二、基因芯片技术

20 世纪80年代末，基因芯片技术应运而生，它利用微电子、微机械、生物化学、分子生物学、新型材料、计算机和统计学等多学科的先进技术，实现了在生命科学研究中样品处理、检测和分析过程的连续化、集成化和微型化。近年，基因芯片技术在疾病易感基因发现、疾病分子水平诊断、基因功能确认、多靶位同步超高通量药物筛选以及病原体检测等医学与生物学领域得到广泛应用。

（一）原理

基因芯片又称为DNA 微阵列。基因芯片的测序原理是杂交测序方法，即通过与一组已知序列的核酸探针杂交进行核酸序列测定的方法。它是在基因探针的基础上研制出的。所谓基因探针，是一段碱基序列，由人工合成，大量的探针分子固定于支持物的探针上，连接一些如荧光等物质，以便于信号捕捉。根据碱基互补的原理，待测的基因混合物就能识别这些人工合成的基因探针，然后通过检测杂交信号的强度及分布进行分析。基因芯片通过应用平面微细加工技术和超分子自组装技术，把大量分子检测单元集成在一个微小的固体基片表面，可同时对大量的核酸和蛋白质等生物分子实现高效、快速、低成本的检测与分析。基因芯片因为其探针的不同，可以应用于许多检测领域。

（二）技术流程

基因芯片的技术流程主要包括，第一是基因芯片的制备。主要采用3 种方法，即光蚀刻合成法、压电印刷法、点样法，指的是先将玻璃片或硅片进行表面处理后，根据不同方法的不同原理，将DNA/RNA 片段按顺序排列在芯片上。第二是样品制备。生物样品成分往往比较复杂，除非常特殊的样品之外，一般在接触芯片前，这些样品往往要经过特殊的处理。为了提高结果的准确性，来自血液或组织中的DNA/mRNA 样本须先行扩增，然后再被荧光素或同位素标记成为探针，以提高检测的灵敏度。第三是杂交。生物芯片上生物分子的反应是芯片检测的关键一步。影响杂交的因素很多，如时间、温度及缓冲液的盐浓度等。杂交条件的选择要根据芯片上核酸片段的长短及其本身的用途来定。通过选择合适的条件，使芯片上的生物分子之间的反应处于最佳状态，减少错配的比率，提高检测的准确性。第四是信号检测。所谓信号检测，主要是杂交图谱的检测和读出。芯片经杂交反应后，各反应点形成强弱不同的光信号图像，用芯片扫描仪和相关软件加以分析，即可获得有关的生物信息。

（三）特点

与传统的核酸印迹杂交方法相比，基因芯片技术改变载体类型和检测步骤，预先设计大量探针固定在载体中，一次杂交可检测样品中多种靶基因的相关信息，具有高通量、多参数、适时和快速全自动分析、高精密度、高灵敏度分析等显著特点。

目前基因芯片关键技术的专利限制，基因信息缺乏，设备昂贵，基因芯片技术标准化、成本高、可操作性差、人员要求高、敏感性低，待测的靶探针标记方法比较繁琐等问题，成为阻碍其在动物疫病诊断方面发挥作用的制约因素。在技术方面，DNA 芯片上原位合成探针中存在错误核酸掺入及混入杂质，增高了杂交背景，降低了特异性；复杂的寡核苷酸存在高级结构的自身配对，影响其与靶DNA 杂交或形成不稳定的杂交二聚体；各实验室设备和处理方法等因素不同，众多数据间常缺乏可比性，不利于芯片数据的共享，这些都是芯片技术尚未得到广泛应用的原因。