生物芯片技術的原位合成

　　光引導原位合成

　　原位合成適于制造寡核苷酸和寡肽微點陣芯片，具有合成速度快、相對成本低、便于規模化生產等優點。照相平板印刷技術是平板印刷技術與DNA和多肽固相化學合成技術相結合的產物，可以在預設位點按照預定的序列方便快捷地合成大量寡核苷酸或多肽分子。在生物芯片研制方面享有盛譽的美國Affymetrix公司運用該技術制造大規模集成Genechip。原位合成后的寡核苷酸或多肽分子與玻片共價連接。它用預先制作的蔽光板和經過修飾的4種堿基，通過光進行活化從而以固相方式合成微點陣。合成前，預先將玻片氨基化，并用光不穩定保護劑將活化的氨基保護起來。聚合用單體分子一端活化另一端受光敏保護劑的保護。選擇適當的擋光板使需要聚合的部位透光，不需要發生聚合的位點蔽光。這樣，光通過擋光板照射到支持物上，受光部分的氨基解保護，從而與單體分子發生偶聯反應。每次反應在成千上萬個位點上添加一個特定的堿基。由于發生反應后的部位依然接受保護劑的保護，所以可以通過控制擋光板透光與蔽光圖案以及每次參與反應單體分子的種類，就可以實現在特定位點合成大量預定序列寡核苷酸或寡肽的目的。由于照相平板印刷技術每步的合成效率較低（95%）[2]，合成30nt的終產率僅為20%，所以該技術只能合成30nt左右長度的寡核苷酸。在此基礎上，有人將光引導合成技術與半導體工業所用的光敏抗蝕技術相結合，以酸作為去保護劑，將每步合成產率提高到99%，但制造工藝復雜程度增加了許多[3]。所以如何簡便地提高合成產率是光引導原位合成技 術有待解決的問題。（見下圖）

　　打印原位合成

　　壓電打印原位合成的方式類似于噴墨打印機，合成原理與傳統的核酸或寡肽固相合成技術相同。合成過程為：合成前以與光引導原位合成類似的方式對芯片片基進行預處理，使其帶有反應活性基團，例如伯氨基。同時，將合成用前體分子（DNA合成堿基、cDNA和其它分子）放入打印墨盒內，由電腦依據預定的程序在xyz方向自動控制打印噴頭在芯片支持物上移動，并根據芯片不同位點探針序列需要將特定的堿基合成前體試劑（不足納升）噴印到特定位點。噴印上去的試劑即以固相合成原理與該處支持物發生偶聯反應。由于脫保護方式為酸去保護，所以每步延伸的合成產率可以高達99%，合成的探針長度可以達到40~50nt。以后每輪偶聯反應依據同樣的方式將需要連接的分子噴印到預定位點進行后續的偶聯反應。類似地重復此操作可以在特定位點按照每個位點預定的序列合成出大量的寡核苷酸探針。