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目录 1

第一章　生物芯片技术概况 陈忠斌　王艳华 1

第一节　生物芯片技术产生的背景 1

第二节　生物芯片概念与分类 2

一、概念 2

二、分类 3

第三节　生物芯片技术应用 7

一、生物芯片与疾病诊断 8

二、生物芯片与基因突变检测 8

三、生物芯片与药物筛选 9

四、生物芯片与毒理学研究 10

五、生物芯片与药物基因组学研究 11

第四节　生物芯片研究现状 11

一、国外研究现状 11

二、生物芯片国内研究现状 18

第五节　生物芯片技术产业化前景 21

第六节　生物芯片技术研究和产业化存在的问题 23

参考文献 24

第二章　寡核苷酸芯片技术 王秀荣 26

第一节 引言 26

一、原位合成技术 27

第二节　制备原理 27

二、合成后微点样技术 28

第三节　制备技术 29

一、寡核苷酸芯片原位合成技术 29

二、合成后微点样制备寡核苷酸芯片 31

第四节　制备质量控制 40

一、样品的处理 40

二、寡核苷酸分子的设计与固定 40

三、生物识别的控制 41

六、环境控制 43

第五节　检测样品制备简介 43

五、数据的获得与分析 43

四、检测方式的选取 43

一、待检DNA制备 44

二、样品标记 44

第六节　应用 45

一、DNA测序、基因突变及多态性扫描 45

二、基因差异表达分析和基因鉴定 47

三、肿瘤的发生机理、肿瘤分型和诊断 48

一、寡核苷酸芯片制备流程 50

第七节　实验操作程序 50

六、环境保护和监测 50

五、药物筛选和指导合理用药 50

四、疾病诊断 50

二、人总mRNA荧光探针的制备 51

三、制备寡核苷酸微阵列用于突变检测 52

参考文献 53

第三章　DNA微阵列技术　仇华吉 55

第一节　简介 55

第二节　cDNA微阵列探针制备 56

一、构建cDNA文库一般方法 56

二、构建全长cDNA文库 59

三、从微量样品中构建cDNA文库 60

四、提高cDNA文库构建效率的方法 61

五、差减文库 61

第三节　cDNA微阵列制备技术 64

一、合成后交联法 64

二、微点样技术 65

三、点样后处理 67

四、芯片杂交与检测 68

第四节　cDNA微阵列技术应用 70

一、在植物研究中的应用 70

二、在酵母研究中的应用 72

四、在肿瘤研究中的应用 74

三、在比较基因组研究中的应用 74

五、在疾病研究中的应用 76

六、在细菌学研究中的应用 77

七、在病毒学研究中的应用 79

第五节　cDNA微阵列实验操作程序 80

一、cDNA微阵列一般制备程序 81

二、酵母DNA微阵列实验方案 83

三、人DNA阵列实验方案 92

四、其他 100

五、构建差减cDNA文库实验方案 105

参考文献 109

第四章 蛋白质芯片技术 章金刚 高志贤 周华蕾 112

第一节　引言 112

第二节　蛋白质分析技术与进展 113

一、二维凝胶电泳与质谱联合应用技术 114

二、蛋白质芯片技术 115

三、SELDI技术 115

第三节　蛋白质芯片发展简史与意义 116

第四节　蛋白质芯片制备及分析过程 118

一、载体的选择及抗体或抗原的固化 118

二、载体与化学表面处理 119

三、捕获分子 120

四、微阵列设计与制备 122

五、抗原或抗体的标记 123

六、蛋白质芯片检测方法 124

第五节　蛋白质芯片的分类 124

一、根据应用目的分类 125

二、根据检测试剂分类 125

三、根据密度分类 125

四、根据样本分类 125

第六节　蛋白质芯片的应用 126

一、应用于蛋白差异表达分析 127

二、蛋白质间相互作用研究 129

三、蛋白质修饰研究 130

四、蛋白质-DNA相互作用研究 130

五、小分子-蛋白质间相互作用研究 131

六、抗体检测 133

七、碳水化合物检测 133

八、疾病诊断 133

九、细胞型分类 134

十、在毒理学研究中的应用 135

十一、在食品分析和卫生检验中的应用 135

第七节　蛋白质芯片技术展望 135

参考文献 137

第一节　组织芯片的概念 142

第五章　组织芯片和细胞芯片技术　仇华吉 142

第二节　组织芯片技术发展简史 143

第三节　组织芯片制备方法 145

一、组织芯片制备程序 145

二、打孔仪不同孔径的优点和缺点 148

三、TMA和组织不均一性 149

四、TMA与癌症细胞系 151

五、自动化 151

二、组织芯片使人们对疾病的认识从细胞水平发展到基因水平 152

三、TMA技术大大节约病理资源 152

一、TMA使人们对肿瘤研究从个体水平跨越到整体水平 152

第四节　组织芯片技术的特点 152

四、TMA的可靠性 153

五、TMA与cDNA芯片技术相结合 153

六、基因组学和生物数学方法应用于TMA技术 154

第五节　组织芯片技术的应用 154

一、在药物发现中的应用 154

二、在肿瘤标志物筛选中的应用 155

三、在靶标确认和分子流行病学中的应用 158

五、在检测质量控制中的应用 161

四、在临床研究中的应用 161

第六节　细胞芯片技术简介 162

第七节　组织芯片实验操作程序 164

一、Kononen等（1998）介绍的实验方法 164

二、但汉雷等（2003）介绍的一种制作组织芯片的新方法 165

第八节　细胞芯片实验操作程序 166

一、明胶-DNA法 166

二、检测方法 171

三、建议与信息 172

四、脂质-DNA法 174

参考文献 175

第六章　糖芯片技术　仇华吉 陈忠斌 178

第一节　概述 178

一、糖的特点和重要性 178

二、糖芯片发展概况 179

第二节　糖芯片分类 181

第三节　糖芯片制作方法 182

一、用于制备糖芯片的糖来源 182

二、糖芯片制作方法 184

第四节　糖芯片的应用 188

二、研究糖蛋白与其他蛋白的相互作用 189

一、研究糖-蛋白质相互作用 189

三、研究糖结合分子 190

四、鉴定受体的糖结合位点 190

五、鉴定微生物和宿主细胞交叉反应性分子标志 191

六、鉴定肿瘤抑制剂 191

第五节　糖芯片有关实验方案 191

一、糖合成 191

二、玻片功能化处理 191

参考文献 192

五、SPR光谱法分析 192

四、蛋白质-糖相互作用的检测 192

三、糖微阵列制备 192

第七章　微流路芯片技术　何为 194

第一节　基本概念 194

第二节　历史沿革 195

第三节　微型化设计理论 196

一、早期理论 196

二、有关微流路的理论研究 196

三、微流路系统的计算机模拟设计 197

第四节　微流路芯片制作技术 198

一、微流路芯片的基质材料 198

二、微流路芯片微加工技术 199

三、封接技术 201

四、表面修饰 202

五、微流路芯片的设计和要求 203

六、界面和接口 205

七、微阀和流动控制 206

八、微泵 206

第五节　微流路芯片的分析操作 207

一、样品制备 207

二、进样 208

三、流体和粒子的操纵 208

四、反应器和混合器 209

五、分离模式 211

六、检测技术 213

第六节　应用 216

一、细胞分析 216

二、临床诊断 217

三、药物分析 218

四、免疫分析 218

五、蛋白质和蛋白质组分析 219

六、酶分析 220

七、DNA的分离和分析 220

八、PCR 221

九、DNA测序 222

第七节　研发现状 223

第八节　存在的问题及展望 225

参考文献 226

第八章 基因生物传感器技术 高志贤 233

第一节 引言 233

第二节　基因传感器设计原理 233

第三节　基因传感器的分类 234

第四节　基因传感器探针固定化方法 235

一、化学吸附法 235

二、自组装膜法 236

三、共价结合法 237

第五节　基因生物传感器特点 238

一、优点 238

二、不足 239

三、技术改进 239

第六节　基因生物传感器研究进展 240

一、电化学基因传感器 240

二、光学基因传感器 244

三、压电晶体基因传感器 248

三、电极表面结构优化 250

二、换能器的选用 250

一、探索新的嵌合剂、染料及载体材料 250

第七节　基因生物传感器技术发展趋势 250

四、基因传感器的研究和应用范围将会进一步拓宽 251

五、基因传感器将向微型化和自动化及商品化方向发展 251

参考文献 251

第九章 生物芯片信号检测技术 邹扬 刘全俊　唐晓燕 强兆燕 申晓敏　温恬　汤华　陆祖宏 256

第一节　引言 256

一、生物芯片荧光检测特性 256

二、荧光源简介 257

二、发射光收集 258

一、激发光 258

第二节　生物芯片检测设备光学设计要求 258

三、空间定位 259

四、激发光与发射光识别 259

五、检测荧光扫描仪的探测器 260

第三节　生物芯片扫描仪检测原理 260

一、共聚焦扫描仪 261

二、采用CCD的生物芯片扫描仪 262

第四节　生物芯片扫描仪的波长识别 263

一、分光器 263

一、灵敏度范围要求 264

第五节　信号处理与仪器控制 264

二、发射滤波器 264

二、信号平均和取样 265

三、暗信号 265

四、图像获取、显示和存储 266

五、共聚焦界面和自动化 266

第六节　关于成像系统硬件的一些考虑 266

一、信噪比 266

二、照明和光探测 267

三、电子学 271

四、机械因素 271

一、生物芯片扫描仪度量标准 272

第七节　仪器性能的度量标准 272

二、生物芯片扫描仪技术难点 274

第八节　生物芯片扫描仪研发现状 275

一、生物芯片扫描仪国内外研究状况 275

二、激光共聚焦扫描仪 275

三、CCD生物芯片扫描仪 281

参考文献 282

第十章 生物芯片生物信息学 邹扬 潘品良 姚均 汤华 284

第一节　引言 284

第二节　生物信息学理论与常用软件 285

一、生物信息学基本理论 286

二、生物信息学常用软件 295

第三节　生物学数据库 307

一、基因和基因组数据库 308

二、蛋白质数据库 309

三、同源性搜索数据库 310

四、序列变异数据库 311

五、进化分析数据库 312

六、序列生物信息学 313

一、数据检查 318

第四节 生物芯片数据标准化和变换 318

二、数据标准化 319

三、数据变换 319

第五节 生物芯片原始数据分析 320

一、生物芯片信号点的检测 320

二、生物芯片数据定量和质量测量 325

三、生物芯片数据分析常用方法 327

第六节生物芯片数据库建立 329

一、引言 329

二、LIM系统要捕捉的信息 330

三、对数据库要求 331

四、数据库软件的选择 334

一、生物芯片数据标准化的新方法 336

二、MADGE:cDNA芯片数据管理软件 336

第七节 生物芯片生物信息学研究进展 336

三、生物芯片优化：增加点的准确性并自动识别生物芯片真信号 337

四、对DNA芯片的组合图像分析 337

五、使用混合建模方法来评价生物芯片数据可靠性并估计信号的阈值 337

六、PRIM方法：在生物芯片差异表达分析中控制假阴性 338

七、使用贝叶斯网络进行生物芯片质量控制的一种新方法 338

参考文献 338

一、生物芯片在基因突变研究中的应用 342

第十一章 生物芯片技术应用 刘原君 汤华 342

第一节 基因突变和基因多态性分析 342

二、生物芯片技术与基因多态性分析 347

第二节 生物芯片技术与基因表达谱分析 352

一、基因表达谱概述 352

二、基因芯片技术分析肝癌基因表达谱 352

三、基因芯片技术与急性肾功能衰竭研究 354

四、基因芯片技术与电离辐射研究 356

五、基因芯片与小鼠生物学 357

六、基因芯片技术与植物基因谱研究简介 357

一、生物芯片在遗传病检测中的应用 358

第三节 生物芯片在临床检测中的应用 358

二、生物芯片技术在肿瘤研究中的应用 365

三、生物芯片技术在细菌检测中的应用 378

四、生物芯片技术在病毒检测中的应用 386

第四节 生物芯片技术在药物研究中的应用 391

一、药物筛选的发展趋势 391

二、生物芯片与药物研究 392

三、应用前景 395

参考文献 395

（一）引言 400

一、RNA抽提 400

附录1 DNA微阵列用于RNA表达谱分析实验方案 唐晓燕 申晓敏 强兆燕 汤华 400

（二）RNA抽提实验方案 404

方案1 哺乳动物细胞和组织中RNA的纯化 404

方案2 使用FastPrep从组织中抽提总RNA 409

方案3 Trizol从植物组织中抽提总RNA 410

方案4 松树法抽提植物RNA 412

方案5 FastTrack对poly(A)+RNA的分离 414

方案6 膜结合多聚核糖体RNA的提取 417

方案7 批量层析分离poly(A)+RNA 421

方案8 酵母菌中纯化总RNA 422

方案9 从大肠杆菌中纯化RNA 425

方案10 从单个细胞和少量组织中分离和扩增RNA 427

二、标记与杂交 432

（一）引言 432

（二）实验方案 436

方案11 应用反转录酶荧光标记首链cDNA 436

方案12 应用氨基-烯丙基染料进行间接荧光标记DNA 441

方案13 扩增mRNA样品产生筛选DNA微阵列的靶序列 446

方案14 用于表达谱分析的小量mRNA扩增 452

方案15 应用E.coli DNA聚合酶Klenow片段标记第二链DNA 458

方案16 生物素标记扩增的RNA与寡核苷酸芯片杂交 462

方案17 非结合Cy染料的回收：HPLC的纯化 465

方案18 DNA芯片杂交和杂交后处理 469

附录2 生物芯片技术主要公司 王艳华 仇华吉 陈忠斌 477

一、基因芯片主要公司（机构）及其简介 477

二、蛋白质芯片有关公司（机构）简介 489

三、开发基因芯片点样仪的公司 490

四、开发扫描仪的公司 490

五、开发预处理基因芯片载体的公司 490

六、开发生物芯片数据分析软件（生物芯片生物信息学）的公司 490

七、生物芯片数据和分析软件开发机构 491

中文索引 495

英文索引 500