微阵列芯片技术的应用进展
微阵列芯片技术的应用进展
微阵列芯片技术的应用进展
陈翔
上海交通大学医学院附属仁济医院
自90年代中期基因芯片问世以来.先后现了多种以
微阵列技术为核心的生物芯片,如蛋白质出片,组织芯片和
细胞芯片等.这些芯片的技术日趋成熟,且多已商品化.
随着人类基因组工程的完成.人们逐渐将目光更多地投
向基囚功能,表达捌控和表达后机制疾病关系的研究.但
对于大量功能未知的基,原有的实验窜技术效率低下,显
得有些力不从心.而生物芯片技术作为一项新兴技术.为研
究基因的表达,调控和功能提供了一个全新的平台本文对
近年来几种生物芯片技术在医学领域应用的进展作一介绍.
一
,基因芯片
基因芯片是最早问世的生物芯片.茛幕木原理是以微点
样技术在固体支持物上排列成高密度的微最探针矩阡.计
算机扫描收集分子杂交信号,通过生物信息学分析,获得需
要的信息.基因芯片具有高效率,低消耗,大通量,高精度以
及能平行对照研究等特点.自1995年第一块eDNA芯片在
美国斯坦福大学诞生以来.基芯片技术迅速脚用于动,植
物和人类基因的研究领域,如病原微生物毒力相关基的
分析;肿瘤诊断,预后判断相关基因的发现和研究;药物研
发,疗效评估等.近年来,生物芯片技术不断发展,芯片中排
列的不再只是核酸分子,蛋白质,组织以及细胞等均能以微
阵列形式被排列于芯片中,为分子生物学,组织化学和细胞
培养等技术注入了新活力.
基因芯片的制备目前墨要有4种疗法:④光引导原位合
成法:首先将受光敏保护基团保护的4种核苜酸固定在玻
片上.然后根据设计要求,采用不的掩模板别玻片进行掩
敝,光照处的光敏保护基团分解,暴露的地方即町加上新的
被保护的核甘酸.如此循环就能以高密度和精度束制备
DNA微阵列芯片目前已能在1.6cm2的玻片上合成40万
组寡核苷酸.这种方法缺点是制备掩模板成本高,费时间.
因为寡核苷酸的每个碱基位需4块掩模板,合成一块含25
个碱基对的微阵列芯片就需100块掩模板.②电喷射原
位合成法:在二氧化硅基底.制备高密度的小坑作为DNA
合成的微型反应池,小坑内作羟基化亲水处理.小坑问作氟
化疏水处理.然后根据文际要求,在4个电喷头中分别装
入A,T,G和C核苜酸,由计算机控制芯片作x—Y方向的运动,将4种核苷酸喷射至适当的小坑中,合成DNA微阵列.
③接触式点涂法:将事先合成的DNA探车1通过一个点接触装置自动点到玻片上的指定地点,合成DNA微阵列.该法
较为快速,经济.(化学喷射法:通过压电晶体或其他推进
形式,从喷嘴内定量地将生物样品喷射到片基.此方法与接ChinJGastmenterol,2006,V o1.1l,No.2
冉志华
上海市消化疾病研究所(200001)
触式点涂法的区别是喷嘴不与玻片接触.此外,根据芯片片
摹材质不同_兀』分为无机片基和有机片摹.无机片基主要包括半导体硅片和玻璃片,其探针主要在原位合成;有机片基
主要为有特定孔释的薄膜,如酸纤维膜,聚丙烯膜和尼龙膜等,其探针主要是预先合成后点涂或者喷射上去的.
根据片基上探针类型,基因芯片可分为eDNA芯片和寡
核甘酸芯片.基因芯片的样品核酸分子经过标记,与固定在
载体的DNAIj午列巾的分子探针进行杂交.样品标记常用荧
光染料,如将Cy3一dCTP,Cy5一dUTP等掺人eDNA序列.通过激光共聚焦扫描仪搜集荧光信号.Troy等应用P或标
记cI】NA,并通过放射白显影术.应用X线胶片收集杂交信号,较激光共聚焦扫描仪的敏感性更高,延长曝光时间可检
测到基因的低水半表达.但曝光时间过长,高表达基因的杂
交信号可导致胶片过度曝光,冈此需根据基表达情况.采
用不的曝光时间
多数eDNA芯片采用全长eDNA,聚合酶链反应(PCR)
片段.由丁不同的基因长短不一,解链温度(rrm值)各异,众
多基因存同一张芯片上杂交的条件很难统一,此外也很难
分辨同源基冈和重叠基冈.而这个问题可在寡核苷酸芯片
中得到解决这种芯片主要通过筛选合适的核酸片段(15～
7O个核酸分子左右),采用PM.MM探针对设计:探针对由
一
个完全配(perfectmatch.PM)和一个错误位点匹配(mismatch,MM)探针组成.MM探针是有效的内参照,如同
PM探针一样.可与非特异性的序列结合.使不同来源样品
中的寸F特异性背景信号可被有效地定量,扣除.通常由16—
20个探针对构成一组来检测某一基因.其中每对探针对分
别针对同…基冈的不同部分.对两个同源序列的基因而言,
可南多fI探针确定一个基因.以区分这两个基因的差异.寡
核酸芯片的这种设计可捉一岛探针的灵敏度和特异性,但
成本较高.
基因芯片南十高密度地排列了大量的核酸片断,因此
常以基因表达谱差异显示.基因芯片可筛选不同样本之间
如肿瘤组织,癌前病变和正常组织的芹肆表达基因.亦可检
测同增殖周期或某种靶基被诱导或敲除前后细胞基因
的差异表达.Mao等应用eDNA芯片检测肝癌异常表达基
.
为寻找与肝癌发病相关的,有助于疾病诊断的新基因打
下良好的基础.Tai等先诱导大肠癌细胞MIP101耐药(如5. 氟脲嘧啶,顺铂和依托铂甙),再应用寡核苷酸芯片筛选耐
药株和敏感株的差异表达基因.发现富含半胱氨酸的分泌性蛋nfsecretedproteinacidicandrichincysteine.SPARC)基
一讲
●
胃肠病学2006年第11卷第2期
因在耐药株中的表达明显减少.进一步研究发现该基因表达的蛋白质在维持肿瘤细胞对放,化疗的敏感性,降低复发率等方面具有重要意义.而寡核苷酸芯片由于其结构特点, 对研究基因的多态性或变异有一定优势.Behrensdorf等构建的寡核苷酸芯片能快速平行地检测基因突变.该研究将野生型基因(p53)片断作为探针,与Cy3标记的样品扩增DNA片断杂交.Cy5标记muts蛋白.当样品出现单核苷酸突变时,与探针杂交可出现单碱基错配.muts蛋白能识别错配处并与其结合.通过检测Cy3可了解样品与探针的杂交情况.检测Cy5可发现单核苷酸突变部位.弥补直接应用DNA 测序效率低下的不足.此外,基于基因芯片在基因表达谱方面的进展.构建肿瘤分型系统对弥补肿瘤病理学分型的不足.特别是对原发病灶不明的转移癌具有意义.Bloom等筛选了2252个基因,应用cDNA阵列和寡核苷酸阵列构建混合性平台.对140例肿瘤标本进行分型诊断,准确率高达85%.对5O例已知原发灶的肝,肺和脑转移癌进行分型.准确率达84%.
二,蛋白质芯片
蛋白质芯片由基因芯片技术直接发展而来.基凶芯片侦
测细胞mRNA的变化,而真正影响细胞生理状态的却是蛋
白质.蛋白质芯片以微阵列方式将各种"捕获"分子固定在
支持物上.识别并结合样本中的靶蛋白分子."捕获"分子主
要为各种蛋白质.也可是各种能与相应蛋白质特异结合的
其他分子.如寡聚核苷酸,小分子酶的底物等.多数蛋白质
芯片为抗体芯片.即"捕获"分子为各种抗体.可识别样本中
由染色剂标记的抗原蛋白.抗原抗体反应后,靶蛋白分子与芯片结合.通过收集芯片上的荧光信号,可在蛋白质水平了解样本的基因表达情况.但与mRNA不同.样本中各种蛋白质的浓度差异很大.且蛋白质的理化性质更为复杂.如Cy3 和Cy5可分别以不同的方式与各种蛋白质结合,染色亦会
引起蛋白质化学修饰并破坏抗原表位.影响其与抗体的亲
和力.因此在实验设计中应考虑标记过程产生的偏倚,并需对收集到的信号进行标准化处理目前常以酶联免疫吸附
测定(ELISA)技术为基础构建蛋白质芯片,芯片上的抗体与样本中相应的抗原结合,将针对样本所属种属的生物素化
第二抗体与结合在芯片L抗原的其他表位再次结合,然后
将结合了辣根过氧化物酶或Cy3的卵白素与生物素结合, 通过显色反应或检测荧光信号便可了解样本蛋白质的表达情况.这种方法无需对样本抗原染色,避免了标记过程引起的误差.此外检测不同样本蛋白质表达谱差异时,为避免不同染料对样本标记时产生的误筹,设计r不少新的实验方法.如将Cy3标记的样本l和Cy5标记的样本2分别与蛋
白质芯片反应,再将Cy5标记的样本1和Cy3标记的样本2 与另一相同蛋白质芯片反应.这样同一种样本就获得了两
种不同染料的数据.经过校正,可中和不同染料标记样本时产生的偏倚.Barry等先将某种染料标记已知对照组的样本, 并与芯片反应,收集信号,再混合对照样本和等量的未被标记的待测样本,竞争性地与芯片抗体结合.通过分析信号衰?
127
减情况了解待测样本和对照组中各种抗原的比例,最后将1%的对照组样本与待测组混合并与芯片反应,由于对照组样本比例极低.得到的信号可作为背景信号予以扣除,使两样本蛋白质表达差异的比较更精确.蛋白质芯片的"捕获" 分子除抗体外,多为抗原性蛋白,可检测样本中相应的抗体.Duan等以微阵列的形式将HBsAg,HBeAg,HBcAg和HCV Ag同定于玻璃切片.标记了SPA的胶体金为指示剂, 免疫金银法显色,检测样本血清的HBsAb,HBeAb,HBcAb 和HCV Ab.共检测了305例血清样本,结果发现与用常规ELISA相比无差异.但这种方法能同时检测几种抗体而无交叉反应,且40rain内就可得到结果.
三,组织芯片
对大量组织标本进行某基因或其产物的检测研究十分
费时费力.Kononen等于1998年首先报道了组织芯片技术在肿瘤表达谱中的应用.先对组织标本进行穿刺(根据HE 染色情况选择合适的穿刺点)得到圆柱状样本,然后将样本在预先打洞的石蜡块上按次序排列成微阵列.样本可来源于经甲醛固定的组织,也可是新鲜的冰冻组织.将该蜡块制成切片,采用免疫组化,原位杂交和原位PCR等技术,可同
时对数百个组织样本进行DNA,RNA和蛋白质的检测.穿刺针直径从0.6～2mm不等.一般而言,组织直径为0.6mm便有充分的代表性,且单个样本直径越小.每个切片所载的样本数量越大.但某些微结构复杂的组织,如肝脏,直径需达
到2film才能将汇管区和中央静脉同时包括在内,穿刺3次便能包含肝脏组织所有的解剖结构.总的来说该技术具有高通量,简便经济(减少制作大量切片所消耗的时间和材料,节约了大量抗体和试剂)以及结果可靠(大量样本同时
检测,无批内批间误差)的特点,但组织芯片的制作十分复杂.需专门设备和经验丰富的技术人员.目前该技术已得到
广泛应用.如Murray等将134例结肠癌TMNII期患者的肿瘤标本制成组织芯片,并对其进行c—Met,B—Catenin和p53 表达的免疫组化检测.结果这3个因子分别有35%,77%和65%的阳性率,并发现这些基因的表达与肿瘤复发,转移呈
正相关.
四细胞芯片
以上几种生物芯片主要用于检测基困和蛋白质的表达
情况,无法进一步明确基因的功能.2001年Ziauddin等首次报道了细胞微阵列技术.发现玻璃切片上的细胞能够摄取
预先固定于切片上的DNA一脂质复合物,并在原位被转染, 构建基因异位表达的表现型.此后m现了更多有关细胞芯
片的报道,主要是关于RNAi细胞芯片.其基本原理是将由
脂质载体承载的针对各个目的基因的siRNA或shRNA和信号报告媒介(如含GFP,dsRed等序列的质粒,用来判断转
染效率)复合物按矩阵微点样排列在玻璃片上,将该玻璃片
放入细胞培养介质,使细胞与其接触并生长,逆转染,观察
各点样点的目的基因被RNAi敲除后细胞的表现型.以此推断该基因的功能(1oss—of-functiongenetics).Mousses等将rhodamine罗达明标记且由脂质载体包裹的针对eGFP的
128
siRNA点样l仵玻璃片上,使能稳定表达eGFP的}teLa细胞在玻璃片卜生长.结果发现玻璃片上点样点范的细胞
eGFP被有效地敲除并检测到罗达明的荧光信号,而周边细胞未受任何影响,这较此前其他学者的研究有明显进步.玻
璃片上排列的各种siRNA复合物各自干扰细胞,结果之间
有明确界限,互不影响,这对最终图像分析和结果判断极为
重要.Yoshikawa等将转染试剂,信号报告质粒,纤维连接蛋
白和不同siRNA制成复合物点样排列在片上,完成r刘
叶干细胞的转染,T扰.这种尝试实现了悬浮生长的细胞
株存细胞芯片中的应Hj,扩大了细胞株的选择范同..迄今为止,许多研究小组构建了由质粒编码的siRNA,shRNA艾库,应用这些义J年识别和研究了许多参与p53通路,蛋门酶体功能和核转录凶子(N').KB信号传导路径的新基凶. 五,数据处理和分析
芯片上的信号经扫捕收集后,需绎标准化处理干n分析.
才能得到最终结果
数据标准化处理是为了消除实验技术所致的信号强度
和实际基因表达量之间的差异,井使各个样本和平行实验的数据处于相同的水半.以得到具有牛物学意义的基因表达结果.数据标准化方法根据芯片种类,数据处理阶段和目的不同而有所差异.常用的舣荧光染色cDNA微列阵的信号处理基本包括以下过程:
1.实验数据的预处理:图像分析软件通过对芯片背景
以及杂交点的光密度分析,校准每个点的表达量,然后取样本基因与参照基因荧光信号强度的比值(R/G)怍为每个样本基因的相对表达量.数据处理均以比值对数的彤式进行分析
2.数据标准化:主要方法有"看家基冈"法,局部加权回
归法和空问偏倚的处理等.如果经以上.法标准化后的数
据仍存在偏差.就需要针对具体的实验操作步骤冉没计山具体的标准化方法.如点样顺序标准化
聚类分析是指根据基芯片的基表达数据.将基因按ChinJGastroenterol,2006,V o1.II,No.2
照功能或相似的表达行为进行归类.聚类基因表达谱为研究基表达差异,表达模式等提供便利条件.聚类分析最常
用的软仲是Eisen实验室开发的CLUSTER和TREEVIEW 程序,通过CLUsTER程序可进行简单的数据过滤,均值和
中问值标准化以及数据转化.聚类分析包括分层聚类,K.均值聚类,组织映射和组成性分析4种主要的聚类算法.通
过CLUSTER程序聚类分析的数据.可用TREEVIEw程序做m基冈袭达谱和层次树状图,不仅可找表达行为相似
的基因,也可分析基冈之间的调控关系.
八,芯片实验审
以上所介绍的生物芯片以微阵列技术为核心.大多已相
当成熟,并已商品化.而另?种形式的生物芯片一芯片实验
率正处于研发阶段.芯片实验宰指将生物化学等领域中所
涉及的样品制备,生化反应以及分离检测等基本操作单位
集成或基本集成于一块几平方厘米的芯片上,以完成不同
的生物化学反应,并对其产物进行分析的?种技术.其核心
是存片基上刻若干根微通道作为一系列牛物检测反应的
发生地.2()世纪9O印代初Manz等提H1_r以微电子加工技术为依托的芯片实验室的没想.1994年Ramsey在Manz的基础上改进了芯片毛细管电泳的进样方法.1995年Mathies 等存微流控芯片上实现rDNA等速测序,1996年Mathies
又将PCR与毛细管电泳集成在一起.随着微型机电技术(bio.MEMS),X光深层曝光微电铸复制(LIGA)技术的应以及纳米技术的进腱,微流路芯片的集成化程度越来越高.并广泛应用,如DNA,RNA,蛋白质的检测分析以及细胞培养
和分析等;且具有高效率,低消耗等特点.该技术将成为继
微『j年列芯片之后的研发重点.
综上所述,物芯片技术高效,经济,特别是在基因表达
谱的显示'面有其特有的优势.随着废技术不断发展.如实
验室误差逐步减小,数据处理更加完善以及成本逐渐降低. 将有更宽广的廊川守间.
(2005—12—15收稿;2006—0llO修回)
微化工技术在化学反应的应用的论文 摘要：化工产业和化学工程激素和的迅速发展，使得相关科学技术的研究开始向着更为深入的层次发展，微化学工程的技术研发和应用，在化学反应过程中发挥了愈加重要的作用。由于微化工的技术方法能够进一步强化化学反应，大大提升反应的速率，这样就为能源或者资源的合理利用提供了先进的技术方法，大幅度提高资源的合理利用率。可见，微化工相关技术原理及其方法的应用可以满足节能降耗的目标，促进化工产业的进步发展。 关键词：微化工；化学反应；应用 1引言 微化工是一种多领域学科相互交叉、综合而形成的科学技术项目，它将原有的一些化学和化工的基础原理同微机电子系统紧密结合在一起，通过先进的传感技术和精密集成电路来提高对各类化学反应的监测和分析能力，从而找到科学的技术方法来促进和增强各类化学反应发生的速率和整个反应过程，还可以利用其系统体系和特殊的微化工设备仪器来分析化学反应中的一些科学规律和具体特点。因此要加大对微化工的技术研发和应用重视程度。 2微化工技术的应用优点 2.1满足反应过程中各类物质配比的准确性与合理性要求 在很多以往所开展的化学研究中，化学反应之所以出现很多不符合预期试验目标的异常情况，大多都是因为参与反应过程的各类物质元素的搭配比例不合理，在具体用量上无法达到规定的准确程度，在这种情况下，反应最终结果就会出现很多难以确定的因素。而微化工的技术应用可以满足其配比比例和用量上的准确性和合理性需求，对于物质的称重将更为精准，使得测量以及最终结果的误差率大大降低，还可以加速整个反应过程，提高工作效率。 2.2降低反应过程中的安全风险系数 化学的反应过程存在一定程度的风险，如果配比和操作方式等工作中出现一些失误或者疏忽，就很可能酿成安全事故。而微化工这种高新技术的应用，能够迅速有效地对可能出现的隐患和事故进行合理的管控，在最大程度上降低了反应过程中的安全风险系数和事故发生几率。 2.3强化化学反应 化学反应的不充分是传统化学试验和技术应用中长期存在的问题，在化学反应结束以后，工作人员会发现容器内会残留很多原材料化学物质，这就造成很大的资源浪费，也提高了化学反应研究和技术实践所需要的成本。微化工技术方法能够切实加快反应的速度，而且起到了关键的强化性作用，让化学反应进行的更加充分，如此就大大降低了资源的消耗程度。 3微化工技术在化学反应中的应用
微流控芯片的发展及制造工艺介绍 微流控芯片的发展微全分析系统的概念是在1990年首欠由瑞士Ciba2Geigy 公司的Manz与Widmer提出的，当时主要强调了分析系统的“微”与“全”，及微管道网络的MEMS加工方法，而并未明确其外型特征。次年Manz等即在平板微芯片上实现了毛细管电泳与流动。微型全分析系统当前的发展前沿。微流控分析系统从以毛细管电泳分离为核心分析技术发展到液液萃取、过滤、无膜扩散等多种分离手段。其中多相层流分离微流控系统结构简单，有多种分离功能，具有广泛的应用前景。已有多篇文献报道采用多相层流技术实现芯片上对试样的无膜过滤、无膜参析和萃取分离。同时也有采用微加工有膜微渗析器完成质谱分析前试样前处理操作的报道。流控分析系统从以电渗流为主要液流驱动手段发展到流体动力气压、重动、离心力、剪切力等多种手段。 直至今日，各国科学家在这一领域做出更加显着地成绩。微流控技术作为当前分析科学的重要发展前沿，在研究与应用方面都取得了飞速的发展。 微流控芯片的原理 微流控芯片采用类似半导体的微机电加工技术在芯片上构建微流路系统，将实验与分析过程转载到由彼此联系的路径和液相小室组成的芯片结构上，加载生物样品和反应液后，采用微机械泵。电水力泵和电渗流等方法驱动芯片中缓冲液的流动，形成微流路，于芯片上进行一种或连续多种的反应。激光诱导荧光、电化学和化学等多种检测系统以及与质谱等分析手段结合的很多检测手段已经被用在微流控芯片中，对样品进行快速、准确和高通量分析。微流控芯片的最大特点是在一个芯片上可以形成多功能集成体系和数目众多的复合体系的微全分析系统？微型反应器是芯片实验室中常用的用于生物化学反应的结构，如毛细管电泳、聚合酶链反应、酶反应和DNA 杂交反应的微型反应器等。其中电压驱动的毛细管电泳（Capillary Electrophoresis ，CE）比较容易在微流控芯片上实现，因而成为其中发展最快的技术。它是在芯片上蚀刻毛细管通道，在电渗流的作用下样品液在通道中泳动，完成对样品的检测分析，如果在芯片上构建毛细管阵列，可在数分钟内完成对数百
全自动生物芯片微阵列化学发光检测平台SLXP-001标 准操作规程（程序版本01） 一、开机：打开仪器主机电源开关（仪器左上角）和温度控制开关（仪器右侧门打开里面的绿色按钮）→仪器进行开机自检→双击打开软件BIOCHIP_ANAL YSIS→登陆→进入操作界面→【日常操作】→【系统初始化】 二、操作前准备： 1、检查废液桶内的废水，液位超过2/3时需清空；检查垃圾盒内的废料，废料超过垃圾盒1/3时需清空；检查洗液液位，当液位低于1/3时应及时补充。 2、将二抗反应液、检测液A和B加够当天的用量。二抗反应液放于1~6号相应的位置内，检测液A和B分别放置于11和12号位。（不同批号试剂盒中相同批号的反应液和检测液A、B可以合并使用） 三、定标和质控：当使用新的批号试剂盒时，要进行定标和质控。 1、输入浓度值：点击【工作设置】→【试剂盒信息】→【添加试剂盒】→输入新的批号并选择项目→【确认】→【标准品浓度】→选择所添加的试剂盒，之后在右边界面出现标准品1~5和质控品的浓度修改界面，然后按照浓度表修改浓度或者扫描二维码输入浓度→【修改】。 2、定标液和质控液准备：分别用200μL蒸馏水复溶标准品5-1和质控品，将复溶后的校准品5-1和质控品各取200μL按照顺序加到各反应杯中。 3、校准品申请：【日常操作】→【定标质控申请】，选择要定标的芯片种类，试剂盒批号等→【确认申请】 三、样本准备： 1、根据血清数量将相应数量的空反应杯放置于杯架上； 2、用纯水按1：9稀释Mak处理液，之后每个杯子中加入20μL稀释后的Mak处理液； 3、按照一定顺序向杯子中加入180μL的血清，并与反应杯中的Mak处理液混匀。 四、样本申请：点击【日常操作】→【样本申请】→单击检查项目列表中所要检查的项目→在试剂盒批号的下拉菜单中选择对应批号→输入患者姓名、性别等信息→录入下一个样本信息（当最后一个样本血清信息录入完毕之后，点击完成申请） 五、仪器启动： 1、人工放芯片程序 点击【启动】按钮，之后开始放入第一个芯片，电脑屏幕软件工作界面开始计时，每隔1min放入一个芯
微化学工程技术发展浅谈 兴起于上世纪90年代初期的微化学工程技术，是一门多学科交叉的前沿科学，该技术将微机电系统设计思想与化学化工基本原理有机的结合在一起，而移植成电路和微传感器制造技术。微化学工程技术所涉猎的学科非常广泛，如化学、材料、化工、机械等，文章将对该技术的主要应用做简单论述。 标签：微化工；技术；发展 1 微化工技术的概述 微化工技术的应用，实现了反应时间的大幅度缩短，从几小时甚至几十小时缩短至几十秒，乃至几秒，而且反应容器的体积也得以缩小成为以升或毫升为单位的容器。微化工技术自形成以来，到如今仅仅经过了20多年的发展阶段，已经凭借其特有的魅力让我们对化工生产的前景充满了希望。如利用可直接放大而且具有较高安全性，能够比较容易控制反应过程的技术，改变化学工业污染重、能耗高的传统发展模式，实现绿色化工生产，提高化工生产的资源与能源利用的效率。化工过程中进行的化学反应往往会受到来自于传递速率或本征反应动力学的控制或者处于两者的共同控制下。 2 微化工系统的特点及优越性 2.1 有利于化学反应的精确控制 微反应技术的实现原理是对微管道中的连续流动反应的运用，从而准确控制物料在反应条件下的停留时间，而且这一方法的运用，明显减少了反应物的所需用量，因此反应时间大幅度缩短，而且显著提高了精度，从而能够将因在过程的反应时间内所产生的副产品清除掉。检测时间因微组合化学合成与分析系统的应用，将原来的2-3个小时缩短至不足一分钟，而精度却提高到仄摩尔（10-21mol）。 2.2 安全可靠 特征尺寸与火焰传播临界直径相比，相对要小一些，而且微通道具有很强的传热能力，从而为链式反应的顺利进行提供了条件。同时，也有效地抑制自由基爆炸反应。由于微化工系统的换热效率极高，再加上系统内存有能够滞留的物料，即使发生了自由基爆炸的情况，所造成的后果也属于可控范围内，从而促使在过去于常规设备内完成的具有较大危险的化学反应而不敢或不能进行的试验，得以实现。 2.3 小试工艺不需中试可以直接放大 将微反应技术应用于生产时，工艺放大的实现可以运用增加微通道数量的方式，而不能选择增加微通道特征尺寸。这样就有效减少了中间的试验放大阶段，
微阵列芯片（Microarray）以高密度阵列为特征。其基础研究始于20世纪80年代末，本质上是一种生物技术，主要是在生物遗传学领域发展起来的。 微阵列分为cDNA微阵列和寡聚核苷酸微阵列.微阵列上"印"有大量已知部分序 列的DNA探针,微阵列技术就是利用分子杂交原理,使同时被比较的标本(用同位素或荧光素标记)与微阵列杂交,通过检测杂交信号强度及数据处理,把他们转化成不同标 本中特异基因的丰度,从而全面比较不同标本的基因表达水平的差异.微阵列技术是一种探索基因组功能的有力手段. 其发展契机主要来自于现代遗传学的一些重要发现，并直接收益于该领域的某些重要研究成果，即在载体上固定寡核苷酸的基础上以杂交法测序的技术。因此发展早期，微阵列芯片有时被通俗的称为“生物芯片（Biochip）”，目前媒体和科普读物中仍然常用该名称。微阵列芯片经过近十年的主要发展期，国内外学术界渐渐采用名称Microarray（微阵列芯片），而Biochip（生物芯片）由于这名称容易混淆微阵列芯片和微流控芯片，渐渐该领域用的越来越少了。 比较基因组杂交技术 比较基因组杂交（comparative genomic hybridization,CGH）是自1992年后发展起来的一种分子细胞遗传学技术，它通过单一的一次杂交可对某一肿瘤整个基因组的染色体拷贝数量的变化进行检查。其基本原理是用不同的荧光染料通过缺口平移法分别标记肿瘤组织和正常细胞或组织的DNA制成探针，并与正常人的间期染色体进行共杂交，以在染色体上显示的肿瘤与正常对照的荧光强度的不同来反映整个肿瘤基因组DNA表达状况的变化，再借助于图像分析技术可对染色体拷贝数量的变化进行定量研究。 CGH技术的优点：1.实验所需DNA样本量较少，做单一的一次杂交即可检查肿瘤整个基因组的染色体拷贝数量的变化。2.此法不仅适用于外周血、培养细胞和新鲜组织样本的研究，还可用于对存档组织的研究，也可用于因DNA量过少而经PCR扩增的样本的研究。CGH技术的局限性：CGH技术所能检测到的最小的DNA扩增或丢失是在3-5Mb,故对于低水平的DNA扩增和小片段的丢失会漏检。此外在相差染色体的拷贝数量无变化时，CGH技术不能检测出平等染色体的易位。
金纳米颗粒聚集以及金纳米探针-微阵列技术研究进展 逄键涛 文思远 王升启# （军事医学科学院放射与辐射医学研究所，北京100850） 摘 要 金纳米颗粒 （GNP ）探针正引起科学家们越来越多的兴趣。本文主要综述了基于GNP 自组装聚集反应的生物检测和微阵列-金标银染检测的最新进展，对GNP 在电化学等其他领域的研究前沿也进行了探讨。引用文献41篇。 关键词 金纳米颗粒，微阵列，生物检测，评述 2005-08-10收稿；2005-12-03接受 本文系国家863资助项目（No.2004BA519A46） 1 引 言 金纳米颗粒（GNP ）是直径为0.8～250nm ［1］的缔合胶体，具有纳米表面效应、量子效应、宏观量子 隧道效应。按粒子尺寸和聚集情况，GNP 可显示不同的颜色，已被广泛用于光学、电学、电子显微镜检 测的生物分子标记［2］。单个纳米颗粒的尺寸和颗粒间的组装形式，使胶体Au 溶液表现出不同的整体 特征。生物分子可参与到GNP 的聚集和组装过程中， 从而干扰GNP 的原始组装方式。通过胶体Au 溶液最终的物理状态（如颜色、吸光度等）可得到参与组装的生物分子的“质、量”特征，达到检测的目的。另外，GNP 逐渐在生物芯片检测中显现出应用前景。生物芯片技术本身是纳米尺度的分子操作和组装技术，芯片诊断、纳米检测等技术可以在此得到良好的融合。本文着重就GNP 自组装以及GNP 探针-微阵列技术进展作一综述。 2 生物分子辅助的GNP 聚集和组装 2.1 DNA-GNP 探针 灵敏度高、特异性强、快速简单、低成本是生物检测的重要指标。基于GNP 聚集反应的分子诊断方法能满足这些要求。Mirkin 发现DNA 特异杂交可使DNA-Au 颗粒自组装为复合结构，开创了GNP 用 于生物检测的新领域［3］。GNP 经巯基修饰的短链DNA 修饰成为编码探针［4］，溶液中加入目标互补 DNA 后，纳米颗粒发生有序、可逆的聚集反应［5］。聚集后溶液颜色发生红7桃红7紫色变化，几小时出 现桃灰色沉淀（DNA-胶体金沉淀）。该现象是DNA 介导的胶体-胶体键合，其过程是可逆的。系统在没有优化的情况下能检测10fmol 的寡核苷酸。 DNA 修饰的GNP 以非交联结构聚集，对于颗粒表面结合的杂交体末端错配有很好的选择性［6］，可 对单核苷酸多态性（SNP ）进行检测。5个人瘤细胞系的基因组DNA 的检测结果与传统方法（质谱、直接测序）一致。这种方法不需要复杂的设备，为SNP 医护现场诊断、个性化医疗提供了可能。Storhoff 等［7］研究了GNP 距离和光学性质的关系，开发出“杂交-读出”的比色检测方法，鉴别核酸序列。DNA 修饰的金纳米探针识别核酸目标分子后发生颜色变化，可检测到zmol （10-21mol ）级的核酸，不需要目 标分子的扩增或信号放大。S?nnichsen 等［8］采用等离子体耦合对金银纳米颗粒间距进行测量，研究了 金银纳米颗粒二聚体的实时组装以及单个DNA 分子杂交的动力学。 “等离子体标尺”可连续监控分子间距离上限达到70nm ，时间超过50min 。 2.2 非标记DNA 检测 双链DNA （dsDNA ）比单链DNA （ssDNA ）表面负电荷堆积程度高，并且dsDNA 的双螺旋结构使氮（N ）、硫（S ）等对GNP 亲和性高的原子包埋更深，所以ssDNA 和dsDNA 对GNP 有不同吸附力。 Li 等［9，10］据此设计了基于Au 颗粒聚集反应的核酸杂交比色检测方法。ssDNA 可吸附负电荷纳米金颗第34卷 2006年6月 分析化学（FENXI HUAXUE ） 评述与进展 Chinese Journal of Analytical Chemistry 第6期 884～888
中国科学: 化学 2015年第45卷第1期: 24 ~ 33 SCIENTIA SINICA Chimica https://www.360docs.net/doc/ee18073578.html, https://www.360docs.net/doc/ee18073578.html, 《中国科学》杂志社SCIENCE CHINA PRESS 评述 微流体技术制备多级结构材料的研究进展 郭松, 尹苏娜, 潘宜昌, 陈苏*, 张利雄* 材料化学工程国家重点实验室; 南京工业大学化学化工学院, 南京 210009 *通讯作者, E-mail: lixzhang@https://www.360docs.net/doc/ee18073578.html, 收稿日期: 2014-09-30; 接受日期: 2014-10-17; 网络版发表日期: 2014-12-26 doi: 10.1360/N032014-00274 摘要多级结构材料具有微纳米尺度范围内结构可调、多功能化等特点而受到广泛关注. 微流体技术具有独特的微尺寸效应和易操控性, 应用于多级结构材料制备具有明显优势. 国外对此有较多研究, 国内也取得了很多进展, 有些方面还处于领先水平. 本文对国内微流体技术制备多级结构材料方面的研究进展进行了综述, 主要介绍了基于这一技术新开发的各种制备方法, 包括界面反应法、界面萃取、液滴分相和多重乳液等, 阐述了各种新制备方法的科学原理、所采用的微流体装置的特点和所制得的多级结构材料的类型与结构特征, 为进一步利用微流体技术开发新型多级结构材料及其制备方法提供有用信息, 最后对今后的发展趋势进行了展望. 关键词 微流体 多级结构材料界面反应 双液相分相多重乳液 1引言 多级结构材料指一类在微观尺度下结构或性质具有多样性的成型材料, 如具有空心、核壳、Janus 等结构的微球和微纤维、非球状的微囊泡、形貌独特的组装体、嵌套结构(structure-within-structure)的复合体、复杂形貌和微结构的颗粒以及多级孔道结构的多孔材料等[1~6]. 它们因具有结构复杂、形貌特殊和功能多样化等特点, 可广泛运用在催化、生物技术、纳米技术、电子技术和能源再生等领域, 成为近10多年来的研究热点[3,5,6]. 多级结构材料的形貌和结构取决于其制备方法. 例如, 空心、核壳、Janus类微球的制备主要包括模板法、选择性刻蚀和奥氏熟化等[3]; 微纤维的制备主要采用静电纺丝、湿法纺丝和流体涂布等[6]; 非球状微囊泡、形貌独特的组装体及嵌套结构的复合体等材料的制备一般采用乳化、模板印刷法和自组装等[2,7]; 而多级孔道结构的多孔材料的制备也主要采用模板法和酸、碱处理等选择性刻蚀法[3]. 由此可见, 每种多级结构材料都有其限定的制备方法, 如何采用这些方法来精确调控所制备材料的尺寸分布、结构及组成仍面临着巨大挑战. 因此, 需要开发一种操控简单且同时适用于多类多级结构材料的制备技术. 微流体技术因其微米数量级的通道结构、优良的液滴和流型操控性能、较快的传热传质速度等特点[8], 除广泛应用于化学合成领域外, 近来还被用于金属粒子、氧化硅、纳米沸石、量子点、金属有机骨架材料(MOFs)等微纳米材料的高效合成[5,9~11], 显现出制备时间显著缩短、产品尺寸均一度大幅提高等优点. 同时, 还能通过耦合多步合成过程制得微纳复合颗粒, 如CdS/ZnS核壳量子点、Co/Au核壳纳米粒子和Co3BTC2@Ni3BTC2核壳结构MOF微粒等[12~14]. 此外, 基于微流体的层流效应和相界面特性, 如界面聚合、界面萃取、多重乳液和液滴融合等多种微流体技术已被成功用于制备出类型多样、形貌各异、结构复杂和功能多样化的多级结构材料, 体现出该技术在多级结构材料的制备方面具有灵活性、多变性和相对普适性. 因此, 近10年来相关研究工作不断涌现. 但 微化工技术专题
微反应器和微化工技术 最近在做使用微反应器进行有机合成的试验，觉得下面这篇短文很有参考价值，拿来与大家分享！ 利用微反应器进行化学合成的可能性优势和成本分析 Johannes Gutenberg University Mainz Chemistry and Pharmaceutics Institute of Organic ChemistryProf. Dr. Holger Loewe 多年来的实验结果表明，利用微反应器实现化学反应能显著提高产物的收率与选择性。这种反应器最初时作为实验室分析设备，应用于生物诊断，药物合成和组合材料科学的研究。在一个密闭的内部尺寸从几微米到几百微米的微结构反应器内进行化学或生化反应，这种反应器的内部尺寸并不需要尽可能的小，而是根据化学反应本身的需要来确定。按照这种思路进行思考，是对化工工艺模式的一种转变。自从一些特殊的反应器能使化学反应速率接近他们的动力学极限，就不再需要原来那些为了使化学过程适应固有设备的调整手段，如添加溶剂，沸点的受热限制，缓慢且不规则的搅拌混合。“调整设备去适应化学反应过程而不是相反，调整化学反应条件去适应设备” 是微化工工艺的基本理念。基于这个理念，微反应器内部的结构要根据化学过程本身来调节，因此它们可能没必要是“微”的。 一般来说，微反应器常用在连续流动体系。其优点集中体现在以下几个方面：传质传热效率高，返混几率小以及能更好的控制反应温度和停留时间。由于能够改变化学反应的激烈程度，因此在高温，高压和难实现过程体系的应用过程中，微结构反应器要强于传统常规的批反应斧。如果一个化学过程能在单个微通道中实现，那么这个反应过程就能通过简单的微通道的数量放大，达到工业生产规模。 依据动力学和热力学需要，内部腔体的大小，如通道的尺寸范围能从几微米大到几毫米。有时，一些自由的流动方式例如通过较窄直径范围的碰撞射流也可以应用于微反应过程。基于这个理念，微反应器不只是由成百上千的微通道组成的反应器，而是一种能通过形成特殊流体形态来促进流体传质传热的设备。因此，不管微反应器的大小像信用卡，鞋盒，还是更大，其内部的“微”才是最关键的。微反应器可能实现的过程 用传统的釜式反应器，反应放出的热量不能及时的释放，反应温度不能精确控制。因此反应速度常常被人为的加以限制，否则可能会发生爆炸。 利用微反应器能克服釜式反应器的缺点。如果关于微反应器的这个预言是正确的，那么这将是对化工工艺的一次彻底的改革。这种新化工工艺必然会有广阔的应用前景。许多学术报道都做了传统反应器与微反应器的比较，并发现应用微反应器比传统反应器更能强化反应过程。下面这些应用微化工工艺的例子的详细说明都在参考文献中能够找到。 苯基硼酸的合成 (Clariant / 法兰克福) 偶氮染料Yellow 12的制备 (Trustchem / 杭州) 合成过氧化氢 (UOP / 芝加哥) 硝基甘油的生产工艺（西安惠安集团 / 西安） 2-乙酰基四氢呋喃的合成 (SK Corporation / Daejeon) 抗生素喹诺酮中间体的合成(LG Chem / Daejeon)
化工设计通讯Chemical Engineering Design Communications 研究与开发 Research and Development 第45卷第3期 2019年3月微化工技术的研究与应用 赵#达 （广东省茂名市质量计量监督检测所，广东茂名525000） 摘要：主要围绕微化工技术的研究和应用状况进行叙述，对微化工技术的含义、过程强化原理、发展、研究进程以及应用等进行了全面的介绍，不断加深人们对该技术的理解，旨在推动微化工技术的进一步发展，不断提升技术应用的整体水平。 关键词：微化工技术；研究；应用 中图分类号：TQ016文献标志码：B文章编号：1003-6490（2019）03-0153-02 Research and Application of Microchemical Technology Zhao Shan-da Abstract:This paper mainly describes the research and application status of micro-chemical technology,and comprehensively introduces the meaning,process strengthening principle,development,research process and application of micro-chemical technology?so as to deepen people*s understanding of the technology,in order to promote the further development of micro-chemical technology and constantly improve the overall level of application of technology. Key words:microchemical technology；research；application 1前言 近年来，我国经济发展水平不断提高，在这个过程中人们对于生活中各项事物的要求也不断提升。为了持续满足人们的多样化要求，相关人员务必对工业生产过程中的技术等进行改善，为人们提供更加优质的产品和服务，而微化工技术作为一种新型技术可以应用到工业生产中。 2微化工技术的含义 化学品制备的设备和工艺源头就是微化工技术的起始点，主要通过微通道反应器的利用达到相关目的，相较于其他技术，微化工技术具有反应持液量较小、传热能力较高的优势。在保证生产过程安全的同时，还可以阻止方法效应产生，并且能够在化学合成工艺进行的过程中融入集成自控和持续稳态技术。在化学品生产的过程中，相关人员需要不断提升生产的安全性，而连续流工艺就可以在很大程度上提高安全性能。对于化工企业来说，微化工技术可以不断提升生产安全，并且对于企业现代化和转型的实现有着很大的作用 3微化工技术的过程强化原理 在化工工作进行的时候，化学反应是由传递速率和本征反应动力学共同或者各自进行控制的。如果在传统设备中开展快速反应，传递速率就是控制该反应过程的重要因素，如果相关人员不断提升该反应的传递速率，那么就可以尽可能提升反应速率。而本征反应动力学就是在慢反应进行中进行控制工作的因素，相关人员如果想要提升反应速率必须要从本征反应动力学的提升入手。通常情况下，工作人员可以从改变反应温度和改善操作条件进行调整。另外，对于一些中速度的反应，则是由两者共同进行控制，当前很多工业生产过程中的反应都属于中慢速类型的反应，相关人员可以根据实际情况开展强化措施［2,o 4微化工技术的发展 早在20世纪50年代末期，就已经有物理学家提岀了科学的微型化发展趋势，并且从之后的科学发展过程中也可以得到印证，科学逐渐朝着微型化的方向发展，其中微型化特征最为明显的就是微型机电系统和计算机信息技术领域，随着这两个领域技术的不断发展和应用，社会逐渐发生了巨大的变革。微通道散热器的概念被相关人员在80年代提出，解决了大规模集成电路散热困难的问题，在90年代，芯片反应器被制造，有利于很多化学物质的生产 5微化工技术在我国的研究进程 5.1微型氢源系统的研究 当前，为了推动可持续发展战略，解决我国的能源问题，相关人员将电动汽车领域作为一种十分重要的工作内容，其中质子交换膜燃料就是电动汽车的最佳候选能源，但是目前相关人员在将其应用在电动汽车领域的过程中还存在一定的问题，其商业化趋势还需要不断推进。造成其商业化存在难度的主要原因就是内部的氢源技术，氢气作为技术的基础，在运输、存储等过程中都存在较大难度，没有办法根据不同规模电池进行有效分配［41o 5.2微混合技术的研究 大多数化工生产过程都呈现出强放热快速反应的特点，而这个特点主要受到传热和传质过程控制。为了改善化工生产的这一特点，保证生产安全，相关人员可以利用微混合技术进行改善，其中微混合技术具有高效混合的优势，可以很大程度上对化工过程进行微型化和强化。随着单微通道内的混合、传质和流动被相关人员研发，越来越多的技术涌现。微混合技术的操作稳定、换热效果好，与此同时震动小、噪音小等也是其重要的发展特点，能够尽可能改善传统技术的问题［51o 5.3芳怪硝化反应的研究 在化工生产的过程中，强放热和快速反应不断扩大生产工作的风险，但是我国在化工生产中很多技术和设备还不够完善，这样更加容易导致生产的安全问题出现。 其中有机物的硝化反应是化工生产中十分常见且风险较大的反应，相关人员需要采取措施及时对反应过程进行控制，硝化过程中所产生的热量是工作人员主要关注的内容。传统的有机物硝化反应会在带冷却夹套的搅拌釜式反应器中展开，但是这种类型的反应器具有传递速率小和换热面积狭窄的缺点，为了降低风险，工作人员只能通过降低反应速率来实现，但是这样就会导致反应效率低下的问题冋。 6微化工技术的应用状况 在微化工技术的研究过程中，相关人员将微反应器的研究作为工作的重点和核心内容，微反应器也可以被称为微通道反应器，作为一种新型的反应器设备，主要利用精密仪器的加工技术和微加工技术实现化学反应过程中三维结构原件的制造。另外，混合、换热、分析和分离等是三维结构反应器的主要构成内容，保持流通工作可以在微米和毫米之间实现。 随着微反应器的不断发展，它也逐渐被人们应用到生产的过程中。它可以实现反应动力学的测定工作，另外有利于工艺的整体优化，不断提升反应效率，推动生产的现代化进程。除此之外，该反应器还可以帮助工作人员进行催化剂的筛选，在筛选的效率上不断优化和提升。最近几年，微反应技术的研究工作取得了一定进展，在很多工业生产的过程中得到了更加广泛的应用。目前，很多外国企业将工作内容放在微反应技术的研究中，希望能够通过先进技术不断实现企业内部 （下转第186页） 收稿日期：2019-02-06 作者简介：赵善达（1988—）,男，广东茂名人，工程师’主要从事 化工技术开发及应用、分析测试等工作。 ?153?
个体化医学检测 微阵列基因芯片技术规范
微阵列基因芯片是基于DNA分子杂交技术原理研制，通过探针结合碱基互补序列的单链核酸，从而确定其相应序列来识别基因或其产物。能够同时快速检测多个基因及其多个位点，在多态性分析、突变分析、基因表达谱测定及杂交测序等多领域具有广泛应用价值。 临床诊断技术使用的微阵列基因芯片，可快速鉴定病原体、检测遗传突变及基因表达，更早更方便的检测肿瘤基因标志，检测药物反应和代谢相关基因多态性来指导临床个体化治疗。 本规范旨在对个体化医学检测中采用微阵列基因芯片检测核酸序列以及基因表达进行一般性技术指导，不包括行政审批要求。 本规范由全国生物芯片标准化技术委员会（SAC/TC 421）提出。 本规范起草单位：全国生物芯片标准化技术委员会、清华大学医学院、生物芯片北京国家工程研究中心、北京博奥医学检验所。 本规范起草人：项光新、李元源、王辉、邓涛、孙义民、张治位、张川、邢婉丽、程京。
1.适用范围 (1) 2.声明/警告 (1) 3.术语和定义 (1) 4.样本处理 (2) 4.1样本类型 (2) 4.2样本采集、运输与保存 (3) 4.3样本质量保证 (3) 4.4样本信息保存 (3) 5.检测各步骤分述 (4) 5.1核酸分离 (4) 5.2核酸定量（如适用） (4) 5.3核酸扩增和标记 (4) 5.4芯片杂交 (5) 5.5信号采集和数据分析 (5) 6.结果报告 (5) 7.质量控制 (5) 8.注意事项 (6) 9.参考文献 (6)
1.适用范围 本规范适用于医疗机构开展微阵列基因芯片个体化医学检测服务。 检测服务需遵循国家卫生主管部门或各专业协会发布的疾病诊疗指南或国家卫生计生委医政医管局个体化医学检测技术专家委员会发布的个体化医学检测指南。 2.声明/警告 本规范所称微阵列基因芯片诊断技术是指从医疗机构获得的临床样本中，提取核酸（DNA或RNA），进行必要的扩增和标记，标记后的靶标与基因芯片进行分子杂交，通过基因芯片扫描仪器获得基因芯片杂交的图像与数据，经计算机程序分析，并给出检测报告的全过程。 3.术语和定义 （1）聚合酶链反应polymerase chain reaction（PCR） 聚合酶链反应或多聚酶链反应是一种对特定的DNA或RNA片段在体外进行快速扩增的方法。 （2）杂交hybridization 具有一定同源序列的两条核酸单链（DNA或RNA）可以通过氢键的方式，按碱基互补配对原则相结合。 （3）突变mutation 是细胞中DNA核苷酸序列发生了稳定的可遗传的改变。 （4）点重复spot replicates 每种探针在芯片上每个阵列中的重复次数。 （5）探针probe
Ultra-weak Chemiluminescence Analytical Technology Principle and Application.ZHANG Zhong-Lun(Institute of Biophysics,The Chinese Academy of Scienc es,Beijing100101,China). Abstract Ultra-weak chemiluminescence analyzers that detect w eak light from sam ples w ere developed by ultra-weak chemiluminescence analytical technology.BPCL ultra-weak chemiluminescence analy zer has a lot of supper performance.It is satisfactory to research and applicatio n in the fields of biology,medicine and chemistry.The ex ample that of to research DNA damage was introduced.It is approved that the technology and analy zer were advanced and practical. Key words ultra-w eak chemiluminescence analy zer, DNA damage DNA微阵列(或芯片)技术原理及应用 何志巍 姚开泰 (湖南医科大学肿瘤研究所,卫生部癌变原理重点实验室,长沙410078) 摘要 DNA微阵列或芯片(DNA microarray or chip)技术是近年发展起来的又一新的分子生物学研究工具.它是利用光导化学合成、照相平板印刷以及固相表面化学合成等技术,在固相表面合成成千上万个寡核苷酸探针,或将液相合成的探针由微阵列器或机器人点样于尼龙膜或硅片上,再与放射性同位素或荧光物标记的DNA或cDNA杂交,用于分析DNA突变及多态性、DNA测序、监测同一组织细胞在不同状态下或同一状态下多种组织细胞基因表达水平的差异、发现新的致病基因或疾病相关基因等多个研究领域. 关键词 DNA微阵列(或芯片),原理,应用 学科分类号 Q785 从人类基因组计划启动至今,已积累了大量基因序列数据库,而它们在疾病和发育中的生物学意义尚知之甚少[1,2].目前人们正在由研究基因的结构及染色体定位的结构基因组学,向研究这些基因表达调控、在机体发育分化及疾病中作用的功能基因组学转变[3].而将多学科、多技术融合而成的DNA微阵列或芯片技术可研究同一或不同组织细胞在不同生理、病理条件下成千上万个基因结构、功能改变以及基因表达间相互作用的关系,发现致病基因或疾病相关基因,这必将为功能基因组学产生巨大的推动作用.本文主要介绍了该技术的概念、原理及在基因表达、基因突变或多态性分析及DNA测序等方面研究的最新进展. 1 概念理论依据 美国加州Affymetrix公司的Lipshutz等[4]较早地介绍了高密度寡核苷酸微阵列的制造、检测、软件及应用,随后该公司将照相平板印刷技术、计算机、激光共聚焦扫描、固相表面合成寡核苷酸及核酸分子杂交等结合起来,研制出DNA芯片. DNA微阵列或芯片是指在大规模集成电路所控制的机器人在尼龙膜或硅片固相支持物表面,有规律地合成成千上万个代表不同基因的寡核苷酸“探针”,或液相合成探针后由阵列器(arrayer)或机器人点样于固相支持物表面.这些“探针”可与用放射标记物如32P或荧光物如荧光素、丽丝胺等标记的目的材料中的DNA或cDNA互补核酸序列相结合,通过放射自显影或激光共聚焦显微镜扫描后,对杂交结果进行计算机软件处理分析,获得杂交信号的强度及分布模式图,以此反映目的材料中有关基因表达强弱的表达谱.该技术仍以基因连锁、连锁不平衡、限制性长度多态性、可变串联重复序列及单核苷酸多态性标记等基因定位方法为基础,采用分子杂交等多种技术方法为手段,进行遗传作图,对不同材料中的多个基因表达模式进行平行对比分析,是一种高产出的、新的基因分析方法.以尼龙膜为固相支持物的DNA微阵列和以硅片为固相支持物的DNA芯片,二者在原理上相同,仅在支持物及检测手段等方面略有不同. 收稿日期:1998-10-08,修回日期:1999-01-19
第17卷第2期 化学反应工程与工艺 V ol17,N o2 2001年6月 Che m ical R eacti on Engineering and T echnol ogy June, 2001 文章编号:1001-7631(2001)02-0174-06 专 论 微化学工程中的微反应技术 王乐夫, 张美英, 李雪辉, 黄仲涛 (华南理工大学化学工程系,广东 广州 510640) 摘要: 微化学工程包括微型单元操作设备,如微型构造的传质、传热、混合、分离和反应设备等,微型传感技 术,以及利用微型构造设备进行化学化工研究和生产的微化学工艺体系。其中微反应技术代表了新的化学加 工途径。本文重点介绍微反应技术的概念和一些研究应用实例。 关键词:微化学工程; 微反应技术; 微反应器 中图分类号:O611 文献标识码:A 1 前 言 出于对化学工业的环境性、安全性、技术性和商业性的要求需要有新的化学制备方法。微反应器和化学微反应体系代表了新的化学加工途径。除了可以节省时间,减少设备空间和构造材料,降低操作费用外,它们是更环境友好的和更安全的,而且可以制备某些传统常规反应器难以制备的产品,因此有了许多新的应用和开发[1]。 随着精密工程技术的进步,在化学工程的新领域—微反应技术中的快速发展正越来越受到重视。从许多文献中可以看出,相关的学术兴趣和研究活动正在不断增加。例如,在2000年3月举行了第四届微反应技术国际会议[2],该会议的主题包括微反应器的设计与制造、微反应、微流体、生产过程中的微反应器、微反应器在药物生产及生物技术中的应用、用于能量转换及贮存中的微反应器及商业化微反应技术等八个部分的专题。不少从事化学研究的机构和工业界正在着手开发流体性元件的小型化,并要求这种小型化可以进行化学体系中的许多重要标准单元操作。这些新型的元件可以为加工工程提供最新的方法,并可促进微尺度工程的研究。 上面的论述会引出下列问题:化学设备的微型化对于化学工业甚至石油化学工业是有价值的吗?微反应技术将满足微尺度元件和大规模生产相结合的挑战吗?能够在微通道反应器中有效地生产产品,而且将来的市场增长足以满足工业的期望值吗?微通道反应器仍然只是生活在象牙塔中的学术界的微型玩具吗?和某些商业专家的想法相一致吗?为了探索这些问题,本文介绍有关微反应技术的一些基本概念,并结合一些研究开发实例展望它的发展前景。 收稿日期:2000-06-27;修订日期:2000-09-07 作者简介:王乐夫(1956-),男,硕士,教授,博士生导师;李雪辉,(1970-),男,博士,讲师,通讯联系人。 基金项目:广东省自然科学基金(编号:000428)及中国石油化工集团公司(编号:X598011)资助项目
微阵列分析与基因差异表达 药物基因组学中的基因表达分析目前主要应用于创新药物研究和开发。同时，基因表达谱已经开始为慢性致命性疾病的药物治疗效应提供预测信息，并指导治疗选择，而寡核苷酸微阵列平台具有应用于药物基因组学研究的潜在优势。 微阵列分析的特点： 与DNA顺序分析和基因分型不同，微阵列基因表达分析的分析物是信使RNAs （mRNA）。信使RNAs的不稳定性要比DNA大得多，对操作方面的要求非常高，以避免由于Rnase酶降解而产生假象。此外，信使RNA在经PCR产生DNA拷贝扩增之前，或在大多数的微阵列分析中，或在产生cRNA拷贝的试管内转录（IVT）线性扩增程序中，都是逆转录形成cDNA的。在IVT反应期间，cRNAs都被标记，而在杂交到寡核苷酸阵列时往往被分裂。 在研究中，基因表达阵列常常采用被标记的cRNAs或长寡核苷酸作为固定探针，以及由类似于半导体工业应用的光刻技术制造的寡核苷酸探针阵列；寡核苷酸探针可直接在微阵列表面合成，还可以应用多空间的完美匹配单碱基－错匹配探针对来查询每一个重要的基因。这种高密度寡核苷酸探针诊断方法可检测出拼接变异种的能力，以及因特殊转录而造成融合基因时产生的特异性嵌合转录（如慢性髓细胞白血病中的BCR－ABL）。 目前有很多种途径来对成千上万的探针强度数据点进行数据分析，最近提出的是临床应用表达类型的最佳实用指导方针。各种全自动化的分析方法（如层次聚类算法与运用自组织图）可供用于确定具有相似表达类型的分组基因之间的关系。同样，还有一些需操作人员监管的分析方法（如支持向量机），可应用同质的PCR检测平台进行药物效应的基因显型检测，以筛选和鉴定最可能有效的患者。 促进肿瘤诊治水平提高 基因的表达差异是药物疗效的基础。基因表达的各种分析方法正在开发过程中，为疾病，尤其是肿瘤的治疗选择提供分子图表类型信息。例如，常见的急性成人或儿童白血病
微陣列資料分析(Microarray Data Analysis) 蔡政安副教授 前言 在人類基因體定序計劃的重要里程碑陸續完成之後，生命科學邁入了一個前所未有的新時代，在人類染色體總長度約三十億個鹼基對中，約含有四萬個基因，這是生物學家首次以這麼宏觀的視野來檢視生命現象，而醫藥上的研究方針亦從此改觀，科學研究從此正式進入後基因體時代。微陣列實驗(Microarray) 及其它高產能檢測(high-throughput screen) 技術的興起，無疑將成為本世紀的主流；微陣列實驗主要的優勢再於能同時大量地、全面性地偵測上萬個基因表現量，透過基因晶片，可在短時間內找出可能受疾病影響基因，作為早期診斷的生物指標(biomarker)。然而，由於這一類技術的高度自動化、規模化及微型化的特性，使得他們所生成的資料量非常龐大且資料型態比一般實驗數據更加複雜，因此，傳統統計分析方法已經不敷使用。在此同時，統計學家並未在此重要時刻缺席，提出非常多新的統計理論和方法來分析微陣列實驗資料，也廣受生物學家所使用。由於微陣列資料分析所牽涉的統計問題層面相當廣且深入，本文僅針對整個實驗中所衍生的統計問題加以介紹，並介紹其中一些新的圖形工具用以呈現分析結果。 基因晶片的原理 微陣列晶片即一般所謂的基因晶片，也是基因體計畫完成後衍生出來的產品，花費成本雖高，但效用無限，是目前所有生物晶片中應用最廣的，由於近年來不斷改進，也是最有成效的生物技術。一般而言，基因晶片是利用微處理技術，先把人類所有的基因分別固著在一小範圍的玻璃片(glass slide)、薄膜(membrane)或者矽晶片上；然後，可以平行地、大量地、全面性地偵測基因體中mRNA的量，也就是偵測基因的調控及相互作用表現。目前微陣列晶片大致分為以下兩種平台(如圖一) : cDNA 晶片及高密度寡核甘酸晶片(high-density oligonucleotide)，兩種系統無論在晶片的製程及樣本處理上皆有相當的差異，因此在分析上也略有不同，以下便就晶片的特性約略介紹。 1.cDNA 晶片: 基本上晶片上的探針(probes)及準備進行雜合反應(hybridization) 的樣本(Targets)皆來自於cDNA。正常及癌組織中萃取的mRNA經反轉錄後，分別標上綠色(Cy3)和紅色(Cy5)螢光標記，並同時和晶片進行雜合反應，反
化工进展-微反应器综述 微反应器研究进展与应用 龙立S141101059 摘要：微反应器作为微化工系统的核心设备，是实现化工过程强化的重要技术基础，近年来逐渐成为国际化工技术领域研究的热点。本文介绍了微反应器的原理及其研究进展，阐明了微反应器技术的特点，列举微反应器的应用范围与实例，说明了微反应器的发展前景。 关键词：微反应器，微反应系统。 1绪论 微化工技术是20世纪90年代初顺应可持续发展与高技术发展的需要而兴起的多学科交叉的科技前沿领域。它是集微机电系统设计思想和化学化工基本原理于一体并移植集成电路和微传感器制造技术的一种高新技术，涉及化学、材料、物理、化工、机械、电子、控制学等各种工程技术和学科。主要研究对象为特征尺度在微米到数百微米间的微化工系统，常贵尺度的化工过程通常依靠大型化来达到降低产品成本的目的，而微化工过程则注重于高效、快速、灵活、轻便、易装卸、易控制、易直接放大及咼度集成等方面⑴。 将部分核心化工装备小型化、微型化的方法是促进化工过程强化的有效手段，它是实现化工过程安全、高效和绿色的重要方法之一[2]。化工设备的微小型化是现代化工技术发展的一种新理念，它以微尺度流动、分散和传递的基本原理为核心，能够有效强化反应和分离过程，提升生产效率并且大幅缩小设备的体积，有利于化
工新过程的快速开发和产业转化。微型化工器件已成为微型设备的重要组成部分，主要包括微混合器、微型反应器、微型换热器、微化学分析、微型萃取器、微型泵和微型阀门等。 作为微化工技术核心部件的微反应器，其内部通道特征尺度在微尺度范围 （10-500卩m），远小于传统反应器的特征尺寸，但对分子水平而言已然非常大， 故利用微反应器并不能改变反应机理和本征动力学特性，而是通过改变流体的传热、传质及流动特性来强化化工工程的。 2微反应器 微结构反应器（简称微反应器）是重要的微化工设备之一，是实现化工 过程微小型化的核心装备。在微化工过程中微反应器担负起了完成反应过程、提高反应收率、控制产物形貌以及提升过程安分离回收难度和成本、减少过程污染等具有重要的意义。针对不同过程特点开发出的微反应器不仅形式多样，其配套的工艺技术也与传统化工过程存在一定区别，利用集成化的微反应系统可以实现过程的耦合，因此微反应技术的发展也同时带动了化工工艺的进步。 微反应器起源于20世纪90年代，21世纪初叶是微尺度反应技术的快速发展 期。在基础研究方面，随着对微尺度多相流动、分散、聚并研究的不断深入，微反应器内多相流型，分散尺度调控机制以及微分散体系的大批量制备规律等问题逐渐被人们深入理解。基于微反应器内微小的流体分散尺度、极大的相间接触面积等特点可以有效强化相间传质和混合过程，从而为反应过程的强化奠定基础。 研究结果表明，利用微反应器能够有效强化受传递或混合控制的化学反应过程，而这类过程在传统的反应装置内往往难以精确控制，极易产生局部热点、浓度分布不均、短路流和流动死区等问题，微反应器具有的高效混合和快速传递性能是解决这些问题的重要手段。 微反应器的分类。对于不同相态的反应过程，微反应器可以分为气固催化微反应器、液液催化微反应器、气液微反应器和气液固三相催化微反应器等。根据输入能量的不同，可分为非动力式微反应器和动力式微反应器。按照微结构的不同可分为：微通道反应器、毛细管微反应器、降膜式微反应器、多股并流式微反应器、微孔阵列和膜分散式微反应器以及外场强化式微反应器等⑷。 2.1微反应器的微混合机理 微反应器具有与大反应器完全不同的几何特性：狭窄规整的微通道、非常小的