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生物芯片技术在临床检验医学中的应用

来源:苹果彩票2018-02-05 08:59

摘要:

摘要:生物芯片技术是一项发展迅猛的高新技术,其在医学领域有很重要的应用价值,为现代医学科学及医学诊断学的发展提供了强有力的工具。特别是在临床检验医学方面,生物芯片技术已经被应用于病毒与细菌的检测、...

  摘要:生物芯片技术是一项发展迅猛的高新技术,其在医学领域有很重要的应用价值,为现代医学科学及医学诊断学的发展提供了强有力的工具。特别是在临床检验医学方面,生物芯片技术已经被应用于病毒与细菌的检测、自身免疫疾病的免疫标志物的检测、遗传性疾病的检测及肿瘤免疫标志物的单一检测及其联合检测等方面。我们有理由相信,在不久的将来,生物芯片技术将在临床检验医学中发挥更大的作用。


  关键词:生物芯片技术;临床检验医学;应用


  中图分类号:R446文献标志码:A


  随着科学技术的发展,医疗技术的进步,基因序列数据、蛋白序列和功能数据等新技术新理念快速增长,而传统的生物技术、生物医药技术逐渐被更快捷、更准确的自动化生物技术所代替,生物芯片也随之应运而生。


  1生物芯片技术


  生物芯片技术是生命科学和微电子学科发展的产物,是在固定芯片表面利用微加工技术构建一个微型的生物化学系统,然后将支持物上固定的大量DNA杂交探针分子与带荧光标记DNA或其他样品分子进行杂交,最后就可以通过探针分子杂交信号的强度,分析监测信息和结果得出样品分子的数量和序列的一种生物技术。生物芯片技术是目前较为先进的现代医学检验技术,在短时间内快速的测试和分析出基因、配体、抗原等生物活性物质并准确地获取样品中的生物信息,提高检验效率,降低成本。目前生物芯片技术被领域广泛使用并发挥着重要的作用,因此极具研究价值。


  2生物芯片的分类


  目前生物芯片分类方式还存在一些分歧,没有一个较为明确的分类方式,但大致为以下几类:


  2.1按载体材料进行分类


  结合实践来看,生物芯片根据载体材料的不同,可以将芯片分为硅芯片、玻璃芯片、陶瓷芯片、塑料芯片。使用最为广泛的是玻璃芯片,因其具有容易获得、荧光背景低、使用方便等优点。但是随着蚀刻技术的发展以及材料价格的考虑,在未来塑料有可能成为更为理想的材料。


  2.2按点样方式分类


  根据芯片点样方式的不同,可将芯片分为两大类,一类是原位合成芯片,而原位合成芯片包括:光引导聚合法、压电打印聚合法和分子印迹原位合成法;另一类是微矩阵点样芯片,又细分为分喷点和针点两种。具体制备方法请参见本章第三节部分内容。


  2.3按芯片固定探针的不同分类


  根据生物芯片固定探针的不同划分为基因芯片、蛋白质芯片或肽芯片、细胞芯片、组织芯片等,一般可以归为基因芯片、蛋白芯片及芯片实验室这三大类,并被广泛地应用到临床检验医学中。基因芯片能够同时、快速、准确地对大量的基因组信息进行检测和分析。蛋白质芯片更接近生命活动的物质层面,它是以蛋白质代替DNA作为检测目的物,利用蛋白芯片加入与之特异性结合的带有特殊标记的蛋白质分子,通过对标记物的检测达到对抗原抗体的互检。在检测的过程中需要极少量的蛋白质,稳定性好,灵敏度高,反应很快,所以拥有比基因芯片更廣阔的应用前景。芯片实验室又称为微完全分析系统,是系统集成和微刻技术结合与发展的产物,是生物芯片发展的最高阶段。它能够将样品制备、基因扩增、核酸标记及检测融为一体,从而实现生化分析全过程。它的应用减少样本和试剂的消耗,排除人为干扰,提高了分析速度和分析效率,还能够防止污染和实现自动化,并成为重点研究方向。


  2.4按功能和用途分类


  按功能和用途,生物芯片又可分为诊断芯片、测序芯片、表达谱芯片和基因差异表达分析芯片等,并广泛地应用到临床医学检查之中,例如对乙、丙型肝炎双检基因诊断主要就是运用。


  2.5其他芯片


  除了以上4种分类,还有元件型的微阵列芯片、生物传感芯片、通道型微阵列芯片等。


  3生物芯片技术在临床检验医学中的应用


  3.1遗传病监测


  随着医学技术的进步,许多遗传病的相关基因已被定位,这为从基因状况诊断遗传病奠定了基础。生物学家经过对患有遗传病或者传染病史的家族进行一系列研究,将某一遗传病基因和一种或多种多样性联系在一起,相应的遗传病基因的染色体的合适位点就能够通过这种联系具体定位出来,这不仅为基因治疗提供了有力的支撑,同时更为推动医疗事业的发展做出巨大的贡献。例如:目前已能通过生物芯片技术高度准确和自动化地诊断出患者是否患有地中海贫血,并成为地中海贫血的常规诊断技术。


  3.2肿瘤检测


  肿瘤一直以来是医学界关注的焦点,从众多公开文献资料及医学专家研究来看,基因变异是肿瘤形成的最根本原因,是否能找到抗肿瘤新药,一直是人们试图解决此类问题的关键。肿瘤标志物是检测患者是否患有癌症的主要依据,传统的临床肿瘤检测方法需要对多个肿瘤标志物项目进行检测,费力费时,不仅会给患者增添较大的经济压力,更重要的是由于时间较长还可能延误最佳治疗时期。而生物芯片的出现为检测肿瘤的发生、发展的相关基因及表达程度提供了便利,因为由肿瘤标志物构建的蛋白芯片能够同时准确而高效的检测多种标志物,为肿瘤患者带来了福音,让他们能够早发现早治疗,而且能节省大量的资金,减轻就医的压力。


  3.3病毒性疾病检测


  病毒或细菌的感染是引起感染性疾病的主要原因。临床上对病毒或细菌的免疫标志物以及病毒的核酸结构和体液病毒核酸的含量进行检测是诊断病因及采取针对性治疗的关键,但传统的ELISA检测技术费用高且费时,而DNA测序、PCR等检测方法技术难度大和成本高,也难以广泛使用。生物芯片技术的引入,提高了检测效率和准确性。例如:极大地提高对乙肝病毒(HBV)、丙肝病毒(HCV)引起的病毒性肝炎的检测效率。目前主要是使用一些抗病毒(菌)药物对于病毒感染性疾病进行治疗,生物芯片技术的使用也为分析抗病毒(菌)药物的作用机理、作用靶位和耐药性提供了基因学角度的解释,进一步解决病毒(菌)产生耐药性问题。


  3.4自身免疫性疾病诊断应用


  现阶段,医学界对于自身免疫性疾病的发病机理尚未完全明确,部分研究结果表明其可能与遗传、免疫、环境、病毒感染等诸多因素有关,生物芯片技术能够根据基因和蛋白的变化情况对各种自身免疫疾病进行分析,为自身免疫性疾病的临床诊断提供了新的方向,并且为开发新的治疗药物提供了研究思路。


  结语


  临床医学诊断中引入生物芯片技术,对医疗事业产生了积极的影响,但在目前由于生物芯片技术并没有得到完善也没有得到大面积推广,还存在一些问题需要我们解决:例如该技术的研发和投入需要以昂贵的设备为基础,而且随着研发应用急剧增加,结论数据和过程数据越来越泛滥等相关问题亟待我们去解决,但我们相信,每一种新技术的产生都会有其自身的发展过程,随着生物芯片技术在不断地改进和完善,加上科学技术水平的不断提高,其必将被广泛地应用,成为人类认识与探索生命、疾病的重要手段。


  作者:张泽宇

    参考文献 

  [1]杨巍巍.生物芯片技术在医学检验中的应用[J].齐齐哈尔医学院学报,2014,35(15):2209-2210. 

  [2]张志军,许伟.生物芯片检验技术在医学诊断中的应用[J].中国医疗器械杂志,2013,37(5):355-357. 

  [3]农朝赞.生物芯片技术在医学检验中的应用进展[J].广西医学,2011,33(8):1038-1042. 

  [4]李喜莹, 李珊珊. 生物芯片技术及其在临床检验医学中的应用进展[J]. 分子诊断与治疗杂志,2011,3(1):62-67. 

  [5] 李静. 医学检验中生物芯片技术的效果分析[J]. 医学信息, 2014(4):363. 

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