DNA芯片的制作与应用

DNA芯片的制作与应用

一、DNA芯片的制作与应用(论文文献综述)

张欣欣[1](2021)在《基于DNA自组装的逻辑芯片》文中指出随着人们对计算机需求的提高,出现了传统的计算机难以解决的复杂问题。一是信息处理规模的增加,对计算机数据存储的能力要求增加。二是近期全球芯片的短缺,让我们意识到提高芯片制作速度的重要性。由此而出现的DNA计算是解决两类问题的新技术,DNA四种碱基的排列组合扩大了信息存储量;DNA链的自组装和置换功能可以快速的完成DNA芯片的制作。DNA逻辑芯片是DNA计算的重要组成部分。DNA芯片包含芯片支持物、DNA探针,并将DNA探针固化于支持物表面。根据支持物的不同,将DNA芯片分为DNA无机芯片与DNA有机芯片。DNA无机芯片常用的支持物为硅片、玻璃等;DNA有机芯片常用的支持物为尼龙膜、聚丙烯膜等。本文借助于caDNAno、NUPACK等进行设计,通过DNA链的自组装,完成了以DNA为材料的DNA芯片支持物的设计与实现,此设计归属于DNA有机芯片支持物的创新;并将DNA逻辑计算模型编码为DNA链,设计了 DNA逻辑电路。最后通过将DNA逻辑电路固化于DNA支持物上,实现了 DNA逻辑芯片。实验使用琼脂糖凝胶电泳、非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳和实时荧光PCR等技术,对DNA逻辑芯片进行了多方面的研究。一方面是DNA芯片支持物,我们知道现有的DNA芯片有机支持物,包含膜囊泡、碳化钛等,提出了使用DNA折纸作为DNA逻辑芯片的支持物。DNA折纸基于DNA自组装技术,使用M13噬菌体长链和订书钉链实现组装。DNA芯片支持物与DNA逻辑电路材料统一,提高了芯片的相融性。第二是逻辑电路的设计,本文使用DNA颈环作为基本功能链,存在输入链时,DNA颈环被打开,被打开的DNA颈环暴露隐藏区域,将报告链置换出,以此为基础,实现了“是”、“与”、“非”逻辑门以及DNA串联电路的设计。第三是将电路固化于支持物上。在支持物较为居中的位置,通过设计定位链,用来固化DNA逻辑电路所涉及到的功能链,与传统的特质孔径方式连接支持物相比,链杂交的操作更加简单。通过本次实验,我们体会到DNA具有天然的自组装性质,通过DNA自组装实现的纳米结构各式各样,具有设计性、操作性、编程性等特点。而DNA逻辑芯片既是分子计算的技术基础,亦可应用于生物医学,前景十分广泛。

宁鑫[2](2021)在《基于扫描电化学显微镜的生物传感和化学反应过程动力学研究》文中研究说明扫描电化学显微镜(Scanning Electrochemical Microscopy,SECM)自问世以来已被应用于许多与电化学相关的各个领域的前沿课题,如电化学生物传感,电化学反应动力学研究以及表界面性质研究等等。在基于SECM的电化学生物传感平台的设计中,SECM的探针作为信号接收设备,而SECM的基底则作为信号载体,这种信号载体与信号接收体互相分离互不干扰的“载-接分离”的设计避免了基于传统大电极的电化学生物传感器中信号载体和信号接收体同为一根工作电极使得信号载体覆盖在接收体表面导致信号接收效率下降的缺陷。也是基于“载-接分离”的优势,SECM的基底可以被设计成响应多种分析目标的高选择性目标物筛选平台,这就为多目标高通量的电化学生物传感器的设计提供了设备基础。这种传感器在具备电化学本身高灵敏度特性的同时,又结合了基于一定设计的基底的高选择性,同时又能进行多目标物的高通量分析。因此基于SECM构建的电化学生物传感器将高灵敏度高选择性与高通量结合在一起,在对一些重大疾病或者复杂体系的生物传感研究中有良好的应用前景。SECM可以做到对基底样本的高分辨率电化学成像,随着探针面积的降低,SECM成像的分辨率可以达到纳米级别。虽然如此,在传统的SECM电化学成像过程中有一处瓶颈,就是在对基底样本的扫描过程中,单次扫描只能够响应一种分子,这就导致单次扫描得到的信息过于单一。而多次扫描会消耗太长时间从而致使获得的信息不具有同时性,这就会对一些随时间进行状态会发生变化的基底样本(如细胞)产生影响。因此设计一种单扫描多目标响应的新型SECM就显得至关重要。由于超微电极表面面积可以做到纳米级别,且操纵超微电极的压电陶瓷也可做到纳米级别的步长操纵,故而SECM具有很高的空间与时间分辨率,这为许多超快反应的反应动力学研究以及反应过程中产生的不稳定中间体的检测提供了研究手段。对许多涉及到电化学反应的分析方法或者生命活动而言,了解其中涉及到的的电化学反应机理及动力学过程有助于更进一步深层次地认识到分析方法或者生命活动的本质。因此使用SECM对这些电化学过程进行动力学研究就显得更有意义。本文首先基于SECM的“载-接分离”优势设计了针对与癌症有关的肿瘤标记物的传感平台;并在已有的基底信号放大的基础上对探针进行修饰改进,设计了集精准定位与信号放大于一体的探针,从而构建了高灵敏度的双信号放大的DNA生物传感平台;此外,本文在传统的SECM基础上开发了单扫描多目标响应的程序化SECM并将其应用于细胞不同状态的鉴别中,为识别细胞状态提供了同一时段下多方面的信息,从而提升了判断细胞状态的准确性;最后本文利用SECM在空间与时间上的高分辨率研究了联吡啶钌-三丙胺电化学发光体系中三丙胺氧化的动力学过程,借此验证了之前提出的联吡啶钌-三丙胺电化学发光过程机理。本论文主要研究工作如下:(1)构建了一个基于扫描电化学显微镜的同时检测四种肺癌肿瘤标记物的生物传感平台。通过在蛋白生物芯片上构建甲胎蛋白(AFP),癌胚抗原(CEA),神经元特异性烯醇化酶(NSE)以及细胞角蛋白19片段(Cyfra21-1)的抗体-抗原-抗体的三明治结构,结合抗体上标记的辣根过氧化酶(HRP)对溶液中对苯二酚的氧化与由SECM的产生-收集模式在探针上收集的基底氧化产物对苯醌完成了对四种抗原的同时检测。溶液中目标蛋白浓度在5ng/m L至1μg/m L之间时,探针信号电流与溶液中目标蛋白的浓度的对数值之间存在良好的线性关系。此外,传感平台有良好的特异性,对目标蛋白的检测不会受到其它同时检测的蛋白影响。这一传感平台实现了对肺癌肿瘤标记物的同时检测的同时,也为高通量蛋白生物分析与临床应用提供了可能性。(2)将扫描电化学显微镜与修饰微电极技术结合,构建了一个基于PEDOT修饰铂微电极与酶标DNA超级链结合的双信号放大DNA生物传感平台。经修饰后的超微电极仍然可以用来做SECM在反馈模式下的基本定位与成像实验。构建的传感平台对目标DNA的检测限可以达到0.076f M,从而提供了一个超灵敏DNA传感平台。此外,设计的平台可以用来扫描DNA芯片,为之后的高通量高灵敏度生物传感分析奠定基础。(3)开发了一种单扫描多目标响应的程序化扫描电化学显微镜技术。在原有的扫描电化学显微镜技术的基础上,将探针原有的恒电位替换为设计好的电位波形,从而实现多目标扫描成像,突破了传统扫描电化学显微镜在一次成像中只能响应一种分子的限制。而程序化设计也使得收集到的电流信号基本消除了充电电流的影响,提高了信噪比。基于这一新方法,通过对三种不同分子同时响应的成像准确地判定了细胞的状态。(4)基于扫描电化学显微镜的探针产生-基底收集模式对电化学发光体系中三丙胺的氧化过程的化学反应过程动力学进行了研究。随着探针与基底之间距离d值的变化,在基底电极上分别检测到了自由基TPr A?与阳离子自由基TPr A+?。通过实验结果与由COMSOL模拟的结果对比得到了TPr A+?去质子化过程的动力学常数,并通过计算得出TPr A+?的半衰期。实验结果表明TPr A+?参与到了TPr A-Ru(bpy)32+体系的电化学发光过程,说明了在只有TPr A氧化,没有Ru(bpy)32+氧化的情况下也有ECL发光现象出现的原因,验证了之前对TPr A-Ru(bpy)32+体系电化学发光过程机理的假设。这一研究工作提供了一个新的研究化合物断键成键过程中的电子转移的手段,为进一步研究其他共反应剂参与的ECL反应机理奠定了基础。

何珊珊[3](2017)在《用单价STV制备单分子蛋白质-DNA复合物的研究》文中指出在基于荧光标记的单分子DNA合成测序技术中,制备高密度单分子DNA芯片,即每一个样点只有一条DNA分子,是最关键的步骤之一。理想的单分子DNA芯片可将样点间距缩小到光学仪器的检测极限,以实现单位面积的数据量最大化,在通量与费用两方面解决现存单分子分步合成测序中的通量低和费用高的问题。但制备这种单分子DNA芯片的制备难度较大,限制了基于这种芯片的测序技术的发展和应用。以往报道的单分子DNA芯片制作方法有超稀溶液铺设和利用原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)针尖制作DNA纳米阵列等。超稀溶液铺设的DNA分子在基片表面呈现随机分布,样点间的间距不固定,分子分布不匀,无法实现单位面积的数据量最大化。而利用AFM制备的单分子DNA芯片密度高,样点间距小,但速度慢,同时,也无法保证每个点只含一个分子,不能满足制备高密度单分子芯片的要求。另一种方法是用DNA纳米球制作有图案的高密度单分子DNA芯片,虽然这种DNA分子在物理学上是单分子,但它需要通过滚环扩增产生,所以,在生物学意义上不是单分子。为此,我们提出了制作单分子DNA芯片的新方法,以期在基地上定点固定单分子DNA。本方法主要包括两部分,第一部分是基底制作,采用纳米加工技术,在基底上制备所需间距、经活化后可以绑定蛋白质的纳米点阵列,用于捕获携带1条DNA的单分子蛋白质。第二部分是大规模单分子蛋白质-DNA复合物的制备,我们利用链霉亲和素(Streptavidin,STV)蛋白和生物素标记的双链DNA(biotin-DNA)制备1STV-1DNA复合物。然后将1STV-1DNA复合物固定到纳米点阵列中。之所以采用STV蛋白作为单分子运载工具,是因为当前基于电子束曝光制备的纳米点的尺度与蛋白质可比,但还不能小到与DNA直径可比。可见,大批量获得高纯度1STV-1DNA复合物,是制作这种高密度单分子DNA芯片的先决条件之一。我们实验室之前制备1STV-1DNA复合物使用的是野生型STV,先将其与生物素修饰的双链DNA混合孵育,然后,将连接产物经凝胶电泳分离,最后切胶回收,得到1STV-1DNA复合物,过程复杂且效率不高。为此我们开发了一种新的方法来制备1STV-1DNA复合物,即使用单价STV。实验过程分为三部分内容。第一部分是制备单价STV,将生物素结合位点失活的STV变异体变性后的亚基与野生型STV变性后的亚基以摩尔比3:1的比例混合,然后重折叠复性,Ni-NTA柱层析分离得到四聚体中只有一个生物素结合位点的突变体STV,即单价STV。第二部分是制备biotin-DNA。第三部分是将单价STV与biotin-DNA以不同的摩尔比混合孵育。通过琼脂糖凝胶电泳和AFM观察复合物结果证明,该实验方法可行,并较之于使用野生型STV更为简便、高效。该方法不仅为单分子DNA芯片制备,也为单分子DNA操纵、单分子DNA-蛋白质相互作用研究等提供了便捷的方法。

邵宁[4](2016)在《基于微阵列的多重核酸检测新技术的开发及其在转基因作物检测中的应用研究》文中指出随着转基因作物在全球的迅速发展,越来越多的转基因作物被批准进入市场,其外源插入片段的组成也愈加复杂化和多样化,同时,市场上未批准转基因作物的非法流通、作物及产品中转基因成分的低水平混杂时有发生,这对当前转基因作物及产品的检测提出了很高的要求,亟需能同时检测大量靶标、快速高效、操作简单、经济的检测方法。然而目前转基因成分的多重检测方法面临诸多问题和挑战,如可并行检测的靶标数目较少、扩增与检测分开使得检测步骤多耗时长、缺乏便携式检测平台等。另一方面,多重核酸检测在其它诸多领域如疾病诊断、微生物检测、食品安全以及环境监测等方面也有着迫切的需求,而转基因多重检测面临的问题其实也是当前整个多重核酸检测领域面临的共性问题。针对上述问题,在本论文的研究中,我们以引物及反应的物理隔离为指导思想,在多个平台上成功构建了一整套基于微阵列的多重核酸扩增及检测新技术,将这些方法成功应用于转基因作物的高通量检测中,一定程度上解决了当前转基因作物检测面临的主要问题,同时也为当前整个多重核酸检测领域提供了一种新的解决方案。首先,为了提高转基因多重检测中可并行检测的靶标数目,本论文以本实验室发明的一套基于亲疏水微孔阵列芯片的多重PCR方法为基础,设计开发了一套用于转基因靶标多重并行扩增的芯片多重PCR平台和一张用于识别多种转基因靶标分子的DNA芯片,将二者相结合,建立了一套目前世界上最高通量的转基因检测平台MACRO(Multiplex Amplification on a Chip with Readout on an Oligo microarray),能够在一次反应中同时检测91种转基因相关靶标,检测范围覆盖到超过97%的现有商业化转基因作物品系。同时,用多种模拟样本和实际样本进行测试的结果表明本方法的特异性接近100%,灵敏度满足转基因日常检测的实际要求,实验室自配复杂样本和海关抽检盲样的检测结果分别与理论预期和当前转基因检测的金标准real-time PCR方法检测的结果100%一致。本方法是世界上第一个可全局性监测转基因作物及产品的多重检测方法,对日常转基因作物及产品的检测和监管有着重要的实际意义。接着,针对当前方法中扩增及检测分开增加了操作步骤和检测时间的问题,本论文进一步对MACRO技术平台进行了改进,建立了集扩增与检测于一体的FLAC(Fluorescent-Labeled Amplification and analysis on Chip)多重检测平台。我们采用TaqMan probe技术,对芯片PCR产物进行荧光标记,同时在芯片PCR后用盖片的简单方式对芯片进行封闭,使得芯片PCR后可以直接通过芯片扫描仪读取荧光信号,实现了芯片PCR产物的在片检测,使原本的检测时间缩短了一半以上。我们将此方法用于转基因检测中,选择了一些重要的的高频转基因元件以及转基因作物的植物内源参照基因进行测试,成功实现了对19种转基因相关靶标的一次性并行快速检测,结果初步表明本方法具有很高的特异性和灵敏度。最后,为了提高多重核酸检测的便携性,本论文利用和前述方法中同样的引物及反应物理隔离的思路,设计制作了一种集成毛细管阵列的多重微反应器,并在此基础上结合可视化LAMP技术,开发了一套简单快速且经济的便携式多重核酸可视化检测平台CALM(Capillary Array-based LAMP for Multiplex visual detection of nucleic acids)。在该方法中,我们通过特殊的毛细管微阵列设计和亲疏水处理,同时对加样装置进行了巧妙的设计,可以用移液器一次性将反应液非常方便地加入所有毛细管中并同步进行扩增及检测。本方法能在半小时到一小时之内完成反应及检测,且结果可直接肉眼检测,无需配套检测设备。本平台简单便携、对仪器和电力依赖低,未来有望用于现场实时检测(point of care test,POCT)等领域。在本论文中,我们同样将此方法应用于转基因检测,成功实现了对8种常见转基因相关靶标的快速可视化多重检测。模拟样本和实际样本测试的结果表明本方法具有很高的特异性、灵敏度、准确度和实用性。综上所述,本论文针对转基因作物检测和整个多重核酸检测领域面临的问题和挑战,以多种形式的微阵列为载体、以引物及反应的物理隔离为指导思想,建立了一整套简便通用的多重核酸检测方法,这些方法可大大提高多重核酸检测的重数,同时又兼具高特异性和灵敏度、方法简便、灵活、通用等优点。所有这些方法均被成功地应用于对多重核酸检测有着迫切需求的转基因作物检测中,显示了良好的效果和相比其它传统检测方法的优势,因此,这些方法在转基因检测领域有着现实的应用价值,同时也为当前多重核酸检测领域提供了一整套较好的解决方案。

杨秋萍[5](2016)在《单分子DNA芯片制备技术的基础研究》文中认为本论文目标是制作单分子DNA芯片,首先,在硅基表面旋涂电子束抗蚀剂聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,PMMA),电子束曝光(electron beam lithography,EBL)制备高密度纳米坑阵列,通过化学表面修饰,将一端带有生物素(biotin),另一端带有Cy3荧光基团的单个DNA固定至链霉亲和素(streptavidin,STV)修饰的纳米坑底部,这种定点固定单分子DNA芯片的研制方法,可克服随机铺设单分子随机性大、基片利用率低的问题,可为制备新型单分子DNA芯片提供参考。本文探索到一种快速有效的硅片清洗方法,初步获得大量制备STV-1DNA复合物的条件,并运用EBL制备高密度纳米坑阵列,主要包括以下几个方面的工作:(1)硅片表面的化学修饰与DNA分子的表面固定:利用化学清洗剂和水虎鱼溶液清洗硅片,去除硅片表面杂质,经荧光显微镜观测,证明该方法简单快速,并能有效降低基底背景。将水虎鱼溶液处理后的硅片用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(3-aminopropyltriethoxysilane,APTES)和1,4-亚苯基二异硫氰酸酯(1,4-Phenylene diisothiocyanate,PDITC)处理,并利用生物素-链霉亲和素系统将一端带有biotin、另一端带有Cy3荧光基团的DNA固定至硅基底表面,全内反射荧光显微镜(total internal reflection fluorescence microscope,TIRFM)进行观测。结果表明,该方法能够有效固定DNA分子,为在硅基底上制备单分子DNA阵列进行了第一步尝试。(2)STV-1DNA复合物的制备:基于生物素-链霉亲和素系统的特点,将一端由biotin修饰的500 bp双链DNA与STV混合,制备不同的DNA-STV复合物,并用原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)表征。同时,对不同DNA:STV摩尔比和孵育时间获得的混合复合物进行琼脂糖凝胶电泳分离,比较电泳结果,探索大量制备STV-1DNA复合物的条件。(3)纳米坑阵列的制备:在硅片表面旋涂PMMA,EBL制备高密度纳米坑阵列,并利用扫面电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)进行表征,初步获得高分辨率高密度纳米坑阵列。纳米坑底部进行选择性化学修饰,将一端带有biotin、另一端带有Cy3荧光基团的DNA固定至纳米坑底部,尝试制备单分子DNA芯片,利用TIRFM进行观测。

韩海红[6](2009)在《副溶血性弧菌全基因组DNA芯片和比较基因组学研究》文中研究表明背景副溶血性弧菌是引起全球食物中毒的重要致病菌,1996后出现的由副溶血性弧菌引起的食物中毒爆发,可能是由‘大流行菌群’引起。同本学者在2003年完成了副溶血性弧菌大流行菌株RIMD2210633的全基因组序列的测定。本研究目的是通过基因芯片技术,针对大量具有代表性的全球性副溶血性弧菌菌株进行基于芯片的比较基因组学研究,以深入认识副溶血性弧菌基因组多态性和种群的系统发育。方法利用副溶血性弧菌全基因组序列,挑选出4770条基因,PCR扩增各基因并将PCR产物纯化,点样制备芯片。设计了两个质控杂交组合,采用双色荧光杂交策略,对芯片质量进行评价,并用PCR方法验证部分芯片结果。针对174株副溶血性弧菌,进行基于芯片的比较基因组学研究。用原核表达系统构建副溶血性弧菌几种重要毒力相关基因的表达载体。结果成功的研制了一批副溶血性弧菌全基因组DNA芯片。经质量评价,发现芯片杂交与理论预期结果以及PCR验证结果完全一致,证明此芯片质量良好,可以用于后续的比较基因组杂交。建立了基于DNA芯片的副溶血性弧菌比较基因组学技术平台,建立了一套系统的芯片数据分析的标准方法。成功构建了六种重要毒力相关基因的原核表达载体,为以后深入研究副溶血性弧菌致病机制打下物质基础。我们对174株菌的芯片数据进行了系统进化分析后,得到了174个菌株的种系结构图——最小生成树。174株菌被分为了5个群(C1至C5),每个群内的个体在种系发生和遗传学上彼此密切相关。C3和C4代表高毒的临床克隆株,而C5群和无毒的环境分离株高度相关。C2和C3分别组成了两个不同的克隆群——‘旧03:K6克隆群’和‘大流行菌群’。c3包括了所有经PCR验证为大流行菌株的39个菌株(trh-,tdh+和GS-PCR+),C2则包括了12株1996前的旧03:K6菌株(trh+,tdh和GS-PCR-)。大流行菌群f,1996后‘新’03:K6和它的衍生菌株04:K68,O1:K25,01:KUT和06:K18)是由旧O3:K6克隆进化而来,进化过程包括toxRS/新序列的出现和基因组岛的逐步获得。研究还发现了介于大流行菌群和旧O3:K6克隆群之间的一个种系发育的‘中间型O3:K6进化枝’(trh-,tdh- and GS-PCR+)。174株菌的差异组成的基因占全基因组总数的22%。结论通过大量菌株的基于芯片的比较基因组学研究,获得了这些菌株的基因组成概况、种群结构和大流行菌群的进化史。

吴常嵩[7](2006)在《不同年份对虾白斑综合症病毒基因组差异的芯片分析》文中指出对虾白斑综合症病毒(White spot syndrome virus, WSSV)是对虾养殖业最主要的病原,它产生的病害给全世界对虾养殖业造成了很大的经济损失。该病毒具有广泛的宿主,包括许多甲壳类动物,并且能感染宿主的大部分组织,给病毒的防治研究带来困难。对WSSV进行全面并具有针对性的研究是解决病害的关键。在进行病毒功能基因组研究过程中,已经有文章报道大片段的基因缺失导致了该病毒毒力的减弱。基于WSSV以上的特点,我们收集了1996年、1998年、2000年和2002年的病毒样品,结合DNA芯片技术,开展了WSSV全基因组的图谱分析比较,试图研究近年来WSSV基因组的变化规律,为病毒变异的深入分析打下基础。本文以生物素和地高辛标记的Microarray技术对WSSV近年来的转录表达规律进行研究分析。根据全基因组序列,设计了190对引物覆盖绝大多数可预测的开放读框(ORF),扩增相应的WSSV基因片段,用点样仪在尼龙膜上进行点样,制备成为DNA芯片。将1996年、1998年、2000年和2002年收集的感染对虾分别提取病毒悬液用以感染健康的螯虾。提取这4种病毒株的mRNA和总DNA分别用生物素和地高辛标记后与DNA芯片杂交。实验表明绝大多数可预测的WSSV ORF在感染的螯虾体内进行了转录表达。1996年病毒株有着全长基因组DNA,1998年和2000年病毒株缺失了wsv493和wsv495,2002年病毒株另外缺失了wsv479、wsv482、wsv489。分别运用RT-PCR和PCR验证了两组DNA芯片杂交结果的可靠性,证实了WSSV大陆株存在一个不稳定的区域,并以缺失的方式随着时间进行遗传变异。

江南,陈洪[8](2005)在《生物芯片的研究和应用现状》文中研究指明生物芯片技术作为一种新兴的高科技生物技术,近几年取得了迅猛的发展;目前生物芯片已广泛应用于生物、医学、化学、新药开发、司法鉴定、环境卫生、军事天地等各领域。文章就生物芯片的研究、发展和应用现状进行阐述。

刘晓智,陈騉,王睿[9](2005)在《生物芯片技术研究进展及其应用前景》文中研究表明目的总结近年来生物芯片技术研究进展。方法查阅近年来国内外有关文献资料分析评述。结果与结论生物芯片技术是随着人类基因组计划的进展而发展起来的,它融微电子学、生物学、化学、物理学、计算机科学为一体的高度交叉的新学科,具有重大的基础研究价值和产业化前景。目前生物芯片已经应用于药物研究、超高通量筛选平台、药物基因组学、药物毒理学研究、药物分析耐药性研究、个性化药物及治疗研究中。

白鹏,田力,周雪平,高玉振,吴谨[10](2005)在《DNA芯片分析单核苷酸多态性及其法医学应用》文中研究说明DNA芯片技术作为一门新兴的高科技生物技术,显示了它旺盛的生命力和迅猛的发展势头。单核苷酸多态性(SingleNucleotidePolymorphisms,SNPs)是最常见的人类基因组变异类型。它作为一种有效的人类遗传标记,在疾病相关性研究、药物基因组学、法医学、人类进化和迁移等研究中发挥了重要作用。它同DNA芯片技术结合运用也将在法医检验,尤其是亲子鉴定和个人识别中发挥重要作用。本文主要讨论了DNA芯片和SNPs的特点,以及二者联合运用于法医学的价值。

二、DNA芯片的制作与应用(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、DNA芯片的制作与应用(论文提纲范文)

(1)基于DNA自组装的逻辑芯片(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景和意义
        1.1.1 课题研究背景
        1.1.2 课题研究意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文主要内容
第2章 相关知识与技术
    2.1 相关知识介绍
        2.1.1 DNA自组装
        2.1.2 DNA链置换
        2.1.3 DNA逻辑电路
        2.1.4 miRNA的检测
    2.2 相关实验技术
        2.2.1 PCR技术
        2.2.2 琼脂糖凝胶电泳
        2.2.3 非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳
        2.2.4 荧光共振能量转移
    2.3 本章小结
第3章 DNA芯片支持物的设计与实现
    3.1 DNA芯片支持物的设计
    3.2 DNA芯片支持物的实现
    3.3 DNA芯片支持物的调控与验证
        3.3.1 琼脂糖凝胶电泳实验步骤
        3.3.2 DNA芯片支持物的浓缩提纯
        3.3.3 DNA芯片支持物的骨架链的研究
    3.4 本章小结
第4章 逻辑门的设计与实现
    4.1 “是”逻辑门的设计与实现
        4.1.1 “是”逻辑门的设计
        4.1.2 “是”逻辑门的实现
        4.1.3 非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳实验步骤
    4.2 “与”逻辑门的设计与实现
        4.2.1 “与”逻辑门的设计
        4.2.2 “与”逻辑门的实现
    4.3 “或”逻辑门的设计与实现
        4.3.1 “或”逻辑门的设计
        4.3.2 “或”逻辑门的实现
    4.4 串联电路的设计与实现
        4.4.1 串联电路的设计
        4.4.2 串联电路的实现
    4.5 本章小结
第5章 DNA逻辑芯片的合成
    5.1 定位链的设计
    5.2 DNA芯片支持物固化作用的验证
        5.2.1 荧光共振能量转移验证固化作用
        5.2.2 链霉亲和素验证固化功能
    5.3 DNA逻辑芯片
        5.3.1 “是”逻辑芯片
        5.3.2 “与”逻辑芯片
        5.3.3 “或”逻辑芯片
        5.3.4 串联电路芯片
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
参考文献
附录
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢

(2)基于扫描电化学显微镜的生物传感和化学反应过程动力学研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 扫描电化学显微镜技术的发展
        1.1.1 扫描电化学显微镜的原理
        1.1.2 扫描电化学显微镜的主要应用领域
    1.2 基于扫描电化学显微镜的生物传感技术
        1.2.1 基于扫描电化学显微镜的生物传感技术的特点与优势
        1.2.2 基于扫描电化学显微镜的生物传感技术的应用
    1.3 扫描电化学显微镜在研究化学反应过程动力学中的应用
        1.3.1 基于扫描电化学显微镜的电化学反应过程动力学研究的特点与优势
        1.3.2 扫描电化学显微镜在均相与异相反应过程动力学中的应用
    1.4 本论文的研究意义与主要内容
        1.4.1 论文的研究意义
        1.4.2 论文的研究内容
    参考文献
第二章 基于扫描电化学显微镜的同时检测四种肺癌肿瘤标记物的传感平台构建
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 试剂与仪器
        2.2.2 建立在蛋白芯片上的“抗体-抗原-抗体”三明治结构的构建
        2.2.3 基于扫描电化学显微镜的肿瘤标记物检测
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 传感平台构建的实验参数优化
        2.3.2 基于扫描电化学显微镜的蛋白微阵列成像
        2.3.3 定量检测四种肺癌肿瘤标记物
        2.3.4 传感平台对四种肿瘤标记物的选择性讨论
    2.4 结论
    参考文献
第三章 基于超微电极修饰与扫描电化学显微镜的双催化信号放大DNA生物传感平台的构建
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 试剂与仪器
        3.2.2 电聚合修饰超微电极过程
        3.2.3 PEDOT修饰的超微电极表征
        3.2.4 PEDOT修饰微电极在SECM实验中的可行性
        3.2.5 DNA超级链的自组装过程
        3.2.6 PEDOT修饰超微电极与扫描电化学显微镜结合检测目标DNA
        3.2.7 DNA生物芯片的制作与成像
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 超微电极的聚合修饰过程及参数优化
        3.3.2 PEDOT修饰的超微电极的电化学与SEM表征
        3.3.3 PEDOT修饰的超微电极的稳定性讨论
        3.3.4 PEDOT修饰的超微电极应用在SECM中的可行性讨论
        3.3.5 基于PEDOT修饰的超微电极与基底自组装超级链的双重信号放大讨论
        3.3.6 定量检测目标DNA
        3.3.7 DNA芯片的成像
    3.4 结论
    参考文献
第四章 基于多目标同时成像的程序化扫描电化学显微镜对细胞状态的识别
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 试剂与仪器
        4.2.2 基于程序化SECM的反馈模式成像
        4.2.3 PC12细胞的培养
        4.2.4 基于程序化SECM的细胞成像
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 程序化SECM的波形设计
        4.3.2 程序化SECM的相关参数讨论
        4.3.3 基于程序化SECM与反馈模式的金属条带成像
        4.3.4 基于程序化SECM的细胞成像
        4.3.5 基于程序化SECM对不同状态下的细胞成像
    4.4 结论
    参考文献
第五章 基于扫描电化学显微镜对三丙胺氧化过程中三丙胺阳离子自由基的动力学研究
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 试剂与仪器
        5.2.2 25μm基底金微电极的制作与电化学表征
        5.2.3 铂-聚吡咯(Pt/ppy)参比电极的制作
        5.2.4 探针与基底的位置校准
        5.2.5 基于产生-收集模式下的反应中间体检测
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 金探针与金基底电极的电化学表征
        5.3.2 硝基苯与三丙胺的电化学行为分析
        5.3.3 探针与基底之间距离的确定
        5.3.4 基于TG-SC模式对三丙胺氧化反应产物及反应过程中间体的检测
        5.3.5 基于COMSOL的实验结果与动力学常数模拟
    5.4 结论
    参考文献
第六章 总结与展望
    6.1 全文主要内容及结论
    6.2 论文的创新性
    6.3 展望
附录 :博士在读期间科研成果
致谢

(3)用单价STV制备单分子蛋白质-DNA复合物的研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 链霉亲和素及其应用概述
        1.1.1 链霉亲和素简介
        1.1.2 链霉亲和素与生物素结合机制
        1.1.3 STV-生物素系统应用
        1.1.4 单价STV制备
    1.2 STV-DNA复合物在制备单分子DNA芯片中的应用
        1.2.1 DNA芯片研究现状
        1.2.2 单分子DNA芯片研究进展
        1.2.3 STV-DNA复合物在制备单分子DNA芯片中的应用
        1.2.4 单价STV制备1STV-1DNA复合物
    1.3 本论文研究目的
第二章 材料与方法
    2.1 实验材料与仪器
        2.1.1 实验材料与试剂
        2.1.2 试剂与培养基
        2.1.3 主要仪器和设备
    2.2 实验方法
        2.2.1 单价STV制备
        2.2.2 Biotin-DNA制备与浓度测定
        2.2.3 1STV-1DNA复合物制备及检测
第三章 结果与分析
    3.1 单价STV制备
        3.1.1 A、D诱导表达前后SDS-PAGE电泳结果
        3.1.2 蛋白浓度测定结果
        3.1.3 纯化蛋白SDS-PAGE结果
    3.2 Biotin-DNA制备
        3.2.1 Bioti-DNA检测结果
        3.2.2 Biotin-DNA浓度
    3.3 1STV-1DNA复合物制备及检测
        3.3.1 STV-DNA复合物琼脂糖凝胶电泳结果
        3.3.2 单价STV-DNA复合物AFM图像
第四章 总结与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

(4)基于微阵列的多重核酸检测新技术的开发及其在转基因作物检测中的应用研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
缩略词表
第一章 绪论
    1.1 转基因作物及其检测方法
        1.1.1 转基因作物的概念及其发展应用现状
        1.1.2 转基因生物的安全性管理以及检测的需求和挑战
        1.1.3 常见的转基因作物检测方法
    1.2 多重核酸检测
        1.2.1 多重核酸检测需求及应用
        1.2.2 多重核酸检测方法
    1.3 本论文研究的目的、内容和意义
第二章 MACRO转基因高通量检测平台的构建
    2.1 实验材料、试剂和仪器
        2.1.1 植物材料
        2.1.2 主要的试剂、耗材
        2.1.3 主要的仪器设备
    2.2 实验方法
        2.2.1 作物基因组DNA的提取与纯化
        2.2.2 基因组DNA的浓度测定与评价
        2.2.3 亲疏水微孔芯片的制作及后续处理
        2.2.4 特异性引物设计及点制
        2.2.5 特异性探针设计及点制
        2.2.6 两次PCR扩增过程
        2.2.7 扩增产物的检测
        2.2.8 检测结果的导出与分析
    2.3 实验结果和分析
        2.3.1 MACRO转基因高通量检测系统的建立及流程
        2.3.2 转基因特异性靶标序列的整理与最终检测范围的确定
        2.3.3 方法特异性的实验结果和分析
        2.3.4 体系灵敏度的实验结果和分析
        2.3.5 实际样品的检测实验及结果
        2.3.6 检测结果分析软件的开发
    2.4 本章讨论与小结
第三章 FLAC扩增检测一体式多重核酸检测方法的构建及在转基因检测中的应用
    3.1 实验材料、试剂与仪器
        3.1.1 植物材料
        3.1.2 主要的试剂、耗材
        3.1.3 主要的仪器设备
    3.2 实验方法
        3.2.1 植物基因组DNA提取、纯化及浓度测定与评价
        3.2.2 亲疏水微孔芯片的设计、制作与表面处理
        3.2.3 TaqMan引物探针的设计和筛选
        3.2.4 TaqMan引物探针在亲疏水性芯片上的点制
        3.2.5 芯片荧光PCR反应
        3.2.6 芯片封装及扫描
        3.2.7 数据分析
    3.3 实验结果和分析
        3.3.1 FLAC扩增检测一体化核酸多重检测方法的建立及流程
        3.3.2 转基因高频靶标的整理
        3.3.3 相应TaqMan引物探针的设计、筛选及最终检测范围的确定
        3.3.4 方法特异性的验证
        3.3.5 方法灵敏度的测定
    3.4 本章讨论与小结
第四章 CALM便携式多重核酸可视化检测平台的构建及在转基因检测中的应用
    4.1 实验材料、试剂与仪器
        4.1.1 植物材料
        4.1.2 主要试剂、耗材
        4.1.3 主要仪器设备
    4.2 实验方法
        4.2.1 作物基因组DNA的提取与纯化及其浓度测定与评价
        4.2.2 常规LAMP反应
        4.2.3 毛细管阵列的设计、制作及表面处理
        4.2.4 引物在毛细管内的固定
        4.2.5 基于毛细管阵列的多重LAMP反应
        4.2.6 结果检测和数据分析
        4.2.7 Real-time PCR验证
    4.3 结果与分析
        4.3.1 CALM平台的原理和步骤
        4.3.2 LAMP反应体系的加载与分隔
        4.3.3 基于CALM平台的LAMP扩增和交叉污染测试
        4.3.4 CALM平台的特异性和灵敏度测试
        4.3.5 基于CALM平台的实际样品检测
    4.4 本章小结和讨论
第五章 总结与展望
    5.1 研究内容总结
    5.2 本研究的创新点
    5.3 展望
参考文献
附录
    附表1 105 对验证成功的特异性引物
    附表2 105 对用于构建质粒的引物
    附表3 最终91 个转基因靶标的引物探针信息
    附表4 转基因靶标事件所含元件信息
    附表5 上海出入境检验检疫局样本Real-timePCR验证的引物和探针信息
    附表6 10个SHCIQ样品的Real-timePCR实验Ct值信息
    附表7 用于芯片荧光PCR在片检测的引物和TaqMan探针序列信息
    附表8 用于CALM平台的LAMP引物序列信息
    附表9 CALM实验中SHCIQ样本Real-timePCR验证的引物和探针信息
    附表10 CALM平台验证中5个SHCIQ样品的Real-timePCR实验Ct值信息
致谢
攻读博士学位期间主要研究成果及所获奖励

(5)单分子DNA芯片制备技术的基础研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 DNA芯片概述
        1.1.1 DNA芯片的定义
        1.1.2 DNA芯片的制备方法
        1.1.3 DNA芯片的应用
    1.2 单分子DNA分离技术概述
        1.2.1 单分子DNA操纵技术
        1.2.2 微流控芯片技术
    1.3 链霉亲和素及其应用概述
        1.3.1 链霉亲和素简介
        1.3.2 生物素-链霉亲和素系统的应用
    1.4 主要研究内容
第二章 硅基底APTES-PDITC化学处理及荧光观测
    2.1 实验材料与仪器
        2.1.1 实验材料与试剂
        2.1.2 实验仪器
        2.1.3 样品溶液制备
    2.2 实验方法
        2.2.1 硅片清洗
        2.2.2 硅片化学处理
        2.2.3 DNA分子固定
        2.2.4 实验样品设置
    2.3 荧光观测结果与分析
    2.4 本章小结
第三章 生物素化DNA与STV复合物制备
    3.1 实验材料与仪器
        3.1.1 实验材料与试剂
        3.1.2 实验仪器
    3.2 实验方法
        3.2.1 5'端带biotin的500 bp dsDNA制备
        3.2.2 DNA-STV复合物制备
        3.2.3 AFM样品制备
        3.2.4 DNA-STV复合物的电泳分离与观察
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 DNA-STV复合物的AFM观测
        3.3.2 STV-DNA复合物电泳结果与分析
    3.4 本章小结
第四章 EBL制备单分子DNA芯片
    4.1 实验材料与仪器
        4.1.1 实验材料与试剂
        4.1.2 实验仪器
    4.2 实验方法
        4.2.1 芯片图形设计
        4.2.2 芯片的制备
        4.2.3 样品的准备
        4.2.4 芯片表面化学处理及DNA分子固定
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 芯片表面SEM观测
        4.3.2 芯片荧光观测
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

(6)副溶血性弧菌全基因组DNA芯片和比较基因组学研究(论文提纲范文)

缩略词表 中文摘要 Abstract 前言
一、副溶血性弧菌的毒力
    1 副溶血性弧菌已成为引发食物中毒的首要病原菌
    2 副溶血性弧菌的血清型及大流行菌群的出现
    3 副溶血性弧菌的毒力因子
二、基因芯片的研究与应用
    1 基因芯片的技术基础
    2 基因芯片的制备及分类
    3 目标杂交和图像分析
    4 基因芯片和生物信息学
    5 基因芯片的应用
    6 基因芯片的展望
三、本研究的目的与意义
参考文献 第一章 副溶血性弧菌全基因组DNA芯片的研制
1 引言
2 材料
    2.1 实验用菌株
    2.2 主要试剂
    2.3 主要材料和仪器
3 方法
    3.1 芯片的研制
    3.2 芯片杂交
    3.3 PCR方法验证部分芯片结果
4 结果和讨论
    4.1 芯片的研制
    4.2 芯片杂交
    4.3 芯片质量的评价
    4.4 副溶血性弧菌DNA芯片研制的意义
参考文献 第二章 副溶血性弧菌的基因组多态性和种群结构:‘大流行菌群’的进化史
1 引言
2 材料
    2.1 实验用菌株
    2.2 主要试剂
    2.3 主要材料和仪器
3 方法
    3.1 模板的制备
    3.2 芯片研制、DNA标记、芯片杂交和芯片数据分析
    3.3 聚类和种系发生分析
    3.4 用PCR验证部分芯片结果和用PCR研究菌株的分子标识
4 结果和讨论
    4.1 菌株收集
    4.2 引物的序列及PCR扩增条件
    4.3 菌株的基本特征
    4.4 种系发育结构
    4.5 大流行菌群的进化史
    4.6 差异存在基因的特点
    4.7 基因组岛的分布
    4.8 讨论
参考文献 第三章 副溶血性弧菌几种重要毒力相关蛋白的表达
1 引言
2 材料
    2.1 菌株和质粒
    2.2 主要试剂
    2.3 主要材料和仪器
3 方法
    3.1 PCR模板的制备
    3.2 引物设计与合成
    3.3 目的基因的扩增
    3.4 质粒和扩增产物双酶切
    3.5 目的基因克隆入质粒DNA
    3.6 感受态细菌(BL21)制备
    3.7 连接产物转化感受态大肠杆菌BL21
    3.8 阳性克隆的挑选及目的蛋白的表达
    3.9 甘油保种
4 结果和讨论
参考文献 已发表文章 待发表文章 附录: 实验中用到的部分试剂/溶液配制方法 致谢

(7)不同年份对虾白斑综合症病毒基因组差异的芯片分析(论文提纲范文)

中文摘要
英文摘要
1. 前言
    1.1 对虾白斑综合症病毒
    1.2 DNA 芯片技术
2. 材料与方法
    2.1 材料
    2.2 常规实验试剂及配制
    2.3 DNA 芯片的构建
    2.4 cDNA 探针的准备
    2.5 基因组 DNA 探针的准备
    2.6 标记探针与 DNA 芯片的杂交
    2.7 DNA 芯片扫描
    2.8 图像标准化与数据分析
    2.9 RT-PCR 和PCR 对芯片结果的验证
3. 结果与讨论
    3.1 WSSV DNA 芯片的制备
    3.2 总 RNA 的提取
    3.3 mRNA 的分离纯化和cDNA 的逆转录标记
    3.4 DNA 芯片扫描结果
    3.5 WSSV DNA 芯片数据分析结果
参考文献
附录
致谢

(8)生物芯片的研究和应用现状(论文提纲范文)

1 生物芯片概述
2 生物芯片的研究现状
    2.1 芯片固相支持物的研究
    2.2 芯片的制作方法研究
        2.2.1 合成法
        1)显微光蚀刻技术
        2)压电打印法
        3)分子印章法[2,10]
        2.2.2 分配法
    2.3 芯片检测技术研究
3 生物芯片的应用现状
    3.1 基因表达水平的检测
    3.2 基因诊断
    3.3 药物筛选
    3.4 基因测序
    3.5 突变体和多态性的检测
    3.6 基因组的扫描和寻找基因功能
4 结束语

(9)生物芯片技术研究进展及其应用前景(论文提纲范文)

1 生物芯片的分类
    1.1 基因芯片
    1.2 蛋白质芯片
    1.3 组织芯片
2 生物芯片在药物研究中的应用
    2.1 在药物靶点的发现与药物作用机制研究中的应用
        2.1.1 研究组织细胞中基因的表达模式
        2.1.2 研究正常组织与病理组织基因表达差异
        2.1.3 建立病原体基因的表达模型
        2.1.4 研究药物处理细胞后基因表达变化
    2.2 作为高通量筛选平台的应用
        2.2.1 微孔板/微阵列技术
        2.2.2 微流体芯片技术
    2.3 在药物基因组学中的应用
    2.4 在药物毒理学研究中的应用
    2.5 在药物分析中的应用
    2.6 在耐药性研究中的应用
    2.7 在个体化药物治疗研究中的应用
3 小结与展望

(10)DNA芯片分析单核苷酸多态性及其法医学应用(论文提纲范文)

1 DNA芯片
    1.1 基本概况
    1.2 分类和制备
        1.2.1 原位合成法
        1.2.2 直接点样法
2 SNPs
3 利用DNA芯片分析SNPs位点
4 法医学应用
5 存在的问题

四、DNA芯片的制作与应用(论文参考文献)

  • [1]基于DNA自组装的逻辑芯片[D]. 张欣欣. 华北电力大学(北京), 2021(01)
  • [2]基于扫描电化学显微镜的生物传感和化学反应过程动力学研究[D]. 宁鑫. 华东师范大学, 2021(05)
  • [3]用单价STV制备单分子蛋白质-DNA复合物的研究[D]. 何珊珊. 上海交通大学, 2017(11)
  • [4]基于微阵列的多重核酸检测新技术的开发及其在转基因作物检测中的应用研究[D]. 邵宁. 上海交通大学, 2016(03)
  • [5]单分子DNA芯片制备技术的基础研究[D]. 杨秋萍. 上海交通大学, 2016(03)
  • [6]副溶血性弧菌全基因组DNA芯片和比较基因组学研究[D]. 韩海红. 中国疾病预防控制中心, 2009(02)
  • [7]不同年份对虾白斑综合症病毒基因组差异的芯片分析[D]. 吴常嵩. 厦门大学, 2006(01)
  • [8]生物芯片的研究和应用现状[J]. 江南,陈洪. 株洲工学院学报, 2005(06)
  • [9]生物芯片技术研究进展及其应用前景[J]. 刘晓智,陈騉,王睿. 中国药学杂志, 2005(22)
  • [10]DNA芯片分析单核苷酸多态性及其法医学应用[J]. 白鹏,田力,周雪平,高玉振,吴谨. 法医学杂志, 2005(02)

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DNA芯片的制作与应用
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