DNA微陣列

DNA微陣列

DNA微陣列(DNA microarray)又稱DNA陣列或DNA晶元,比較通俗的名字是基因晶元(gene chip)。是一塊帶有DNA微陣列(micorarray)塗層的特殊玻璃片,在數平方厘米之面積上安裝數千或數萬個核酸探針,經由一次測驗,即可提供大量基因序列相關資訊。

正文


它是基因組學和遺傳學研究的工具。研究人員應用基因晶元就可以在同一時間定量的分析大量(成千上萬個)的基因表達的水平,具有快速、精確、低成本之生物分析檢驗能力。
其中可以用來檢測基因表現程度之 cDNA 微陣列(cDNA-microarray),已開始商業化,市場主要以研發實驗室為主。此外,以光刻(photolithography)技術製作,可檢測基因多形式(Polymorphisms)之生物晶元,尚處於試驗階段而結合微流體學(microfluidics)之臨床診斷用晶元,則仍在研發階段。

DNA微陣類型


基因晶元的製作方式基本可分為以下幾型:

Stanford型

由美國斯坦福大學開發的cDNA array的製作方法,將預先合成好的核酸探針布放於玻片載體上。優點:設計較長的探針長度可增加專一性。缺點:晶元密度較光罩法低,並須有良好的保存設計。
這種方法又可分為點製法與印製法。
點製法是小規模生產或實驗室自製的低密度晶元,以機械手臂上帶有毛細作用的細微刻痕的鋼針,將核酸探針溶液點放於玻片或聚酯纖維膜上。成本低廉,適合探針數少或製造需求量不大的狀況。
印製法是從噴墨印表機的方式變化而來,用加熱氣泡的方式將核酸探針印於玻片上。使用製作良好的噴頭可同時實現高密度、長探針的基因晶元;例如PhalanxJet。

原位合成法

原位合成(in situ synthesised),是原來用於電子晶元製作的光刻法(Photolithography),轉為核酸序列的合成技術。利用光罩控制反應位置,將核苷酸分子依序列一個一個接上去;可大量生產超高密度的晶元。由於製程與光罩成本等因素,這種方法做出的探針長度約在25-mer以下;因此同一個基因需要多個探針對應,以避免誤判。主要生產廠有 Affymetrix、Roche NimbleGen等。

微珠布放法

Illumina公司有其獨特的微珠陣列,將核酸探針製作於微小顆粒上,再將其布放於特製玻片。

qPCR array

在96孔或384孔標準PCR盤或384孔微流體盤中,預先合成好即時PCR引子與探針,將檢體注入后以定量PCR方式進行反應與偵測分析。分析量比傳統晶元少,屬於低密度陣列,但兼具準確定量與定性;並且設備與技術門檻低,一般分子生物實驗室即可自行操作。新的中密度qPCr array:OpenArray是Applied Biosystems(應用生命系統公司,隸屬於Life Technologies集團)產品,在玻片大小的疏水性基板中分為數十個矩陣區域;矩陣內為親水性表面的微孔,有一組預先合成好的引子與探針。現有的規格是每片玻片有12*4 (48)個矩陣區域,每個區域為8*8 (64)孔。預計2012年有新的12K晶元與專用機台上市。

種類已商業化的晶元


DNA微陣列(DNA-microarray):檢測樣本的genomic DNA,作為基因型別鑒定之檢測。
cDNA微陣列(cDNA-microarray):或稱expression array,將樣本中的mRNA轉為cDNA後進行檢測,作為基因表達程度之檢測與比較。
miRNA微陣列(miRNA-microarray) :檢測miRNA相關的基因調控機制。
ChIP-chip:chromatin immunoprecipitation on chip
高通量核酸定序晶元 :合併特殊PCR反應及微陣列偵測技術轉作為基因定序之用。
臨床檢測微管晶元: 將低密度微陣列附於特製檢驗管底部,用以檢測特定病原或癌症指標的試劑組。
CGH晶元 :染色體晶元(array Comparative Genomic Hybridization,aCGH 或稱Chromosomal Microarray Analysis,CMA)
SNP晶元 :可檢測基因多型性(Polymorphisms)。
基因甲基化晶元 :檢測DNA被甲基化修飾程度。

近商業化或開發中的晶元

電子定序晶元 :結合納米電機與電子學做為快速高通量核酸定序用的晶元。
微流體學(microfluidics)之臨床診斷用晶元。