DNA微阵列

DNA微阵列（DNA microarray）又称DNA阵列或DNA芯片，比较通俗的名字是基因芯片（gene chip）。是一块带有DNA微阵列（micorarray）涂层的特殊玻璃片，在数平方厘米之面积上安装数千或数万个核酸探针，经由一次测验，即可提供大量基因序列相关资讯。它是基因组学和遗传学研究的工具。研究人员应用基因芯片就可以在同一时间定量的分析大量(成千上万个)的基因表达的水平，具有快速、精确、低成本之生物分析检验能力

简介

其中可以用来检测基因表现程度之 cDNA 微阵列（cDNA-microarray），已开始商业化，市场主要以研发实验室为主。此外，以光刻（photolithography）技术制作，可检测基因多形式（Polymorphisms）之生物芯片，尚处于试验阶段而结合微流体学（microfluidics）之临床诊断用芯片，则仍在研发阶段。

DNA微阵类型

基因芯片的制作方式基本可分为以下几型：

Stanford型

由美国斯坦福大学开发的cDNA array的制作方法，将预先合成好的核酸探针布放于玻片载体上。优点：设计较长的探针长度可增加专一性。缺点：芯片密度较光罩法低，并须有良好的保存设计。

这种方法又可分为点制法与印制法。

点制法是小规模生产或实验室自制的低密度芯片，以机械手臂上带有毛细作用的细微刻痕的钢针，将核酸探针溶液点放于玻片或聚酯纤维膜上。成本低廉，适合探针数少或制造需求量不大的状况。

印制法是从喷墨打印机的方式变化而来，用加热气泡的方式将核酸探针印于玻片上。使用制作良好的喷头可同时实现高密度、长探针的基因芯片；例如PhalanxJet。

原位合成法

原位合成(in situ synthesised)，是原来用于电子芯片制作的光刻法(Photolithography)，转为核酸序列的合成技术。利用光罩控制反应位置，将核苷酸分子依序列一个一个接上去；可大量生产超高密度的芯片。由于制程与光罩成本等因素，这种方法做出的探针长度约在25-mer以下；因此同一个基因需要多个探针对应，以避免误判。主要生产厂有 Affymetrix、Roche NimbleGen等。

微珠布放法

Illumina公司有其独特的微珠阵列，将核酸探针制作于微小颗粒上，再将其布放于特制玻片。

qPCR array

在96孔或384孔标准PCR盘或384孔微流体盘中，预先合成好即时PCR引子与探针，将检体注入后以定量PCR方式进行反应与侦测分析。分析量比传统芯片少，属于低密度阵列，但兼具准确定量与定性；并且设备与技术门槛低，一般分子生物实验室即可自行操作。新的中密度qPCr array：OpenArray是Applied Biosystems(应用生命系统公司，隶属于Life Technologies集团)产品，在玻片大小的疏水性基板中分为数十个矩阵区域；矩阵内为亲水性表面的微孔，有一组预先合成好的引子与探针。现有的规格是每片玻片有12*4 (48)个矩阵区域，每个区域为8*8 (64)孔。预计2012年有新的12K芯片与专用机台上市。

种类已商业化的芯片

DNA微阵列（DNA-microarray）:检测样本的genomic DNA，作为基因型别鉴定之检测。

cDNA 微阵列（cDNA-microarray）:或称expression array，将样本中的mRNA转为cDNA后进行检测，作为基因表达程度之检测与比较。

miRNA微阵列(miRNA-microarray) :检测miRNA相关的基因调控机制。

ChIP-chip :chromatin immunoprecipitation on chip

高通量核酸定序芯片 :合并特殊PCR反应及微阵列侦测技术转作为基因定序之用。

临床检测微管芯片: 将低密度微阵列附于特制检验管底部，用以检测特定病原或癌症指标的试剂组。

CGH芯片 :染色体芯片(array Comparative Genomic Hybridization，aCGH 或称Chromosomal Microarray Analysis，CMA)

SNP芯片 :可检测基因多型性（Polymorphisms）。

基因甲基化芯片 :检测DNA被甲基化修饰程度。

近商业化或开发中的芯片

电子定序芯片 :结合纳米电机与电子学做为快速高通量核酸定序用的芯片。

微流体学（microfluidics）之临床诊断用芯片。

DNA微阵列技术的应用

一检测基因表达水平及识别基因序列。

Schena等1996年用拟南芥光调基因微阵列，以不同器官中的mRNA为探针，检测其基因表达水平，结果表明叶mRNA的表达水平是根的500倍。Shelon等1996年将酿酒酵母基因组DNA克隆制成微阵列，用6条最大染色体和10条最小染色体DNA探针分别标记上红，绿荧光标记进行杂交检测，结果表明95%的克隆在染色体上的定位与文献报道一致。Milosaljevic等1996年将大肠杆菌基因组DNA的15328个克隆制成微阵列，用997众寡核苷酸探针进行杂交检测，汇总结果通过计算机与E.coli序列资料库相比较，用此技术一次可识别4.6MbDNA序列结构。

二检测表达状况，发现新基因。

Wodicka1997年将覆盖酵母基因组全部ORF的26万种25mer探针，阵列于4张玻片，每张6.5万个探针，将酵母分加富和低限两组培养，研究不同生长条件下基因表达水平，结果表明90%的基因在两种条件下均表达，36种mRNA更多地在加富培养下表达，140种mRNA在低限培养中表达。此外，还发现了一批未见报道的新基因。

三检测突变和多态性进行遗传作图。

Hacia等1996年用96600寡核苷酸阵列，检测人癌基因BRCA1突变情况，将15个患者样品和对照样品分别用两种荧光标记，发现14人的该基因发生了一个剪辑突变，共出现8种多态性，突变表现在该基因外显子2的第22个密码子内。利用SNP制作人类遗传图谱，将是第三代遗传图谱，此技术完全以DNA微阵列为基础。四，DNA序列分析。Donnel等1992，Pease等1994，Yershow等1996，Wallraff等1997都报道了采用DNA微阵列技术进行DNA序列分析。多数研究者采用先合成寡核苷酸序列制作微阵列，然后与标记的未知DNA序列杂交，通过荧光共聚焦显微镜扫描，计算机软件分析得出数据，也有研究者将被测DNA片断阵列，以标记的寡合苷酸为探针杂交测序。

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