基于基因芯片的雜交分析最重要的應(yīng)用領(lǐng)域包括,基因組研究、藥物研發(fā)、醫(yī)學(xué)診斷,而后者即醫(yī)學(xué)診斷應(yīng)用領(lǐng)域被認(rèn)為在未來具備較高的增長率。描述DNA芯片(以及與之相關(guān)的分析結(jié)果)的重要參數(shù)包括測試點(diǎn)的數(shù)量、靈敏度、動態(tài)范圍和特異性。根據(jù)特定的應(yīng)用場景,這些參數(shù)的相對重要性不同:例如,對于前兩個提到的應(yīng)用領(lǐng)域,通常是高密度陣列和高動態(tài)范圍的要求,而對于診斷應(yīng)用,通常低到中等數(shù)量的測試點(diǎn)即可滿足測試要求,但必須滿足足夠高的特異性。

HCF4052M013TR

    DNA芯片的基本架構(gòu)和工作原理如圖6.2所示。DNA芯片本身是一個通常由玻璃、高分子材料或硅襯底材料制作而成的載物片或芯片,其活躍敏感的區(qū)域面積范圍從平方毫米到平方厘米量級。在這些敏感區(qū)域內(nèi),將單鏈DNA受體分子,通常也稱為“示蹤“分子,固定放置在預(yù)先定義好的位置(如圖6.2所示),它們通常包含16~硐個堿基。

   圖62 DNA芯片的基本工作原理示意圖

   a)帶有一定數(shù)量測試位置區(qū)域的生物芯片,每個測試位置點(diǎn)包含不同種類的測試示蹤分子 b′)和y)帶有不同示蹤分子的測試位置點(diǎn)c為簡單起見,這里顯示的示蹤分子只有5個堿基c不同的堿基也以同的特征符號區(qū)別強(qiáng)調(diào)表示 c′)和c″)雜交階段,包含靶分子的樣品溶液應(yīng)用于整個芯片。在有匹配的DNA鏈(c′)的情況下將會發(fā)生雜交。而在分子(c″)失配的情況下不發(fā)生化學(xué)結(jié)合 d′)和d″)經(jīng)過清洗工藝步驟后的芯片

   如圖6.2b和y所示,為同一陣列中的兩個不同位置點(diǎn)。為簡單起見,在這個示意圖描述說明中單鏈DNA只給出5個堿基。不同的堿基也以不同的特征符號表示。如圖6.2c和c″所示,在測量階段,首先,將整個芯片樣品浸入在含有配體或靶分子的樣品溶液中。需要注意的是,這些配體分子的長度為示蹤分子長度的兩個數(shù)量級以上。在示蹤序列分子和靶分子互補(bǔ)序列的情況下,這種互補(bǔ)會導(dǎo)致雜交(如圖6.2c′所示)。如果示蹤序列分子和靶分子失配(如圖6.2c″所示),則這個綁定過程不會發(fā)生。最后,經(jīng)過洗滌工藝,在所述區(qū)域獲得匹配鉸鏈的雙鏈DNA(如圖6,2d′所示),而在其他位置得到失配的單鏈DNA(如圖6.2y所示)。由于示蹤分子和它們的位置是已知明確的,特定相應(yīng)位置的雙鏈DNA的數(shù)量就揭示出了相關(guān)靶分子在樣本中的濃度。采用光學(xué)和電子技術(shù)來區(qū)分單鏈和雙鏈DNA所處位置以及定量評估雙鏈DNA數(shù)量的方法將在本章后續(xù)內(nèi)容探討。