基因芯片檢測原理（一）

基因芯片的基本原理同芯片技術中雜交測序（sequencing by hybridization, SBH）。即任何線狀的單鏈DNA或RNA序列均可被分解為一個序列固定、錯落而重疊的寡核苷酸，又稱亞序列（subsequence）。例如可把寡核苷酸序列TTAGCTCATATG分解成5個8 nt亞序列：

　　(1)　　　　　CTCATATG

　　(2)　　　　 GCTCATAT

　　(3)　　　　AGCTCATA

　　(4)　　　 TAGCTCAT

　　(5)　　　TTAGCTCA

這5個亞序列依次錯開一個堿基而重疊7個堿基。亞序列中A、T、C、G 4個堿基自由組合而形成的所有可能的序列共有65536種。假如只考慮完全互補的雜交，那么48個8 nt亞序列探針中，僅有上述5個能同靶DNA雜交。可以用人工合成的已知序列的所有可能的n體寡核苷酸探針與一個未知的熒光標記DNA/RNA序列雜交，通過對雜交熒光信號檢測，檢出所有能與靶DNA雜交的寡核苷酸，從而推出靶DNA中的所有8 nt亞序列，最后由計算機對大量熒光信號的譜型（pattern）數據進行分析，重構靶DNA 的互補寡核苷酸序列。



基因芯片的測序原理圖

雜交信號的檢測是DNA芯片技術中的重要組成部分。以往的研究中已形成許多種探測分子雜交的方法，如熒光顯微鏡、隱逝波傳感器、光散射表面共振、電化傳感器、化學發光、熒光各向異性等等，但并非每種方法都適用于DNA芯片。由于DNA芯片本身的結構及性質，需要確定雜交信號在芯片上的位置，尤其是大規模DNA芯片由于其面積小，密度大，點樣量很少，所以雜交信號較弱，需要使用光電倍增管或冷卻的電荷偶連照相機(charged-coupled device camera，CCD)攝像機等弱光信號探測裝置。此外，大多數DNA芯片雜交信號譜型除了分布位點以外還需要確定每一點上的信號強度，以確定是完全雜交還是不完全雜交，因而探測方法的靈敏度及線性響應也是非常重要的。雜交信號探測系統主要包括雜交信號產生、信號收集及傳輸和信號處理及成像三個部分組成。

由于所使用的標記物不同，因而相應的探測方法也各具特色。大多數研究者使用熒光標記物，也有一些研究者使用生物素標記，聯合抗生物素結合物檢測DNA化學發光。通過檢測標記信號來確定DNA芯片雜交譜型。