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生物芯片技术

Affymetrix (昂飞)芯片平台介绍

美国 Affymetrix 公司是基因芯片产业先行者,早在1989年就研制出了世界首张基因芯片。其开发的寡核苷酸原位光刻合成专利技术(light-controlled in situ synthesis of DNA microarrays),是目前最高密度的芯片制备技术。Affymetrix 公司以其完备的芯片设计,稳定可靠的分析结果和强大的生物信息学分析能力,帮助研究人员在短时间内获得大量可靠的结果,为后续研究提供重要的线索和帮助。 目前用Affymetrix芯片发表的科学文章现已多达24319篇(截至2011年12月29日),多篇文章发表在nature、science、cell等世界最高级别的学术刊物上。

Affymetrix GeneChip生物芯片检测系统,是由高密度GeneChip芯片和试剂,杂交、扫描仪器,数据处理和分析工具组成的一整套检测平台,是世界上第一种经欧盟和美国FDA审批的可用作体外诊断的芯片系统。

平台设备
Affymetrix GeneChip芯片系统的硬件平台由高度自动化的流体工作站、高通量芯片扫描仪,和相关探针序列描述和注释数据库等组成。高度自动化的处理减少手工操作时间,提高了数据重复性。配合使用不同类型的芯片,Affymetrix
GeneChip芯片系统可用于RNA和DNA检测的多方面的应用研究。

原位光刻合成技术

Affymetrix芯片采用原位光刻技术和严格的流程控制合成高密度基因芯片,可以在每平方厘米基片上合成超过400万的探针。

Affymetrix原位光刻合成技术的原理:先将基片支持物(wafer)羟基化,并用对光敏感的保护基团将羟基 基团保护起来。然后选取特制的光刻掩膜(photolithographic mask)覆盖在基片上,遮挡不需要合成的部位,暴露需合成部位。当光通过蔽光膜照射到基片上,需要合成探针的部位透光,受光照射部位 的羟基脱保护而活化。加入3’端活化(5’羟基末端连接光敏保护基团)的单一一种核苷酸单体底物后,发生偶联反应。在一轮反应之后更换另一张光掩膜控制活化区域,并换另一种核苷酸单体实现在待定位点合成预定序列寡聚体。光掩膜设计和严格的工艺流程使制造的芯片具有高质量、高重复性和一致性,也确保了芯片上探针合成的极高密度。

独特的表达谱PM-MM探针设计

Affymetrix芯片采用独特的PM-MM探针设计方式,即针对每段参考序列设计一对25-mer探针,其中一个是完全匹配 (perfect match, PM)探针,另一个是靠近序列中间的错误位点匹配(mismatch, MM)探针。检测时将每对PM-MM探针的检测信号综合起来,这样有助于区分特异性结合与非特异性结合的靶片段,从而提高探针灵敏度和特异性。这种PM- MM设计对于在复杂序列背景样品中低丰度表达产物的检测中有明显优势。同时,使用多个探针来检测转录本或SNP等,有效减少了探针杂交非专一性的影响,并通过合适的算法获得更为有力的数据。

广泛的应用领域

Affymetrix公司芯片产品非常丰富,目前可以提供生命科学研究和医学研究的二十多种生物物种的全基因组表达谱芯片,以及十几种模式植物、农作物以及微生物全基因组表达谱芯片。

基因表达研究方面,GeneChip芯片被业界广泛采用,可研究的物种十分丰富,广泛用于发现新的信号通路、疾病分型、验证药物作用位点、证明作用机制、分 析毒性反应等多个领域。Affymetrix全面分析人、小鼠、大鼠全部Exon表达的基因芯片,用于分析同一个基因不同转录产物;推出人、小 鼠、酵母菌、线虫、果蝇的Tiling芯片,可用于分析基因组DNA上所有可以被转录的部分,发现新转录本,扫描基因组甲基化修饰位点,染色质修饰位点等。

在DNA研究方面,GeneChip芯片同样有着不俗成绩,SNP分型芯片在全基因组扫描、肿瘤基因组学、致病基因分型和药代动力学相关基因分型方面得到广泛应用。另外高密度的重测序芯片使得特定区域的基因序列分析成为可能。

Affymetrix公司芯片在目前的公共数据库(如GEO)中积累了大量数据结果,和其他的生物芯片平台相比,Affymetrix芯片平台能够提供更大量的比较数据以满足生物信号通路分析和目标靶分子等深入研究的需要。同时,丰富的商业软件和免费软件为Affymetrix芯片系统构建了相应分析平台,使得个性化数据分析成为可能,也大大促进了实验结果的交流。

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