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目录1

第一章　生物芯片技术概况 陈忠斌　王艳华1

第一节　生物芯片技术产生的背景1

第二节　生物芯片概念与分类2

一、概念2

二、分类3

第三节　生物芯片技术应用7

一、生物芯片与疾病诊断8

二、生物芯片与基因突变检测8

三、生物芯片与药物筛选9

四、生物芯片与毒理学研究10

五、生物芯片与药物基因组学研究11

第四节　生物芯片研究现状11

一、国外研究现状11

二、生物芯片国内研究现状18

第五节　生物芯片技术产业化前景21

第六节　生物芯片技术研究和产业化存在的问题23

参考文献24

第二章　寡核苷酸芯片技术 王秀荣26

第一节 引言26

一、原位合成技术27

第二节　制备原理27

二、合成后微点样技术28

第三节　制备技术29

一、寡核苷酸芯片原位合成技术29

二、合成后微点样制备寡核苷酸芯片31

第四节　制备质量控制40

一、样品的处理40

二、寡核苷酸分子的设计与固定40

三、生物识别的控制41

六、环境控制43

第五节　检测样品制备简介43

五、数据的获得与分析43

四、检测方式的选取43

一、待检DNA制备44

二、样品标记44

第六节　应用45

一、DNA测序、基因突变及多态性扫描45

二、基因差异表达分析和基因鉴定47

三、肿瘤的发生机理、肿瘤分型和诊断48

一、寡核苷酸芯片制备流程50

第七节　实验操作程序50

六、环境保护和监测50

五、药物筛选和指导合理用药50

四、疾病诊断50

二、人总mRNA荧光探针的制备51

三、制备寡核苷酸微阵列用于突变检测52

参考文献53

第三章　DNA微阵列技术　仇华吉55

第一节　简介55

第二节　cDNA微阵列探针制备56

一、构建cDNA文库一般方法56

二、构建全长cDNA文库59

三、从微量样品中构建cDNA文库60

四、提高cDNA文库构建效率的方法61

五、差减文库61

第三节　cDNA微阵列制备技术64

一、合成后交联法64

二、微点样技术65

三、点样后处理67

四、芯片杂交与检测68

第四节　cDNA微阵列技术应用70

一、在植物研究中的应用70

二、在酵母研究中的应用72

四、在肿瘤研究中的应用74

三、在比较基因组研究中的应用74

五、在疾病研究中的应用76

六、在细菌学研究中的应用77

七、在病毒学研究中的应用79

第五节　cDNA微阵列实验操作程序80

一、cDNA微阵列一般制备程序81

二、酵母DNA微阵列实验方案83

三、人DNA阵列实验方案92

四、其他100

五、构建差减cDNA文库实验方案105

参考文献109

第四章 蛋白质芯片技术 章金刚 高志贤 周华蕾112

第一节　引言112

第二节　蛋白质分析技术与进展113

一、二维凝胶电泳与质谱联合应用技术114

二、蛋白质芯片技术115

三、SELDI技术115

第三节　蛋白质芯片发展简史与意义116

第四节　蛋白质芯片制备及分析过程118

一、载体的选择及抗体或抗原的固化118

二、载体与化学表面处理119

三、捕获分子120

四、微阵列设计与制备122

五、抗原或抗体的标记123

六、蛋白质芯片检测方法124

第五节　蛋白质芯片的分类124

一、根据应用目的分类125

二、根据检测试剂分类125

三、根据密度分类125

四、根据样本分类125

第六节　蛋白质芯片的应用126

一、应用于蛋白差异表达分析127

二、蛋白质间相互作用研究129

三、蛋白质修饰研究130

四、蛋白质-DNA相互作用研究130

五、小分子-蛋白质间相互作用研究131

六、抗体检测133

七、碳水化合物检测133

八、疾病诊断133

九、细胞型分类134

十、在毒理学研究中的应用135

十一、在食品分析和卫生检验中的应用135

第七节　蛋白质芯片技术展望135

参考文献137

第一节　组织芯片的概念142

第五章　组织芯片和细胞芯片技术　仇华吉142

第二节　组织芯片技术发展简史143

第三节　组织芯片制备方法145

一、组织芯片制备程序145

二、打孔仪不同孔径的优点和缺点148

三、TMA和组织不均一性149

四、TMA与癌症细胞系151

五、自动化151

二、组织芯片使人们对疾病的认识从细胞水平发展到基因水平152

三、TMA技术大大节约病理资源152

一、TMA使人们对肿瘤研究从个体水平跨越到整体水平152

第四节　组织芯片技术的特点152

四、TMA的可靠性153

五、TMA与cDNA芯片技术相结合153

六、基因组学和生物数学方法应用于TMA技术154

第五节　组织芯片技术的应用154

一、在药物发现中的应用154

二、在肿瘤标志物筛选中的应用155

三、在靶标确认和分子流行病学中的应用158

五、在检测质量控制中的应用161

四、在临床研究中的应用161

第六节　细胞芯片技术简介162

第七节　组织芯片实验操作程序164

一、Kononen等（1998）介绍的实验方法164

二、但汉雷等（2003）介绍的一种制作组织芯片的新方法165

第八节　细胞芯片实验操作程序166

一、明胶-DNA法166

二、检测方法171

三、建议与信息172

四、脂质-DNA法174

参考文献175

第六章　糖芯片技术　仇华吉 陈忠斌178

第一节　概述178

一、糖的特点和重要性178

二、糖芯片发展概况179

第二节　糖芯片分类181

第三节　糖芯片制作方法182

一、用于制备糖芯片的糖来源182

二、糖芯片制作方法184

第四节　糖芯片的应用188

二、研究糖蛋白与其他蛋白的相互作用189

一、研究糖-蛋白质相互作用189

三、研究糖结合分子190

四、鉴定受体的糖结合位点190

五、鉴定微生物和宿主细胞交叉反应性分子标志191

六、鉴定肿瘤抑制剂191

第五节　糖芯片有关实验方案191

一、糖合成191

二、玻片功能化处理191

参考文献192

五、SPR光谱法分析192

四、蛋白质-糖相互作用的检测192

三、糖微阵列制备192

第七章　微流路芯片技术　何为194

第一节　基本概念194

第二节　历史沿革195

第三节　微型化设计理论196

一、早期理论196

二、有关微流路的理论研究196

三、微流路系统的计算机模拟设计197

第四节　微流路芯片制作技术198

一、微流路芯片的基质材料198

二、微流路芯片微加工技术199

三、封接技术201

四、表面修饰202

五、微流路芯片的设计和要求203

六、界面和接口205

七、微阀和流动控制206

八、微泵206

第五节　微流路芯片的分析操作207

一、样品制备207

二、进样208

三、流体和粒子的操纵208

四、反应器和混合器209

五、分离模式211

六、检测技术213

第六节　应用216

一、细胞分析216

二、临床诊断217

三、药物分析218

四、免疫分析218

五、蛋白质和蛋白质组分析219

六、酶分析220

七、DNA的分离和分析220

八、PCR221

九、DNA测序222

第七节　研发现状223

第八节　存在的问题及展望225

参考文献226

第八章 基因生物传感器技术 高志贤233

第一节 引言233

第二节　基因传感器设计原理233

第三节　基因传感器的分类234

第四节　基因传感器探针固定化方法235

一、化学吸附法235

二、自组装膜法236

三、共价结合法237

第五节　基因生物传感器特点238

一、优点238

二、不足239

三、技术改进239

第六节　基因生物传感器研究进展240

一、电化学基因传感器240

二、光学基因传感器244

三、压电晶体基因传感器248

三、电极表面结构优化250

二、换能器的选用250

一、探索新的嵌合剂、染料及载体材料250

第七节　基因生物传感器技术发展趋势250

四、基因传感器的研究和应用范围将会进一步拓宽251

五、基因传感器将向微型化和自动化及商品化方向发展251

参考文献251

第九章 生物芯片信号检测技术 邹扬 刘全俊　唐晓燕 强兆燕 申晓敏　温恬　汤华　陆祖宏256

第一节　引言256

一、生物芯片荧光检测特性256

二、荧光源简介257

二、发射光收集258

一、激发光258

第二节　生物芯片检测设备光学设计要求258

三、空间定位259

四、激发光与发射光识别259

五、检测荧光扫描仪的探测器260

第三节　生物芯片扫描仪检测原理260

一、共聚焦扫描仪261

二、采用CCD的生物芯片扫描仪262

第四节　生物芯片扫描仪的波长识别263

一、分光器263

一、灵敏度范围要求264

第五节　信号处理与仪器控制264

二、发射滤波器264

二、信号平均和取样265

三、暗信号265

四、图像获取、显示和存储266

五、共聚焦界面和自动化266

第六节　关于成像系统硬件的一些考虑266

一、信噪比266

二、照明和光探测267

三、电子学271

四、机械因素271

一、生物芯片扫描仪度量标准272

第七节　仪器性能的度量标准272

二、生物芯片扫描仪技术难点274

第八节　生物芯片扫描仪研发现状275

一、生物芯片扫描仪国内外研究状况275

二、激光共聚焦扫描仪275

三、CCD生物芯片扫描仪281

参考文献282

第十章 生物芯片生物信息学 邹扬 潘品良 姚均 汤华284

第一节　引言284

第二节　生物信息学理论与常用软件285

一、生物信息学基本理论286

二、生物信息学常用软件295

第三节　生物学数据库307

一、基因和基因组数据库308

二、蛋白质数据库309

三、同源性搜索数据库310

四、序列变异数据库311

五、进化分析数据库312

六、序列生物信息学313

一、数据检查318

第四节 生物芯片数据标准化和变换318

二、数据标准化319

三、数据变换319

第五节 生物芯片原始数据分析320

一、生物芯片信号点的检测320

二、生物芯片数据定量和质量测量325

三、生物芯片数据分析常用方法327

第六节生物芯片数据库建立329

一、引言329

二、LIM系统要捕捉的信息330

三、对数据库要求331

四、数据库软件的选择334

一、生物芯片数据标准化的新方法336

二、MADGE:cDNA芯片数据管理软件336

第七节 生物芯片生物信息学研究进展336

三、生物芯片优化：增加点的准确性并自动识别生物芯片真信号337

四、对DNA芯片的组合图像分析337

五、使用混合建模方法来评价生物芯片数据可靠性并估计信号的阈值337

六、PRIM方法：在生物芯片差异表达分析中控制假阴性338

七、使用贝叶斯网络进行生物芯片质量控制的一种新方法338

参考文献338

一、生物芯片在基因突变研究中的应用342

第十一章 生物芯片技术应用 刘原君 汤华342

第一节 基因突变和基因多态性分析342

二、生物芯片技术与基因多态性分析347

第二节 生物芯片技术与基因表达谱分析352

一、基因表达谱概述352

二、基因芯片技术分析肝癌基因表达谱352

三、基因芯片技术与急性肾功能衰竭研究354

四、基因芯片技术与电离辐射研究356

五、基因芯片与小鼠生物学357

六、基因芯片技术与植物基因谱研究简介357

一、生物芯片在遗传病检测中的应用358

第三节 生物芯片在临床检测中的应用358

二、生物芯片技术在肿瘤研究中的应用365

三、生物芯片技术在细菌检测中的应用378

四、生物芯片技术在病毒检测中的应用386

第四节 生物芯片技术在药物研究中的应用391

一、药物筛选的发展趋势391

二、生物芯片与药物研究392

三、应用前景395

参考文献395

（一）引言400

一、RNA抽提400

附录1 DNA微阵列用于RNA表达谱分析实验方案 唐晓燕 申晓敏 强兆燕 汤华400

（二）RNA抽提实验方案404

方案1 哺乳动物细胞和组织中RNA的纯化404

方案2 使用FastPrep从组织中抽提总RNA409

方案3 Trizol从植物组织中抽提总RNA410

方案4 松树法抽提植物RNA412

方案5 FastTrack对poly(A)+RNA的分离414

方案6 膜结合多聚核糖体RNA的提取417

方案7 批量层析分离poly(A)+RNA421

方案8 酵母菌中纯化总RNA422

方案9 从大肠杆菌中纯化RNA425

方案10 从单个细胞和少量组织中分离和扩增RNA427

二、标记与杂交432

（一）引言432

（二）实验方案436

方案11 应用反转录酶荧光标记首链cDNA436

方案12 应用氨基-烯丙基染料进行间接荧光标记DNA441

方案13 扩增mRNA样品产生筛选DNA微阵列的靶序列446

方案14 用于表达谱分析的小量mRNA扩增452

方案15 应用E.coli DNA聚合酶Klenow片段标记第二链DNA458

方案16 生物素标记扩增的RNA与寡核苷酸芯片杂交462

方案17 非结合Cy染料的回收：HPLC的纯化465

方案18 DNA芯片杂交和杂交后处理469

附录2 生物芯片技术主要公司 王艳华 仇华吉 陈忠斌477

一、基因芯片主要公司（机构）及其简介477

二、蛋白质芯片有关公司（机构）简介489

三、开发基因芯片点样仪的公司490

四、开发扫描仪的公司490

五、开发预处理基因芯片载体的公司490

六、开发生物芯片数据分析软件（生物芯片生物信息学）的公司490

七、生物芯片数据和分析软件开发机构491

中文索引495

英文索引500