Agilent/Roche NimbleGen芯片平台
基因芯片技术建立了10多年，技术日渐成熟，在功能基因组、系统生物学、药物基因组的研究中已经得到了广泛的应用，商业化开发相对成熟。现在全世界已有几十家公司专门从事芯片的研究和开发工作，而且已有较为成型的产品和设备问世。其中，作为世界上最大的测试测量公司Agilent以及全球医药市场的领导者Roche公司，也相继推出了一系列的基因芯片产品，为不同客户的研究提供了灵活以及多样化的平台。
1. 基本原理
安捷伦的芯片采用独特的原位喷墨（SurePrint）专利技术（图2-24），依靠强大的探针设计运算法则和准确的确认方法，无需光掩膜，并利用工业规模的喷墨打印技术和独特的质控程序来合成芯片，可以实现在1"×3"的玻璃片基上灵活地、大规模地原位合成寡核苷酸探针，快速、灵活的响应并实现最新的芯片探针设计方案，使研究者及时得到高质量的芯片。
安捷伦芯片的制备采用标准的亚磷酰胺化学法（standard phosphoramidite chemistry）确保寡核苷酸探针合成效率（图2-25），其微阵列生产技术无需昂贵的光掩膜，将寡核苷酸单体均一地置于特殊处理的载玻片上，使用非接触式原位合成方式，依据设计序列，逐个碱基进行原位合成印制。该技术的实现基于喷墨方法，将体积非常小的化学物质准确地进行点样。标准的磷酸胺化学反应使全长寡核苷酸合成的每个步骤的结合效率很高，并且整个芯片的样点合成可以达到极高的均一度。这一技术无需接触载玻片表面，也不会引入表面接触的不均匀性，最终实现样点的一致性及可重现性，方便进行快速的设计更新。目前可以在每个微阵列上合成多至 22,000 个寡核苷酸并且可以印制多个微阵列。安捷伦原位合成技术，可以合成 60 个碱基长度的寡核苷酸探针，制作高质量，快速交货的微阵列。每个安捷伦的印制微阵列都含有唯一条码（图2-26），由安捷伦微阵列工业化打印机生成的，记录生产过程参数供优化以后的扫描，图像采集及数据分析使用。此外，安捷伦实时质量控制检查系统验证制造的每个环节的化学物质的合成过程，减少或消除样点偏移或寡核苷酸探针合成的过早终止。
安捷伦高分辨率C型扫描仪（图2-27）是一个具有48片装片器的扫描系统，它能够读取1"×3"规格玻片微阵列（安捷伦与非安捷伦产品均可），并且可以利用安捷伦图像分析采集软件，数据分析软件实现数据提取和分析的无缝连接。该系统具有完美的性能和超高的效率，利用灵活的工具设定分析，其图像分析采集软件可采用自动样点查寻、灵活的本底扣除方法以及可调的自动超标标识，确保对安捷伦微阵列进行最特定的数据分析。
2. 技术特点
(1) 开放式的系统设计：安捷伦执行的是全球统一的芯片标准，全部采用标准规格芯片（1"×3"），具有良好的通用性。既可以为客户提供全套解决方案，又可与其它技术平台或客户的自有技术衔接，为客户提供最大的自由空间。
(2) 独特的制作技术：无需“光掩膜”的喷墨化学原位合成专利技术提供了芯片制作极大的稳定性和灵活性，安捷伦可以提供高质量的各种密度和规格的芯片，方便地进行芯片版本升级，满足客户的各种需求。
(3) 灵敏的检测能力：60mer的探针设计赋予安捷伦芯片极佳的检测性能，这对低丰度基因的检测显得尤为重要。在美国FDA组织的全球基因芯片质量评估计划中，在所有参与评估的当今基因芯片主流产品中，安捷伦基因芯片能检测出最多的基因数。
(4) 方便的定制服务：安捷伦推出唯一的免费芯片探针设计工具——eArray。科研客户只需简单登录即可访问安捷伦公司的各种物种、不同应用类型基因芯片探针数据库，在其中选择符合自己要求的探针设计芯片。客户也可以上载自己专有的基因序列信息来设计芯片，安捷伦根据您提交的设计方案为您量身定制您独有的芯片产品。
(5) 芯片高度一致性和可重复性：依赖于成熟的工业标准，使得芯片间和批次间具有极高的重现性。
(6) 单色或双色标记：可根据需要灵活选择Cy3单色标记或Cy3/Cy5双色标记。
(7) 超低限检测：芯片微阵列扫描仪具有最佳的精确光学系统、宽动态范围以及最低的光谱干扰使用户能够检测微弱的信号，并且获得快速、准确和可靠的结果。且其图像稳定、灵敏度增强。
(8) 快速扫描：扫描仪可在5和10微米分辨率下同时进行双色扫描，每个载玻片会在大约8 分钟内迅速得出结果。与 PC、条形码读卡器和图像分析软件配套使用，可以轻松地收集样品信息，并传输到统计分析以及数据解析。
3. 应用领域
(1) Agilent基因表达谱芯片
A. 疾病的基因表达研究
B. 临床诊断的分子研究
C. 药物筛选机制分析
D. 药物毒理研究
(2) Agilent比较基因组杂交（CGH）芯片
A. CNV检测
B. 遗传学/细胞遗传学研究
C. 癌症研究
D. 模式生物研究
(3) Agilent miRNA芯片
A. 癌症肿瘤研究
B. 寻找药物靶点
C. 研究药物途径
(4) Agilent ChIP-on-chip芯片
A. 探明转录因子的结合部位
B. 乙酰化组蛋白分析
C. 甲基化组蛋白分析
D. 甲基化DNA分析
(5) Agilent SureSelect DNA Capture 芯片
A. 发现和分析SNP位点
B. 寻找复杂疾病相关基因及位点
（二）Roche NimbleGen芯片平台
罗氏（Roche）始创于1896年，总部位于瑞士巴塞尔，在制药和诊断领域是世界领先的以研发为基础的健康事业公司之一。作为世界上最大的生物科技公司，Roche提供从早期发现、预防、诊断到治疗的创新产品与服务，在诸多领域都做出了突出的贡献。2007年Roche收购了从事高密度DNA微阵列等相关业务的NimbleGen，开始进军微阵列研究领域的市场，并逐渐成为具有专利的DNA微阵列、耗材、仪器和服务的领先创造者、生产商和供应商。
1. 基本原理
Roche NimbleGen芯片的生产采用专利的无膜芯片合成技术，该技术使用数字光处理和快速、高产的光化学技术，以极高的灵活性合成长寡核苷酸、高密度DNA微阵列，为基因组和表观基因组变异的研究提供了更多的信息和更高质量的数据。NimbleGen芯片产品旨在实现最大的多用性和灵活性。
佰真生物拥Roche NimbleGen推出的全新的高分辨率扫描仪—NimbleGen MS 200微阵列扫描仪（图2-32）。MS 200是首台经过优化，能揭示阵列全部潜力并捕获所有NimbleGen DNA微阵列完整图片的扫描仪。这台高灵敏扫描仪能获取最小为2微米像素分辨率的双色荧光阵列图像数据，并生成高质量的图像文件，用于之后的数据分析。为满足当今市场对高通量的要求，并使高通量基因组学成为现实，MS 200添加了全自动系统的多项重要功能，能进行无人自动扫描和通宵运行。这些功能中包括一个芯片盒，能自动加载最多48张芯片（结合NimbleGen多重芯片，单次运行最多可处理576个样本），通过高级动态自动对焦，可清楚地扫描数据图片，并且自动获取清晰的扫描效果。此外，高信噪比、内部校准、集成条码读取器以及减少臭氧功能可确保每次扫描数据的高质量及可靠性。
2. 技术特点
(1) 多元化的选择，多样本的效益选择：Roche NimbleGen同时提供多种格式的不同种类的芯片，既可以进行单色检测也可以进行双色检测。如果现成的产品尚不满足用户的需要，还可以根据用户的需求进行芯片定制。这种灵活的定制芯片可以针对任何物种在整个基因组水平或在某些染色体特定的区域水平进行设计。通过计算机软件控制微镜片，用户可以定义探针序列、探针面积大小、芯片结构和对照探针，从而满足实验的最佳需要。
(2) 等温长探针设计：Roche NimbleGen有能力设计合成长探针的高密度芯片，并且可以将探针进行优化选择(45-85mer)调整到均一的解链温度(76℃)，保证在特定的基因区域，包括在富含AT或GC的区域能达到一致的解链温度。长探针的设计一方面提高了检测的分辨率；另一方面还大大提高了检测的专一性；同时，长探针能够有效地排除错配探针，有效地提高结果的准确性。
(3) 高信息量：基于特有的无膜芯片原位合成的技术，目前NimbleGen探针密度最高可达到400,000。这种高密度的芯片，多探针信号的平均，可以增加统计可信度，有效减少探针错误杂交和信号/噪点值的影响。
(4) 高重复性：Roche NimbleGen芯片的生产有最精确的标准，要经过严密的质量监控，以确保每张芯片之间数据的高重复性。在重复杂交实验中，芯片之间的r2值大于0.98。
(5) 高密度：基于特有的无膜芯片原位合成的技术，目前NimbleGen最多可以在一张芯片上合成4.2M条探针。其Tiling芯片设计方法可以确保得到整个基因组范围的拷贝数变化的完整图谱。使用NimbleGen的超高解析度的精细Tiling芯片可以得到很小范围的基因扩增和缺失以及小到500bp的断点图谱。
(6) 最新的芯片设计：Roche NimbleGen数字化的芯片生产过程快速、经济，任何已经测序的基因组都能够快速的制备成芯片。任何设计的芯片都是以最新公布的基因组数据库为基础，使得您的研究成果永不落后。
3. 应用领域
(1) Roche NimbleGen表达谱芯片
A. 差异表达分析
B. 分布表达分析
C. 等位基因特异性表达分析
(2) Roche NimbleGen比较基因组杂交（CGH）芯片
A. CNV检测
B. 遗传学/细胞遗传学研究
C. 癌症研究
D. 模式生物研究
(3) Roche NimbleGen DNA甲基化芯片
A. 癌症研究
B. 染色体结构稳定性研究
C. 基因表达差异研究
D. X-染色体失活研究
E. 疾病发生及进展研究
F. 细胞分化以及发育研究
(4) Roche NimbleGen ChIP-on-chip芯片
A. 启动子/增强子研究
B. 转录因子结合研究
C. 组蛋白修饰/替换研究
D. Dnase-I超敏感性研究
E. 蛋白与DNA相互作用研究
F. 转录因子和聚合酶的DNA结合位点研究
(5) Roche NimbleGen序列捕获芯片
A. 寻找复杂疾病如癌症、糖尿病、肥胖症的致病基因和易感基因等的研究
B. 毒性研究
C. 代谢信号基因群和ADME药物基因组学分析
4. 参考文献
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(一) Agilent芯片平台
美国安捷伦科技公司是一家多元化的高科技跨国公司，主要致力于通讯和生命科学两个领域内产品的研制开发、生产销售和技术服务等工作。安捷伦具有世界最先进的化学分析仪器，丰富的法规适应性和专业技术经验，以及优良的支持服务系统，这些都能够帮助您的实验室超前应对分析的挑战。安捷伦的 SurePrint 技术将提供高质量，性能稳定的微阵列，满足您进行深入的基因表达研究的要求。