Affymetrix 芯片平臺介紹

簡介

　　美國Affymetrix 公司是基因芯片產(chǎn)業(yè)*，早在1989年就研制出了世界首張基因芯片。其開發(fā)的寡核苷酸原位光刻合成技術(light-controlled in situ synthesis of DNA microarrays)，是目前zui高密度的芯片制備技術。Affymetrix 公司以其完備的芯片設計，穩(wěn)定可靠的分析結(jié)果和強大的生物信息學分析能力，幫助研究人員在短時間內(nèi)獲得大量可靠的結(jié)果，為后續(xù)研究提供重要的線索和幫助。目前用Affymetrix芯片發(fā)表的科學文章現(xiàn)已多達24319篇（截至2011年12月29日），多篇文章發(fā)表在nature、science、cell等高級別的學術刊物上。

GeneChip系統(tǒng) 

　　Affymetrix GeneChip生物芯片檢測系統(tǒng)，是由高密度GeneChip芯片和試劑，雜交、掃描儀器，數(shù)據(jù)處理和分析工具組成的一整套檢測平臺，是世界上*種經(jīng)歐盟和美國FDA審批的可用作體外診斷的芯片系統(tǒng)。

平臺設備 
　　Affymetrix GeneChip芯片系統(tǒng)的硬件平臺由高度自動化的流體工作站、高通量芯片掃描儀，和相關探針序列描述和注釋數(shù)據(jù)庫等組成。高度自動化的處理減少手工操作時間，提高了數(shù)據(jù)重復性。配合使用不同類型的芯片，Affymetrix GeneChip芯片系統(tǒng)可用于RNA和DNA檢測的多方面的應用研究。
 
原位光刻合成技術 
　　Affymetrix芯片采用原位光刻技術和嚴格的流程控制合成高密度基因芯片，可以在每平方厘米基片上合成超過400萬的探針。
　　Affymetrix原位光刻合成技術的原理：先將基片支持物(wafer)羥基化，并用對光敏感的保護基團將羥基基團保護起來。然后選取特制的光刻掩膜(photolithographic mask)覆蓋在基片上，遮擋不需要合成的部位，暴露需合成部位。當光通過蔽光膜照射到基片上，需要合成探針的部位透光，受光照射部位的羥基脫保護而活化。加入3’端活化(5’羥基末端連接光敏保護基團)的單一一種核苷酸單體底物后，發(fā)生偶聯(lián)反應。在一輪反應之后更換另一張光掩膜控制活化區(qū)域，并換另一種核苷酸單體實現(xiàn)在待定位點合成預定序列寡聚體。光掩膜設計和嚴格的工藝流程使制造的芯片具有高質(zhì)量、高重復性和*性，也確保了芯片上探針合成的*密度。

                              
*的表達譜PM-MM 探針設計 
　　Affymetrix芯片采用*的PM-MM探針設計方式，即針對每段參考序列設計一對25-mer探針，其中一個是*匹配（perfect match, PM）探針，另一個是靠近序列中間的錯誤位點匹配（mismatch, MM）探針。檢測時將每對PM-MM探針的檢測信號綜合起來，這樣有助于區(qū)分特異性結(jié)合與非特異性結(jié)合的靶片段，從而提高探針靈敏度和特異性。這種PM- MM設計對于在復雜序列背景樣品中低豐度表達產(chǎn)物的檢測中有明顯優(yōu)勢。同時，使用多個探針來檢測轉(zhuǎn)錄本或SNP等，有效減少了探針雜交非專一性的影響，并通過合適的算法獲得更為有力的數(shù)據(jù)。
 

廣泛的應用領域 
　　Affymetrix公司芯片產(chǎn)品非常豐富，目前可以提供生命科學研究和醫(yī)學研究的二十多種生物物種的全基因組表達譜芯片，以及十幾種模式植物、農(nóng)作物以及微生物全基因組表達譜芯片。
基因表達研究方面，GeneChip芯片被業(yè)界廣泛采用，可研究的物種十分豐富，廣泛用于發(fā)現(xiàn)新的信號通路、疾病分型、驗證藥物作用位點、證明作用機制、分析毒性反應等多個領域。Affymetrix全面分析人、小鼠、大鼠全部Exon表達的基因芯片，用于分析同一個基因不同轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物；推出人、小鼠、酵母菌、線蟲、果蠅的Tiling芯片，可用于分析基因組DNA上所有可以被轉(zhuǎn)錄的部分，發(fā)現(xiàn)新轉(zhuǎn)錄本，掃描基因組甲基化修飾位點，染色質(zhì)修飾位點等。
　　在DNA研究方面，GeneChip芯片同樣有著不俗成績，SNP分型芯片在全基因組掃描、腫瘤基因組學、致病基因分型和藥代動力學相關基因分型方面得到廣泛應用。另外高密度的重測序芯片使得特定區(qū)域的基因序列分析成為可能。
　　Affymetrix公司芯片在目前的公共數(shù)據(jù)庫（如GEO）中積累了大量數(shù)據(jù)結(jié)果，和其他的生物芯片平臺相比，Affymetrix芯片平臺能夠提供更大量的比較數(shù)據(jù)以滿足生物信號通路分析和目標靶分子等深入研究的需要。同時，豐富的商業(yè)軟件和免費軟件為Affymetrix芯片系統(tǒng)構(gòu)建了相應分析平臺，使得個性化數(shù)據(jù)分析成為可能，也大大促進了實驗結(jié)果的交流。

GeneTitan系統(tǒng) 
Affymetrix GeneTitan系統(tǒng)是全自動高度集成的芯片工作站，使用類似于96孔板形式的芯片板，其中每一塊方形芯片大約占據(jù)了96孔板一個孔的面積，一塊芯片板可包含16，24或96塊芯片，從而實現(xiàn)多樣本高通量檢測。GeneTitan系統(tǒng)非常適合于需要進行多樣品高通量檢測的情形，例如大量樣品的GWAS研究，可以有效地控制檢測成本。

平臺設備 
　　Affymetrix GeneTitan系統(tǒng)是全自動高度集成的芯片工作站，該系統(tǒng)將從雜交到掃描的實驗全過程中用到的雜交爐、流體工作站和CCD掃描成像設備整合為一臺儀器，使用類似于96孔板形式的芯片板，將芯片板放入GeneTitan系統(tǒng)后，芯片的雜交、洗滌、掃描幾乎無需人工干預，全部可以由機器自動完成。
 
 
檢測原理 
以Axiom基因分型芯片檢測為例，圖示如下。表達譜芯片檢測與GeneChip系統(tǒng)相同。

 
技術優(yōu)勢 
高通量多樣本檢測：有16、24、96三種規(guī)格芯片，滿足中等到高通量多種需求。
快速、自動化檢測：實現(xiàn)從雜交到掃描的全自動芯片處理；縮短手工操作時間：手工操作時間縮減為30分鐘；掃描一張芯片時間少于5分鐘。
重復性高：全自動操作，減少了雜交、洗滌和掃描中的人為誤差。
產(chǎn)品列表

GeneAtla系統(tǒng)
　　
　　AffymetrixGeneAtlas系統(tǒng)是面向生物學家的微陣列服務個人工作站，采用全新的芯片制式：條形（strip）芯片，一條芯片上有4個點陣，可以同時處理4個不同的樣品，提高了表達譜芯片的通量。GeneAtlas系統(tǒng)和array strips芯片為表達譜檢測提供了一個經(jīng)濟的解決方案。
平臺設備
　　Affymetrix GeneAtlas是*款個人型臺式芯片系統(tǒng)，包括高度整合的流體工作站和掃描儀，能同時處理四個樣品。


技術原理
　　Affymetrix GeneAtlas表達譜檢測原理與經(jīng)典的GeneChip 3' IVT和全轉(zhuǎn)錄本表達譜芯片標靶標記原理相同，流程如下圖：


技術優(yōu)勢

簡便易用：從靶標制備到結(jié)果分析的全部步驟都簡便易用；數(shù)據(jù)分析軟件是特別針對生物學家而非統(tǒng)計學家而開發(fā)的，界面友好操作簡便；
高度自動化：靶標制備后步驟需手工操作時長少于16分鐘；

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