基因芯片的基本原理

   基因芯片 (gene chip)是目前生物芯片家族中完善、應(yīng)用范圍廣泛的芯片，將很多特定的寡聚核苷酸或DNA片段(稱為探針)固定在芯片的每個準(zhǔn)備設(shè)置的區(qū)域內(nèi)，將待測樣本標(biāo)記后同芯片進行雜交，利用堿基互補配對原理進行雜交，通過檢測雜交信號并進行計算機分析，從而檢測相應(yīng)片段是否存在、存在量的多少，來用于基因的功能研究和基因組研究、**的臨床診斷和檢測等很多方面。運用縮微技術(shù)，基因芯片能夠同時分析成千上萬個生物樣本，將許多不連續(xù)的分析過程集成于玻璃介質(zhì)上，使這些分析過程連續(xù)化、微型化、集成化和自動化。其中成功的典型基因芯片是在介質(zhì)表面有序地點陣排列DNA，因此又叫DNA微陣列(DNA microarray)。

   基因芯片的基本原理是利用雜交的原理，即DNA根據(jù)堿基配對原則，在常溫下和中性條件下形成雙鏈DNA分子，但在高溫、堿性或有機溶劑等條件下，雙螺旋之間的氫鍵斷裂，雙螺旋解開，形成單鏈分子(稱為DNA變性，DNA變性時的溫度稱Tm值)。變性的DNA黏度下降，沉降速度增加，浮力上升，紫外吸收增加。當(dāng)消除變性條件后，變性DNA兩條互補鏈可以重新結(jié)合，恢復(fù)原來的雙螺旋結(jié)構(gòu)，這一過程稱為復(fù)性。復(fù)性后的DNA，其理化性質(zhì)能得到恢復(fù)。利用DNA這一重要理化特性，將兩個以上不同來源的多核苷酸鏈之間由于互補性而使它們在復(fù)性過程中形成異源雜合分子的過程稱為雜交(hydridization)。雜交體中的分子不是來自同一個二聚體分子。由于溫度比其他變性方法更容易控制，當(dāng)雙鏈的核酸在高于其變性溫度(Tm值)時，解螺旋成單鏈分子；當(dāng)溫度降到低于Tm值時，單鏈分子根據(jù)堿基的配對原則再度復(fù)性成雙鏈分子。因此通常利用溫度的變化使DNA在變性和復(fù)性的過程中進行核酸雜交。

   核酸分子單鏈之間有互補的堿基順序．通過堿基對之間非共價鍵的形成即出現(xiàn)穩(wěn)定的雙鏈區(qū)，這是核酸分子雜交的基礎(chǔ)。雜交分子的形成并不要求兩條單鏈的堿基順序互補，所以不同來源的核酸單鏈彼此之間只要有程度的互補／頃序就可以形成雜交雙鏈，分子雜交可在DNA與DNA、RNA與RNA或RNA與DNA的兩條單鏈之間。利用分子雜交這一特性，先將雜交鏈中的一條用某種可以檢測的方式進行標(biāo)記，再與另一種核酸(待測樣本)進行分子雜交，然后對待測核酸序列進行定性或定量檢測，分析待測樣本中是否存在該基因或該基因的表達有無變化。通常稱被檢測的核酸為靶序列(target)，用于探測靶DNA的互補序列被稱為探針(probe)。在傳統(tǒng)雜交技術(shù)如DNA印跡(Southern bloting)和RNA印跡(Northern bloting)中通常標(biāo)記探針，被稱為正向雜交方法；而基因芯片通常采用反向雜交方法，即將多個探針分子點在芯片上，樣本的核酸靶標(biāo)進行標(biāo)記后與芯片進行雜交。這樣的優(yōu)點是同時可以研究成千上萬的靶標(biāo)甚至全基因組作為靶序列。

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