基因晶片

生物體中基因的表現千變萬化，在瞭解生命體的生理發育，病理發展過程中，

扮演一個非常重要的角色。人體約有38,500 個基因，隨著人類基因體研究計畫展 開後，傳統的核酸分子雜交技術所花費的時間與效率早已不足以應付大量基因訊 息的產生。隨著半導體技術的進步，人們也提出了結合生物科技和半導體技術的 構思。在1980 年代，Bains 將短的 DNA 片對固定在支持物上，藉由雙股 DNA 分 子雜交(Hybridization)進行序列測定[65]。1990 年代，史丹佛大學結合了探針固相 原位合成技術(in situ synthesis)和照相平版印刷技術(Photolithography)，首先製造出 世界上第一張基因晶片[66]，可以一次同時分析大量的基因資訊，解決了傳統操作 技術繁雜、耗時耗工、低效率之不足。

基因晶片之分類

依據基因探針點印固定於晶片表面方法的不同，可分成兩種，一種是原位合 成(in situ)的基因晶片，又稱寡核苷酸晶片(oligonucleotide chip)[67]，在晶片的特定 部位合成寡核苷酸而製成。第二種是先合成DNA，再由機器點印(printing)到晶片 上。

第一種原位合成技術又分為兩類。(一)光引導原位合成技術(light-directed in situ synthesis)[68]。由史丹佛大學發明，Affymetrix 公司採用。製作方式是利用光 罩蝕刻(Photolithography)的方式，進行核苷酸的合成，將長度約 25 個鹼基的核苷 酸合成在約一平方公分大小的晶片上。(二)壓電打印法(piezoelectric printing)。其方 法是用噴墨打印機將特定種類的四種鹼基合成試劑噴印到晶片的預定區域上，然 後再沖洗、去保護，進行寡核甘酸合成的下一個步驟[69]。第二種晶片外合成探針，

是先用分子生物學技術合成探針，在利用機械打點法點印到晶片上去[70]。

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基因晶片之原理

基因晶片之原理，是將大量已之基因序列之基因探針，依照特定排列方式，

固定在載體，然後將特殊標記處理後之檢體RNA 與基因晶片上之探針進行雜交

(hybridization)。DNA 四種鹼基 A、T、C、G 會根據鹼基配對法則，AT 與 TA、CG

與GC 配對，雜交訊號強弱代表基因表現強度。最後由電腦及分析軟體，對數以萬

計的基因進行表現量分析。不論是細胞生命週期、生化調控路徑等基礎研究，還 是藥物研發中對於藥物作用位置的篩選，臨床的疾病診斷預測，癌症基因的檢測 等，都是基因晶片可以應用的範圍[71][72][73]。

Affymetrix 晶片介紹

Affymetrix 公司乃是寡核苷酸微陣列晶片的先驅，他們的晶片，有多項特有的設 計，較以往傳統的微陣列晶片，有更準確的實驗結果，將其特點分別敘述如下：

1. 光罩蝕刻法(Photolithography)

過去微陣列晶片需依賴自己實驗室持有的有限基因樣本作為基因探針，數量 及品質有時候不能完全符合實驗要求。光罩蝕刻法可自行設計探針，在一小晶片 中探究生命體所有基因變化。

2. 探針組(Probe Set)的採用

在生物演化上表現的基因常會出現類似轉錄樣本，以往在實驗室有限的基因 樣本中所選擇的探針，其專一性及代表性不夠，造成非專一性雜交，容易高估訊 號表現量，影響到分析結果的可信度。因此，採用多個探針來偵測基因的表現與 否變成為可以減少訊號錯誤的一個方式。

3. 完美配對及不完美配對探針設計(Design of perfect match/mismatch probe pairs) 設計一對獨特的25 mer 寡核苷酸探針，其中一個是完全與 Target sequence 互 補的完美配對，另一個則是除了第13 個核苷酸不互補配對外其餘序列與 Target

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sequence 互補配對。此種設計可針對每一個點均有相對的陰性控制點，作背景值計 算，提高探針的靈敏性及特異性，尤其在檢測低表現量時更能增加訊號判斷的正 確性。

本實驗利用基因晶片高統計輸出量、操作容易、分析信賴度及精確性高、使 用檢體樣品少、應用範圍廣可獲得整體性的實驗數據等優越特性[74─79]，探討人 類肝癌細胞在槲皮素作用下，細胞的基因表現影響及其作用機轉。

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