阵列光镊与微流控芯片技术的结合与应用

在生物医学研究领域中,阵列光镊与微流控芯片的结合已经成为进行细胞操纵、转移以及少量细胞样品分选等方面最有希望的方法之一。光镊技术对样品具有非接触弹性控制、无机械损伤、可无菌操作等优势,以及微流控芯片分析的高效、多功能、微型化、低成本等优势,成为芯片实验室(Lab-on-a-Chip)的重要研究方面。该文概述了阵列光镊技术的形成与研究现状以及微流控芯片技术的发展与应用现状,分析了在不同阵列光镊形成方法下结合微流控芯片可实现的功能与应用,并对其发展趋势进行了展望。     

条形码微流控芯片在分泌蛋白检测方面的应用

微流控芯片具有液体流动可控、消耗试样少、分析速度快等特点,它可以在几分钟甚至更短的时间内进行上百个样品的同时分析,并且可以实现在线样品的预处理及分析全过程。一种条形码微流控芯片能够以高密度的单链DNA为模板,从而克服了传统蛋白质微流控芯片固定在固体表面容易变性的缺点,既解决了稳定性的要求,又满足芯片平行处理大量数据的要求,可以用来大量的、快速的定量检测细胞的分泌蛋白。条形码微流控芯片因其对样品要求简单、低耗高效、高通量等特点正在成为分泌蛋白检测的最具吸引力的分析工具,在样品分析与检测以及临床检测研究等领域得到了广泛的应用。     

糖芯片的制备和检测应用研究进展

近数十年来,糖芯片逐渐成为分析糖介导的识别和结合作用的强有力工具,具有样品检测用量少、特异性强和高通量等优点,可以大大提高糖生物学研究的效率。主要介绍了通过糖库的构建、共价结合和非共价吸附法等方法制备糖芯片的过程,糖芯片的检测方法及其在生物学研究和生物医学领域的应用,以期为糖芯片相关研究提供参考。     

PCR 芯片及其应用研究进展

PCR芯片实质上就是固定有与研究对象有关的许多已知基因的引物阵列并可用于PCR检测的固相载体,其制作时最关键的是目的基因的引物设计。与基于杂交的芯片技术不同,PCR芯片技术是一种高通量的,准确、灵敏的定量检测基因表达的技术,它将待测基因的引物固定于固相载体上,通过简单的、经过优化的定量PCR体系和荧光定量PCR仪,实现待检样品中已知基因的扩增,用于定量检测待检样品中已知基因的表达情况。PCR芯片由于其操作简单、结果准确、数据产出快而多等特点,已应用于疾病发病机制、药物作用机理和细菌分型等研究领域,并将在生命科学研究领域得到更为广泛的应用。     

DNA芯片制作原理及其杂交信号检测方法

文章讨论了DNA芯片的制作原理和杂交信号的检测方法。依其结构,DNA芯片可分为两种形式,DNA阵列和寡核苷酸微芯片。DNA芯片的制作方法主要有光导原位合成法和自动化点样法。DNA芯片与标记的探针或DNA样品杂交,并通过探测杂交信号谱型来实现DNA序列或基因表达的分析。适应于DNA芯片的发展,同时出现了许多新型的杂交信号检测方法。主要有激光荧光扫描显微镜、激光扫描共焦显微镜、结合使用CCD相机的荧光显微镜、光纤生物传感器、化学发生法、光激发磷光物质存储屏法、光散射法等。     

蛋白质芯片技术进展

人类基因组测序工作的完成 ,引起人们对蛋白质组研究的热忱。蛋白质作为生命活动的执行者 ,种类繁多 ,结构复杂 ,并且其活性与空间结构密切相关 ,需要更为先进的技术去研究和探索。近来出现的蛋白质芯片以并行、高通量检测、分析和处理蛋白质样品 ,发展迅速 ,应用前景广泛。介绍蛋白质芯片的种类、蛋白质固定的表面化学以及不同的检测方法 ,简述蛋白质芯片在不同领域的应用 ,并讨论蛋白质芯片目前存在的问题。     

基因芯片技术与微生物学

基因芯片技术作为生物芯片技术一个发展最完备的分支,近十年来,已经成为国内外研究的一个热点,基因芯片可以分为cDNA芯片和寡核苷酸芯片,cDNA芯片有多种制备方法,在基因表达相关研究方面具有重大价值;寡核苷酸芯片以美国Affymetrix公司的GeneChip为代表,主要应用于杂交测序,单核苷酸多态性分析和突变检测。本文分别对这两种芯片的制备,样品处理,杂交和信号检测分析技术作一综述。对近年来基因芯片技术在微生物学领域的应用进行了介绍。     

DNA芯片及其在生命科学中的应用

对DNA芯片的发生、发展、技术特点及在生命科学中的应用作了回顾,结果表明DNA芯片通过DNA或RNA样品与阵列的的杂交,可用于基因测序、基因表达、新基因的发现、突变的检测等等领域,虽然DNA芯片目前存在着不足和缺陷,但它正成为基因组和后基因组研究的重要工具.     

蛋白质芯片

随着人类基因组计划 (ＨＧＰ)顺利实施 ,以生命活动的执行者———蛋白质为研究对象的蛋白质组学越来越显得重要[1] ,并构想和发展了快捷、高效、并行、高通量的蛋白质组检测新技术———蛋白质芯片技术。1.蛋白质芯片的基本构成蛋白质芯片是高通量、微型化和自动化的蛋白质分析技术。目前蛋白质芯片主要分两种[2 ] :一种类似于ＤＮＡ芯片 ,即在固相支持物表面高密度排列的探针蛋白点阵 ,可特异地捕获样品中的靶蛋白 ,然后通过检测器对靶蛋白进行定性或定量分析 (如图1)。另一种就是微型化的凝胶电泳板。在电场作用下 ,样品中的蛋白质通过芯…     

微孔板蛋白质芯片技术应用于单克隆抗体分型研究

设计与构建了可用于单克隆抗体分型鉴定的微孔板蛋白质芯片,利用该芯片进行了12株单克隆抗体和2种多克隆抗体的分型鉴定,并与ELISA方法进行了对比。结果表明,蛋白质芯片方法对单克隆抗体和多克隆抗体进行鉴定的结果,与ELISA方法进行鉴定的结果一致;与ELISA方法相比,蛋白质芯片的方法降低了试剂与样品的用量,缩短了工作时间,提高了工作效率。对于高通量的单克隆抗体制备体系,单克隆抗体分型蛋白质芯片是一种敏感、快捷的分型鉴定工具。     

生物信息学在基因芯片中的应用

生物信息学和基因芯片是生命科学研究领域中的两种新方法和新技术,生物信息学与基因芯片密切相关,生物信息学促进了基因芯片的研究与应用,而基因芯片则丰富了生物信息学的研究内容。本论文探讨生物信息学在基因芯片中的应用,将生物信息学方法运用到高密度基因芯片设计和芯片实验数据管理及分析。从信息学的角度提出基因芯片设计准则,提出寡核苷酸探针的优化设计方法,将该方法运用于再测序型芯片和基因表达型芯片的设计,在此基础上研制出高密度基因芯片设计软件系统和实验结果分析系统。     

Development of a novel nano-Invader DNA chip system

By taking advantage of a homogeneous Invader assay, a miniaturized genotyping chip system termed nano-Invader was developed. The system is sensitive to 0.1 zeptomole of genomic DNA per well without prior PCR amplification. Its accuracy was determined by comparing both the genomic DNA chip and probe chip formats to PCR-RFLP. To determine the assay's capabilities in large-scale analysis, DNA samples from the Coriell Cell Repository and an additional 62-probe sets were tested with the genomic DNA and probe chip nano-Invader formats, respectively. Several hundred samples were genotyped in less than an hour, from purified genomic DNA to data analysis. With its ease of handling, speed, accuracy, sensitivity and cost-effectiveness, this chip system, especially its probe chip format, will meet a demand for high-throughput multiple genotyping in the coming era of personalized medicine.     

高密度基因芯片探针布局方法

为了提高基因芯片制备质量和检测的准确性,提出两种基因芯片布局方法,一是分子印章凸点优化布局方法,另一种是基于探针杂交解链温度的梯度场布局方法。利用上述两种方法对所设计的高密度基因芯片进行控针布局实验,结果表明,第一种方法能够使制备基因芯片的分子印章上凸点均匀分布,解决误压印问题,从而提高基因芯片的制备质量;而第二种方法能够使基因芯片上的探针按照杂交解链温度有序地组织起来,从而提高基因芯片对碱基错配的辨别力。     

Electrochemical microdevice with separable electrode and antibody chips for simultaneous detection of pepsinogens 1 and 2

An electrochemical microdevice with separable electrode and antibody chips has been developed and applied to detect atrophic gastritis-related proteins, pepsinogen 1 (PG1) and pepsinogen 2 (PG2), based on sandwich-type enzyme-linked immunosorbent assays (ELISAs) with horseradish peroxidase (HRP)-labeled antibody. To fabricate the electrochemical device for simultaneous analysis of several proteins, the electrode chip with eight electrode elements was assembled along with an antibody chip with eight cavities containing immobilized anti-PG1 or anti-PG2. The immunoreactions occurring in the cavities of the device were detected simultaneously by amperometry. The labeled HRP in the cavity in the presence of hydrogen peroxide catalyzed the oxidation of ferrocenemethanol (FMA) to FMA+, which was detected electrochemically by the electrode chip. The amperometric responses of respective cavities in the device increased with increasing concentration of PG1 or PG2 of 0-50 ng/ml, ensuring the simultaneous detection of PG1 and PG2. The detection limits for both PG1 and PG2 were 0.6 ng/ml (S/N=2). The electrode chip was recovered easily by disassembling the electrochemical device; thereby, it was used repeatedly, whereas the antibody chip was discarded. No marked decrease in electrochemical responses was detected after repeated use. Reuse of the electrode chip is beneficial to reduce costs of protein analysis.     

泌尿生殖道主要病原体检测基因芯片的构建

为构建可同时检测单一样品中多种病原体的复合基因芯片,检索相关细菌的16S～23SrRNA间区基因序列,应用生物信息学软件针对不同细菌的共同序列和特异序列,设计通用引物和特异寡核苷酸探针并制成基因芯片。利用芯片对临床泌尿生殖道分泌物样本进行病原菌检测。80例样本中96％芯片检测结果与门诊回复结果符合,反馈的测序结果经BLAST软件对比分析,与其芯片检测结果一致。该泌尿生殖道病原体检测基因芯片设计合理,检测结果具有较好的重复性和可靠性。     

On-chip Escherichia coli culture, purification, and detection of expressed proteins

In a recent study, we reported the results of a rapid high-throughput expression analysis of the affinity-tagged proteins present in total cell lysates, using a surface plasmon resonance (SPR) imaging protein chip system. In this paper, we describe a novel method, which is able to sequentially carry out a recombinant Escherichia coli culture, as well as the detection and purification of the expressed proteins on a single microwell chip, fabricated on a two-dimensional thin gold film. Following the induction of the protein on the microwell chip, the E. coli cells were lysed on the chip via the addition of lysozymes, and the expressed glutathione S-transferase-fused green fluorescent protein (GST–GFP) was then purified on the chip via affinity interaction with the glutathionylated gold surface of the chip. Finally, the expressed protein was directly detected using the surface plasmon resonance (SPR) imaging system. This system saves a substantial amount of time, experimental resources, and labor, by allowing for the complicated and labor-intensive procedures inherent to the production of recombinant proteins to be conducted on a single microwell chip, simply and economically.M. Kim and S. Y. Lee contributed equally to this work.     

Quality assessment of microarrays: Visualization of spatial artifacts and quantitation of regional biases

Background  

Quality-control is an important issue in the analysis of gene expression microarrays. One type of problem is regional bias, in which one region of a chip shows artifactually high or low intensities (or ratios in a two-channel array) relative to the majority of the chip. Current practice in quality assessment for microarrays does not address regional biases.     

微流控芯片技术在食品领域中的应用

微流控芯片技术是一种全新的微量分析技术。介绍了微流控芯片技术的基本原理、特点及分类,并深入讨论了该技术在食品安全、营养、加工和风味等食品领域中的应用,包括有害化学物质、食品添加剂、转基因食品和食源性致病微生物等的检测,营养物质和功能成分的分析鉴定,食品工艺参数的调控以及食品风味成分的检测,展望了微流控芯片技术在食品领域的广阔应用前景。     

基于遗传算法的基因芯片图像网格定位

对基因芯片荧光图像进行网格定位是进行芯片分析的前提与关键。利用为形模板匹配方法,基因芯片的自动网格定位问题转化为优化问题,从而用遗传算法求解。遗传算法是一种模拟自然界进化过程的启发式优化计算法,具高效及可收敛到全局最优的特点。实验证明该方法具有良好的准确性与可靠性。     

Development of a novel nano-Invader DNA chip system

By taking advantage of a homogeneous Invader assay, a miniaturized genotyping chip system termed nano-Invader was developed. The system is sensitive to 0.1 zeptomole of genomic DNA per well without prior PCR amplification. Its accuracy was determined by comparing both the genomic DNA chip and probe chip formats to PCR-RFLP. To determine the assay's capabilities in large-scale analysis, DNA samples from the Coriell Cell Repository and an additional 62-probe sets were tested with the genomic DNA and probe chip nano-Invader formats, respectively. Several hundred samples were genotyped in less than an hour, from purified genomic DNA to data analysis. With its ease of handling, speed, accuracy, sensitivity and cost-effectiveness, this chip system, especially its probe chip format, will meet a demand for high-throughput multiple genotyping in the coming era of personalized medicine.