用计算机分析数据结果。生物芯片是微电子学、化学、物理学、信息学和生物学相互交叉形成的一项高新技术。生物芯片技术可以对细胞、DNA、蛋白质等生物组分进行准确、快捷和大信息量的检测分析。生物芯片的模样五花八门,有的和计算机芯片一样规矩、方正,有的是在透明的玻璃或塑料点上排排微米级圆点或划了一条条的蛇形细槽,还有的是由一些不同形状头发粗细的管道和针孔大小的腔体,不同结构的微型电子、机械器件紧密排列在一起形成的。

  半导体芯片和生物芯片都使用了微加工、光学、光刻等类似技术,都把庞大的系统进行了缩微,最后输出的信号都是数字信号。不同点在于:第一,输入的信号不一样。半导体芯片很怕水,接触到水溶液就会短,而生物芯片恰恰要分析液体,输入其中的可能是血液、尿液、唾液等体液,不会出现短现象;第二,半导体芯片是永久性固定使用,而生物芯片是一次性使用,并伴随着相应的生物化学反应;第三,从材料上来说,半导体芯片以硅为基本材料,而制备生物芯片使用的材料则比较广泛,除了硅,还可以使用玻璃、塑料等其他材料。

  目前常见的生物芯片分为三类:第一类为微阵列芯片,包括基因芯片、蛋白芯片、细胞芯片和组织芯片;第二类为微流控芯片(属于主动式芯片),包括各类样品制备芯片、聚合酶链反应(PCR)芯片、毛细管电泳芯片和色谱芯片等;第三类为以生物芯片为基础的集成化分析系统(也叫“芯片实验室”,是生物芯片技术的最高境界)。“芯片实验室”可以完成诸如样品制备、试剂输送、生化反应、结果检测、信息处理和传递等一系列复杂工作。这些微型集成化分析系统携带方便,可用于紧急场合、野外操作甚至放在航天器上。

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