Микрочип
Определения из Викисловаря 
Учебники из Wikibooks 
Ресурсы из Викиверситета
Микроматрица мультиплексная это — лаборатория на чипе . [1] Его цель — одновременно обнаружить проявление тысяч биологических взаимодействий. Это двумерный массив на твердой подложке — обычно предметное стекло или тонкопленочная кремниевая ячейка — который анализирует (тестирует) большие количества биологического материала с использованием высокопроизводительного скрининга, миниатюрных, мультиплексных и параллельных методов обработки и обнаружения. Концепция и методология микрочипов была впервые представлена и проиллюстрирована в микрочипах антител (также называемых матрицей антител ) Цзе Вэнь Чаном в 1983 году в научной публикации. [2] и ряд патентов. [3] [4] [5] Индустрия « генных чипов » начала значительно расти после публикации в журнале Science Magazine в 1995 году статьи, написанной лабораториями Рона Дэвиса и Пэта Брауна в Стэнфордском университете. [6] С созданием таких компаний, как Affymetrix , Agilent , Applied Microarrays, Arrayjet, Illumina и других, технология ДНК-микрочипов стала наиболее сложной и широко используемой, в то время как использование белковых, пептидных и углеводных микрочипов [7] расширяется.
Типы микрочипов включают в себя:
- ДНК-микрочипы , такие как микрочипы кДНК, олигонуклеотидные микрочипы, микрочипы BAC и микрочипы SNP.
- MMChips для наблюдения за популяциями микроРНК
- Белковые микрочипы
- Пептидные микрочипы для детального анализа или оптимизации белок-белковых взаимодействий.
- Тканевые микрочипы
- Клеточные микрочипы (также называемые микрочипами трансфекции)
- Микроматрицы химических соединений
- Микрочипы антител
- Гликановые массивы (углеводные массивы)
- Фенотипические микрочипы
- Обращенно-фазовые микрочипы белкового лизата , микрочипы лизатов или сыворотки
- Интерферометрический датчик отражения ( IRIS )
Специалисты в области биотехнологии КМОП разрабатывают новые виды микрочипов. После подачи магнитных наночастиц отдельные клетки могут перемещаться независимо и одновременно по микроматрице магнитных катушек. микроматрица микрокатушек ядерного магнитного резонанса . Разрабатывается [8]
Изготовление и эксплуатация микроматриц [ править ]
В основе платформы микрочипов лежит большое количество технологий, включая материалы подложек, [9] обнаружение биомолекулярных массивов, [10] и микрофлюидная упаковка массивов. [11] Микрочипы можно разделить на категории по тому, как они физически изолируют каждый элемент массива: путем точечного (создание небольших физических лунок), синтеза на чипе (синтез целевых ДНК-зондов, прикрепленных непосредственно к массиву) или на основе шариков (приклеивание образцов к штрих-коду). бусины случайным образом распределены по массиву). [12]
Производственный процесс [ править ]
Первая публикация о процессе производства микрочипов датируется 1995 годом, когда 48 кДНК растения были напечатаны на предметном стекле, обычно используемом для световой микроскопии; с другой стороны, современные микрочипы включают в себя тысячи зондов и различные носители с покрытиями. Для изготовления микроматрицы требуется как биологическая, так и физическая информация, включая библиотеки образцов, принтеры и подложки для слайдов. Хотя все процедуры и решения всегда зависят от используемой технологии изготовления. Основной принцип работы микрочипа заключается в печати небольших пятен растворов, содержащих разные виды зонда, на предметном стекле несколько тысяч раз. [13]
Современные принтеры оснащены HEPA -фильтром и имеют контролируемую влажность и температуру окружающей среды, которая обычно составляет около 25°C, влажность 50%. Ранние микрочипы печатались непосредственно на поверхности с помощью иголок принтера, которые наносили образцы на предметное стекло по заданному пользователем шаблону. Современные методы работают быстрее, вызывают меньше перекрестного загрязнения и обеспечивают лучшую морфологию пятен. Для микрочипов высокой плотности поверхность, на которой напечатаны зонды, должна быть чистой, свободной от пыли и гидрофобной. Покрытия для предметных стекол включают поли-L-лизин, аминосилан, эпоксидную смолу и другие, в том числе растворы производителей, и выбираются в зависимости от типа используемого образца. Постоянные усилия по развитию технологии микрочипов направлены на создание однородных, плотных массивов при одновременном уменьшении необходимого объема раствора и минимизации загрязнения или повреждения. [13] [14]
Для производственного процесса необходима библиотека образцов, содержащая всю необходимую информацию. На ранних стадиях технологии микрочипов единственным используемым образцом была ДНК , полученная из общедоступных библиотек клонов и полученная путем амплификации ДНК с помощью бактериальных векторов. Современные подходы больше не включают только ДНК в качестве образца , но также белки, антитела, антигены, гликаны, клеточные лизаты и другие небольшие молекулы. Все используемые образцы предварительно синтезированы, регулярно обновляются и их проще поддерживать. Методы изготовления массивов включают контактную печать, литографию, бесконтактную и бесклеточную печать. [14]
Контактная печать [ править ]
Микроматрица контактной печати включает в себя игольчатую печать, микроштамповку или поточную печать. Игольная печать — старейшая и до сих пор наиболее широко применяемая методология контактной печати микрочипов ДНК . В этом методе используются такие типы штифтов, как сплошные, разрезные или игольчатые штифты, для загрузки и доставки раствора образца непосредственно на твердые поверхности микроматрицы. Микроштамповка предлагает альтернативу широко используемой игольной печати и также называется мягкой литографией , которая теоретически охватывает различные связанные технологии переноса рисунка с использованием узорчатых полимерных монолитных подложек, наиболее известной из которых является микроштамповка. В отличие от игольной печати, микроштамповка представляет собой более параллельный метод нанесения с меньшей индивидуальностью. Некоторые марки загружаются реагентами и печатаются с использованием этих растворов реагентов одинаково. [15]
Литография [ править ]
Литография сочетает в себе различные методы, такие как фотолитография, интерференционная литография, лазерное письмо, электронно-лучевое письмо и перо. Наиболее широко используемым и исследованным методом остается фотолитография, при которой фотолитографические маски используются для нацеливания определенных нуклеотидов на поверхность. УФ-свет проходит через маску, которая действует как фильтр, пропуская или блокируя свет от химически защищенной поверхности микрочипа. Если УФ-свет заблокирован, область останется защищенной от добавления нуклеотидов, тогда как в области, подвергшиеся воздействию УФ-света, можно добавить дополнительные нуклеотиды. С помощью этого метода можно создавать высококачественные индивидуальные массивы с очень высокой плотностью элементов ДНК с помощью компактного устройства с небольшим количеством движущихся частей. [16] [17]
Бесконтактный [ править ]
Методы бесконтактной печати варьируются от фотохимической печати, электропечати и капельного нанесения. В отличие от других методов, бесконтактная печать не предполагает контакта поверхности со штампом, булавкой или другим использованным дозатором. Основными преимуществами являются снижение загрязнения, меньшая очистка и более высокая производительность, которая постоянно увеличивается. Многие методы позволяют загружать зонды параллельно, что позволяет создавать несколько массивов одновременно. [14] [15]
Бесплатная сотовая связь [ править ]
В бесклеточных системах транскрипция и трансляция осуществляются in situ, что делает клонирование и экспрессию белков в клетках-хозяевах устаревшими, поскольку интактные клетки не нужны. Интересующая молекула синтезируется непосредственно на поверхности твердого тела. Эти анализы позволяют проводить высокопроизводительный анализ в контролируемой среде без выводов, связанных с неповрежденными клетками. [18]
См. также [ править ]
Примечания [ править ]
- ^ Кэрролл, Грегори Т.; Ван, Денонг; Турро, Николас Дж.; Коберштейн, Джеффри Т. (2008). «Фотоны осветят вселенную разнообразия сахара с помощью биомассивов» . Гликоконъюгатный журнал . 25 (1): 5–10. дои : 10.1007/s10719-007-9052-1 . ISSN 0282-0080 . ПМК 7088275 . ПМИД 17610157 .
- ^ Цзе-Вэнь Чанг, TW (1983). «Связывание клеток с матрицами различных антител, нанесенными на твердую поверхность». Журнал иммунологических методов . 65 (1–2): 217–23. дои : 10.1016/0022-1759(83)90318-6 . ПМИД 6606681 .
- ^ Патент США 4591570 «Матрица покрытых антителами пятен для определения антигенов».
- ^ Патент США 4829010 «Устройство для иммуноанализа, содержащее матрицы пятен антител для определения клеток».
- ^ Патент США 5100777 , «Устройство с матрицей антител и способ оценки иммунного статуса».
- ^ Шена, М.; Шалон, Д.; Дэвис, RW; Браун, ПО (1995). «Количественный мониторинг закономерностей экспрессии генов с помощью микрочипа комплементарной ДНК». Наука . 270 (5235): 467–70. Бибкод : 1995Sci...270..467S . дои : 10.1126/science.270.5235.467 . ПМИД 7569999 . S2CID 6720459 .
- ^ Ван, Д; Кэрролл, GT; Турро, Нью-Джерси; Коберштейн, Дж. Т.; Ковач, П; Саксена, Р; Адамо, Р; Герценберг, Луизиана; Герценберг, Луизиана; Штейнман, Л. (2007). «Фотогенерированные массивы гликанов идентифицируют иммуногенные сахарные фрагменты экзоспориума Bacillus anthracis» . Протеомика . 7 (2): 180–184. дои : 10.1002/pmic.200600478 . ПМИД 17205603 . S2CID 21145793 .
- ^ Хэм, Донхи; Вестервельт, Роберт М. (2007). «Кремний, который двигает и чувствует маленькие живые существа». Информационный бюллетень IEEE по твердотельным схемам . 12 (4): 4–9. дои : 10.1109/N-SSC.2007.4785650 . S2CID 35867338 .
- ^ Го, В; Вилаплана, Л; Ханссон, Дж; Марко, П; ван дер Вейнгаарт, W (2020). «Иммуноанализы на тиол-еновой синтетической бумаге дают превосходный сигнал флуоресценции». Биосенсоры и биоэлектроника . 163 : 112279. doi : 10.1016/j.bios.2020.112279 . hdl : 10261/211201 . ПМИД 32421629 . S2CID 218688183 .
- ^ Барбулович-Над; и др. (2008). «Методы изготовления биомикрочипов — обзор». Критические обзоры по биотехнологии . 26 (4): 237–259. CiteSeerX 10.1.1.661.6833 . дои : 10.1080/07388550600978358 . ПМИД 17095434 . S2CID 13712888 .
- ^ Чжоу; и др. (2017). «Тиол-ен-эпоксидный термореактивный материал для низкотемпературного приклеивания к биофункционализированным поверхностям микрочипов». Лабораторный чип . 17 (21): 3672–3681. дои : 10.1039/C7LC00652G . ПМИД 28975170 .
- ^ Дуфва, М (2008). «Изготовление ДНК-микроматрицы» . ДНК-микрочипы для биомедицинских исследований . Методы молекулярной биологии. Том. 529. стр. 63–79. дои : 10.1007/978-1-59745-538-1_5 . ISBN 978-1-934115-69-5 . ПМИД 19381969 . Проверено 30 сентября 2022 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Петерсен, Дэвид В.; Кавасаки, Эрнест С. (2007), «Производство микрочипов», Технология микрочипов и профилирование генов рака , Достижения в экспериментальной медицине и биологии, том. 593, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Springer New York, стр. 1–11, doi : 10.1007/978-0-387-39978-2_1 , ISBN. 978-0-387-39977-5 , PMID 17265711 , получено 18 мая 2023 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Барбулович-Над, Ирена; Лусенте, Майкл; Сунь, Ю; Чжан, Минджун; Уиллер, Аарон Р.; Буссманн, Маркус (январь 2006 г.). «Методы изготовления биомикрочипов — обзор» . Критические обзоры по биотехнологии . 26 (4): 237–259. дои : 10.1080/07388550600978358 . ISSN 0738-8551 . ПМИД 17095434 . S2CID 13712888 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Романов, Валентин; Давидофф, С. Никки; Майлз, Адам Р.; Грейнджер, Дэвид В.; Гейл, Брюс К.; Брукс, Бенджамин Д. (2014). «Критическое сравнение технологий изготовления белковых микрочипов» . Аналитик . 139 (6): 1303–1326. Бибкод : 2014Ана...139.1303R . дои : 10.1039/c3an01577g . ISSN 0003-2654 . ПМИД 24479125 .
- ^ Миллер, Мелисса Б.; Тан, И-Вэй (октябрь 2009 г.). «Основные концепции микрочипов и их потенциальное применение в клинической микробиологии» . Обзоры клинической микробиологии . 22 (4): 611–633. дои : 10.1128/cmr.00019-09 . ISSN 0893-8512 . ПМЦ 2772365 . ПМИД 19822891 . S2CID 5865637 .
- ^ Сак, Матей; Хёльц, Катрин; Холик, Анн-Катрин; Кречи, Николь; Сомоса, Вероника; Стенгеле, Клаус-Петер; Сомоса, Марк М. (2 марта 2016 г.). «Экспресс-фотолитографический синтез ДНК-микрочипов с оптимизированной химией и высокоэффективными фотолабильными группами» . Журнал нанобиотехнологий . 14 (1): 14. дои : 10.1186/s12951-016-0166-0 . ISSN 1477-3155 . ПМЦ 4776362 . ПМИД 26936369 .
- ^ Чандра, Харини; Шривастава, Санджива (1 декабря 2009 г.). «Белковые микрочипы на основе бесклеточного синтеза и их применение» . Протеомика . 10 (4): 717–730. дои : 10.1002/pmic.200900462 . ISSN 1615-9853 . ПМИД 19953547 . S2CID 22007600 .
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
