基因芯片技术原理

基因芯片技术是一种新的微阵列（microarray）技术，Drmanac等最早将31　104个cDNA克隆或基因组DNA固定在尼龙膜、玻片等固相载体上，通过PCR技术每天进行数千克隆的扩增，来研究基因的表达，并利用高速机械手将cDNA自动而精确地点在尼龙膜上或其他载体上，借助激光共聚焦显微扫描技术使得可以对杂交信号进行实时、灵敏、准确的检测和分析。cDNA微阵列技术不但可高敏感地定量、定性检测基因表达水平，而且可同时研究同一组织或不同组织中成千上万个基因的表达。

将寡核苷酸或短肽固定到固相支持物上的方法有几种。Yershov等用传统方法合成cDNA后，利用机器手将其以20　000～30　000／cm2的密度点布于覆有凝胶的玻片上。凝胶可以增强寡核苷酸与玻片的结合，促进杂交进行，但只有短核苷酸才能扩散到凝胶内。基因芯片以其片基的不同分为无机片基和有机合成物片基。前者主要包括半导体硅片和玻片，其探针主要以原位聚合的方法合成；后者主要有特定孔径硝酸纤维膜和尼龙膜，其探针主要是预先合成后通过特殊的微量点样装置或仪器滴加到片基上，故有原位合成（in　situ　synthesis）与合成点样两种方法。原位合成寡核苷酸可分为两类：光引导原位聚合技术（light－directed　synthesis）与压电打印原位聚合技术（piezoelectric　printing）。

光引导聚合技术是照相平板印刷技术与传统的核酸、多肽固相合成技术相结合的结晶。首先使支持物羟基化，并用光敏保护基团将其保护起来，选择适当的蔽光膜（mask）使需要聚合的部位透光。光通过蔽光膜照射到支持物上，受光部位的羟基解保护与单体分子共价结合。因为合成所用的单体分子一端按传统固相合成方法活化，另一端受光敏保护基的保护，所以发生偶联的部位反应后仍旧带有光敏保护基团。故每次通过控制蔽光膜的图案（透光与不透光）决定哪些区域应被活化，以及所用单体的种类和反应次序达到合成大量预定序列寡聚体的目的。针对杂交信号模糊、信噪比降低的问题，McGall等将光引导合成技术与半导体工业所用的光敏抗蚀技术相结合，以酸作为去保护剂，使每步产率增加到98%。除光引导原位合成技术外，Incyte　Pharmaceuticals等公司使用压电打印法进行原位合成。此法借鉴了喷墨打印机的技术原理，并加以改进后用以制作芯片。

合成点样法与原位合成法在多聚物的设计方面相似，利用传统的DNA或多肽固相合成仪完成，合成后用特殊的自动化微量点样装置将其以比较高的密度涂布于硝酸纤维膜、尼龙膜或玻片上。支持物应事先进行特定处理，如包被以带正电荷的多聚赖氨酸或氨基硅烷。已有成型的点样装置，如美国Biodot公司的点膜产品以及Cartesian　Technologies公司的PixSys　NQ／PA系列产品。