生物芯片的制作

 對于一些實驗室來說，如果現成的商品化芯片不能滿足研究需要，而自行設計向廠家定做芯片也不能滿足時間的需要時，就需要自制芯片。要成功的制作芯片，需要準備3 大材料：準備固定在芯片上的生物分子樣品、芯片片基和的制作芯片的儀器。研究目的不同，期望制作的芯片類型不同，制備芯片方法也不盡相同，以DNA 芯片為例，基本上可分為兩大類：一類是原位合成（即在支持物表面原位合成寡核苷酸探針），適用于寡核苷酸；一類是預合成后直接點樣多用于大片段DNA ，有時也用于寡核苷酸，甚至mRNA 。

　　 原位合成有兩種途徑，一是原位光刻合成，該方法的主要優點是可以用很少的步驟合成極其大量的探針陣列。某一含N 個核苷酸的寡聚核苷酸，通過4×N 個化學步驟能合成出4N 個可能結構。例如合成想要8 核苷酸探針，通過32 個化學步驟，8 個小時可合成65 ，536 個探針。而如果用傳統方法合成然后點樣，那么工作量的巨大將是不可思議的。同時，用該方法合成的探針陣列密度可高達到106/cm2 。
　　 另一種原位合成是壓電打印法(Piezoelectric printing) 。原理與普通的彩色噴墨打印機相似，所用技術也是常規的固相合成方法。不過芯片噴印頭和墨盒有多個，墨盒中裝的是四種堿基合成試劑。噴印頭可在整個芯片上移動。支持物經過包被后，根據芯片上不同位點探針的序列需要將特定的堿基噴印在芯片上特定位置。沖洗、去保護、偶聯等則同于一般的固相合成技術。該技術采用的化學原理與傳統的DNA 固相合成一致，因此不需要特殊制定備的化學試劑。每步產率可達到99% 以上，可以合成出長度為40 到50 個堿基的探針。
　　 盡管如此，原位合成方法仍然比較復雜，除了在基因芯片研究方面享有盛譽的Affymetrix 等公司使用該技術合成探針外，其它中小型公司大多使用合成點樣法。
　　 點樣法是將預先通過液相化學合成好的探針、或PCR 技術擴增cDNA 或基因組DNA 經純化、定量分析后，通過由陣列復制器（arraying and replicating device ARD ）或陣列點樣機（arrayer ）及電腦控制的機器人，準確、快速地將不同探針樣品定量點樣于帶正電荷的尼龍膜或硅片等相應位置上（支持物應事先進行特定處理，例如包被以帶正電荷的多聚賴酸或氨基硅烷），再由紫外線交聯固定后即得到DNA 微陣列或芯片。點樣的方式分兩種，其一為接觸式點樣，即點樣針直接與固相支持物表面接觸，將DNA 樣品留在固相支持物上；其二為非接觸式點樣，即噴點，它是以壓電原理將DNA 樣品通過毛細管直接噴至固相支持物表面。打印法的優點是探針密度高，通常1 平方厘米可打印2,500 個探針；缺點是定量準確性及重現性不好，打印針易堵塞且使用壽命有限。噴印法的優點是定量準確，重現性好，使用壽命長；缺點是噴印的斑點大，因此探針密度低，通常只有1 平方厘米400 點。點樣機器人有一套計算機控制三維移動裝置、多個打印/ 噴印頭、一個減震底座，上面可放內盛探針的多孔板和多個芯片。根據需要還可以有溫度和濕度控制裝置、針洗滌裝置。打印/ 噴印針將探針從多孔板取出直接打印或噴印于芯片上。檢驗點樣儀是否優秀的指標包括點樣精度、點樣速度、一次點樣的芯片容量、樣點的均一性、樣品是否有交叉污染及設備操作的靈活性、簡便性等等。

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