DNA微陣列

DNA微陣列（DNA microarray）又稱DNA陣列或DNA晶片，比較通俗的名字是基因晶片（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。它是基因組學和遺傳學研究的工具。研究人員套用基因晶片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

基本介紹

• 中文名：DNA微陣列
• 外文名：DNA microarray
• 特色：DNA陣列或DNA晶片
• 類型：臨床診斷用晶片

簡介

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）之生物晶片，尚處於試驗階段而結合微流體學（microfluidics）之臨床診斷用晶片，則仍在研發階段。

DNA微陣類型

基因晶片的製作方式基本可分為以下幾型：

Stanford型

由美國史丹福大學開發的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：晶片密度較光罩法低，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片，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、長探針的基因晶片；例如PhalanxJet。

原位合成法

原位合成(in situ synthesised)，是原來用於電子晶片製作的光刻法(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片。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，將檢體注入後以定量PCR方式進行反應與偵測分析。分析量比傳統晶片少，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(套用生命系統公司，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晶片與專用機台上市。

種類已商業化的晶片

DNA微陣列（DNA-microarray）:檢測樣本的genomic DNA，作為基因型別鑑定之檢測。

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

高通量核酸定序晶片 :合併特殊PCR反應及微陣列偵測技術轉作為基因定序之用。

臨床檢測微管晶片: 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晶片 :染色體晶片(array Comparative Genomic Hybridization，aCGH 或稱Chromosomal Microarray Analysis，CMA)

SNP晶片 :可檢測基因多型性（Polymorphisms）。

基因甲基化晶片 :檢測DNA被甲基化修飾程度。

近商業化或開發中的晶片

電子定序晶片 :結合納米電機與電子學做為快速高通量核酸定序用的晶片。

微流體學（microfluidics）之臨床診斷用晶片。

DNA微陣列技術的套用

一 檢測基因表達水平及識別基因序列。

Schena等1996年用擬南芥光調基因微陣列，以不同器官中的mRNA為探針，檢測其基因表達水平，結果表明葉mRNA的表達水平是根的500倍。Shelon等1996年將釀酒酵母基因組DNA克隆製成微陣列，用6條最大染色體和10條最小染色體DNA探針分別標記上紅，綠螢光標記進行雜交檢測，結果表明95%的克隆在染色體上的定位與文獻報導一致。Milosaljevic等1996年將大腸桿菌基因組DNA的15328個克隆製成微陣列，用997眾寡核苷酸探針進行雜交檢測，匯總結果通過計算機與E.coli序列資料庫相比較，用此技術一次可識別4.6MbDNA序列結構。

二 檢測表達狀況，發現新基因。

Wodicka1997年將覆蓋酵母基因組全部ORF的26萬種25mer探針，陣列於4張玻片，每張6.5萬個探針，將酵母分加富和低限兩組培養，研究不同生長條件下基因表達水平，結果表明90%的基因在兩種條件下均表達，36種mRNA更多地在加富培養下表達，140種mRNA在低限培養中表達。此外，還發現了一批未見報導的新基因。

三 檢測突變和多態性進行遺傳作圖。

Hacia等1996年用96600寡核苷酸陣列，檢測人癌基因BRCA1突變情況，將15個患者樣品和對照樣品分別用兩種螢光標記，發現14人的該基因發生了一個剪輯突變，共出現8種多態性，突變表現在該基因外顯子2的第22個密碼子內。利用SNP製作人類遺傳圖譜，將是第三代遺傳圖譜，此技術完全以DNA微陣列為基礎。 四，DNA序列分析。Donnel等1992，Pease等1994，Yershow等1996，Wallraff等1997都報導了採用DNA微陣列技術進行DNA序列分析。多數研究者採用先合成寡核苷酸序列製作微陣列，然後與標記的未知DNA序列雜交，通過螢光共聚焦顯微鏡掃描，計算機軟體分析得出數據，也有研究者將被測DNA片斷陣列，以標記的寡合苷酸為探針雜交測序。