Технологии биочипов
Биочипы, микрочипы лабораторные аналитические (микрочипные анализаторы, геносенсоры, микрототальные аналитические системы) – это миниатюрные аналитические устройства, изготовленные из силикона, кварца, стекла, пластмасс с применением фотолитографии. Необходимые для проведения аналитических процедур компоненты – каналы, камеры – формируют способом фотолитографии или реактивной ионной гравировки, используют сверление лучом лазера, а особенно малые компоненты получают методом гравировки рентгеновскими, электронными лучами или другими способами, заимствованными из технологий производства компонентов микроэлектроники.
Создание лабораторного микрочипа, являющегося средством миниатюризации лабораторных технологий и лабораторного оборудования, вызвало, в сущности, революционный переворот в лабораторных и научных исследованиях. Микрочипные анализаторы позволяют существенно сократить расход биоматериалов, калибраторов, реактивов, времени анализа, максимально стандартизовать аналитический процесс, упростить работу, повысить производительность, снизить стоимость анализа. Устройства этого типа были созданы впервые при проведении работ по расшифровке генома человека и поиска эффективных лекарственных средств среди сотен вариантов химических соединений близкой структуры.
Ранее фирмой «Randox» (Великобритания) были описаны микрочипы (размером 1 см2), использованные как устройства для размещения групп биозондов, представляющих собой биосенсоры для детекции искомых аналитов, в конструкции многоцелевого автоанализатора «EVIDENCE». Производимые в настоящее время микрочипные анализаторы позволяют осуществлять как считающиеся рутинными процедуры, например дифференциацию клеток крови, так и новейшие методы, в том числе исследования нуклеиновых кислот: гибридизацию ДНК, определение последовательности нуклеотидов, ПЦР и ее разновидности, лигазную цепную реакцию, анализ полиморфизма длины рестрикционных фрагментов, обнаружение мутаций генов.
Для микрочипных анализаторов уже существует большое семейство конструктивных элементов, включая фильтры, линзы, насосы, диафрагмы, ионоселективные электроды, фотодиоды, светофильтры и т.п.
Типовые размеры микрочипа – 1,5х1,5 см при толщине в несколько миллиметров. В молекулярно-биологических технологиях биочипы играют очень важную роль не только на этапах детекции результатов.
Технология ДНК-чипов основана на гибридизации неизвестной нуклеотидной последовательности с расположенными в определенном порядке известными ДНК-последовательностями, иммобилизованными на поверхности стекла или кремния. Результат определяют по флюоресценции зонда, предварительно меченного флюорофором и гибридизованного с одной из иммобилизованных проб. Детекцию гибридизационного сигнала на ДНК-чипах проводят специально разработанными сканерами флюоресценции. В последние годы предприняты попытки внедрить новые высокочувствительные методы детекции, такие как масс-спектрометрия, хемилюминесценция, оптоволоконная техника, диодные детекторы, детекция электрических зарядов.
ДНК-чипы имеют несколько преимуществ перед другими традиционными молекулярно-биологическими технологиями. В них осуществлен принцип миниатюризациии дифференциальной последовательности анализируемой пробы, а также полная автоматизация рабочего места. Они могут быть использованы неоднократно (за исключением ДНК-чипов на гелевых подложках).
