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基因芯片技术的应用现状及展望

1基因芯片

1.1基本概念和原理

又称DNA 微阵列、DNA 芯片, 通过微加工技术和微电子技术在固体芯片表面构建成的微型生物化学分析系统,能够通过检测

基因的丰度来确定基因的表达模式和表达水平。由于常用硅芯片或玻片作为固相支持物, 并且在制备过程中运用了计算机芯片的制备技术, 所以称为基因芯片技术。基因芯片的工作原理与核酸分子杂交的方法是一致的, 都是运用已知核酸序列作为探针与互补的靶核苷酸序列进行杂交, 然后通过信号检测进行定性和定量分析。与传统的核酸杂交不同的是基因芯片是在一微小的片基如硅片、玻片和塑料片等表面上集成了大量的核酸分子识别探针, 能够在同一时间内平行分析大量的基因, 进行大量信息的筛选与检测, 实现对生物样品快速、并行、高效地进行检测或医学诊断。

1.2研究背景

80 年代初, 科学家提出了固相核酸杂交的设想, Bains等首

先对固相杂交DNA 测序进行了有益的探索; 其后, 俄罗斯、美国及英国的科学家分别报道了用杂交测定核酸序列的方法。1991 年, Affymetrix公司Fodor 等建立了原位光刻合成技术, 为寡核苷酸在片原位合成制作高密度基因芯片奠定了基础, 标志着核酸检测技术已发展到了一个新的阶段。1994年, 俄美科学家共同研制了用于B- 地中海贫血基因突变筛查的基因芯片, 测序的速度提高

了近1 000 倍, 被认为是一种全新的快速测序方法。鉴于基因芯片潜在的巨大商业价值, 90年代中期开始, 国外更多的商业公司加入了芯片开发的行列。1996 年底, Affymetr ix 公司推出可应用的基因芯片和较完整的芯片制造、杂交、扫描及数据分析系统, 其它如GeneralScanningInc、Telechem、Cartesian 等公司亦相继研制出芯片用激光共聚焦扫描仪及分析软件。到目前为止, 芯片技术在基础研究, 尤其是在基因表达方面已得到应用, 而在医学应用方面也已开发出少数基因诊断等相关芯片。但由于芯片和检测系统价格昂贵、专利及许多技术问题还有待解决, 因此目前尚未大规模的应用。在我国, 较早从事基因芯片研究的机构有清华大学、复旦大学、东南大学等。其中, 清华大学处于领先地位, 并得到国家重点支持。其它如东南大学在分子印章法制备高密度基因芯片、复旦大学在硅导电玻璃介质生物芯片制备、西安超群公司在三维立体基因芯片制造等方面也都取得了一定成果。

1.3基因芯片的分型

视分类方法不同可以分为以下几种主要类型：

a．无机片基和有机合成物片基的基因芯片

b．原位合成和预先合成然后点样的基因芯片

c．基因表达芯片和DNA测序芯片

另外根据所用探针的类型不同分为cDNA微阵列（或cDNA微阵列芯片）和寡核苷酸阵列（或芯片），根据应用领域不同而制备的专用芯片如毒理学芯片（Toxchip）、病毒检测芯片（如肝炎病

毒检测芯片）、P53基因检测芯片

1.4基因芯片核心技术

1.4.1载体表面化学修饰

基因芯片多以玻璃片为载体，由于玻璃片表面化学性质稳定，在连接上述各种活性基团之前，通常需要先进行硅烷化处理。玻

璃片的硅烷化使用硅烷化试剂，即硅烷耦合剂，是一种有机硅单体，具有两种以上不同反应基团，能起到把有机材料和无机材料

进行化学耦合的媒介作用。该类化合物一般具有RSiX3的化学结构，X表示水解基团，如甲氧基、乙氧基等，能与无机材料(玻璃、金属、二氧化硅)进行化学结合，R为有机官能团(如氨基、羟基、巯基等)，能与有机物质结合。在玻璃片处理过程中，比较常用的硅烷化试剂有氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、硫丙基

三甲氧基硅烷和N．氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷。硅烷化的玻璃片可以进行活性基团的连接，不同活性基团连接方法略有不同。修

饰后的载体应该达到表面均匀一致，容易进行共价的或非共价的

化学修饰，并且在荧光探针激光波长范围内有一个低的背景荧光。探针制备探针的制备主要有两种方法：一种方法是原位合成，即

直接在载体上原位合成探针，此种方法适合制作高密度寡核苷酸

芯片；另外一种方法是通过PCR进行扩增。模板的来源有两种：一是克隆化核酸片段，可以是序列信息保存在Gen—Bank等公共数据库中、商业出售的cDNA克隆、EST克隆，也可以是各个实验室从各种文库中筛选并保存下来的上述克隆；这些克隆化核酸片段经PCR

扩增后即用作探针。进行基因表达分析时，多数情况下采用此种cDNA探针。同一生物体中不同基因之间的同源性可能较高，PCR产物应代表其最可变的区域。另一种是基因组DNA，用特异性引物对其进行PCR扩增，得到需要的序列片段。

1.4.2靶序列荧光标记

基因芯片技术首选荧光染料作为标记，主要是因为荧光染料具有操作简便、高稳定性、高灵敏度、高选择性等特点。荧光标记方法有直接标记和间接标记法。直接标记是利用反转录酶或PCR 反应将CyDye标记核苷酸直接渗入到样品中，这是最常用的一种标记方法。其局限性是酶对于CyDye标记核苷酸的低渗入效率，大多数酶不能均匀地渗入Cy3和Cy5荧光素，杂交信号不均一。Cy5的渗入效率通常不如Cy3高。间接标记又称合成后标记，是将一个化学活性核苷酸类似物(氨基烯丙基一dUTP)在链合成中掺入到PCR产

物或cDNA第一链中。氨基烯丙基-dUTP与无修饰的dUTP掺入效率相似，得到的探针随后用CyDye的活性反应物进行“合成后标记”，该活性反应物与氨基烯丙基一dUTP结合。这种标记方法的优点是能得到Cy3和Cy5更加均一的掺入和更强的信号。基因芯片打印基因芯片的打印方式有两种，即原位合成法和合成后交联法。原位光刻合成技术系Affyrmetrix公司的一项专利技术。运用这种方法制作的芯片探针密度可达106／cm2，即探针间隔为5～10Ⅱm。用这种方法制备的基因芯片需要预先设计、制造一系列掩膜，造价昂贵；制造过程中采用光脱保护法，掩膜孔径较小时会发生光衍

射现象，制约了探针密度的进一步提高；光脱保护不彻底，每步产率只有92％～94％，因此这种方法只能用来合成30 nts左右的寡核苷酸探针。Gasson等¨]利用投影电视中的数控微镜阵列技术制造了一种无需掩膜的高密度芯片原位合成系统—MAS(maskless array synthesizer，～MAS)。用这种方法可以在1．4 cm2的区域合成480 000种探针，单个探针的区域为16 ptm2}采用分辨率更高的DMAS(digital maskless array synthesizer，DMAS)，可以在同样大小的区域合成2 000 000种探针。如果40种探针代表一个基因，就可以在一种芯片上合成相当于50 000个基因的探针。合成时间比光控原位合成大为减少，合成成本也大为降低。与原位合成法相比，合成后交联法比较简单，只需要将预先制备好的寡核苷酸、cDNA或PCR产物等样品通过自动点样装置点于经过特殊处理的玻璃片或其他材料上即可，合成后交联法适用于大片段DNA，有时也用于寡核苷酸，甚至mRNA。合成后交联法有两种点样方法：非接触式喷墨点加法和接触点加法。非接触式喷墨点加法是由Biodot公司开发的。目前非接触式喷墨打印基因芯片有两种技术，一种是压电打印技术，陶瓷材料的压电晶体紧密环绕玻璃毛细管(内含核酸片段)，通电后压电晶体变形，挤压毛细管，使液滴从毛细管的喷口喷射出来，每次喷射量为50～500 pL；另一种为注射泵一螺线管技术，将一个高分辨率的注射泵与高速微螺线管阀相连，同时通过一个开关阀门连接一个储液器。抽拉注射泵使样品向上吸入管头，然后回压注射器对系统施加压力，打开微螺线

管阀，喷出液滴，每次喷射量为4～8 nL。压电打印技术上样量小，但是稳定性和定量性不如注射泵。

1.4.3基因芯片杂交

基因芯片杂交属于固液相杂交El-g]，标记的靶分子与固定在芯片上的探针之间在严格的条件下进行分子杂交，影响杂交效率的因素主要有固定在芯片上的探针数、靶分子浓度、杂交双方的序列特性、杂交体系中的盐浓度、杂交的温度及杂交液的pH值等。在杂交体系中，基因芯片上探针分子的浓度要远远高于靶分子浓度，这对于获得正确可信的实验结果十分重要。当基因芯片上的探针约10倍于靶分子浓度时，杂交反应为一级动力学方式，此时的杂交速率主要决定于探针浓度，探针浓度每提高一倍，信号将增强一倍。．在杂交体系中，一价阳离子(如Na+)的存在可以提高异源杂交双链生成的速度，其原理是Na+可以屏蔽带负电荷的磷酸根骨架，通常在DNA芯片杂交时应用的Na+浓度为1mol／L，倘若杂交温度显著低于异源杂交双链的熔点时，温度对杂交速率有正影响，一般寡聚核苷酸芯片的杂交温度范围为25℃～42℃，而cDNA 芯片的杂交温度范围为55℃～70℃，但在用电离甲酰胺溶液为杂交体系时，则杂交温度为42℃。杂交后的芯片需经严格的洗涤以去除未杂交的核酸片段及杂交缓冲液等，避免引起荧光背景。

1.4.4基因芯片扫描

基因芯片扫描仪采用荧光检测，即利用激光激发掺入检测点中的荧光生色基团，读取荧光报告基团发出光信号，利用光电倍

增管或电荷耦合器件(CCD)将其转化为电信号，然后通过软件将电信号还原成为图形或相关数据，最后通过分析所得数据给出检测报告。目前商业化的基因芯片扫描仪主要有激光共聚焦芯片扫描仪和CCD芯片扫描仪两大类，其中前者使用最为普遍。激光共聚焦芯片扫描仪采用激光作激发光源，使荧光生色基团产生高强度的发射荧光，用光电倍增管进行检测，灵敏度和分辨率较高，可检测每平方微米零点几个荧光分子。其重复扫描的精度主要受X-Y

移动平台的机械精度和环境条件的影响。扫描仪常采用2种以上不同波长的激光器作为发光源，最多达4种，以激发不同荧光染料标记的靶分子。常用的激光器波长范围可从488 am至近红外光区。扫描得到的图像是黑白的。多种荧光标记的芯片，可分别在不同波长的激光下重复扫描进行，也可在多个激发波长下，同时扫描即可得到多个波长的数据。

1.4.5基因芯片数据分析

基因芯片分析主要包括数据采集、处理、分析和报告等环节。芯片扫描仪对生物芯片扫描后，得到代表荧光强度的电信号，通过伪彩处理形成数字图像文件，因此必须经过图像处理提取各样品点的数据，才能进行统计分析，此过程借助专业图像分析软件完成。图像的提取过程包括：图像的平滑过滤、图像背景的确定、样片斑点的识别、数据的提取、存贮与显示等。得到的图像信息以数据库方式存储，需要建立管理系统，保存下列信息：芯片各点的基因名称、基因的碱基序列或功能的主要描述、GenBank存取

码，图像克隆标记、代谢途径标记、内部克隆标记，芯片各点的荧光图像、背景值、光密度值等；还应有芯片的制备、实验环境条件、样品的类型和制备方法、实验目的和操作者姓名等信息。

在对芯片数据进行统计分析前，需要进行标准化处理，消除系统误差。对于双色荧光数据，需要进行比值分析，以确定差异信息。

目前常用的统计分析方法是聚类分析，它直接比较样本中各指标之间的性质，将性质相近的归为一类，性质差别较大的归在另一类。可帮助研究人员发现新的基因、新的DNA序列、基因的突变位点等。聚类分析根据聚类指标或计算机办法的不同又可分为许多种方法。其中层次聚类分析适合高度组织化的基因表达数据。根据视图分析和统计分析的结果，结合生物学知识可以对实验结果做出相关判断，得到样品的生物学信息。

2.基因芯片的应用领域

基因芯片技术具有微型化、集约化和标准化的特点, 在分子生物学研究、医学临床检验、生物制药和环境医学领域得到了广泛的应用。

2. 1 科研领域

1998 年底美国科学促进会将基因芯片技术列为1998 年度自然科学

领域十大进展之一, 足见其在科学史上的意义。它能够快速、准确地分析数以千计基因组信息, 在科研各个领域具有广泛的应用前景,

主要表现在基因表达检测、突变检测、基因组多态性分析和基因文库作图以及杂交测序等方面。传统的实验方法研究细胞中的上千个基因的改变必须首先提取细胞中足量的核酸, 然后标记每一种探针, 再

分别进行分子杂交检测。而采用基因芯片检测基因表达的改变能够节省大量的人力、物力和财力。有研究曾利用基因芯片同时检测了酵母菌中6000 个基因的功能, 而斯坦福大学Patrick Brown 等人则成功

地检测了人成纤维细胞中8600 个基因的表达改变。基因芯片可用于

基因测序, 在人类基因组计划中, 基因芯片技术的应用代替了传统

的自动测序, 同现有的手工测序和自动测序相比, 基因芯片测序能

节省大量的试剂和仪器损耗。在基因表达检测的研究中人们已比较成功地对多种生物包括拟南芥、酵母及人的基因组表达情况进行了研究。实践证明基因芯片技术也可用于核酸突变的检测及基因组多态

性的分析, 与常规测序结果一致性达到98%等的突变检测, 在人类基

因组单核苷酸多态性的鉴定、作图和分型、人线粒体基因组多态性的研究等领域也得到了较好的应用。将生物传感器与芯片技术相结合, 通过改变探针阵列区域的电场强度已经证明可以检测到基因的单碱

基突变。杂交测序是基因芯片技术的另一重要应用。该测序技术理论上不失为一种高效可行的测序方法, 但需通过大量重叠序列探针与

目的分子的杂交方可推导出目的核酸分子的序列, 所以需要制作大

量的探针, 基因芯片技术可以比较容易地合成并固定大量核酸分子, 所以它的问世无疑为杂交测序提供了实践的可能性。

2. 2 生物制药领域

各大药厂和生物技术公司已经开始使用基因芯片进行新药的研发和

筛选。应用基因芯片进行基因测序、基因表达检测和新的遗传标志如单核苷酸多态性定位等, 对寻找新的功能基因、寻找新的药物作用靶

点和开发新的基因药物具有重要意义。采用基因芯片可以检测不同物种、不同组织、不同病种、不同处理条件下的基因表达改变, 从而指导开发具有不同用途的诊断试剂盒。新药在实验阶段必须通过人体安全性实验, 就必须观察药物对人类基因表达的影响, 由于无法了解

药物对哪一种基因发挥作用,因此必须对已知所有或一定范围内的基因表达都进行检测, 采用基因芯片可以迅速而准确地达到这一目的。美国Tularick公司曾开发出一种用于新药, 能够显著地降低血中的

低密度脂蛋白含量,而科研人员采用Syntini公司的基因芯片研究这

种新药对人体细胞基因表达的影响时, 发现它能显著地改变细胞的

基因表达图谱, 产生毒性反应, 从而终止了这种药物的研发。

2. 3 医学诊断

2. 3. 1 在优生方面, 目前知道有600 多种遗传疾病与基因有关。妇女在妊娠早期用DNA 芯片做基因诊断, 可以避免许多遗传疾病的发生。

2.3.2基因芯片在医学领域的应用

2.3.2.1基因表达及调控研究人类的某些疾病及其后遗

症相关基因可因内外环境异常而出现异常表达, 因

此可利用基因芯片技术对这些异常表达基因进行检

测, 找到其与疾病的相互关系, 研究疾病发生的基

因调控机制, 可从根本上预防和治疗疾病。其次, 人

类成长的不同阶段, 基因表达也有很大差异, 利用

基因芯片可找出这些差异表达基因, 研究不同时段

及情况下的基因调控机制。最后, 在一些多基因与环境因素共同作用的疾病筛查中, 如糖尿病、冠心病、高血压等, 基因芯片技术作为较理想的了解基因相互作用关系的技术之一, 也将扮演重要角色。最近, 我国学者证明基因芯片可对HLA DR52组快速分型, 该技术的应用有望提高组织器官移植的成功率。毒理学研究基因芯片技术可提供多个基因表达的信息, 为研究毒物在分子、细胞、组织及生物个体水平的作用机制提供线索, 所以在毒理学研究中得到了越来越多的应用。在毒理学研究中, 基因芯片最初应用于镍、镉、铬、铅等中毒导致的基因改变的研究:Sa lnikow K的研究表明镍可通过激活H IF - 1 转录因子产生致癌作用; Andrew 等用有1200 个基因的尼龙膜芯片研究人支气管上皮细胞急性暴露于低剂量镉、铬、砷、镍、丝裂霉素所引起的基因改变, 阐明了这些物质对机体产生毒性的机制。有研究证实, 杀虫剂可导致酵母细胞中与碳水化合物和能量代谢有关基因的异常表达, 产生中毒症状; 同时, 根据基因芯片的结果, 挑选出了有可能成为生物标记物的4个基因序列,为杀虫剂中毒诊断和治疗方面的研究打下了良好的基础。A straZeneca毒理实验室将600多个与中毒有关的标记基因制成基因芯片, 用来研究

毒物引起肝脏损伤和内分泌紊乱的机制。A

ffymetrix公司研制了用于研究肝脏细胞中与化学毒

物作用机制的U34 大鼠中毒基因相关芯片, 并建立

了相关的数据库。最近, 基因芯片较多的用于药物毒

性的研究: 日本京都大学用包含2688个基因的cDNA

芯片研究可卡因在脑细胞中的毒性机制; 国内外的

许多代理机构已经要求新近研发的医药产品或化学

制品提供毒理学或安全性方面的基因芯片数据, 这

将使芯片的应用迅速普及。

2.3.3遗传性疾病诊断随着越来越多的遗传病发病机制被明

确, 如何采用快速、简便、可靠的方法对这些遗传病进行诊断和预防已成为迫切需要解决的问题。基因芯片技术就是解决这一问题的较好选择。目前,基因芯片已应用于血友病、杜氏肌营养不良症、B- 地中海贫血、异常血红蛋白病、苯丙酮尿症等遗传性疾病的检测。

2.3.4肿瘤的诊断与治疗目前基因芯片技术已应用于肿瘤相

关基因的快速检测。人类的恶性肿瘤中,60%左右与P53 抑癌基因的突变有关。Lopez- Crapez等人运用PNA 基因芯片检测肿瘤细胞中K - ras基因的突变, 使癌症的早期准确、快速诊断成为可能;W en等人同时运用芯片检测技术和传统的DNA 序列分析方法分别对108例卵巢癌患者P53

基因的突变情况进行检测并对检测结果进行比较和确认,

结果表明芯片检测法准确率达94% , 敏感性达92%, 特异性达100% , 而传统的DNA 序列分析方法准确率为87%,

敏感性为82% , 特异性为100%。从而证明基因芯片技术具有较高的可靠性。由于基因芯片可对某一细胞的基因表达情况进行__全面了解, 该技术还可进一步应用于肿瘤的

诊断及治疗, 利用该技术可对白血病、淋巴瘤、皮肤黑色素瘤、及乳腺癌等多种癌症的细胞亚群进行区分, 对治疗方案进行评估, 对癌症的发生、发展和转归进行预测。

Go-lub领导的研究小组利用基因芯片找出了急性粒细胞

白血病和急性淋巴细胞白血病的基因进行检测后发现了

50个差异表达基因, 并利用该方法对患有急性粒细胞白

血病和急性淋巴细胞白血病的患者群体成功地进行了诊

断区分。

2.3.5致病微生物的检测基因芯片在研究病毒基因的表达产

物、病毒复制、致病性及抗药性机制、理化性质及相互作用和构建病毒并分析表型方面得到广泛应用; 基因芯片

在致病细菌、致病寄生虫引起的疾病检测方面的研究也已广泛展开。L ivache等利用基因芯片进行HCV 基因分型, 对疾病的早期诊断、分型诊断有重要意义; Lpshutz等人证明基因芯片可用来筛查H IV 病毒的蛋白酶基因和反转录酶基因的多态性, 为艾滋病病毒耐药性的判断提供了

可靠依据; Simmen等人应用DNA 芯片对人巨细胞病毒感

染宿主细胞引起的基因表达改变进行分析, 根据结果推

测其中一些mRNA 编码的基因产物在病毒致病中起关键作

用; 国内一些实验室也利用该技术在性传播疾病、各型肝

炎的诊断方面取得了重大进展。

在疾病诊断方面, 由于大部分疾病与基因有关, 而且往往与多

基因有关, 因而利用DNA 芯片可以寻找基因与疾病的相关性, 从而

研制出相应的药物和提出新的治疗方法。DNA 芯片的高密度信息量和并行处理器的优点不仅使多基因分析成为可能, 而且保证了诊断的

高效、廉价、快速和简便。

2. 3. 3 应用于器官移植、组织移植、细胞移植方面的基因配型, 如HLA分型。

2. 3. 4 基因芯片可应用于病原体诊断, 如细菌和病毒鉴定、耐药基因的鉴定等。

2. 3. 5 在环境对人体的影响方面,已知花粉过敏等人体对环境的反

应都与基因有关。若对与环境污染相关的200多个基因进行全面监测, 将对生态环境控制及人类健康有重要意义。

2. 3. 6 在法医学方面, DNA 芯片比早先的DNA 指纹鉴定更进一步, 它不仅可做基因鉴定, 而且可以通过DNA 中包含的生命信息描绘生

命体的脸型长相外貌特征。这种检验常用于灾难事故后鉴定尸体身份以及鉴定父母和子女之间的血缘关系。目前基因芯片在国内外已形成研究与开发的热潮, 基因芯片的概念已扩展到生物芯片( biochip) 、微阵列(Microarray)、DNA 芯片( DNA chip) , 甚至蛋白芯片。利用

基因芯片可以快速高效地获取详尽的生命信息, 这一特征将使DNA 芯片技术成为今后科学探索和医学诊断等诸多方面的革命性的新方法、新工具。正如电子管电路向晶体管电路和集成电路发展是所经历的那样, 核酸杂交技术的集成化也已经和正在使分子

基因芯片技术存在问题

近年来，基因芯片技术取得了飞速的发展和进步，但仍存

在问题，主要表现在设备和技术两个方面。设备上，芯片制作

需要昂贵的仪器设备。在技术上，首先是探针制备、原位合成

技术复杂，并且受到专利保护，在合成的过程中可能出错，降低

特异性和信价比；合成后交联技术比较简单，但是需要收集大

量的探针，需要使用PCR技术，且芯片的集成度不高；杂交是

在固相上进行的，空间因素会对杂交产生不利影响；一张芯片

上固定多种探针，杂交的最适条件难以确定；复杂的探针自身

会形成二、三级结构，影响与靶序列杂交产生假阴性信号。靶

序列的标记和信号的放大需要使用PCR技术，但是PCR技术

本身存在诸多问题。另外，基因芯片技术

1.1问题与展望

基因芯片技术发展迅速, 在医学基础研究及临床应用领域取

得了一些成果, 但尚未得到广泛应用, 主要是由于该技术本

身还不够成熟, 样品处理和标记程序复杂、灵敏度较低、重

复性差等问题仍有待解决; 另外该技术费用较高, 需要昂贵

的点样器、扫描仪等设备,也使其应用受到限制。尽管基因芯

片的应用和研究面临诸多困难, 但我们也应看到, 基因芯片的商品化已初具规模, 其应用领域也在不断拓展, 相信随着生命科学、现代制造工业、计算机技术、信息学等的不断发展, 基因芯片技术也将进一步成熟, 在越来越多的领域中得到应用。

中国制造业企业跨国经营现状分析

中国制造业企业跨国经营现状分析摘要：本文从中国制造业企业跨国经营的总体规模、主体特征、产业结构、区域分布等角度分析了近年来，尤其是中国加入世贸组织以来，中国制造业企业跨国经营的现状。 abstract： from the perspective of overall scale， the main characteristics， industrial structure， regional distribution， etc. of china’s manufacturing enterprises transnational operation， this article analyzed the status quo of china’s manufacturing enterprises transnational operation in recent years， especially since china’s accession to the wto. 关键词：制造业；跨国经营；现状 key words： manufacture；transnational operation；status quo 中图分类号：f114.4 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）22-0198-02 1 跨国经营总体规模 2006年末我国对外企业投资非金融类累计存量为750亿美元，是2002年末的3.3倍，占世界fdi存量的0.85%，排第13位。2012年实现非金融类直接投资772.2亿美元，同比增长28.8%，其中，对俄罗斯投资实现高速增长，达117.8%，对美国、日本、东盟、中国香港的投资均实现两位数的较快增长。目前已有5000多家国内

生物芯片研究进展分子生物学论文

生物芯片研究进展摘要生物芯片是切采用生物技术制备或应用于生物技术的微处理器是便携式生物化学分析器的核心技术。通过对微加工获得的微米结构作生物化学处理能使成千上万个与生命相关的信息集成在一块厘米见方的芯片上。生物芯片发展的最终目标是将从样品制备、化学反应到检测的整个生化分析过程集成化以获得所谓的微型全分析系统或称缩微芯片实验室。生物芯片技术的出现将会给生命科学、医学、化学、新药开发、生物武器战争、司法鉴定、食品和环境卫生监督等领域带来一场革命。本文主要阐述了生物芯片技术种类和应用方面的近期研究进展。关键词生物芯片，疾病诊断，研究运用，基因表达基因芯片的种类基因芯片产生的基础则是分子生物学、微电子技术、高分子化学合成技术、激光技术和计算机科学的发展及其有机结合。根据基因芯片制造过程中主要技术的区别，下面主要介绍四类基因芯片。一、光引导原位合成技术生产寡聚核苷酸微阵列开发并掌握这一技术的是Affymetrix公司，Affymetrix采用了照相平板印刷技术技术结合光引导原位寡聚核苷酸合成技术制作DNA芯片，生产过程同电子芯片的生产过程十分相似。采用这种技术生产的基因芯片可以达到1×106/cm2的微探针排列密度，能够在一片1厘米多见方的片基上排列几百万个寡聚核苷酸探针。原位合成法主要为光引导聚合技术（Light-directed synthesis），它不仅可用于寡聚核苷酸的合成，也可用于合成寡肽分子。光引导聚合技术是照相平板印刷技术（photolithography）与传统的核酸、多肽固相合成技术相结合的产物。半导体技术中曾使用照相平板技术法在半导体硅片上制作微型电子线路。固相合成技术是当前多肽、核酸人工合成中普遍使用的方法，技术成熟且已实现自动化。二者的结合为合成高密度核酸探针及短肽列阵提供了一条快捷的途径。 Affymetrix公司已有诊断用基因芯片成品上市，根据用途可以分为三大类，分别为基因表达芯片、基因多态性分析芯片和疾病诊断芯片，基因表达分析芯片和基因多态性分析芯片主要用于研究机构和生物制药公司，可以用来寻找新基因、基因测序、疾病基因研究、基因制药研究、新药筛选等许多领域，Affymetrix公司主要生产通用寡聚核苷酸芯片；疾病诊断芯片则主要用于医学临床诊断，包括各种遗传病和肿瘤等，目前Affymetrix公司生产

中国制造业的现状分析

中国制造业的现状 1、总体看来，目前中国制造业发展异常迅速，产业基础越做越大，但总体科技含量不高，军工我不知道，就民用而言。凑合在中低端。 2、生产设备方面。机器的制造称为制造的制造，目前虽然很多设备可以国产了，但比其品质，稳定性，扩展性上看和国外相比，还有差距。像我现在搞的精密模具，要用的加工中心就是纯进口。 3、从业人员，奋斗在制造业第一线的人文化素质不高，缺少技术工人。 4、自主产品有限，很多厂就是外国世界工厂上的一点，依赖性强。据我在工厂接触的几个外国技术人员来看，世界上制造业发展的趋势应该是标准化数字制造，即生产实现数字化控制，人只要把需要设计出东西输入电脑后，即可实现全自动生产。但这样的生产建立的前提是精加工。所以很多外国企业把初级加工转嫁给第三世界国家，自己做精加工，然后出自主产品，赚取高额利润。

中国装备制造如何走出国门推动国际产能与装备制造的合作，让更多中国企业在全球基础设施建设中发挥作用，可以为全球经济质量提升作出中国应有的贡献，也能够为中国化解过剩产能提供一个重要出口，为中国经济转型、提质增效创造有利条件。国务院公布关于推进国际产能和装备制造合作的指导意见，提出包括加快铁路“走出去”步伐、大力开发和实施境外电力项目、加快自主品牌汽车走向国际市场等主要任务。这份文件对于推进我国国际产能和装备制造合作，实现我国经济提质增效升级，具有十分重要的指导作用。改革开放以来，我国的装备制造业处于快速发展之中，产业规模、技术水平和国际竞争力大幅提升。与此同时，在遭遇全球金融危机侵袭后的最近几年来，全球产业结构出现加速调整趋势，基础设施建设出现一轮新的高潮，特别是在发展中国家，在大力推进工业化、城镇化过程中，对于基础设施建设尤为重视。国际市场出现的这种变化，为我国装备制造业走出国门，在全球市场上占据制高点提供了有利的契机。在评估国际产能与装备制造合作的前景时，一个不可忽视的重要因素是，我国提出的“一带一路”发展战略和组建亚投行的倡议，受到了相关国家的广泛认同。国家领导人频频出访亚洲、非洲、拉丁美洲等发展中国家集中的地区，不仅使我国对外开放提高到了一个新台阶，也为中国与相关国家创造了产能与装备制造合作的良机。目前，无论是“一带一路”相关国家还是亚非拉地区，基础设施建设都较为薄弱，中国企业如果能够在这方面的合作中占领先机，对于这些地区的经济基础提升将起到重大推动作用，使“一带一路”和其他一些合作构想出现突破性进展。因此，开展国际产能和装备制造合作，对于我国具备广阔的市场前景。

基因芯片技术基础知识(概念、制备、杂交、应用及发展方向)

生物科学正迅速地演变为一门信息科学。最明显的一个例子就是目前正在进行的HGP （human genome project），最终要搞清人类全部基因组的30亿左右碱基对的序列。除了人的遗传信息以外，还有其它生物尤其是模式生物（model organism）已经或正在被大规模测序，如大肠杆菌、啤酒酵母、秀丽隐杆线虫以及中国和日本科学家攻关的水稻基因组计划。但单纯知晓生物基因组序列一级结构还远远不够，还必须了解其中基因是怎样组织起来的，每个基因的功能是什么，又是怎样随发育调控和微环境因素的影响而在特定的时空域中展开其表达谱的，即我们正由结构基因组时代迈入功能基因组时代。随着这个功能基因组学问题的提出（后基因组时代，蛋白组学）[1]，涌现出许多功能强大的研究方法和研究工具，最突出的就是细胞蛋白质二维凝胶电泳（2-D-gel）（及相应的质谱法测蛋白分子量）和生物芯片（Biochip）技术[2]。一．什么是基因芯片生物芯片，简单地说就是在一块指甲大小（1cm3）的有多聚赖氨酸包被的硅片上或其它固相支持物（如玻璃片、硅片、聚丙烯膜、硝酸纤维素膜、尼龙膜等，但需经特殊处理。作原位合成的支持物在聚合反应前要先使其表面衍生出羟基或氨基（视所要固定的分子为核酸或寡肽而定）并与保护基建立共价连接；作点样用的支持物为使其表面带上正电荷以吸附带负电荷的探针分子，通常需包被以氨基硅烷或多聚赖氨酸等）将生物分子探针（寡核苷酸片段或基因片段）以大规模阵列的形式排布，形成可与目的分子（如基因）相互作用，交行反应的固相表面，在激光的顺序激发下标记荧光根据实际反应情况分别呈现不同的荧光发射谱征，CCD相机或激光共聚焦显微镜根据其波长及波幅特征收集信号，作出比较和检测，从而迅速得出所要的信息。生物芯片包括基因芯片、蛋白质芯片、组织芯片。而基因芯片中，最成功的是DNA芯片，即将无数预先设计好的寡核苷酸或cDNA在芯片上做成点阵，与样品中同源核酸分子杂交[3]的芯片。基因芯片的基本原理同芯片技术中杂交测序（sequencing by hybridization, SBH）。

基因芯片发展史

基因芯片的制备及应用摘要基因芯片技术是90年代中期以来快速发展起来的分子生物学高新技术是各学科交叉综合的崭新科学。其原理是采用光导原位合成或显微印刷等方法将大量DNA探针片段有序地固化予支持物的表面然后与已标记的生物样品中DNA分子杂交再对杂交信号进行检测分析就可得出该样品的遗传信息。基因芯片技术目前国内外都取得了较大的进展该技术可用于DNA测序基因表达及基因组图的研究基因诊断新基因的发现药物筛选给药个性化等等所以为二十一世纪生物医药铺平道路将为整个人类社会带来深刻广泛的变革促进人类早日进入生物信息时代。关键词基因芯片微阵列基因诊断药物筛选一、基因芯片的制备基本过程1 DNA方阵的构建选择硅片、玻璃片、瓷片或聚丙烯膜、尼龙膜等支持物并作相应处理然后采用光导化学合成和照相平板印刷技术可在硅片等表面合成寡核苷酸探针或者通过液相化学合成寡核苷酸链探针或PCR技术扩增基因序列再纯化、定量分析由阵列复制器或阵列机及电脑控制的机器人准确、快速地将不同探针样品定量点样于带正电荷的尼龙膜或硅片等相应位置上再由紫外线交联固定后即得到DNA微阵列或芯片。2 样品DNA或mRNA的准备。从血液或活组织中获取的DNA/mRNA样品在标记成为探针以前必须进行扩增提高阅读灵敏度。Mosaic Technologies公司发展了一种固相PCR系统好于传统PCR 技术他们在靶DNA上设计一对双向引物将其排列在丙烯酰胺薄膜上这种方法无交叉污染且省去液相处理的繁锁Lynx Therapeutics公司提出另一个革新的方法即大规模平行固相克隆这个方法可以对一个样品中数以万计的DNA片段同时进行克隆且不必分离和单独处理每个克隆使样品扩增更为有效快速。在PCR扩增过程中必须同时进行样品标记标记方法有荧光标记法、生物素标记法、同位素标记法等。3 分子杂交样品DNA与探针DNA互补杂交要根据探针的类型和长度以及芯片的应用来选择、优化杂交条件。如用于基因表达监测杂交的严格性较低、低温、时间长、盐浓度高若用于突变检测则杂交条件相反。芯片分子杂交的特点是探针固化样品荧光标记一次可以对大量生物样品进行检测分析杂交过程只要30min。美国Nangon公司采用控制电场的方式使分子杂交速度缩到1min甚至几秒钟。德国癌症研究院的Jorg Hoheisel等认为以肽核酸为探针效果更好。4 杂交图谱的检测和分析用激光激发芯片上的样品发射荧光严格配对的杂交分子其热力学稳定性较高荧光强不完全杂交的双键分子热力学稳定性低荧光信号弱不到前者的1/351/52不杂交的无荧光。不同位点信号被激光共焦显微镜或落射荧光显微镜等检测到由计算机软件处理分析得到有关基因图谱。目前如质谱法、化学发光法、光导纤维法等更灵敏、快速有取代荧光法的趋势。二、基因芯片的应用 1 测序基因芯片利用固定探针与样品进行分子杂交产生的杂交图谱而排列出待测样品的序列这种测定方法快速而具有十分诱人的前景。Mark chee等用含135000个核苷酸探针的阵列测定了全长为16.6kb的人线粒体基因组序列准确率达99。Hacia等用含有48000个寡核苷酸的高密度微阵列分析了黑猩猩和人BRCA1 基因序列差异结果发现在外显子11约3.4kb长度范围内的核酸序列同源性在98.2到83.5之间示了二者在进化上的高度相似。2基因表达水平的检测用基因芯片进行的表达水平检测可自动、快速地检测出成千上万个基因的表达情况。Schena等采用拟南芥基因组内共45个基因的cDNA微阵列其中14个为完全序列31个为EST检测该植物的根、叶组织内这些基因的表达水平用不同颜色的荧光素标记逆转录产物后分别与该微阵列杂交经激光共聚焦显微扫描发现该植物根和叶组织中存在26个基因的表达差异而参与叶绿素合成的CAB1基因在叶组织较根组织表达高500倍。Schena 等用人外周血淋巴细胞的cDNA文库构建一个代表1046个基因的cDNA微阵列来检测体外培养的T细胞对热休克反应后不同基因表达的差异发现有5个基因在处理后存在非常明显的高表达11个基因中度表达增加和6个基因表达明显抑制。该结果还用荧光素交换标记对照和处理组及RNA印迹方法证实。在HGP完成之后用于检测在不同生理、病理条件下的人类所有基因表达变化的基因组芯片为期不远了。 3 基因诊断从正常人的基因组中分离出DNA 与DNA芯片杂交就可以得出标准图谱。从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可

中国制造业发展现状

中国制造业发展现状分析摘要：机械制造业是一个国家的基础行业，是国民经济发展的支柱产业，直接体现了一个国家的生产力水平，是区别发展中国家和发达国家的重要因素。本文通过一些权威数据分析中国制造业目前的发展现状，研究中国制造业落后的深层次原因，在此基础上提出我国制造业今后发展的策略和方向。引言制造业是指对制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、技术、信息和人力等），按照市场要求，通过制造过程，转化为可供人们使用和利用的工业品与生活消费品的行业。作为我国国民经济的支柱产业，制造业是我国经济增长的主导部门和经济转型的基础；作为经济社会发展的重要依托，制造业是我国城镇就业的主要渠道和国际竞争力的集中体现。改革开放以后，中国制造业发展迅速，极大地带动中国的经济，中国经济总量已超越日本，成为世界第二大经济体。然而，我们必须看到制约中国制造业发展的瓶颈，找出问题所在，加以重视，中国的制造业才会有更大的发展空间，而不是继续着“大而不强”。中国制造业的现状 1.中国对外贸易快速发展，在世界贸易总额中的地位不断上升 2001-2010国内生产总值平均增长速度为10.5%，由2000年的99214.6亿元增加到2010年的403260.0亿元，第一产业增长4.2%，第二产业为11.5%，第三产业为11.2%。2010年工业总产值为698591亿元。1990-2003年我国制造业出口年均增长达17.5% ，大大高于世界平均水平。 2.工业制成品在出口商品总额中的比重不断提高，中国正逐步成为世界生产基地由1980年为49.7%，1990年为74.4%，1999年为89.8%，2000年以后接近90%，2003年已上升到92.1%。单位（亿美元） 3.中国制造业在国际市场的竞争力不断上升（1）2003年机电产品进、出口规模均首次突破2000亿美元大关，分别达到2249.9亿美元、2274.6亿美元，占总进口和总出口的比重分别达到54.5%和51.9%，其中出口比重较上年提高了3.7个百分点。2003年，中国高新技术产品的出口也突破了1000亿美元，达到1101.6亿美元，同比增长了62.7%。

生物芯片技术研究进展

生物芯片技术研究进展张智梁摘要：随着DNA测序技术的发展和几种同时监测大量基因表达的新技术出现，人类基因组DNA序列分析可能很快完成，并由此产生了生物信息学，而DNA芯片技术应运而生。生物芯片主要是指通过微电子、微加工技术在芯片表面构建的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、DNA、蛋白质、组织、糖类及其他生物组分进行快速、敏感、高效的处理和分析，是近些年来发展迅速的一项高新技术。生物芯片主要包括基因芯片、蛋白质芯片、组织芯片等。关键词：生物芯片；研究进展；应用生物芯片是指通过微电子、微加工技术在芯片表面构建的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、DNA、蛋白质、组织、糖类及其他生物组分进行快速、敏感、高效的处理和分析，其实质就是在面积不大的基片(玻片、硅片、聚丙烯酰胺凝胶、尼龙膜等载体)表面上有序地点阵排列一系列已知的识别分子，在一定条件下，使之与被测物质(样品)结合或反应，再以一定的方法(同位素法、化学荧光法、化学发光法、酶标法等)进行显示和分析，最后得出被测物质的化学分子结构等信息。因常用玻片／硅片等材料作为固相支持物，且制备过程模拟计算机芯片的制备技术，所以称之为生物芯片技术。这项技术是由美国旧金山以南的的一个新兴生物公司首先发展起来的。S.P.AForder及其同事于90年代初发明了一种利用光刻技术在固相支持物上光导合成多肽的方法，并在此基础上于l993年设计了一种寡核苷酸生物芯片，直至l996年制造出世界上第一块商业化的DNA芯片。在此期间国际上掀起了一片DNA芯片设计的热潮，出现了多种类型的DNA芯片技术。DNA芯片在产生的短短几年时间内技术不断，现已经显现出在基因诊断、基因表达分析和新基因的发现、蛋白组学方面的应用、基因组文库作图等生物医学领域中的应用价值。 l、生物芯片的分类目前常见的生物芯片分为3类：第1类为微阵列芯片，包括基因芯片、蛋白芯片、细胞芯片和组织芯片；第2类为微流控芯片(属于主动式芯片)，包括各类样品制备芯片、聚合酶链反应(PCR)芯片、毛细管电泳芯片和色谱芯片等；第3类为以生物芯片为基础的集成化分析系统(也叫“芯片实验室”，是生物芯片技术的最高境界)。“芯片实验室”可以完成如样品制备、试剂输送、生化反应、结果检测、信息处理和传递等一系列复杂工作。这些微型集成化分析系统携带方便，可用于紧急场合、野外操作甚至放在航天器上。 2、生物芯片的应用 2．1基因测序基因芯片利用固定探针与样品进行分子杂交产生的杂交图谱而排列出待测样品的序列，这种测定方法快速，具有十分诱人的前景。芯片技术能辨别单核苷酸多态性(SNPs)，当基因组序列中的单个核苷酸发生突变，就会引起基因组DNA序列变异。Hacia等用含有48000个寡核苷酸的高密度微阵列分析了黑猩猩和人BRCAl基因序列差异，结果发现在外显子11约3．4kb长度范围内的核酸序列同源性为83．5％～98．2％，提示了二者在进化上的高度相似性。Check 等通过运用DNA微集阵列分析研究与早期心血管疾病相关的候选基冈一丁SP基冈家族，结果发现TSP-1和TSP-4基因错义变异与早期冠状动脉疾病相关，它们在m液凝固和动脉修复中起重要作用，而丁SP一2基冈非编码区的突变却在心脏病的发生过程有一定的保护作用。在卵巢癌发展过程中，基因TP53起到临界

中国制造业的现状与面临的挑战

制造业是国民经济的物质基础和工业化的产业主体，是社会进步与富民强国之本。任何一个大国（我不是说像新加坡这样的城市国家）为了自身的发展和安全，都将装备制造业的发展和升级作为国家战略来对待，高度发达的装备制造业是实现工业化的必备条件，也是一个国家综合竞争力的重要标志。制造业在中国现阶段至少有五个方面的作用：第一是我们国家经济高速增长的发动机；第二是推动国民经济和社会信息化的基础产业；第三是科技创新的重要载体；第四是劳动就业的主要部门；最后也是国家安全的一个基本保证。中国制造业的发展现状。中国制造业在改革开放25年间得到了快速的增长，它的动力来自两个方面，一是强大的国内需求，就是国内的基本建设、基础设施建设的需求，人民生活提高的需求，还有就是国际产业的转移。中国制造业在GDP里面所占的比重一直都是比较高的，因为我们现在正处于工业化的中期，世界制造业的主要国家第一还是美国，第二是日本，中国在2003年超过了德国。可以看出尽管美国的服务业已经超过80%，但是它还是世界上制造业最强的国家。可见制造业特别是装备制造业始终是高于GDP的速度在增长，它已经成为我国最大的产业和国民经济重要的组成部分。我们国家制造业的构成分为三块，一共是17个行业，有5个行业是轻工业、纺织工业和日用品的制造，这大概占制造业的30.24%；第二块也是5个行业，主要是资源加工，包括石油化工、橡胶、非金属、金属冶炼，大概占33%，就是我们整个制造业产值增加值的三分之一；第三是机械、电子类制造业，这稍微多一点，比三分之一多一点大概是35%，所以三块组成大概是这样。轻工业比三分之一略少，资源加工业三分之一，还有机电加工产品比三分之一多。我们可以大致说一下资源加工业生产的产品全部是用在国内，包括像钢铁、有色金属、石油加工的产品，都是用于国内的。轻工业和机械、机电工业的产品大约是一半或者是少于一半是出口的，主要还是满足内需。中国的工业增加值，因为第二产业还有建筑，讲工业占GDP的35.75%，工业增加值占全部工业，就是第二产业的78.69%，建筑业只有大概20%，工业上缴的税金占第二产业的90%，从业人员90.7%，这里面我想特别指出一点制造业出口占全国外贸出口的91.2%，接纳外商实际直接投资额约占全部外商投资额的70%。中国制造业的发展也是承接国际产业转移的一个结果。在市场竞争直接成本中，它们的比大约是美国30美元，欧洲24个美元，东欧是3个美元，日本是24个美元，在中国是2个美元，当然印度现在比我们还低一点，是1个美元，包括东南亚国家。以软件工程师来说，在硅谷一个成熟的软件工程师工资大概是20至30万美元，这里包括付税，不是全部给他工资；在爱尔兰是8至9万美元，在印度是4至5万美元，在中国是2至3万美元，所以无论是体力劳动者还是脑力劳动者在中国的成本都比较低。我举一个例子，像直升机，这是美国商用直升机最成熟的，在美国只生产顶部直升机的螺旋桨和尾部的螺旋桨，顶盖部分在西班牙生产，尾部也是在西班牙生产，中间的机身部分是在日本生产，起落架是在巴西生产，机头是在中国台湾生产，机尾是在中国的井冈山直升机厂生产，所以从头到尾都在中国生产，就是一个头一个尾。中国累计批准外商投资企业到2004年11月底是5万多家，合同金额超过1万亿美元，实际利用外资是5590亿美元。跨国公司的研发机构在中国发展也非常迅速，到2004年6月，在中国设立研发机构的跨国公司超过600家，累计投入研发金额是40亿美元，我们在这上面可以看到东芝、IBM、HP、英特尔、GE、诺基亚、松下、爱立信公司。跨国公司在中国的研发机构发展非常迅速，其中有计算机、电子、医疗、运输，还包括汽车。我曾经访问GE在浦东的研发机构，它用了900多个中国的博士和工程师，我说是否针对中国生产研发，它说是针对GE全世界，所以正在从面向中国转向全球。外国在华研发R&D投资分布主要还是集中在北京，接近60%，因为北京具有我们中国教育科研人才的优势，其次是在上海和深圳，在其他地区包括中国的成都、南京、武汉也都有一些研发的机构。当然，讲到中国的制造业，我们必须看中国制造业和国际先进水平的差距。第一是劳动生产率比较低，我们现在一年不到4万美元，只有美国的4.38%，日本的4%，德国的5%多一点，我们人用得比较多。中国的制造业能源消耗大，污染比较严重，制造业的能耗占全国一次能耗的63%，单位产品的能耗高出国际水平20%至30%，全国CO2的排放量67.2%是锅炉排放；第二是产品以低端为主，附加价值不高。增加值率仅为26.23%，比美国、日本及德国分别低22%、22%和11%，出口主要是劳动密集型和技术含量低的产品。当然事情是两方面的，这既是一个缺点有的时候也是优点，因为中国需要解决就业问题，如果都搞自动化工厂每年新增就业就有问题。产

基因芯片技术的应用和发展趋势

基因芯片技术的应用和发展趋势随着基因芯片技术的日渐成熟, 在功能基因组、疾病基因组、系统生物学等领域中得到了广泛的应用, 已经发表了上万篇研究论文, 每年发表的论文呈现增长的趋势. 芯片制备技术极大地推进了生物芯片的发展, 从实验室手工或机械点制芯片到工业化原位合成制备, 从几百个点的芯片到几百万点的高密度芯片, 生物芯片从一项科学成为一项技术, 被越来越多的研究者广泛运用. 各个实验室不断产生海量的杂交数据, 相同领域的研究者需要比较不同实验平台产生的数据, 作为基于分子杂交原理的高通量技术, 芯片实验的标准化、可信度、重现性和芯片结果是否能作为定量数据等问题成为所有的芯片使用者关心的课题. 迈阿密原则和微阵列质量控制系列研究回答了这两个问题. 迈阿密原则(Minimum Information About a Micro- array Experiment, MIAME, 微阵列实验最小信息量)提出了生物芯片标准化的概念, 该原则的制定使世界各地实验室的芯片实验数据可以为所有的研究者共享. 同时, 美国国家生物信息学中心(NCBI)和位于英国的欧洲生物信息学研究所(EBI)也建立了GEO ( https://www.wendangku.net/doc/466034046.html,/geo/)和ArryExpress (http:// ;https://www.wendangku.net/doc/466034046.html,/arrayexpress/)公共数据库, 接受和储存全球研究者根据迈阿密原则提交的生物芯片数据, 对某项研究感兴趣的研究人员可以下载到相关课题的芯片原始数据进行分析. 2006年美国FDA联合多个独立实验室进行了MAQC系列实验(micro array quality control, MAQC), 旨在研究目前所使用的芯片平台的质量控制. 该研究的12篇系列文章发表在2006年9月份的Nature Biotechnology 上, 用严格的实验分析了目前主流芯片平台数据质量, 芯片数据和定量PCR结果之间的相关性, 芯片数据均一化方法, 不同芯片平台之间的可重现性. 证明了不同芯片平台产生的数据具有可比性和可重现性, 各种芯片平台之间的系统误差远远小于人为操作和生物学样品之间本身的差异, 肯定了芯片数据的可信性, 打消了以往对芯片数据的种种猜疑, 明确了基于杂交原理的芯片同样可以作为一种定量的手段. 推动了生物芯片技术在分子生物学领域更广泛的应用. 生物信息学和统计学是在处理基因芯片产生的海量数据中必不可少的工具. 随着芯片应用的推进, 芯片数据分析的新理论和新算法不断地被开发出来, 这些方法帮助生物学家从海量的数据里面快速筛选出差异表达的基因. 一次芯片实验获得的是成千上万个基因的表达信息, 任何一种单一的分析方法都很难将所有蕴含在数据中的生物学信息全部提取出来, 从近年来生物信息学研究的趋势来看, 目前研究的重点开始转向芯片数据储存、管理、共享和深度信息挖掘, 旨在从芯片数据中获得更多的生物学解释, 而不再停留在单纯的差异表达基因筛选上。目前基因芯片的制备向两个主要方向发展. 第一, 高密度化, 具体表现为芯片密度的增加, 目前原位合成的芯片密度已经达到了每平方厘米上千万个探针. 一张芯片上足以分析一个物种的基因组信息. 第二, 微量化, 芯片检测样品的微量化, 目前芯片检测下限已经能达到纳克级总RNA水平, 这为干细胞研究中特别是IPS干细胞对单个细胞的表达谱研究提供了可能. 另一方面, 微量化也体现芯片矩阵面积的微量化, 即在同一个芯片载体上平行的进行多个矩阵的杂交, 大大减少系统和批次可能带来的差异, 同时削减实验费用. 微阵列技术改变了生物学研究的方法, 使得微量样品快速高通量的分析成为可能, 从单个基因的研究迅速扩展到全基因组的系统生物学研究. 微阵列技术帮助生物学研究进入后基因组时代, 研究成果层出不穷。 2001年国家人类基因组南方研究中心韩泽广博士研究小组利用cDNA芯片对肝癌和正常组织中的12393个基因和EST序列进行了表达谱筛查, 其中发现了2253个基因和EST在肝癌中发生了差异表达, 并对这些差异基因的信号通路进行了分析, 发现WNT信号通路在肝癌的发生中出现了表达异常. 2002年中国科学院神经科学研究所张旭博士研究组利用表达谱芯片对大鼠外周神经损伤模型背根神经节的基因表达进行了研

基因芯片技术及其应用简介(精)

基因芯片技术及其应用简介生物科学学院杨汝琪摘要:随着基因芯片技术的发展,基因芯片越来越多的被人们利用,它可应用于生活中的方方面面,如:它可以应用于医学、环境科学、微生物学和农业等多个方面,基因技术的发展将有利于社会进一步的发展。关键词:基因芯片;技术;应用基因(gene是载有生物体遗传信息的基本单位,存在于细胞的染色体(chromosome上。将大量的基因片段有序地、高密度地排列在玻璃片或纤维膜等载体上,称之为基因芯片(又称DNA 芯片、生物芯片。在一块1 平方厘米大小的基因芯片上,根据需要可固定数以千计甚至万计的基因片段,以此形成一个密集的基因方阵,实现对千万个基因的同步检测。基因芯片技术是近年来兴起的生物高新技术,把数以万计的基因片段以显微点阵的方式排列在固体介质表面,可以实现基因检测的快速、高通量、敏感和高效率检测,将可能为临床疾病诊断和健康监测等领域,带来全新的技术并开拓广阔的市场。 1 基因芯片技术原理及其分类 1.1基因芯片的原理: 基因芯片属于生物芯片的一种"其工作原理是:经过标记的待测样本通过与芯片上特定位置的探针杂交,可根据碱基互补配对的原则确定靶序列[1],经激光共聚集显微镜扫描,以计算机系统对荧光信号进行比较和检测,并迅速得出所需的信息"基因芯片技术比常规方法效率高几十到几千倍,可在一次试验中间平行分析成千上万个基因,是一种进行序列分析及基因表达信息分析的强有力工具。 1.2基因芯片分类: 1.2.1根据其制造方法可分原位合成法和合成后点样法;

1.2.2根据所用载体材料不同分为玻璃芯片!硅芯片等; 1.2.3根据载体上所固定的种类可分为和寡核苷酸芯片两种; 1.2.4根据其用途可分测序芯片!表达谱芯片!诊断芯片等 2 基因芯片技术常规流程 2.1 芯片设计根据需要解决的问题设计拟采用的芯片,包括探针种类、点阵数目、片基种类等。 2.2 芯片制备将DNA, cDNA或寡核昔酸探针固定在片基上的过程。从本质上可分为两大类fz} ,一类是在片基上直接原位合成,有光蚀刻法、压电印刷法和分子印章多次压印法三种;另一类是将预先合成的探针固定于片基表面即合成点样法。 2.3 样品制备常规方法提取样品总RNA,质检控制。再逆转录为。DNAo 2.4 样品标记在逆转录过程中标记荧光素等。 2.5 芯片杂交标记的cDNA溶于杂交液中,与芯片杂交。 2.6 芯片扫描一用激光扫描仪扫描芯片。 2.7 图像采集和数据分析专用软件分析芯片图像,然后对数据进行归一化,最后以差异为两倍的标准来确定差异表达基因。 2.8 验证用定量PCR或原位杂交验证芯片结果的可信性。 3基因芯片合成的主要方法目前已有多种方法可以将基因片段(寡核苷酸或短肽固定到固相支持物上。这些方法总体上有两种: 3.1原位合成:

基因芯片技术的研究进展与前景

基因芯片技术的研究进展与前景摘要关键词基因芯片，遗传性疾病，基因组计划，一、基因芯片技术的产生背景基因芯片技术是伴随着人类基因组计划而出现的一项高新生物技术。2001年6月公布了人类基因组测序工作草图；2002年出发飙了较高精确度和经过详细注解的人类基因组研究结果；2004年10月发表了已填补基因组中许多Gap片段的更精确的人类全基因组序列，标志人类基因组计划的完成和新时代的开始。随着人类基因组计划的开展，也同时进行了模式生物基因组测序工作。动物、植物、细菌及病毒基因组等测序工作都已取得重大进展。随着各种基因组计划的实施和完成（有的即将完成），一个庞大的基因数据库已经建成。怎样从海量的基因信息中发掘基因功能。如何研究成千上万基因在生命过程中所担负的角色；如何开发利用各种基因组的研究成果，将基因的序列与功能关联起来，认识基因在表达调控、机体分化等方面的生物学意义；解释人类遗传进化、生长发育、分化衰老等许多生命现象的奥秘；深入了解疾病的物质基础及发生、发展过程；开发基因诊断、治疗和基因工程药物并用来预防诊断和治疗人类几千种遗传性疾病……这些都将成为现代生物学面临的最大挑战。这样的背景促使人们研究和开发新的技术手段来解决后基因组时代面临的一系列关键问题。20世纪90年代初，为适应“后基因组时代”的到来，产生了一项新的技术，即以基因芯片为先导的生物芯片技术。二、基因芯片的概念基因芯片（又称DNA芯片、DNA微阵列）技术是基于核酸互补杂交原理研制的。该技术指将大量（通常每平方厘米点阵密度高于400 ）探针分子固定于支持物上后与有荧光素等发光物质标记的样品DNA或RNA分子进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息，从而对基因表达的量及其特性进行分析。通俗地说，就是通过微加工技术，将数以万计、乃至百万计的特定序列的DNA片段（基因探针），有规律地排列固定于2cm2的硅片、玻片等支持物上，构成的一个二维DNA探针阵列，与计算机的电子芯片十分相似，只是在固相基质上古高度集成的不是半导体管，而是成千上万的网格状密集排列的基因探针，所以被称为基因芯片。三、基因芯片技术的分类 1 根据功能分类：基因表达谱芯片和DNA测序芯片两类。基因表达图谱芯片可以将克隆的成千上万个基因特异的探针或其cDNA片段固定在一块DNA芯片上，对于来源不同的个体、组织、细胞周期、发育阶段、分化阶段、病变、刺激（包括不同诱导、不同治疗手段）下的细胞内mRNA或反转录后产生的cDNA进行检测，从而对这个基因表达的个体特异性、组织特异性、发育阶段特异性、分化阶段特异性、病变特异性、刺激特异性进行综合的分析和判断，迅速将某个或某几个基因与疾病联系起来，极大地加快这些基因功能的确定，同时可进一步研究基因与基因间相互作用的关系，DNA测序芯片则是基于杂交测序发展起来的。其原理是任何线状的单链DNA或RNA序列均可裂解成一系列碱基数固定、错落而重叠的寡核苷酸，如能把原序列所有这些错落重叠的寡核苷酸序列全部检测出来，就可据此重新组建出新序列。 2 根据基因芯片所用基因探针的类型不同，可分为cDNA微阵列和寡核苷酸微阵

我国制造业发展的现状及与发达国家的差距

我国制造业发展的现状及差距班级：------- 学号：--------- 姓名：---------

摘要：制造业是一个提供人类生存与发展所需物质产品的行业,是一切生产和装配制成品企业群体的总称,是工业的主体。自从改革开放以来，我国的制造业得到了飞速的发展。目前，虽然我国制造业发展迅猛，可其制造实力仍排在美国、日本之后，位居第三。本文着重分析了我国制造业的现状、趋势及与发达国家的差距。关键词：制造业、发展现状、发达国家、差距一、引言制造业是一个提供人类生存与发展所需物质产品的行业,是一切生产和装配制成品企业群体的总称,是工业的主体。制造业是一个国家经济发展的基石,也是增强国家竞争力的基础。无论是发达国家还是发展中国家,经济的发展都离不开制造业。制造业从手工作坊、机器生产、机械化生产、流水线生产到自动生产线,再发展到柔性生产,经历了两个世纪的发展历程。我国自改革开放以来，我国制造业发展迅速，现在已经成为世界制造业强国。但是，发达国家的制造业仍然处于领先地位，美日等国领先我国的差距仍然较大，尤其是在劳动生产率较低，产业结构不合理，科技研发能力弱，有些市场还不够完善，教育制度较落后等方面差距仍然非常明显。我国制造业要缩小与发达国家的差距，必须加强人才培养，合理规划发展战略，改善教学体系，抓住经济全球化带来的国际产业分工调整重组的机遇，提升我国制造业的竞争力。二、我国制造业的发展现状自从改革开放以来，我国的制造业得到了飞速的发展。一方面，为了满足国内基础设施建设的需要和人民生活水平的提高的需求，制造业的发展必须紧跟国民经济的步伐。于是大型工业机械、重大民用装备和众多武器装备快速发展起来。通过从国外引进新的技术，再进行消化、吸收、创新等举措。把制造业提高到新的台阶。另一方面，国际产业的转移使得我国装备制造业得到了迅速的发展。目前，虽然我国制造业发展迅猛，可其制造实力仍排在美国、日本之后，位居第三。值得注意的是，尽管美国的服务业已经超过80％，但是它还是世界上制造业最强的国家。可见制造业，特别是装备制造业始终是高于GDP的速度在增长，它已经成为我国最大的产业和国民经济重要的组成部分。我国制造技术经建国以来40余年的发展已形成较完整的技术体系，为国民经济发展所需各类机械产品的制造提供基本的工艺技术，并取得了重要成就。虽然在80年代受到“第三次浪潮”的影响，一度认为制造业进入了夕阳阶段，影响到了制造业的发展。但近几年来国家对制造技术的发展获得了重新认识，政府及有关领导对制造业的发展都给与了高度的关注。国务院委员宋健1995年4月在接见先进制造技术专家时，对于发展先进制造技术给予高度的重视。并指出“先进制造技术是一个国家，一个民族赖以繁荣昌盛的重要手段”、“如果制造技术不发达，这个国家、民族就不可能富裕”。1995年5月《中共中央、国务院关于加速科技进步的决定》中提出：为提高工业增长的质量和效益，要重点开发推广电子信息技术、先进制造技术、节能降耗技术、清洁生产和环保技术等共性技术。1995年9月《中共中央关于制定国民经济和社会发展“九五”计划和2010年远景目标的建议》明确要大力采用先进制造技术。在“九五”计划的实施中，制造技术也有多个项目开始实施，如“精密成型与加工研究开发和应用示范”、“金属材料热成形过程动态模拟及组织性能质量优

基因芯片相关图像技术的简单介绍

本科课程论文基因芯片相关图像技术的简单介绍张大力 201330200125 指导教师邓继忠学院名称生命科学学院专业名称14生物科学2班论文提交日期2017年6月9日

摘要生物芯片是一种高效快速地生物学检测手段，以探针和底物的特异性结合为基本原理。其反应结果常常显示为荧光点阵列，往往具有信息量大，信息密度大的特点，人工难以识别和处理，因此多采用自动化手段进行处理，包括图像技术和计算机技术。本文简单介绍现有的几天芯片图像处理过程中所用到的图像技术。关键词：图像技术、生物芯片、基因芯片。

1 生物芯片简介生物芯片是20世纪90年代出现的一种将分子生物学/基因工程和芯片结合的一项技术，根据性能可分为功能芯片和信息芯片两大类。功能芯片是指在芯片上集成一系列反应所需的试剂和条件，在一块芯片生完成固定的，程序化的，复杂的反应，从而大大减少检测人员的劳动强度，并使检测过程快速方便。信息芯片又可以根据芯片探针和探测目标的不同分为基因芯片、蛋白芯片、细胞芯片、组织芯片等。[1]信息芯片是现在广泛使用的一类芯片，是在芯片基质材料上安装许多，基质可以是玻璃、金属、尼龙或者其他材料。基因芯片又是信息芯片中最常使用的。生物芯片上探针可与样品液体中的目标的特异性结合，结合的产物可以经过处理，在激光的照射下发出特定波长的荧光，如果没有发生结合的探针或者目标不会发出荧光。用特定的光照射反应后的芯片，使其上面发生特异性结合的部位发出荧光，再用技术手段取得此时芯片的图像。通过对芯片图像中荧光的位置，颜色、强弱进行分析可以推测基因芯片上探针发生反应的情况。进而得知样品中待测目标的情况，包括样品中某同可以和探针特异性结合的目标是否存在，含量、浓度是多少等，这些信息可以作为进一步判断的依据。 2 生物芯片图像信息的采集反应后经光源照射发出荧光的芯片包含我们所需要的信息，所谓基因芯片的扫描就是指将含有大量的以微阵列方式排列的生物杂交反应样点的基因芯片以图像的方式读取出来，且在保证样点信息的能够准确描述前提下，扫描图像转变成可供计算机处理的数字图像[2]。基因芯片以外的生物芯片的与基因芯片类似。常见的生物芯片扫描仪有两种分别是：CCD 系统扫描仪和激光共聚焦扫描仪，中CCD 扫描仪的应用较为广泛。[3]

综述基因芯片技术、蛋白芯片技术的原理及应用。

综述基因芯片技术、蛋白芯片技术的原理及应用。 1.1 基因芯片是生物芯片技术中发展最成熟和最先实现商品化的产品。基因芯片是基于核酸探针互补杂交技术原理而研制的。所谓核酸探针只是一段人工合成的碱基序列，在探针上连接上一些可检测的物质，根据碱基互补的原理，利用基因探针到基因混合物中识别特定基因。基因芯片，又称DNA芯片，DNA微阵列（DNAmicroar ray），和我们日常所说的计算机芯片非常相似，只不过高度集成的不是半导体管，而是成千上万的网格状密集排列的基因探针，通过已知碱基顺序的DNA片段，来结合碱基互补序列的单链DNA，从而确定相应的序列，通过这种方式来识别异常基因或其产物等。目前，比较成熟的产品有检测基因突变的基因芯片和检测细胞基因表达水平的基因表达谱芯片。基因芯片技术主要包括四个基本技术环节：芯片微阵列制备、样品制备、生物分子反应和信号的检测及分析。目前制备芯片主要采用表面化学的方法或组合化学的方法来处理固相基质如玻璃片或硅片，然后使DNA片段或蛋白质分子按特定顺序排列在片基上。目前已有将近40万种不同的DNA分子放在1平方厘米的高密度基因芯片，并且正在制备包含上百万个DNA探针的人类基因芯片。生物样品的制备和处理是基因芯片技术的第二个重要环节。生物样品往往是非常复杂的生物分子混合体，除少数特殊样品外，一般不能直接与芯片进行反应。要将样品进行特定的生物处理，获取其中的蛋白质或DNA、RNA等信息分子并加以标记，以提高检测的灵敏度。第三步是生物分子与芯片进行反应。芯片上的生物分子之间的反应是芯片检测的关键一步。通过选择合适的反应条件使生物分子间反应处于最佳状况中，减少生物分子之间的错配比率，从而获取最能反映生物本质的信号。基因芯片技术的最后一步就是芯片信号检测和分析。目前最常用的芯片信号检测方法是将芯片置入芯片扫描仪中，通过采集各反应点的荧光强弱和荧光位置，经相关软件分析图像，即可以获得有关生物信息。自从1992年Affymetrix公司首次合成第一块基因芯片诞生以来，在之后的十几年里该技术以其高通量、平行性、多样化、微型化、自动化的显著特点被广泛应用到了各个领域，展现出了巨大的发展前景。 1）在医学上的应用：

基因芯片技术的应用现状及展望

基因芯片技术的应用现状及展望 1基因芯片 1.1基本概念和原理又称DNA 微阵列、DNA 芯片, 通过微加工技术和微电子技术在固体芯片表面构建成的微型生物化学分析系统,能够通过检测基因的丰度来确定基因的表达模式和表达水平。由于常用硅芯片或玻片作为固相支持物, 并且在制备过程中运用了计算机芯片的制备技术, 所以称为基因芯片技术。基因芯片的工作原理与核酸分子杂交的方法是一致的, 都是运用已知核酸序列作为探针与互补的靶核苷酸序列进行杂交, 然后通过信号检测进行定性和定量分析。与传统的核酸杂交不同的是基因芯片是在一微小的片基如硅片、玻片和塑料片等表面上集成了大量的核酸分子识别探针, 能够在同一时间内平行分析大量的基因, 进行大量信息的筛选与检测, 实现对生物样品快速、并行、高效地进行检测或医学诊断。 1.2研究背景 80 年代初, 科学家提出了固相核酸杂交的设想, Bains等首先对固相杂交DNA 测序进行了有益的探索; 其后, 俄罗斯、美国及英国的科学家分别报道了用杂交测定核酸序列的方法。1991 年, Affymetrix公司Fodor 等建立了原位光刻合成技术, 为寡核苷酸在片原位合成制作高密度基因芯片奠定了基础, 标志着核酸检测技术已发展到了一个新的阶段。1994年, 俄美科学家共同研制了用于B- 地中海贫血基因突变筛查的基因芯片, 测序的速度提高