生物芯片-水質(zhì)監(jiān)測

1、時慧敏2014年4月25日生物芯片技術(shù)簡介20世紀90年代中期以來影響最深遠的重大進展之一，其中基因芯片可自動、快速地檢測出成千上萬個基因的表達情況。原理：在環(huán)境污染物的影響下，敏感生物個體細胞的基因表達豐度會發(fā)生相當(dāng)程度的變化，分析基因組DNA中的變化序列以篩選出DNA突變和多態(tài)性變化，尋找與正常表達的差異，單獨地或混合地確定毒物質(zhì)對敏感生物基因水平上的影響以及影響的程度，以此來檢測環(huán)境中的污染物及其生物效應(yīng)。生物芯片技術(shù)簡介污染物影響環(huán)境生物個體基因表達改變生物芯片分析DNA，尋找表達差異確定有毒物質(zhì)在基因水平上的影響檢測污染物及其生物效應(yīng)生物芯片技術(shù)簡介根據(jù)芯片上固定的樣品探針不同，可分

2、為基因芯片、蛋白質(zhì)芯片、細胞芯片、組織芯片、芯片實驗室等。生物芯片技術(shù)簡介基因芯片基因芯片利用集成電路控制寡核苷酸探針，并把它們密集、規(guī)律地排列在1cm2大小的硅片或玻璃晶片上，然后將熒光標(biāo)記的DNA或cDNA樣品在芯片上與探針雜交，經(jīng)激光共聚焦顯微鏡掃描，以計算機系統(tǒng)對熒光信號作出比較和檢測。生物芯片技術(shù)簡介基因芯片基因芯片選擇固相載體，固定蛋白質(zhì)（抗原或抗體）按設(shè)計方式排列，形成蛋白質(zhì)芯片加入與之特異性結(jié)合、帶有特殊標(biāo)記的蛋白質(zhì)分子（抗原或抗體）通過對標(biāo)記物的檢測來實現(xiàn)抗原抗體的互檢生物芯片技術(shù)簡介蛋白質(zhì)芯片蛋白質(zhì)芯片利用抗體與抗原結(jié)合的特異性即免疫反應(yīng)來構(gòu)建。該技術(shù)所需蛋白質(zhì)的量極少，反

3、應(yīng)相對較快，穩(wěn)定性較好，靈敏度較高。生物芯片技術(shù)簡介蛋白質(zhì)芯片蛋白質(zhì)芯片生物芯片技術(shù)簡介細胞芯片細胞芯片生物芯片技術(shù)簡介組織芯片組織芯片生物芯片技術(shù)簡介芯片實驗室芯片實驗室是生物芯片技術(shù)發(fā)展的終極目標(biāo)。更加復(fù)雜，引入納米技術(shù)，在微小的硅材料表面，制造出將樣品制備、生化反應(yīng)、檢測分析整個過程集于一身的集約化微型分析系統(tǒng)?？伸`敏地檢測到稀有基因的變化；加快雜交反應(yīng)，縮短檢測時間，從而降低成本。便于攜帶，可用于緊急場所，野外操作，甚至放在航天器上。生物芯片技術(shù)簡介芯片實驗室芯片實驗室芯片上的水凝膠芯片上的水凝膠薄膜粘合劑薄膜粘合劑墊片墊片微流控門和閥門微流控門和閥門在水壞境中的應(yīng)用控制水質(zhì)：控制水質(zhì)

4、：生物芯片提供的信息量巨大，能比常規(guī)方法檢測出更多微生物，并可檢測微生物的遺傳指紋。這種方法精確可靠，整個過程可在4h內(nèi)完成，費用比常規(guī)方法低10倍。法國一家水管理企業(yè)投資850萬歐元與芯片公司共同開發(fā)生物芯片，以檢測公共飲用水中的微生物。在水壞境中的應(yīng)用瞬時檢測病原細菌：瞬時檢測病原細菌：羅德島大學(xué)研究人員將生物傳感器技術(shù)和光纖技術(shù)相結(jié)合，利用光纖作為探針，來接觸待測物，精確檢測并量化病原體水平，從而即時檢測出其中的病原細菌，整個過程僅需6090min。該法可以瞬時檢測出水中的沙門氏菌和大腸桿菌。在水壞境中的應(yīng)用進行細菌檢測和菌種鑒定：進行細菌檢測和菌種鑒定：利用細菌已知序列的特殊基因或特異

5、的DNA序列,設(shè)計特異探針,負載于生物芯片上,可檢測樣品中對應(yīng)細菌。Cho等發(fā)展了一種基于隨機基因組片段的DNA芯片技術(shù)方法,此方法在鑒定細菌和確定細菌之間遺傳學(xué)距離方面都很有效。Anthony等利用DNA芯片建立一個快速(4h)的細菌檢測及鑒定系統(tǒng)，且不會顯著增加復(fù)雜性和成本。在水壞境中的應(yīng)用進行細菌檢測和菌種鑒定：進行細菌檢測和菌種鑒定：Call等用基因芯片確定大腸桿菌O157:H7基因分型敏感性和特異性，實驗結(jié)果表明：基因芯片的敏感性是凝膠電泳的32倍以上,用玻璃基片的基因芯片檢測多重PCR（聚合酶鏈反應(yīng)）產(chǎn)物是一種相對簡單、快速、敏感的新方法。在水壞境中的應(yīng)用進行重金屬進行重金屬檢測：

6、檢測：重金屬是水體污染重要組分，水生動物體內(nèi)重金屬含量隨著外界濃度的增加而增加，可以認為水生動物體內(nèi)的重金屬含量如實地反映了水環(huán)境的污染狀況和水域近期的污染過程，從而可以考慮把它們作為海域重金屬污染的指示生物。在水壞境中的應(yīng)用進行重金屬進行重金屬檢測：檢測：Walker等用基因芯片測定暴露在銀、銅和鎘元素的體外培養(yǎng)腮上皮細胞轉(zhuǎn)錄差分布，實驗證明了體外培養(yǎng)腮細胞具有準(zhǔn)確確定和識別水生樣本生物毒性的遺傳識別功能。Hans Reynders等用基因芯片檢測在水體中添加鎘和在飼料中添加鎘條件下養(yǎng)殖鯉魚的肝臟表達差異，檢測結(jié)果：鯉魚對鎘染毒有較高的動態(tài)響應(yīng)。在低鎘染毒條件下與能量相關(guān)基因發(fā)生表達差異；在

7、高濃度時，與逆境相關(guān)基因表達有差異；另外，在最高濃度下馴養(yǎng)7天鯉魚肝臟被破壞。在水壞境中的應(yīng)用檢測有毒污染物：檢測有毒污染物：有毒物質(zhì)增加都會引起水體動物應(yīng)激反應(yīng)，通過對水體動物應(yīng)激引起的基因差量表達能夠?qū)λw污染進行檢測。Wiseman等研究了虹鱒從急性應(yīng)激源恢復(fù)過程中肝臟的基因表達譜，結(jié)果：肝臟分子重組中應(yīng)激源調(diào)節(jié)基因信號與應(yīng)激有關(guān)，進而應(yīng)證了在分子水平適應(yīng)性應(yīng)激反應(yīng)復(fù)雜性質(zhì)，更說明基因研究在應(yīng)激處理機制的可行性。在水壞境中的應(yīng)用檢測有毒污染物：檢測有毒污染物：Aleksei Krasnov等用基因芯片檢測：在肝毒素芘與CCl4染毒條件下生長4天后的虹鱒幼魚的1273個基因，研究發(fā)現(xiàn)芘和C

8、Cl4對某些基因表達有負作用。在水壞境中的應(yīng)用檢測養(yǎng)殖水體：檢測養(yǎng)殖水體：養(yǎng)殖水體在夏季很容易發(fā)生缺氧，對養(yǎng)殖生物產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，研究養(yǎng)殖水體中個中不良條件對養(yǎng)殖動物影響后果可以進一步更好的提高產(chǎn)量。Ju等研究了日本青鱂在缺氧條件下組織基因表達，取腦、腮和肝臟組織，采用保守型選擇標(biāo)準(zhǔn)分別在這3個組織中選取基因并檢測這些基因的表達差量。研究發(fā)現(xiàn)：多數(shù)新陳代謝、異化作用、RNA和蛋白質(zhì)代謝等有關(guān)基因表現(xiàn)出表達差異。在水壞境中的應(yīng)用基因芯片對水體病原體檢測的應(yīng)用：基因芯片對水體病原體檢測的應(yīng)用：致病菌污染飲用水可導(dǎo)致多種疾病的爆發(fā)與流行，嚴重威脅著人類的健康。在水壞境中的應(yīng)用基因芯片對水體病原體檢測的應(yīng)用：基因芯片對水體病原體檢測的應(yīng)用：不同檢測方法比較：檢測方法傳統(tǒng)法操作繁瑣、且需要數(shù)天時間才能得到結(jié)果核酸探針雜交技術(shù)存在特異性或敏感性的問題常規(guī)PCR技術(shù)無法檢測含未知菌、多種細菌感染的樣品基因芯片技術(shù)快速、準(zhǔn)確、易于