纳米科技-5教材.ppt

什么是DNA芯片 DNA芯片或称作基因芯片(Gene chips)，实质上是一种高密度的寡聚核苷酸(DNA探针)阵列。它采用在位组合合成化学和微电子芯片的光刻技术或其他方法将大量特定序列的DNA片段(探针)有序地固化在玻璃或硅衬底上；构成储存有大量生命信息的DNA芯片。 DNA芯片有可能首次将人类的全部基因集约化地固化在1平方厘米的芯片上，目前已达到的密度是40万个探针／芯片，每个探针间的空间尺度是10—20微米．在与待测样品DNA作用后，即可检测到大量相应的生命信息，其中包括基因识别与鉴定、基因突变和基因表达等等。 目前，DNA芯片不作为分子的电子器件，也不作为DNA计算机用，主要起生命信息的储存和处理的功能。但正是基于它的对生命信息进行平行处理的原理，可利用其快速、高效、同时地获取空前规模的生命信息，DNA芯片很有可能成为今后生命科学研究和医学诊断中革命性的新方法（图10） 。 图10 DNA芯片原理图 DNA芯片的应用 初始的DNA芯片主要作基因鉴定识别或基因点突变的研究；随着DNA芯片制作技术的发展，芯片密度不断提高，大大扩展了其应用领域，主要如下： 1．生物医学、分子生物学基础研究 寻找基因与疾病(癌、传染病、常见病和遗传病)的相关性，进而可发展相应药物和治疗，其中癌症的研究更为重要，可探测抑制肿瘤基因(如P53)的变异，已知60％的癌症患者的P53有突变；或对影响面最广的一些致癌基因如乳腺癌(BRCAI)、肺癌等进行多基因扫描。 2．人类基因组研究(Genome) 可开展基因表达活性和大规模的基因变异多态性研究。应用定制的DNA芯片可同时监测千百个基因甚至全部基因。 3．将来的医学临床诊断 一旦弄清疾病与基因的相关性，DNA芯片即可提供高效的简便的诊断手段。在一些涉及多基因分析的诊断中，DNA芯片的高密度信息量和平行处理的优点不仅提供了可能性，而且保证了诊断的高效、廉价、快速和简便。 DNA芯片技术的展望 DNA芯片技术将不断地向更高密度的方向发展，恰如微电子芯片一样。权威人士估计，几年内DNA芯片空间分辨率将达到1微米水平．如果有需要和可能的话，DNA芯片将由目前的微米级向亚微米乃至纳米级的方问发展，相应的检测技术也将由目前的共聚焦荧光显微术向包括扫描近场光学显微术(SNOM)和原子力显微术[AFM]在内的纳米显微术发展。 DNA芯片使我们对信息的处理和应用深入至生命信息领域，对农业、人口与健康和环境等国家目标的实现将做出重大贡献。 美国《幸福》杂志载文指出，在写20世纪科技史时有两件事是值得大书特书的．一件是微电子芯片(microelectronics chips)。它是计算机和许多家电的心脏，它改变了我们的经济和文化生活，并已进入每个家庭；另一件则是DNA芯片，它将改变生命科学的研究方式，将革新医学诊断和治疗，极大地提高人口素质和健康水平．在21世纪，DNA芯片对人类生活的影响比之微电子芯片可能有过之而无不及。 信 息 窗 实用例子： 监测自来水受污染程度的基因芯片 日本久保田公司最近开发出利用基因芯片检测自来水是否受到致病微生物污染的技术。 这种基因芯片检测法主要针对会引起人腹泻甚至死亡的隐胞子虫。这种微生物表面有坚硬的蛋白质外壳，常用的氯气消毒法很难杀灭它们，是自来水水质管理方面的一个难题。 久保田公司的技术是将能与隐胞子虫的基因相结合的基因片断固定在芯片表面，如果被检测的样本中合有隐胞子虫，它们的基因和芯片上的基因片断结合在一起，芯片就会发出荧光。基因芯片检测法能从基因水平上检到出有害微生物，准确而简便。 图 11 监测自来水 信 息 窗 可用来识别身份和健康数据并帮助定位的人体芯片首先在墨上市 新华社墨西哥城2003年7月18日电 美国应用数据解决方案公司推出的可植入人体皮下的微芯片18日在墨西哥城首次上市，它能用来识别植入者的身份和健康数据，并帮助定位，可应用于医疗和反绑架等领域。 负责代理该产品的墨西哥卫星定位解决方案公司主管安东尼·阿塞韦斯在产品发布会上说，这种微处理芯片只有米粒大小，用特殊的注射器植入人体，不会对健康造成任何伤害，而且植入过程中只需局部麻醉，没有疼痛感；芯片本身不能储存身份或健康等数据，而是通过外部扫描装置读取芯片中储存的唯一序列号，然后通过该序列号取得进入外部存储数据库的权限，从而对载体的身份等有关数据予以确认。此外用户还可以通过24小时服务热线随时修改自己的数据。 这种芯片被称作”Verichip”，在墨西哥的古均安装费用为175美元，每年的保养费用为48.5美元。产品发布会上墨西哥众多医疗和保安机构表现出浓厚的兴趣。据称，这种芯片可以帮助医护人员和警察在发生