基因芯片技术的优点与特点

DNA芯片，是Z早出现，也是Z重要的一种生物芯片，早期所称的生物芯片一般就是指基因芯片。那么基因芯片技术有哪些优点和特点，让它能够Z早出现又被Z广泛应用呢？

基因芯片特点

它是指将大量基因探针分子如寡核苷酸、基因组DNA或互补DNA固定于支持物上的生物芯片。基因芯片技术将基因芯片与标记的样品进行杂交，通过杂交信号的强弱判断靶分子的数量，充分利用了分子克隆、分子杂交和聚合酶链式反应 ( PCR) 三大分子生物学技术。它有以下特点：

自动化：保证了质量，并减少人力投入

多样性：提供了样品的多指标测定

高度并行性：有利于基因芯片所示图谱的快速对照和阅读，效率大为提高

微型化：对样品的需要量非常少，而且还能节省试剂用量，降低成本

基因芯片技术的优点

1、采用了平面微细加工技术，可实现大批量生产，通过提高集成度，降低单个芯片的成本。

2、结合微机械技术，可把生物样品的预处理，基因物质的提取、扩增，以及杂交后的信息检测集成为芯片实验室，制备成微型、无污染、自动化、可用于微量试样检测的高度集成的智能化基因芯片。

基因芯片如何分类

1、固定在聚合物基片（尼龙膜，硝酸纤维膜等）表面上的核酸探针或cDNA片段，通常用同位素标记的靶基因与其杂交，通过放射显影技术进行检测。这种方法的优点是所需检测设备与目前分子生物学所用的放射显影技术相一致，相对比较成熟。但芯片上探针密度不高，样品和试剂的需求量大，定量检测存在较多问题。

2、用点样法固定在玻璃板上的DNA探针阵列，通过与荧光标记的靶基因杂交进行检测。这种方法点阵密度可有较大的提高，各个探针在表面上的结合量也比较一致，但在标准化和批量化生产方面仍有不易克服的困难。

3、在玻璃等硬质表面上直接合成的寡核苷酸探针阵列，与荧光标记的靶基因杂交进行检测。该方法把微电子光刻技术与DNA化学合成技术相结合，可以使基因芯片的探针密度大大提高，减少试剂的用量，实现标准化和批量化大规模生产，有着十分重要的发展潜力。

基因芯片制备步骤

1、芯片制备

目前制备芯片主要以玻璃片或硅片为载体，采用原位合成和微矩阵的方法将寡核苷酸片段或cDNA作为探针按顺序排列在载体上。芯片的制备除了用到微加工工艺外，还需要使用机器人技术。以便能快速、准确地将探针放置到芯片上的指定位置。

2、样品制备

生物样品往往是复杂的生物分子混合体，除少数特殊样品外，一般不能直接与芯片反应，有时样品的量很小。所以，必须将样品进行提取、扩增，获取其中的蛋白质或DNA、RNA，然后用荧光标记，以提高检测的灵敏度和使用者的安全性。

3、杂交反应

杂交反应是荧光标记的样品与芯片上的探针进行的反应产生一系列信息的过程。选择合适的反应条件能使生物分子间反应处于Z佳状况中，减少生物分子之间的错配率。

4、信号检测和结果分析

杂交反应后的芯片上各个反应点的荧光位置、荧光强弱经过芯片扫描仪和相关软件可以分析图像，将荧光转换成数据，即可以获得有关生物信息。基因芯片技术发展的Z终目标是将从样品制备、杂交反应到信号检测的整个分析过程集成化以获得微型全分析系统或称缩微芯片实验室。使用缩微芯片实验室，就可以在一个封闭的系统内以很短的时间完成从原始样品到获取所需分析结果的全套操作。

我国基因芯片的发展研究方向和问题

问题

尽管基因芯片技术已经取得了长足的发展，得到世人的瞩目，但仍然存在着许多难以解决的问题，例如技术成本昂贵、复杂、检测灵敏度较低、重复性差、分析泛围较狭窄等问题。这些问题主要表现在样品的制备、探针合成与固定、分子的标记、数据的读取与分析等几个方面。

样品制备上，当前多数公司在标记和测定前都要对样品进行一定程度的扩增以便提高检测的灵敏度，但仍有不少人在尝试绕过该问题，但目前尚未取得实际应用。

探针的合成与固定比较复杂，特别是对于制作高密度的探针阵列。使用光导聚合技术每步产率不高（ 95% ），难于保证好的聚合效果。Z近我国学者已成功地将分子印章技术应用于探针的原位合成而且取得了比较满意的结果（个人通讯）。

目标分子的标记也是一个重要的限速步骤，如何简化或绕过这一步现在仍然是个问题。

信号的获取与分析上，当前多数方法使用荧光法进行检测和分析，重复性较好，但灵敏仍然不高。正在发展的方法有多种，如质谱法、化学发光法等。这一方面可以为样品的检测提供大量的验证机会，但同时，要对如此大量的信息进行解读，目前仍是一个艰巨的技术问题。

未来方向

1、发展一个可进行高密度基因芯片加工基因芯片的加工设备和工艺，发展具有自主知识产权的高密度基因芯片制备的关键技术。

2、发展和研制的基因芯片设计和分析软件

3、发展出包括蛋白质、多肽、DNA、PNA、病毒、细胞组和细胞以及微小生物组织等生物活性微阵列芯片，等高集成度的生物活性单元微阵列芯片。