生物芯片-水質監(jiān)測

1、時慧敏2014年4月25日生物芯片技術簡介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。生物芯片技術簡介污染物影響環(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在基因水平上的影響檢測污染物及其生物效應生物芯片技術簡介根據芯片上固定的樣品探針不同，可分

2、為基因芯片、蛋白質芯片、細胞芯片、組織芯片、芯片實驗室等。生物芯片技術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，然后將熒光標記的DNA或cDNA樣品在芯片上與探針雜交，經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。生物芯片技術簡介基因芯片基因芯片選擇固相載體，固定蛋白質（抗原或抗體）按設計方式排列，形成蛋白質芯片加入與之特異性結合、帶有特殊標記的蛋白質分子（抗原或抗體）通過對標記物的檢測來實現抗原抗體的互檢生物芯片技術簡介蛋白質芯片蛋白質芯片利用抗體與抗原結合的特異性即免疫反應來構建。該技術所需蛋白質的量極少，反

3、應相對較快，穩(wěn)定性較好，靈敏度較高。生物芯片技術簡介蛋白質芯片蛋白質芯片生物芯片技術簡介細胞芯片細胞芯片生物芯片技術簡介組織芯片組織芯片生物芯片技術簡介芯片實驗室芯片實驗室是生物芯片技術發(fā)展的終極目標。更加復雜，引入納米技術，在微小的硅材料表面，制造出將樣品制備、生化反應、檢測分析整個過程集于一身的集約化微型分析系統(tǒng)。可靈敏地檢測到稀有基因的變化；加快雜交反應，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用控制水質：控制水質

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。在水壞境中的應用瞬時檢測病原細菌：瞬時檢測病原細菌：羅德島大學研究人員將生物傳感器技術和光纖技術相結合，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,設計特異探針,負載于生物芯片上,可檢測樣品中對應細菌。Cho等發(fā)展了一種基于隨機基因組片段的DNA芯片技術方法,此方法在鑒定細菌和確定細菌之間遺傳學距離方面都很有效。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)，且不會顯著增加復雜性和成本。在水壞境中的應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）產物是一種相對簡單、快速、敏感的新方法。在水壞境中的應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)腮上皮細胞轉錄差分布，實驗證明了體外培養(yǎng)腮細胞具有準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，檢測結果：鯉魚對鎘染毒有較高的動態(tài)響應。在低鎘染毒條件下與能量相關基因發(fā)生表達差異；在

7、高濃度時，與逆境相關基因表達有差異；另外，在最高濃度下馴養(yǎng)7天鯉魚肝臟被破壞。在水壞境中的應用檢測有毒污染物：檢測有毒污染物：有毒物質增加都會引起水體動物應激反應，通過對水體動物應激引起的基因差量表達能夠對水體污染進行檢測。Wiseman等研究了虹鱒從急性應激源恢復過程中肝臟的基因表達譜，結果：肝臟分子重組中應激源調節(jié)基因信號與應激有關，進而應證了在分子水平適應性應激反應復雜性質，更說明基因研究在應激處理機制的可行性。在水壞境中的應用檢測有毒污染物：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)現芘和C

8、Cl4對某些基因表達有負作用。在水壞境中的應用檢測養(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)殖生物產生應激反應，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，采用保守型選擇標準分別在這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：多數新陳代謝、異化作用、RNA和蛋白質代謝等有關基因表現出表達差異。在水壞境中的應用基因芯片對水體病原體檢測的應用：基因芯片對水體病原體檢測的應用：致病菌污染飲用水可導致多種疾病的爆發(fā)與流行，嚴重威脅著人類的健康。在水壞境中的應用基因芯片對水體病原體檢測的應用：基因芯片對水體病原體檢測的應用：不同檢測方法比較：檢測方法傳統(tǒng)法操作繁瑣、且需要數天時間才能得到結果核酸探針雜交技術存在特異性或敏感性的問題常規(guī)PCR技術無法檢測含未知菌、多種細菌感染的樣品基因芯片技術快速、準確、易于