（一） Affymetrix芯片平台

Affymetrix公司作为全球著名的基因芯片生产厂家，其完备的芯片设计，稳定可靠的分析结果和强大的生物信息分析能力，帮助研究人员在最短的时间内获得大量可靠的结果，为后续研究提供重要的线索和帮助。作为基因芯片领域的先驱者，Affymetrix一直致力于为生物科学研究中各种基因测试提供更具扩展性，革新性的基因组分析工具。Affymetrix以其独特的技术，稳定的产品性能著称，可以提供各种信息存储量的芯片和相应的高性价比试剂和生化制品，可为基因组的单个或多个基因研究提供一套完整的解决方案。

1. 基本原理

原位合成（In situ synthesis）是目前制造高密度寡核苷酸芯片最为成功的方法。Affymetrix公司率先开发的寡聚核苷酸原位光引导原位合成法（Light-directed in situ synthesis）（图2-16），是其生产高密度寡核苷酸基因芯片的关键核心技术。

该技术原理是在合成碱基单体的5’羟基末端连上一个光敏保护基。首先使支持物羟基化，并用光敏保护基团将其保护起来。每次选取适当的蔽光膜（mask）使需要聚合的部位透光，其它部位不透光。这样，光通过蔽光膜照射到支持物上，受光部位的羟基去保护而活化。因为合成所用的单体分子一端按传统固相合成方法活化，另一端受光敏保护基的保护，所以发生偶联的部位反应后仍旧带有光敏保护基团。因此，每次通过控制蔽光膜的图案（透光与不透光）决定哪些区域应被活化，以及所用单体的种类和反应次序就可以实现在特定位点合成大量预定序列寡聚体。使用多种蔽光膜能以更少的合成步骤生产出高密度的阵列，在合成循环中探针数目呈指数增长。

基因芯片杂交的灵敏度和特异性是芯片技术的核心，Affymetrix在探讨了各种各样的影响因素后，设计出了一种独特的PM-MM探针方案（图2-17）。芯片上的每一个基因或EST都是由一个或几个探针组（probe set）组成，每组探针组又由11-20对25mer的探针对（p-robe pair）组成，每个探针对包括两个探针池（probe c-ell），其中一个是完全匹配（Perfect-Match，PM）的，另外一个是序列中间有一个碱基错配的（Mis-match，MM）。该设计可提高探针的灵敏度和特异性，尤其针对在一个复杂背景的样品中低丰度表达产物的检测。Affymetrix的PM-MM探针设计策略有助于区分特异性结合与非特异性结合的靶片段。经过周密细致的试验研究者们发现25-mer是个理想的探针长度，较那些仅用单一探针的策略来说，PM-MM探针设计使得检测低浓度靶序列的特异性和灵敏度大大提高。MM探针可检测出样品中的背景信号，这种能够区分背景信号的策略对那些相对较弱的阳性信号来说尤为重要。  

2. 技术特点

(1) 光引导原位合成的寡核苷酸芯片：该方法的最大优点在于用很少的步骤可以合成大量的DNA阵列。

(2) 高密度的点阵技术：1个平方厘米的面积上至少可以排列几十万到一百多万个探针合成点。

(3) 独特的PM-MM探针设计：使得特异性和灵敏度大大提高，芯片结果准确可靠，重复性好。

(4) 极其丰富的数据信息。

3. 应用领域

(1) SNP位点筛选

(2) CNV研究

(3) SNP分型

(4) 寻找新基因

(5) 基因测序

(6) 疾病基因研究

(7) 基因制药研究

(8) 新药筛选

(9) 医学临床诊断

（二） Illumina芯片平台

Illumina公司以测序业务闻名，而其在生物芯片方面的业务也具有不可忽视的优势和竞争力。激光共聚焦微珠芯片技术是Illumina公司的核心技术之一，结合Infinium、GoldenGate等多种经典可靠的实验方法，是目前最前沿的芯片技术之一。为了配合这种高密度高通量的芯片系统，Illumina开发出一种全自动的激光共聚焦芯片检测系统iScan。该系统配备有532nm和635nm两种激光光源，通过共聚焦扫描达到极高的分辨率（<1微米），通过简单的设定，实验者可方便地一次读出96张芯片的信息。同时，Illumina所有种类Beadchip的扫描都可使用iScan。快速、高灵敏度、以及正确无误的影像是iScan的特色，凭借高效能的光学检测系，iScan可以获得无与伦比的高品质图像和重复性，并可大大节省扫描时间。

1. 基本原理

Illumina激光共聚焦微珠芯片的基本原理是在直径为5微米的光纤或在玻璃晶片上蚀刻出小坑，每个小坑可容纳一个直径为3微米的微珠，每一个微珠上都偶联有80万左右拷贝数的探针，每一个探针由特异的地址序列（对每种微珠进行解码，29mer）和特异序列（代表不同的检测信息，如SNP位点序列、基因序列等）组成（图2-20）。在范德华力和与微孔壁间流体静力学相互作用下，微珠以无序自组装的方式在微孔内组装成芯片，每种类型的微珠平均有 30 倍左右的重复，不同数量微珠集结成不同格式的芯片（图2-21）。

利用专利的解码技术可对芯片上的微珠进行解码，通过解码对芯片上每一种微珠的类型、位置、数量、信号强弱进行解读，部分不合格的微珠信道将被关闭。这个解码过程完成对芯片微珠定位信息的收集和确认，也实现芯片生产过程中100%质控。以四种荧光标记进行16种微珠解码为例，解码过程使用与地址序列互补的且分别标记4种荧光染料的探针进行。把标记4种荧光的不同地址序列探针进行组合，每次杂交后探针清洗下来进行下一轮杂交，通过多轮杂交达到指数型区分能力（图2-22）。

2. 技术特点

(1) 每个微珠连有约80万条同种探针，加之微珠的空间效应，杂交效率高。

(2) 每个珠子在芯片上随机分布，且高达15~30倍重复，数据质量高。

(3) 独特的解码技术，使得每个珠子每种探针都能得到质控。

(4) 芯片具有良好的重复性，相关系数R2大于0.99。

(5) 高灵敏度，低上样量，核酸样本只需要纳克级。

(6) 可根据不同使用者研究需求量身打造芯片产品，定制灵活。

3. 应用领域

(1) SNP基因型分型

(2) CNV分析

(3) 常规基因型分型

(4) 细胞遗传学分析

(5) 聚集性基因型分型

(6) 连锁分析

(7) 全基因组基因型分型

(8) 拷贝数分析

(9) 基因调控和表观遗传分析

(10) 阵列法甲基化分析

(11) 基因表达分析

(12) 阵列法转录分析

(13) 石蜡包埋样品分析

(14) 全基因组基因表达分析

4. 参考文献

(1) Chen ZJ, et al. Genome-wide association study identifies susceptibility loci for polycystic ovary syndrome on chromosome 2p16.3, 2p21 and 9q33.3.Nat Genet. 2011;43(1):55-9.

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