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制藥工程與生物工程的區(qū)別范文第1篇

一、生物工程專業(yè)就業(yè)現(xiàn)狀

生物工程是一門建立在現(xiàn)代生命科學(xué)基礎(chǔ)之上的新興學(xué)科，綜合了發(fā)酵工程、細(xì)胞工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程和基因工程等新技術(shù)手段，近年來(lái)發(fā)展速度很快，對(duì)考生的吸引力也很大。但是，由于國(guó)內(nèi)高校擴(kuò)招，不但綜合性大學(xué)開設(shè)了生物院系，很多地方性院校甚至師范類院校也都開設(shè)了生物院系，相關(guān)專業(yè)招生人數(shù)多，與化工、機(jī)械等傳統(tǒng)專業(yè)以及IT等熱門行業(yè)相比較而言，我國(guó)生物技術(shù)行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化不足，生物制藥、生物保健等相關(guān)產(chǎn)業(yè)并不發(fā)達(dá)，不足以吸納過(guò)多的畢業(yè)生，生物技術(shù)行業(yè)對(duì)人才的需求也存在著兩極分化，一方面需要高層次的人才，要求畢業(yè)生具備碩士或博士學(xué)歷，另一方面需求應(yīng)用型人才，要求學(xué)生只具備中?；蛘叽髮W(xué)歷即可，導(dǎo)致生物專業(yè)本科畢業(yè)生的就業(yè)壓力大，專業(yè)對(duì)口率較低。因此從就業(yè)角度看，生物專業(yè)的畢業(yè)生就業(yè)形勢(shì)不容樂觀，就業(yè)前景黯淡。

二、小學(xué)期情況簡(jiǎn)介

小學(xué)期又稱暑期學(xué)校（SummerSchool）。自美國(guó)哈佛大學(xué)1871年首次開辦暑期學(xué)校起，小學(xué)期至今已有130多年的歷史[2]。我國(guó)高?，F(xiàn)在正在流行的暑假小學(xué)期，就是向美國(guó)學(xué)習(xí)的產(chǎn)物[3]。所謂暑期小學(xué)期就是利用暑假，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)需要，成立“暑期班”，開設(shè)選修課，學(xué)生們可以根據(jù)自己的需求報(bào)名參加，學(xué)習(xí)自己感興趣的科目。各校所開設(shè)的小學(xué)期并不是傳統(tǒng)意義上的第三學(xué)期，是開放式的，課程內(nèi)容、具體要求不一而足，可以根據(jù)學(xué)校的實(shí)際情況與學(xué)生的需求進(jìn)行調(diào)整，靈活性、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)。因此，蚌埠學(xué)院生物工程專業(yè)每年暑假，將小學(xué)期與學(xué)生的就業(yè)需求結(jié)合起來(lái)，加強(qiáng)就業(yè)技能訓(xùn)練，增加學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)于小學(xué)期應(yīng)該有多長(zhǎng)時(shí)間，并沒有一個(gè)明確的規(guī)定，目前各高校也是長(zhǎng)短不一，但普遍是將小學(xué)期安排在暑假。蚌埠學(xué)院就將小學(xué)期設(shè)置在每年暑假的第一周到第四周，為期近一個(gè)月。國(guó)內(nèi)高校學(xué)生在選修小學(xué)期時(shí)，會(huì)獲得一定的學(xué)分。蚌埠學(xué)院對(duì)于選修暑期小學(xué)期的學(xué)生，也會(huì)給予一定創(chuàng)新學(xué)分的認(rèn)定。目前，結(jié)合就業(yè)現(xiàn)狀并綜合專業(yè)課程安排的實(shí)際情況，蚌埠學(xué)院生物工程專業(yè)分為三個(gè)方向：發(fā)酵工程方向、生物技術(shù)方向以及生物制藥方向，學(xué)校在不同階段，針對(duì)用人單位的實(shí)際需求，為在校生物工程專業(yè)學(xué)生提供小學(xué)期實(shí)踐課程，著重培養(yǎng)大學(xué)生的專業(yè)能力、素養(yǎng)與技能，為其將來(lái)的職業(yè)發(fā)展奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。蚌埠學(xué)院生物工程專業(yè)的小學(xué)期實(shí)踐課程安排有別于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，主要采用項(xiàng)目制，指導(dǎo)老師提出項(xiàng)目，由學(xué)生負(fù)責(zé)實(shí)施完成，最后再由指導(dǎo)教師對(duì)項(xiàng)目的實(shí)施情況進(jìn)行驗(yàn)收總結(jié)。這樣，教師可有效利用小學(xué)期，有效處理好教學(xué)與科研的關(guān)系，可保證教學(xué)計(jì)劃的完成，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，還可引導(dǎo)教師將教學(xué)與科研有機(jī)結(jié)合，有利于教育資源的充分利用，提高效益[4]。從蚌埠學(xué)院生物工程專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)去向可以看出，除近20%的學(xué)生讀研深造外，超過(guò)半數(shù)的畢業(yè)生主要進(jìn)入企業(yè)，從事生產(chǎn)第一線或參與產(chǎn)品檢測(cè)以及科研等工作。所以生物工程專業(yè)人才的培養(yǎng)要能體現(xiàn)出知識(shí)、能力、素質(zhì)三者協(xié)調(diào)發(fā)展的原則，即要形成可以幫助學(xué)生發(fā)展專業(yè)實(shí)踐技能，養(yǎng)成一定的職業(yè)素養(yǎng)的實(shí)踐體系，因此，蚌埠學(xué)院生物工程專業(yè)在設(shè)置小學(xué)期課程體系時(shí)，以就業(yè)為導(dǎo)向，在基礎(chǔ)實(shí)踐、專業(yè)實(shí)踐、綜合實(shí)踐以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力實(shí)踐等四方面進(jìn)行課程設(shè)置。

三、基于就業(yè)導(dǎo)向的生物工程專業(yè)小學(xué)期課程設(shè)置

（一）基本操作技能實(shí)踐

該項(xiàng)實(shí)踐內(nèi)容主要是指學(xué)生進(jìn)行基本操作技能和基本專業(yè)素養(yǎng)的訓(xùn)練，強(qiáng)化學(xué)生的基本操作技能實(shí)踐，可以引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和理解課堂所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，培養(yǎng)其基本操作技能。在對(duì)用人單位進(jìn)行滿意度調(diào)查時(shí)，發(fā)現(xiàn)有企業(yè)認(rèn)為部分學(xué)生存在動(dòng)手能力不足，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練不充分的的情況，因此在進(jìn)行小學(xué)期課程設(shè)置時(shí)，有意識(shí)地通過(guò)基礎(chǔ)實(shí)踐來(lái)提高學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)素質(zhì)。本實(shí)踐結(jié)合學(xué)生的相關(guān)課程開展情況，利用大學(xué)一、二年級(jí)的暑假小學(xué)期在學(xué)校的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行規(guī)范化的訓(xùn)練，內(nèi)容主要主要包括“五大化學(xué)”實(shí)驗(yàn)以及物質(zhì)的提取以及生化分離實(shí)驗(yàn)等，培養(yǎng)學(xué)生的基本操作技能和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度。

（二）專項(xiàng)操作技能實(shí)踐

該項(xiàng)實(shí)踐內(nèi)容主要是指結(jié)合用人單位的生產(chǎn)實(shí)際，引導(dǎo)進(jìn)行各種專項(xiàng)專業(yè)實(shí)踐（如專業(yè)課程實(shí)踐、專業(yè)綜合實(shí)踐和跨專業(yè)綜合實(shí)踐等），通過(guò)一段時(shí)間的鍛煉，學(xué)生可以熟悉企業(yè)的具體生產(chǎn)實(shí)際、生產(chǎn)條件及工藝路線，為后續(xù)實(shí)踐打下基礎(chǔ)。本實(shí)踐利用大學(xué)二、三年級(jí)的暑假小學(xué)期開展，部分安排在學(xué)校的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，部分安排在企業(yè)生產(chǎn)第一線完成。根據(jù)生物工程專業(yè)特點(diǎn)和人才培養(yǎng)要求，將重要的、對(duì)動(dòng)手能力有很高要求的課程融會(huì)貫通于實(shí)驗(yàn)，以加強(qiáng)理論與生產(chǎn)實(shí)踐的聯(lián)系。如酶工程實(shí)驗(yàn)研究的是微生物發(fā)酵產(chǎn)酶生產(chǎn)工藝，要求能熟練地對(duì)酶進(jìn)行提取與分離，測(cè)定酶的活力。學(xué)生通過(guò)在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室和企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行對(duì)比，就可以更清楚地掌握微生物發(fā)酵產(chǎn)酶生產(chǎn)原理、工藝流程及相關(guān)工藝參數(shù)，加深對(duì)理論知識(shí)的理解，了解實(shí)驗(yàn)室操作與生產(chǎn)實(shí)際的區(qū)別，培養(yǎng)從事發(fā)酵實(shí)踐的技能技巧，有利于在學(xué)校和企業(yè)之間實(shí)現(xiàn)“無(wú)縫對(duì)接”。

（三）綜合能力技能實(shí)踐

該項(xiàng)實(shí)踐內(nèi)容主要是指引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合頂崗實(shí)習(xí)、科研訓(xùn)練等活動(dòng)開展綜合能力技能實(shí)踐，通過(guò)該實(shí)踐，學(xué)生可以將理論與實(shí)踐相聯(lián)系，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，訓(xùn)練科研思維和創(chuàng)新能力。本實(shí)踐利用大學(xué)三年級(jí)的暑假小學(xué)期開展。對(duì)于頂崗實(shí)習(xí)的學(xué)生，在已具備專業(yè)基本技能的條件下，被安排在企業(yè)完成。學(xué)生到專業(yè)密切相關(guān)的企業(yè)進(jìn)行頂崗實(shí)習(xí)，在學(xué)校派出的指導(dǎo)教師和企業(yè)生產(chǎn)一線技術(shù)人員的雙重指導(dǎo)下開展工作，進(jìn)行鍛煉。對(duì)于科研能力較強(qiáng)的同學(xué)，安排參加科研訓(xùn)練，讓學(xué)生參加教師課題，或者鼓勵(lì)他們申報(bào)校級(jí)或院級(jí)科研創(chuàng)新項(xiàng)目，通過(guò)科研工作讓學(xué)生了解和掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，學(xué)習(xí)科技論文寫作，以此開拓學(xué)生的學(xué)術(shù)思維，鍛煉創(chuàng)新能力。

（四）創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)技能實(shí)踐

在當(dāng)前新形勢(shì)下，大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)是大學(xué)教育至關(guān)重要的內(nèi)容，對(duì)大學(xué)生進(jìn)一步深造和將來(lái)的就業(yè)都具有重要意義[5]。通過(guò)該實(shí)踐，引導(dǎo)學(xué)生不斷地開展技術(shù)改造革與新，到市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的大潮中去創(chuàng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)自身價(jià)值。本實(shí)踐利用大學(xué)一年級(jí)到三年級(jí)的暑假小學(xué)期開展，在低年級(jí)階段，由于學(xué)生掌握的專業(yè)知識(shí)有限，可引導(dǎo)開展創(chuàng)業(yè)實(shí)踐，如“挑戰(zhàn)杯大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽”，等學(xué)生較好地掌握了專業(yè)知識(shí)和技能后，引導(dǎo)他們?cè)诖笕昙?jí)的暑期小學(xué)期開展創(chuàng)新實(shí)踐，鼓勵(lì)他們“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技競(jìng)賽、“數(shù)學(xué)建模大賽”各級(jí)各類創(chuàng)新競(jìng)賽，鍛煉他們的創(chuàng)新思維，增強(qiáng)他們的動(dòng)手能力、溝通能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神以及獨(dú)立分析和解決問(wèn)題的能力，為將來(lái)進(jìn)一步創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)奠定基礎(chǔ)。

四、有效的實(shí)施方法

（一）建立主體明確的責(zé)任制

蚌埠學(xué)院生物工程專業(yè)暑期小學(xué)期實(shí)行項(xiàng)目制，指導(dǎo)老師全權(quán)負(fù)責(zé)學(xué)生的項(xiàng)目實(shí)施情況，對(duì)學(xué)生全程進(jìn)行指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生強(qiáng)化動(dòng)手能力，勇于面對(duì)困難，通過(guò)主動(dòng)學(xué)習(xí)來(lái)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，及時(shí)進(jìn)行總結(jié)。

（二）建立合理的考核方式

對(duì)于實(shí)踐性的課程，向來(lái)很難給出科學(xué)又明確直觀的分?jǐn)?shù)，因此**學(xué)院生物工程專業(yè)暑期小學(xué)期考核采用形成性評(píng)價(jià)與總結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式，評(píng)價(jià)采用百分制，形成性評(píng)價(jià)占50分，總結(jié)性評(píng)價(jià)占50分。在小學(xué)期期間，指導(dǎo)老師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度進(jìn)行定性評(píng)價(jià)，小學(xué)期結(jié)束后，指導(dǎo)老師在根據(jù)學(xué)校所制定的評(píng)價(jià)表對(duì)學(xué)生參加學(xué)習(xí)的結(jié)果進(jìn)行打分，最后計(jì)算總分。

（三）加強(qiáng)與企業(yè)的合作

以前，蚌埠學(xué)院生物工程專業(yè)雖建有多個(gè)實(shí)踐教學(xué)基地，但企業(yè)參與學(xué)生實(shí)踐教學(xué)的積極性不高，很多合作流于形式。在將小學(xué)期與就業(yè)實(shí)踐相結(jié)合后，由于學(xué)生的小學(xué)期課題與企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際緊密結(jié)合，通過(guò)指導(dǎo)教師的緊密參與，可給提供一些免費(fèi)的技術(shù)指導(dǎo)與咨詢，提高了企業(yè)參與的積極性，保證了小學(xué)期的教學(xué)質(zhì)量。

五、結(jié)語(yǔ)

制藥工程與生物工程的區(qū)別范文第2篇

【關(guān)鍵詞】CBE教學(xué)模式；生物制藥；職業(yè)能力；生物藥物分離

0 引言

CBE（Competency Based Education）是一種“以能力培養(yǎng)為中心的教育教學(xué)體系”，該教學(xué)模式是美國(guó)著名心理學(xué)家布魯姆倡導(dǎo)的一種新型教學(xué)模式。CBE教學(xué)模式打破了傳統(tǒng)科學(xué)體系，以某崗位的從業(yè)能力為教學(xué)目標(biāo)，以學(xué)生為主體，利用各種教學(xué)形式，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，最大限度的滿足學(xué)生的求職需要。由于CBE式的教學(xué)模式能最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力，所以CBE教學(xué)模式無(wú)疑是較為適合職業(yè)教育的先進(jìn)教育模式。

1 高職生物制藥推進(jìn)CBE模式的必要性

1.1 傳統(tǒng)教學(xué)存在的主要問(wèn)題

目前，高職生物制藥專業(yè)受普通高等教育的“課堂+書本”的學(xué)科型教育模式的影響，但此模式是不能達(dá)到高職教育發(fā)展的要求和目標(biāo)的，其缺陷主要有兩方面：

1.1.1 不能平衡“必需”與“夠用”的矛盾

傳統(tǒng)的教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)知識(shí)的系統(tǒng)性和完整性，而高職教育則更多應(yīng)該關(guān)注知識(shí)的運(yùn)用。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，是課堂教學(xué)主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)。老師往往具有扎實(shí)的理論知識(shí)，卻忽視了用人單位對(duì)高職學(xué)生的實(shí)際要求，最終造成“必需”的內(nèi)容沒有講，學(xué)生缺乏理論指導(dǎo)實(shí)踐的能力，講了卻“用不到”，影響了教學(xué)的效果和效率，甚至造成了教學(xué)資源的浪費(fèi)。

1.1.2 不能解決“灌輸”和“求索”的矛盾

在我國(guó)現(xiàn)行的高職教育中，能力的培養(yǎng)是通過(guò)課程的方式進(jìn)行的，學(xué)生的實(shí)踐能力是通過(guò)若干互相割裂的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)在完成的，作為學(xué)生只是機(jī)械的模仿和記憶，很難將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容舉一反三的運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中。傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程是一個(gè)灌輸過(guò)程，學(xué)生很難從“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變成“我要學(xué)”，學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性不高，從而影響了教學(xué)效果。

1.2 CBE教學(xué)模式的特色

培養(yǎng)應(yīng)用型人才、“能力為本”是高職教育的特征之一[1]。高職生物制藥專業(yè)必須加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，以鍛煉學(xué)生核心技能為目標(biāo)，兼顧學(xué)生就業(yè)渠道的拓寬，注重學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和就業(yè)能力的并重培養(yǎng)。而我們之所以采用CBE模式，是因?yàn)榇四Ｊ骄哂幸韵聨讉€(gè)特色：

1.2.1 寬基礎(chǔ)

生物制藥專業(yè)是一個(gè)跨學(xué)科的綜合性專業(yè)。生物制藥的高職人才，需要同時(shí)掌握生物技術(shù)和藥學(xué)基本原理.以及生化制藥、發(fā)酵工程制藥和基因工程制藥的基本理論和技術(shù)。因此，我們廣泛調(diào)研，了解周邊生物制藥行業(yè)對(duì)勞動(dòng)力的要求，結(jié)合學(xué)生的職業(yè)生涯規(guī)劃，制定相應(yīng)的人才培養(yǎng)方案，旨在使學(xué)生對(duì)本行業(yè)有豐富全面的認(rèn)識(shí)，掌握各項(xiàng)基本技能，具備良好的職業(yè)素質(zhì)和道德。

1.2.2 重素質(zhì)

與本科教育有所區(qū)別的是，高等職業(yè)教育培養(yǎng)的是“高素質(zhì)的技能型人才”，技能是高職人才的核心競(jìng)爭(zhēng)力[2]。因此.以培養(yǎng)能力為本位的項(xiàng)目化教學(xué)是高職生物制藥專業(yè)的重要組成部分，在培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)技能的同時(shí)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、協(xié)作精神和創(chuàng)新意識(shí)有著不可替代的作用。

1.2.3 強(qiáng)特色

對(duì)于人才培養(yǎng)方案的設(shè)置，在滿足“必需”和“夠用”的基礎(chǔ)上，結(jié)合本地區(qū)生物制藥企業(yè)的特點(diǎn)，有針對(duì)性的對(duì)相關(guān)職業(yè)能力進(jìn)行強(qiáng)化培養(yǎng)，使學(xué)生在掌握專業(yè)基本技能的基礎(chǔ)上，對(duì)發(fā)酵過(guò)程控制、產(chǎn)物的分離提取精制等有完整清晰的認(rèn)識(shí)。

2 CBE模式下《生物藥物分離技術(shù)》教學(xué)的改革與實(shí)踐

隨著時(shí)代的發(fā)展，傳統(tǒng)教學(xué)模式已不能滿足需要，但是如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的自學(xué)能力，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)技能，是值得探討的問(wèn)題。鑒于此，我們提出對(duì)生物制藥專業(yè)主干課程進(jìn)行教學(xué)改革，通過(guò)幾年的探索，取得了顯著的效果?，F(xiàn)以《生物藥物分離技術(shù)》課程為例，作簡(jiǎn)要探討。

2.1 知識(shí)理論的整合

《生物藥物分離技術(shù)》在生物制藥專業(yè)的課程設(shè)置中處于核心地位，對(duì)專業(yè)人才的培養(yǎng)發(fā)揮著重要的作用?！渡锼幬锓蛛x技術(shù)》作為生物工程的下游加工過(guò)程，和生物制藥各專業(yè)課聯(lián)系密切，尤其體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)上。如《發(fā)酵工藝學(xué)》講的是通過(guò)微生物發(fā)酵等手段生產(chǎn)目的產(chǎn)物，其終產(chǎn)品必須要經(jīng)過(guò)生物分離過(guò)程得到。酶工程、細(xì)胞工程等的產(chǎn)物也要通過(guò)相關(guān)分離技術(shù)的應(yīng)用，最終分離得到生化藥品、酶制劑等。與此同時(shí)，《生物藥物分離技術(shù)》與藥學(xué)其他專業(yè)課有著密切的聯(lián)系，例如藥物制劑技術(shù)、藥物生物檢定技術(shù)、生物制藥設(shè)備等。

生物制藥教研室的老師開展集體備課活動(dòng)，將相關(guān)課程的知識(shí)點(diǎn)羅列起來(lái)，形成一個(gè)完整的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，并將相關(guān)課程的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了有機(jī)整合，有效的避免了知識(shí)點(diǎn)的重復(fù)講授和遺漏，即節(jié)約了教學(xué)資源，又提高了學(xué)習(xí)效率，同時(shí)加深了學(xué)生對(duì)各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的印象。例如，發(fā)酵工藝學(xué)重點(diǎn)開展菌種保藏與復(fù)蘇技術(shù)、發(fā)酵工藝技術(shù)等技能的教學(xué)與技能訓(xùn)練；生物藥物分離技術(shù)主要完成發(fā)酵液預(yù)處理及固液分離技術(shù)、膜分離技術(shù)、萃取與濃縮技術(shù)、層析技術(shù)、結(jié)晶與干燥技術(shù)的教學(xué)與實(shí)訓(xùn)；而藥品生物檢定技術(shù)則側(cè)重生物藥物的鑒別、檢查、效價(jià)（含量）測(cè)定等基本技能的教學(xué)，各課程互有側(cè)重，相輔相成。

2.2 項(xiàng)目教學(xué)的開展

新的教學(xué)模式旨在讓學(xué)生在課堂上就能夠體會(huì)到行業(yè)的職業(yè)特點(diǎn)，將知識(shí)和技能轉(zhuǎn)化為職業(yè)能力。在《生物藥物分離技術(shù)》的教學(xué)中，教師把項(xiàng)目分為綜合性實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)）和校內(nèi)模擬生產(chǎn)（實(shí)訓(xùn)）兩類。值得注意的是：教學(xué)內(nèi)容的擬定不是將各門課程的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行簡(jiǎn)單的拼湊。而是根據(jù)確定的崗位，分析起技能要求并以此為中心將各門課程的內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)的整合，以一個(gè)或幾個(gè)大項(xiàng)目的形式呈現(xiàn)，這樣設(shè)計(jì)不但涵蓋生物制藥下游技術(shù)的幾乎所有重要技能.而且有利于學(xué)生對(duì)項(xiàng)目過(guò)程整體的把握和學(xué)習(xí)，了解自己所學(xué)內(nèi)容如何與職業(yè)崗位技能相對(duì)應(yīng)，提高學(xué)習(xí)效果。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)，我們強(qiáng)化某一崗位的職業(yè)技能，教師布置項(xiàng)目，學(xué)生成立實(shí)驗(yàn)小組。先由老師介紹本項(xiàng)目的基礎(chǔ)知識(shí)，然后給學(xué)生分配階段性學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行文獻(xiàn)查閱、確定實(shí)驗(yàn)路線，經(jīng)教師修訂后讓學(xué)生自行實(shí)驗(yàn)并對(duì)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)分析。我們開展了血清γ-球蛋白的分離純化與鑒定、離子交換樹脂法分離混合氨基酸、凝膠電泳分離脂蛋白等項(xiàng)目的教學(xué)，通過(guò)以上方式激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情，強(qiáng)化專業(yè)生產(chǎn)技能，同時(shí)鍛煉了團(tuán)隊(duì)合作、文獻(xiàn)檢索和口頭表達(dá)等技能。

對(duì)于實(shí)訓(xùn)部分，在完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上，為提高學(xué)生的適應(yīng)能力，我們模擬生物制藥企業(yè)真實(shí)職業(yè)環(huán)境，盡可能與職業(yè)技能鑒定接軌，使該專業(yè)學(xué)生的核心技能得到培養(yǎng)和加強(qiáng)，同時(shí)進(jìn)一步培養(yǎng)其職業(yè)能力與職業(yè)道德。例如，考慮到微生物發(fā)酵仍是生物制藥企業(yè)使用的主要方法，可通過(guò)L-天冬酰胺酶的生產(chǎn)、慶大霉素的生產(chǎn)等培養(yǎng)學(xué)生的崗位技能、專業(yè)技能、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)，從而形成實(shí)訓(xùn)―科研―就業(yè)一體化人才培養(yǎng)模式。如檸檬酸的制備這個(gè)實(shí)訓(xùn)涉及到發(fā)酵工藝學(xué)的知識(shí)，同時(shí)主要涉及生物分離技術(shù)中的發(fā)酵液預(yù)處理、固液分離、初步純化、高度純化、直到采用結(jié)晶法制備出成品，包括了生化產(chǎn)品分離的整套過(guò)程。此實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目涉及的專業(yè)知識(shí)面廣，但這也是讓學(xué)生將專業(yè)知識(shí)系統(tǒng)地應(yīng)用于實(shí)踐的一種好方法，所以要鼓勵(lì)學(xué)生在方案的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中勤學(xué)善思、勇于探索、不斷進(jìn)取。

2.3 職業(yè)素質(zhì)的訓(xùn)練

在確定項(xiàng)目課題時(shí)，要根據(jù)本項(xiàng)目需要掌握的理論知識(shí)點(diǎn)，緊密結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，使教學(xué)內(nèi)容落到實(shí)處。以學(xué)生畢業(yè)后去用人單位“下得去、留得住、用得上”為目標(biāo)，在實(shí)踐項(xiàng)目的教學(xué)計(jì)劃中可設(shè)立安全生產(chǎn)、法律法規(guī)、廠規(guī)廠紀(jì)等知識(shí)以及制藥行業(yè)涉及到的專業(yè)基本知識(shí)等，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素質(zhì)。

2.4 創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

CBE模式強(qiáng)調(diào)在教學(xué)方式上要給予學(xué)生更多的自主性，教師只講解設(shè)計(jì)思路，主要任務(wù)是負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)方案的審查和解答學(xué)生疑問(wèn)，不演示具體的操作步驟。在教學(xué)過(guò)程中給予一些必要的啟發(fā)和引導(dǎo)，鼓勵(lì)學(xué)生具有創(chuàng)新意識(shí)，對(duì)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、步驟提出合理建議為培養(yǎng)學(xué)生具備創(chuàng)新能力打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在項(xiàng)目教學(xué)中，在課堂實(shí)驗(yàn)中盡可能地鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生積極思考，對(duì)學(xué)生提出的問(wèn)題一般不作正面回答，而是啟發(fā)學(xué)生通過(guò)自己思考分析并加以解決。同時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，鼓勵(lì)學(xué)生展開討論，培養(yǎng)學(xué)生探究創(chuàng)新意識(shí)。

同時(shí)，為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，我們嘗試將企業(yè)生產(chǎn)、教師的科研和學(xué)生的實(shí)訓(xùn)相結(jié)合，讓更多學(xué)生參與進(jìn)來(lái)。例如，目前正在進(jìn)行的或已經(jīng)成熟的科研課題作為實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。把教師的課題分解成若干小項(xiàng)目。再安排學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn).讓學(xué)生從頭至尾參與整個(gè)課題過(guò)程，這樣不但可以培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，增加學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的積極性。

2.5 考核方式的改進(jìn)

經(jīng)過(guò)探討，我們用過(guò)程性評(píng)價(jià)的方法來(lái)評(píng)估CBE教學(xué)模式下生物制藥專業(yè)學(xué)生對(duì)《生物藥物分離技術(shù)》的掌握程度。高職教育培養(yǎng)的是技能型人才，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生專業(yè)技能的考核，加大操作考核的比例。首先，在考核過(guò)程中穿插教師的提問(wèn)，要求學(xué)生具有全面的理論知識(shí)，能舉一反三，正確分析工作中遇到的技術(shù)問(wèn)題。其次，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生專業(yè)技能的考核，加大操作的比例。同時(shí)，評(píng)估學(xué)生的綜合專業(yè)素質(zhì)，并適當(dāng)考慮對(duì)學(xué)生專業(yè)素質(zhì)，例如：著裝標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)術(shù)語(yǔ)的應(yīng)用等。

在考核方式上，結(jié)合項(xiàng)目化教學(xué)分組實(shí)施教學(xué)的方式，采用先自評(píng)，再小組互評(píng)，最后由教師和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師對(duì)該生就學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)效果、職業(yè)技能掌握等做出綜合性評(píng)價(jià)。

最后，運(yùn)用考核的雙重性，一方面檢查學(xué)生對(duì)實(shí)踐技能的掌握情況，同時(shí)借助考核反饋的信息.發(fā)現(xiàn)教學(xué)中可能存在的教學(xué)問(wèn)題，提升教學(xué)質(zhì)量。

3 實(shí)施CBE模式教學(xué)的效果和收獲

綜合學(xué)生對(duì)教學(xué)效果的反饋，對(duì)使用CBE教學(xué)模式后，學(xué)生的滿意度提升了20%左右，用人單位普遍反映畢業(yè)生能很較快適應(yīng)職業(yè)的需求，在職業(yè)技能、職業(yè)素質(zhì)、職業(yè)道德等方面比改革前有極大的提高，深受到用人單位的歡迎。由此證明，基于CBE教學(xué)模式改革《生物藥物分離技術(shù)》的教學(xué)方式取得了一定的成效。

3.1 促進(jìn)教師向雙師型發(fā)展

CBE指導(dǎo)下的教學(xué)中心是學(xué)生，教學(xué)目標(biāo)是構(gòu)建學(xué)生的能力結(jié)構(gòu)，課程的評(píng)價(jià)指標(biāo)也著重體現(xiàn)學(xué)生的能力變化，這使老師成為了課程學(xué)習(xí)的“組織者”與“指導(dǎo)者”而不僅僅是“灌輸者”。這種課程中心的轉(zhuǎn)移必然對(duì)專業(yè)教師提出了更高的要求，促進(jìn)教師不斷加強(qiáng)自身學(xué)習(xí)，激勵(lì)教師下臨床、下實(shí)踐，不斷更新知識(shí)儲(chǔ)備，真正產(chǎn)生一批理論聯(lián)系實(shí)踐的“雙師型”教師，形成“教學(xué)相長(zhǎng)”的有利局面。

3.2 促進(jìn)培養(yǎng)目標(biāo)與社會(huì)接軌

其次，生物制藥專業(yè)知識(shí)更新快，新技術(shù)、新方法層出不窮。要上好這門課程，教師就要有合理的知識(shí)結(jié)構(gòu).平時(shí)多學(xué)習(xí)、多積累，去企業(yè)實(shí)踐以提高自身業(yè)務(wù)素質(zhì)，使教學(xué)內(nèi)容更加貼近生產(chǎn)。

高職院校培養(yǎng)的是技能型人才，畢業(yè)生畢業(yè)后要能到相應(yīng)工作崗位頂崗，因此，高職院校可以聘請(qǐng)一些企業(yè)的技術(shù)人員參與教學(xué)。尤其是實(shí)訓(xùn)教學(xué)，這樣有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且由于上課內(nèi)容直接來(lái)自于生產(chǎn)生活.更有利于提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，提升畢業(yè)生在就業(yè)方面的競(jìng)爭(zhēng)力。

3.3 促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)的加強(qiáng)

在教學(xué)過(guò)程中，本課程引入了來(lái)自生產(chǎn)企業(yè)和科研院校的一系列生產(chǎn)工藝與項(xiàng)目案例，是理論教學(xué)過(guò)程盡量和生產(chǎn)實(shí)踐相聯(lián)系，使學(xué)生產(chǎn)生“學(xué)以致用”的成就感，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。同時(shí)，生物藥物分離技術(shù)是一門新興交叉學(xué)科，也是生物制藥專業(yè)的重要課程之一。通過(guò)近年來(lái)生物制藥實(shí)訓(xùn)教學(xué)的改革，學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性得到充分的發(fā)揮，實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量也有了明顯的提高。但是，生物制藥行業(yè)發(fā)展迅猛。對(duì)高職類生物制藥教學(xué)內(nèi)容和方法的改進(jìn)提出了更高要求，因此，我們必須進(jìn)一步提高生物制藥專業(yè)學(xué)生的綜合職業(yè)素質(zhì)，這仍然需要我們不斷地實(shí)踐和探索。

生物藥物分離技術(shù)在生物制藥專業(yè)人才培養(yǎng)中發(fā)揮著重要的地位和作用，作為一門與生產(chǎn)實(shí)踐聯(lián)系緊密的課程，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容可以滲透到其它專業(yè)實(shí)驗(yàn)中。通過(guò)對(duì)生化分離工程及其它幾門專業(yè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化整合，開設(shè)制藥工程專業(yè)大實(shí)驗(yàn)有利于學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的系統(tǒng)掌握，充分拓寬學(xué)生的思路，使之深入理解生物分離技術(shù)在制藥過(guò)程中的地位和作用，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的整合，改進(jìn)教學(xué)方法和手段，開設(shè)設(shè)計(jì)性、綜合性的實(shí)驗(yàn)，這有助于提高學(xué)生的主動(dòng)性、創(chuàng)新性，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、分析解決問(wèn)題和初步的科研能力，為今后從事相關(guān)的工作打下良好的基礎(chǔ)，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)在工科專業(yè)人才培養(yǎng)中的重要性。

【參考文獻(xiàn)】

制藥工程與生物工程的區(qū)別范文第3篇

生物技術(shù)專業(yè)作為高等農(nóng)林院校的基礎(chǔ)專業(yè)，近年來(lái)畢業(yè)生的就業(yè)情況不容樂觀，從而折射出許多急待改革的問(wèn)題。為此，基于浙江農(nóng)林大學(xué)生物技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)情況問(wèn)卷調(diào)查以及與該專業(yè)本科生的座談交流和對(duì)部分高等農(nóng)林院校的實(shí)地調(diào)研，并結(jié)合浙江農(nóng)林大學(xué)生物技術(shù)專業(yè)相關(guān)教師的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高等農(nóng)林院校生物技術(shù)專業(yè)的教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析總結(jié)，對(duì)教學(xué)改革進(jìn)行了深入思考，提出高等農(nóng)林院校應(yīng)通過(guò)明確有別于其他科類院校的生物技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)、積極推進(jìn)分類模塊化人才培養(yǎng)模式、精簡(jiǎn)優(yōu)化課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容、嘗試課堂討論式教學(xué)法、采取多種形式相結(jié)合的課程考核方式、探索行之有效的教學(xué)評(píng)價(jià)體系等措施的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)“因地制宜、因人而異、因材施教”的生物技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：

高等農(nóng)林院校；生物技術(shù)專業(yè)；人才培養(yǎng)模式；課程教學(xué)；教學(xué)評(píng)價(jià)

近年來(lái)，以基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程為主要內(nèi)容的現(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展迅猛。伴隨著生命科學(xué)的新突破，現(xiàn)代生物技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品、環(huán)保、能源等領(lǐng)域，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。為了滿足生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)對(duì)專業(yè)人才的需求，國(guó)內(nèi)外的生物技術(shù)高等教育也迅速發(fā)展起來(lái)。從20世紀(jì)90年代開始，我國(guó)先后有337所高等院校開設(shè)了生物技術(shù)本科專業(yè)。經(jīng)過(guò)20余年的不斷改革和優(yōu)化，我國(guó)生物技術(shù)本科專業(yè)的辦學(xué)取得了很大的進(jìn)步，招生人數(shù)和畢業(yè)生人數(shù)有了大幅度的增加。但是，目前我國(guó)的生物高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)正處于起步發(fā)展階段，與國(guó)際水平相比，尚有一定的差距。這導(dǎo)致生物技術(shù)本科專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)率較低，特別是農(nóng)林類高等院校該專業(yè)本科畢業(yè)生的就業(yè)狀況不容樂觀。2010年，生物技術(shù)專業(yè)甚至被教育部列入10大“紅牌”本科專業(yè)。由此可見，從整體上看，我國(guó)生物技術(shù)高等教育仍面臨著諸多挑戰(zhàn)。為此，筆者在浙江農(nóng)林大學(xué)開展了生物技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)情況問(wèn)卷調(diào)查，與生物技術(shù)專業(yè)本科生進(jìn)行了座談交流，還到部分高等農(nóng)林院校進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合浙江農(nóng)林大學(xué)生物技術(shù)專業(yè)相關(guān)教師的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高等農(nóng)林院校生物技術(shù)專業(yè)的教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析總結(jié)，對(duì)教學(xué)改革進(jìn)行了深入思考。

一、高校生物技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)

（一）其他科類院校生物技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)

根據(jù)教育部的界定，生物技術(shù)專業(yè)以理科為主、工科為輔，是理工科復(fù)合型專業(yè)，主要培養(yǎng)應(yīng)用研究型人才［1］。生物技術(shù)高等教育的根本目標(biāo)是使學(xué)生掌握現(xiàn)代生物學(xué)和生物技術(shù)的基本理論和基本技能，對(duì)學(xué)生進(jìn)行應(yīng)用基礎(chǔ)研究和科技開發(fā)研究能力的初步訓(xùn)練，以培養(yǎng)具備較強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力的生物技術(shù)專業(yè)人才。在現(xiàn)代社會(huì)生活中，生物技術(shù)專業(yè)人才承擔(dān)著將相關(guān)理論應(yīng)用于實(shí)踐以及將科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的重要責(zé)任。因此，促進(jìn)生物技術(shù)高等教育質(zhì)量的提高倍顯重要。截至2015年，在全國(guó)開設(shè)生物技術(shù)本科專業(yè)的337所高校中，農(nóng)林類高等院校占36所。其他科類高等院校生物技術(shù)本科專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)通常是以社會(huì)需求為出發(fā)點(diǎn)，重點(diǎn)培養(yǎng)的是具備生命科學(xué)基本理論以及較系統(tǒng)的生物技術(shù)基本知識(shí)和基本技能的綜合性專業(yè)人才。其主要特色是培養(yǎng)大眾化的生物技術(shù)專業(yè)人才。但是，由于其缺乏對(duì)專業(yè)人才培養(yǎng)的市場(chǎng)化細(xì)分，所以難以滿足我國(guó)生物技術(shù)行業(yè)發(fā)展對(duì)基本專業(yè)人才的多樣化需求。

（二）高等農(nóng)林院校生物技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)

目前，我國(guó)已有36所農(nóng)林類高等院校開設(shè)了生物技術(shù)本科專業(yè)，但是大多沒有確立富有特色的人才培養(yǎng)目標(biāo)。如前文所述，盡管生物技術(shù)本科專業(yè)已經(jīng)明確了相對(duì)宏觀的人才培養(yǎng)目標(biāo)，但并不完全適用于農(nóng)林類高等院校生物技術(shù)本科專業(yè)的人才培養(yǎng)。從現(xiàn)狀看，農(nóng)林類高等院校往往過(guò)于注重學(xué)校整體的農(nóng)林特色，著重于培養(yǎng)傳統(tǒng)的農(nóng)林人才，而對(duì)在農(nóng)林業(yè)發(fā)展中發(fā)揮同樣重要作用的現(xiàn)代生物技術(shù)本科專業(yè)的人才培養(yǎng)重視不夠。因此，筆者認(rèn)為，各高等農(nóng)林院校在主打自身農(nóng)業(yè)、林業(yè)特色的基礎(chǔ)上，應(yīng)結(jié)合各自院校的歷史發(fā)展優(yōu)勢(shì)、地方發(fā)展特色以及未來(lái)發(fā)展規(guī)劃等，進(jìn)一步細(xì)化生物技術(shù)本科專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，重點(diǎn)培養(yǎng)具有農(nóng)林素養(yǎng)的生物技術(shù)專業(yè)特色人才，從而發(fā)展各具特色的或本校獨(dú)有的生物技術(shù)專業(yè)教育。以浙江農(nóng)林大學(xué)為例，作為一所多科性高等農(nóng)林院校，其開設(shè)的生物技術(shù)本科專業(yè)確立了獨(dú)特的人才培養(yǎng)目標(biāo)，即培養(yǎng)具有現(xiàn)代生命科學(xué)基本知識(shí)、掌握系統(tǒng)的生物技術(shù)基本理論和核心技能、了解生物技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)的基礎(chǔ)扎實(shí)、實(shí)踐能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高、具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)能力的應(yīng)用研究型專業(yè)人才。因此，浙江農(nóng)林大學(xué)生物技術(shù)本科專業(yè)的人才培養(yǎng)注重激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)意識(shí)以及培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力，竭力塑造獨(dú)具特色的富有生態(tài)性和應(yīng)用性的創(chuàng)業(yè)型專業(yè)人才。目前該專業(yè)已發(fā)展成為浙江省重點(diǎn)專業(yè)。

二、高等農(nóng)林院校生物技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)模式

（一）現(xiàn)行的人才培養(yǎng)模式及存在的問(wèn)題

通過(guò)走訪調(diào)研部分高等農(nóng)林院校，筆者發(fā)現(xiàn)，生物技術(shù)本科專業(yè)在多數(shù)高等農(nóng)林院校并非是主流專業(yè)，專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)比較模糊。通常情況下，生物技術(shù)專業(yè)本科畢業(yè)生的主要去向是考研和就業(yè)。但是，多數(shù)高等農(nóng)林院校并沒有針對(duì)2種畢業(yè)去向在生物技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)過(guò)程中對(duì)學(xué)生進(jìn)行明確的引導(dǎo)，所開設(shè)的課程都是統(tǒng)一的。只有少數(shù)高等農(nóng)林院校為畢業(yè)去向不同的生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生提供了有區(qū)別的人才培養(yǎng)方案，即針對(duì)本科畢業(yè)后準(zhǔn)備考研深造的學(xué)生，設(shè)立了考研強(qiáng)化班，并強(qiáng)化了理論性強(qiáng)的“生物化學(xué)”“分子生物學(xué)”等專業(yè)課程的教學(xué)；同時(shí)，針對(duì)本科畢業(yè)后準(zhǔn)備直接就業(yè)的學(xué)生，注重引導(dǎo)其更多地掌握生物工程、生物制藥等方向的實(shí)用專業(yè)知識(shí)，從而使該專業(yè)本科畢業(yè)生的就業(yè)率得到較大的提升。

（二）人才培養(yǎng)模式的改革

為了適應(yīng)不同科類高校和不同高等農(nóng)林院校生物技術(shù)本科專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的不同定位，生物技術(shù)專業(yè)教育應(yīng)結(jié)合各高等院校的辦學(xué)特色，從滿足學(xué)生畢業(yè)去向的需求出發(fā)，積極探索分類模塊化人才培養(yǎng)模式，充分體現(xiàn)“因地制宜、因人而異、因材施教”的人才培養(yǎng)指導(dǎo)思想。所謂分類模塊化人才培養(yǎng)模式，就是首先根據(jù)生物技術(shù)專業(yè)本科生的學(xué)習(xí)意圖，將其分為工作就業(yè)、考研深造、實(shí)踐創(chuàng)業(yè)及其他4類；然后根據(jù)這4類學(xué)生所需掌握的知識(shí)和技能，將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行模塊化。這樣，不僅可以充分利用教學(xué)資源的優(yōu)勢(shì)，極大地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量，而且可以為學(xué)生未來(lái)的個(gè)性化發(fā)展提供富有針對(duì)性的教育教學(xué)服務(wù)。第一，針對(duì)畢業(yè)后意向工作就業(yè)的生物技術(shù)專業(yè)本科生，高等農(nóng)林院校應(yīng)充分發(fā)揮“產(chǎn)、學(xué)、研”教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)［2］，大力鼓勵(lì)學(xué)生到企業(yè)部門、生產(chǎn)一線進(jìn)行實(shí)踐實(shí)習(xí)；同時(shí)，可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新嘗試，探索具有自身特色的“政、產(chǎn)、學(xué)、研、用”相結(jié)合的聯(lián)動(dòng)式人才培養(yǎng)模式，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才。此外，以細(xì)化的就業(yè)需求為導(dǎo)向，為該類學(xué)生開設(shè)普通生物技術(shù)、生物制藥、生物工程等方向的模塊化課程。第二，針對(duì)畢業(yè)后意向考研深造的生物技術(shù)專業(yè)本科生，高等農(nóng)林院校應(yīng)大膽借鑒某些高校的成功經(jīng)驗(yàn)，盡可能為該類學(xué)生提供相應(yīng)的培訓(xùn)輔導(dǎo)，以培養(yǎng)高層次的理論研究型人才。例如，可開設(shè)相應(yīng)的輔導(dǎo)班，強(qiáng)化專業(yè)課程理論知識(shí)的傳授。第三，針對(duì)畢業(yè)后意向?qū)嵺`創(chuàng)業(yè)的生物技術(shù)專業(yè)本科生，高等農(nóng)林院校要結(jié)合學(xué)生的具體要求，將學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)踐直接引進(jìn)實(shí)驗(yàn)室和大學(xué)生創(chuàng)業(yè)孵化園，或者引導(dǎo)學(xué)生直接進(jìn)入企業(yè)開展實(shí)踐，以切實(shí)推動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的開發(fā)和培養(yǎng)。另外，值得注意的是，不僅生物技術(shù)專業(yè)，其他學(xué)科專業(yè)也總會(huì)有相當(dāng)一部分學(xué)生畢業(yè)后學(xué)習(xí)或工作的內(nèi)容與所學(xué)的本科專業(yè)并不相關(guān)。針對(duì)畢業(yè)后從事非本專業(yè)學(xué)習(xí)或工作的生物技術(shù)專業(yè)本科生，高等農(nóng)林院校應(yīng)從該類學(xué)生的需求出發(fā)，適時(shí)適當(dāng)?shù)靥峁┫嚓P(guān)的教育資源和支持，以便其為未來(lái)的學(xué)習(xí)和工作做好充分的準(zhǔn)備。

三、高等農(nóng)林院校生物技術(shù)專業(yè)的課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容

生物技術(shù)是一門涉及領(lǐng)域多、涵蓋范圍廣、基礎(chǔ)性強(qiáng)的新興的綜合性生物學(xué)科，是現(xiàn)代生物學(xué)與相關(guān)學(xué)科交叉融合發(fā)展的產(chǎn)物。生物技術(shù)本科專業(yè)的課程主要涉及發(fā)酵工程、基因工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程、細(xì)胞工程、生化工程6個(gè)方面，這些課程從教學(xué)的角度又可分為理論課程和實(shí)踐課程兩大部分。

（一）理論課程的現(xiàn)狀與改革

目前，各高校開設(shè)的生物技術(shù)本科專業(yè)課程主要有“微生物學(xué)”“細(xì)胞生物學(xué)”“遺傳學(xué)”“植物學(xué)”“生態(tài)學(xué)”“植物生理學(xué)”“植物育種學(xué)”“動(dòng)物生理學(xué)”“生物化學(xué)”“分子生物學(xué)”“基因工程”“細(xì)胞工程”“發(fā)酵工程”“酶工程”“生物信息學(xué)”等，以及相應(yīng)的生物類實(shí)驗(yàn)課程。從以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)效果看，對(duì)教師來(lái)說(shuō)，在生物技術(shù)本科專業(yè)4年的教學(xué)時(shí)間里完成上述課程的教學(xué)，顯然是任務(wù)繁重、困難重重的；同樣，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，在如此短的時(shí)間內(nèi)接受并吸收理解如此多的課程知識(shí)也是不切實(shí)際的。為此，目前各高校普遍采取的解決辦法是結(jié)合自身的辦學(xué)理念和專業(yè)特色，選擇性地開設(shè)其中的部分生物技術(shù)專業(yè)課程；同時(shí)，調(diào)整專業(yè)課程的教學(xué)時(shí)間，實(shí)行理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)并行。此外，現(xiàn)代生物技術(shù)的高速發(fā)展決定了生物技術(shù)專業(yè)的專業(yè)知識(shí)每時(shí)每刻都有大量的更新，理論知識(shí)在不斷地得到充實(shí)完善，這使生物技術(shù)具有很強(qiáng)的前沿性。因此，高等農(nóng)林院校在設(shè)置生物技術(shù)專業(yè)的專業(yè)課程時(shí)，一定要緊跟生物技術(shù)的發(fā)展步伐，積極主動(dòng)聽取學(xué)生的意見和建議，努力做到理論知識(shí)最新、課程內(nèi)容均衡、教學(xué)時(shí)間安排合理、專業(yè)匹配一致。同時(shí)，課程設(shè)置還應(yīng)根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)的定位不同而有所不同，做到“因地制宜、因人而異、因材施教”。例如，如果人才培養(yǎng)目標(biāo)定位于培養(yǎng)創(chuàng)新研究型人才，那么應(yīng)側(cè)重于設(shè)置理論技術(shù)類課程；如果人才培養(yǎng)目標(biāo)定位于培養(yǎng)應(yīng)用實(shí)踐型人才，那么應(yīng)側(cè)重于設(shè)置工程實(shí)踐類課程。以浙江農(nóng)林大學(xué)生物技術(shù)本科專業(yè)為例，其主要通過(guò)專業(yè)課程（包括專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)必修課和專業(yè)選修課等）的設(shè)置開展理論教學(xué)。其中，專業(yè)基礎(chǔ)課安排在本科階段的第1、2學(xué)期，專業(yè)必修課安排在本科階段的第3～6學(xué)期，專業(yè)選修課則伴隨專業(yè)必修課穿插安排在相應(yīng)的各學(xué)期。筆者通過(guò)對(duì)2003～2014級(jí)的116名生物技術(shù)專業(yè)本科畢業(yè)生和在校生開展的浙江農(nóng)林大學(xué)生物技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)情況問(wèn)卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，“分子生物學(xué)”“微生物學(xué)”“基因工程原理與應(yīng)用”“植物組織培養(yǎng)”等專業(yè)課程受歡迎程度普遍較高。學(xué)生普遍反映這些課程的系統(tǒng)性強(qiáng)、應(yīng)用性強(qiáng)，能夠?qū)W有所用。而“生物信息學(xué)”“遺傳學(xué)”等專業(yè)課程的受歡迎程度則較低。

（二）實(shí)踐課程的現(xiàn)狀與改革

鄭世英在《地方本科院校生物技術(shù)專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式研究》中充分闡述了培養(yǎng)生物技術(shù)專業(yè)應(yīng)用型人才的重要性［3］。同時(shí)，有學(xué)者指出，在就業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈益激烈的今天，創(chuàng)新能力已成為大學(xué)生社會(huì)生存的重要資本［4］。由此可見，生物技術(shù)本科專業(yè)的人才培養(yǎng)在注重提升學(xué)生專業(yè)理論水平的同時(shí)強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能的培養(yǎng)是非常必要的。但是，當(dāng)前，各高等農(nóng)林院校生物技術(shù)本科專業(yè)的實(shí)踐類課程仍然只是覆蓋課程實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)實(shí)踐、學(xué)科競(jìng)賽和自主實(shí)習(xí)等幾個(gè)方面。可見，通過(guò)實(shí)踐課程加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和科技素養(yǎng)培養(yǎng)的做法在高等農(nóng)林院校尚未得到全面的推廣。筆者通過(guò)深入了解也發(fā)現(xiàn)，多數(shù)生物技術(shù)本科專業(yè)的實(shí)踐類課程過(guò)于形式化，再加上部分學(xué)校的重視程度不高，學(xué)生參與的積極性很低，所以看似形式多樣的實(shí)踐課程所產(chǎn)生的實(shí)際教學(xué)效果卻不甚理想。為了有效地調(diào)動(dòng)生物技術(shù)本科專業(yè)學(xué)生參與課程實(shí)踐的積極性，提升學(xué)生的自主創(chuàng)新能力和動(dòng)手操作能力，以增強(qiáng)人才培養(yǎng)對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和實(shí)際需求的適應(yīng)性，高等農(nóng)林院校生物技術(shù)本科專業(yè)的實(shí)踐類課程建設(shè)應(yīng)強(qiáng)調(diào)多元化、自主化和時(shí)代化。首先，在課程實(shí)驗(yàn)方面，生物技術(shù)本科專業(yè)要打破原有的以綜合驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主的格局，針對(duì)每門專業(yè)課設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程；同時(shí)，注重開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛力，鼓勵(lì)學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。其次，在生產(chǎn)實(shí)踐方面，高等農(nóng)林院校要積極與相關(guān)的企事業(yè)單位、地方行政部門等組織機(jī)構(gòu)合作，為生物技術(shù)本科專業(yè)學(xué)生爭(zhēng)取充足的實(shí)踐機(jī)會(huì)和實(shí)踐時(shí)間，從而使學(xué)生能夠真正到農(nóng)林生產(chǎn)一線去并將所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中。再次，在學(xué)科競(jìng)賽方面，高等農(nóng)林院校除了要提供一定的設(shè)備和經(jīng)費(fèi)予以支持之外，還要采取有效的措施，如將學(xué)科競(jìng)賽成績(jī)納入學(xué)生學(xué)業(yè)考核體系，以鼓勵(lì)學(xué)生積極參與；同時(shí)，要引導(dǎo)學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到參加學(xué)科競(jìng)賽對(duì)提升自身綜合能力的重要性，鼓勵(lì)學(xué)生在參加學(xué)科競(jìng)賽的過(guò)程中主動(dòng)與教師進(jìn)行交流、學(xué)會(huì)合作、敢于大膽創(chuàng)新。最后，在自主實(shí)習(xí)方面，考慮多數(shù)高校在本科階段的第4學(xué)年已基本不安排課程教學(xué)，所以建議高等農(nóng)林院校將生物技術(shù)本科專業(yè)的自主實(shí)習(xí)安排在此階段進(jìn)行；同時(shí)，建議給予學(xué)生更大的自主空間，允許學(xué)生自己選擇實(shí)習(xí)崗位和工作內(nèi)容等，而學(xué)校和實(shí)習(xí)單位只需做好監(jiān)督驗(yàn)收工作。這樣，可以使生物技術(shù)本科專業(yè)的準(zhǔn)畢業(yè)生親身感受實(shí)際工作崗位的真實(shí)氛圍，提前做好就業(yè)準(zhǔn)備，從而使學(xué)生能夠順利地從校園學(xué)習(xí)環(huán)境過(guò)渡到社會(huì)工作環(huán)境。

四、高等農(nóng)林院校生物技術(shù)專業(yè)的教學(xué)方法

（一）現(xiàn)狀與問(wèn)題

無(wú)論是高等教育，還是中等教育或基礎(chǔ)教育，目前我國(guó)各級(jí)各類院校廣泛采用的仍是傳統(tǒng)的教學(xué)方法，即以教師為主體、學(xué)生為受體，其主要特點(diǎn)就是“滿堂灌”，所以培養(yǎng)的人才“平而不尖”，缺乏學(xué)習(xí)的主動(dòng)性［5］。同樣，高等農(nóng)林院校生物技術(shù)本科專業(yè)的課程教學(xué)方法也不例外，通常是教師一人講得熱火朝天，而學(xué)生“各有所為”，從而導(dǎo)致課堂教學(xué)效果大打折扣。筆者通過(guò)與浙江農(nóng)林大學(xué)生物技術(shù)本科專業(yè)各年級(jí)學(xué)生座談發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)課程教學(xué)主要有以下一些看法：①課程教學(xué)目標(biāo)不明確；②課程內(nèi)容不夠吸引人；③教學(xué)方式存在部分不足；④教室等硬件條件有欠缺；⑤自身學(xué)習(xí)積極性不高。

（二）改革措施

針對(duì)上述學(xué)生反映的問(wèn)題，筆者認(rèn)為，高等農(nóng)林院校生物技術(shù)本科專業(yè)的課程教學(xué)要想改變現(xiàn)狀、解決問(wèn)題，首先，要改變以教師講述為主、學(xué)生參與為輔的傳統(tǒng)教學(xué)模式，逐漸推行以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主、教師引導(dǎo)為輔的反轉(zhuǎn)式教學(xué)模式，從而真正樹立以學(xué)生為主體的教學(xué)意識(shí)。其次，要從人才培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，最大化地利用學(xué)校的軟硬件教學(xué)條件，充分發(fā)揮多媒體教學(xué)及網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)勢(shì)。例如，筆者在“細(xì)胞工程”專業(yè)課程的教學(xué)改革實(shí)踐中探索實(shí)施了課堂討論法。首先，筆者以細(xì)胞工程領(lǐng)域最新的研究進(jìn)展為基礎(chǔ)材料，向?qū)W生傳授該課程的基本理論知識(shí)，其中穿插部分視頻展示，以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和上課時(shí)的注意力。其次，在學(xué)生對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容有了基本的認(rèn)識(shí)和了解后，筆者通過(guò)布置自主性課程論文，要求學(xué)生對(duì)自己感興趣的細(xì)胞工程課程內(nèi)容進(jìn)行整理和論述，以充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。最后，在學(xué)生完成相關(guān)資料的搜集和課程論文的撰寫后，筆者要求學(xué)生針對(duì)某些共通性話題展開小組討論和課堂辯論，以使學(xué)生彼此交流各自學(xué)到的知識(shí)。課堂討論法充分調(diào)動(dòng)了全體學(xué)生參與課程教學(xué)的積極性和主動(dòng)性，在之后的課程教學(xué)評(píng)價(jià)中得到了學(xué)生的一致認(rèn)可。

五、高等農(nóng)林院校生物技術(shù)專業(yè)的課程考核方式

（一）現(xiàn)狀與問(wèn)題

有了好的課程教學(xué)模式，還必須輔以科學(xué)合理的課程考核方式。只有這樣，才能準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)和有效地提高課程教學(xué)的效果。所以高等農(nóng)林院校生物技術(shù)本科專業(yè)在改革教學(xué)方法的同時(shí)，還應(yīng)對(duì)課程考核方式進(jìn)行相應(yīng)的完善。目前，各高校的期末考試成績(jī)?cè)谡n程考核成績(jī)中占據(jù)的比例過(guò)大，學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)主要依據(jù)最終的卷面考試成績(jī)［6］。這導(dǎo)致相當(dāng)一部分學(xué)生的學(xué)習(xí)只是為了考高分，而不是為了真正掌握專業(yè)理論知識(shí)和專業(yè)技能；也導(dǎo)致部分學(xué)生應(yīng)付完考試便不再?gòu)?fù)習(xí)鞏固所學(xué)的知識(shí)，所以知識(shí)遺忘率較高?？梢姡咝Ｕn程考核方式的缺陷使學(xué)生的學(xué)習(xí)行為有悖于課程教學(xué)目標(biāo)的要求。因此，高等農(nóng)林院校生物技術(shù)本科專業(yè)應(yīng)改變單一的課程考核方式，采取多種方式考核學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，既要考核學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的記憶準(zhǔn)確與否，更要考核學(xué)生的實(shí)際操作技能和創(chuàng)新能力，并基于這兩個(gè)方面做出綜合評(píng)價(jià)［7］。

（二）改革措施

筆者認(rèn)為，高等農(nóng)林院校生物技術(shù)本科專業(yè)應(yīng)對(duì)現(xiàn)行的課程考核方式進(jìn)行改革。首先，要適當(dāng)加大平時(shí)成績(jī)?cè)谡n程考核成績(jī)中所占的比例；其次，要細(xì)化平時(shí)成績(jī)的構(gòu)成，將與課程教學(xué)相關(guān)的各方面因素充分考慮在內(nèi)，并且明確評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。例如，如果以百分制計(jì)算課程考核成績(jī)，那么可以規(guī)定平時(shí)成績(jī)占60分、期末考試成績(jī)占40分。其中，平時(shí)成績(jī)包括2部分：①平時(shí)表現(xiàn)占40分，主要對(duì)出勤率、課堂活動(dòng)參與度、作業(yè)完成情況和平時(shí)綜合表現(xiàn)等進(jìn)行考評(píng)；②實(shí)驗(yàn)或課程論文完成情況占20分。將實(shí)驗(yàn)或課程論文成績(jī)納入課程考核成績(jī)，通過(guò)考察學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解程度和應(yīng)用能力，不僅有利于引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)實(shí)踐能力的鍛煉，而且有利于促進(jìn)學(xué)生查找文獻(xiàn)、篩選資料以及寫作表達(dá)等能力的培養(yǎng)與提高。此外，課程的期末考試也要打破傳統(tǒng)的筆試答題形式，應(yīng)嘗試采用計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)［8］或網(wǎng)絡(luò)在線答題等靈活高效的隨機(jī)測(cè)試形式。這不僅能夠較為客觀地考察學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，而且可以降低教師的評(píng)閱難度和工作強(qiáng)度。

六、高等農(nóng)林院校生物技術(shù)專業(yè)的教學(xué)評(píng)價(jià)體系

（一）現(xiàn)狀與問(wèn)題

所謂教學(xué)評(píng)價(jià)，就是依據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)人才培養(yǎng)過(guò)程及其質(zhì)量和效益做出客觀的判斷與評(píng)價(jià)。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，總結(jié)評(píng)價(jià)是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，也是檢驗(yàn)教學(xué)效果的有效形式和激勵(lì)師生的重要手段［9］。目前，各高校的教學(xué)評(píng)價(jià)大多采取師生互評(píng)的做法。通常，師生雙方通過(guò)網(wǎng)上教育系統(tǒng)或紙質(zhì)問(wèn)卷進(jìn)行評(píng)價(jià)與反饋。部分高等院?？紤]到學(xué)生數(shù)量多而采取隨機(jī)抽取部分學(xué)生參與教學(xué)評(píng)價(jià)的做法。但是，筆者在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)師生互評(píng)進(jìn)行教學(xué)評(píng)價(jià)存在2個(gè)方面的問(wèn)題：①參與評(píng)價(jià)的學(xué)生往往抱有應(yīng)付的心態(tài)，而且學(xué)生評(píng)教難以保證客觀公正，考評(píng)“全優(yōu)”的現(xiàn)象較為普遍；②教師對(duì)學(xué)生評(píng)教的結(jié)果存在不重視的現(xiàn)象，不能及時(shí)做出反饋，個(gè)別教師甚至完全忽視教學(xué)評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)。

（二）改革措施

建立科學(xué)合理的教學(xué)評(píng)價(jià)體系有利于促進(jìn)生物技術(shù)專業(yè)教育的良好發(fā)展。由于生物技術(shù)專業(yè)具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性和一定的獨(dú)立性，所以各高等農(nóng)林院校應(yīng)建立符合生物技術(shù)專業(yè)教育自身特點(diǎn)的教學(xué)評(píng)價(jià)體系。首先，明確教學(xué)評(píng)價(jià)對(duì)象的主體應(yīng)包括專業(yè)、課程、教師和學(xué)生。其次，采取師生互評(píng)、師生自評(píng)、階段總結(jié)相結(jié)合的教學(xué)評(píng)價(jià)方式。其中，師生互評(píng)旨在提高教師對(duì)學(xué)生以及學(xué)生對(duì)教師的認(rèn)知度，師生自評(píng)旨在提高教師、學(xué)生對(duì)自我的認(rèn)知度，階段總結(jié)旨在提高師生對(duì)生物技術(shù)專業(yè)教育的認(rèn)知度。為此，浙江農(nóng)林大學(xué)組建了由林業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院教學(xué)負(fù)責(zé)人和生物技術(shù)專業(yè)資深專業(yè)教師組成的生物技術(shù)專業(yè)委員會(huì)，由其負(fù)責(zé)對(duì)生物技術(shù)專業(yè)的發(fā)展方向以及招生方案、人才培養(yǎng)目標(biāo)、課程設(shè)置、課程考評(píng)方式、教育教學(xué)的改革探索等進(jìn)行系統(tǒng)性的研究與實(shí)施，以及加強(qiáng)對(duì)專業(yè)教學(xué)評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建和完善。

總之，我國(guó)生物技術(shù)專業(yè)高等教育的發(fā)展是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，教學(xué)改革不能急于求成。各高等農(nóng)林院校要充分結(jié)合自身的辦學(xué)理念和專業(yè)特色，積極主動(dòng)借鑒國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀高等院校的成功經(jīng)驗(yàn)，堅(jiān)持“因地制宜、因人而異、因材施教”的原則，以科學(xué)的態(tài)度不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題；要緊隨國(guó)家高等教育改革的步伐，關(guān)注生物技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新的動(dòng)態(tài)，在國(guó)家、政府、企業(yè)、高校、師生之間搭建起一座生物技術(shù)的橋梁，以促進(jìn)我國(guó)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)和生物技術(shù)專業(yè)教育向著國(guó)際化、高效化、優(yōu)勢(shì)化的方向邁進(jìn)。

作者：王正加 唐永超 單位：浙江農(nóng)林大學(xué)林業(yè)與生物技術(shù)學(xué)

參考文獻(xiàn)

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制藥工程與生物工程的區(qū)別范文第4篇

一．什么是基因芯片

生物芯片，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是在一塊指甲大?。?cm3）的有多聚賴氨酸包被的硅片上或其它固相支持物（如玻璃片、硅片、聚丙烯膜、硝酸纖維素膜、尼龍膜等，但需經(jīng)特殊處理。作原位合成的支持物在聚合反應(yīng)前要先使其表面衍生出羥基或氨基（視所要固定的分子為核酸或寡肽而定）并與保護(hù)基建立共價(jià)連接；作點(diǎn)樣用的支持物為使其表面帶上正電荷以吸附帶負(fù)電荷的探針分子，通常需包被以氨基硅烷或多聚賴氨酸等）將生物分子探針（寡核苷酸片段或基因片段）以大規(guī)模陣列的形式排布，形成可與目的分子（如基因）相互作用，交行反應(yīng)的固相表面，在激光的順序激發(fā)下標(biāo)記熒光根據(jù)實(shí)際反應(yīng)情況分別呈現(xiàn)不同的熒光發(fā)射譜征，ccd相機(jī)或激光共聚焦顯微鏡根據(jù)其波長(zhǎng)及波幅特征收集信號(hào)，作出比較和檢測(cè)，從而迅速得出所要的信息。生物芯片包括基因芯片、蛋白質(zhì)芯片、組織芯片。而基因芯片中，最成功的是dna芯片，即將無(wú)數(shù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的寡核苷酸或cdna在芯片上做成點(diǎn)陣，與樣品中同源核酸分子雜交[3]的芯片。

基因芯片的基本原理同芯片技術(shù)中雜交測(cè)序（sequencing by hybridization, sbh）。即任何線狀的單鏈dna或rna序列均可被分解為一個(gè)序列固定、錯(cuò)落而重疊的寡核苷酸，又稱亞序列（subsequence）。例如可把寡核苷酸序列ttagctcatatg分解成5個(gè)8 nt亞序列：

(1)

ctcatatg

(2)

 gctcatat

(3)

agctcata

(4)

 tagctcat

(5)

ttagctca

這5個(gè)亞序列依次錯(cuò)開一個(gè)堿基而重疊7個(gè)堿基。亞序列中a、t、c、g 4個(gè)堿基自由組合而形成的所有可能的序列共有65536種。假如只考慮完全互補(bǔ)的雜交，那么48個(gè)8 nt亞序列探針中，僅有上述5個(gè)能同靶dna雜交?？梢杂萌斯ず铣傻囊阎蛄械乃锌赡艿膎體寡核苷酸探針與一個(gè)未知的熒光標(biāo)記dna/rna序列雜交，通過(guò)對(duì)雜交熒光信號(hào)檢測(cè)，檢出所有能與靶dna雜交的寡核苷酸，從而推出靶dna中的所有8 nt亞序列，最后由計(jì)算機(jī)對(duì)大量熒光信號(hào)的譜型（pattern）數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，重構(gòu)靶dna 的互補(bǔ)寡核苷酸序列。

一般基因芯片按其材質(zhì)和功能，基本可分為以下幾類[4]

(一)元件型微陣列芯片

1.生物電子芯片

2.凝膠元件微陣列芯片

3.藥物控釋芯片

(二) 通道型微陣列芯片

1.毛細(xì)管電泳芯片

2 .pcr擴(kuò)增芯片

3.集成dna分析芯片

4.毛細(xì)管電層析芯片

(三)生物傳感芯片

1光學(xué)纖維陣列芯片

2白光干涉譜傳感芯片

小鼠基因表達(dá)譜芯片(mgec)

 附:目前國(guó)內(nèi)基因芯片常見品種.(上海博星公司) 

三 基因芯片的制備

芯片種類較多，制備方法也不盡相同，常見的芯片可分為兩大類：一類是原位合成；一種是直接點(diǎn)樣。原位合成適用于寡核苷酸；直接點(diǎn)樣多用于大片段dna，有時(shí)也用于寡核苷酸，甚至mrna。原位合成有兩種途徑。一是光蝕刻法；一是噴印法。光蝕刻法可以合成30nt左右，噴印法可以合成40-50nt，光蝕刻法每步縮合率較低，一般為95%左右，合成30nt產(chǎn)率僅20%；噴印法可達(dá)99%以上，合成30nt產(chǎn)率可達(dá)74%，從這個(gè)意義上說(shuō)噴印法特異性應(yīng)比光刻法高。此外，噴印法不需特殊的合成試劑。與原位合成法比較點(diǎn)樣法較簡(jiǎn)單，只需將預(yù)先制備好的寡核苷酸或cdna等樣品通過(guò)自動(dòng)點(diǎn)樣裝置點(diǎn)于經(jīng)特殊處理的玻璃片或其它材料上即可。

1、原位光蝕刻合成[5-7]　寡聚核苷酸原位光蝕刻合成技術(shù)是由affymetrix公司開發(fā)的，采用的技術(shù)原理是在合成堿基單體的5'羥基末端連上一個(gè)光敏保護(hù)基。合成的第一步是利用光照射使羥基端脫保護(hù)，然后一個(gè)5'端保護(hù)的核苷酸單體連接上去，這個(gè)過(guò)程反復(fù)進(jìn)行直至合成完畢。使用多種掩蓋物能以更少的合成步驟生產(chǎn)出高密度的陣列，在合成循環(huán)中探針數(shù)目呈指數(shù)增長(zhǎng)。某一含n個(gè)核苷酸的寡聚核苷酸，通過(guò)4×n個(gè)化學(xué)步驟能合成出4n個(gè)可能結(jié)構(gòu)。例如：一個(gè)完整的十核苷酸通過(guò)32個(gè)化學(xué)步驟，8個(gè)小時(shí)可能合成65,536個(gè)探針。

目前美國(guó)affymetrix公司已有同時(shí)檢測(cè)6,500個(gè)已知人類基因的dna芯片，并且正在制備含500,000-1,000,000個(gè)寡核苷酸探針的人類基因檢測(cè)芯片。該公司每月投入基因芯片研究的經(jīng)費(fèi)約100萬(wàn)美元，目前產(chǎn)品尚未公開投放市場(chǎng)發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益，但已有許多公司及研究機(jī)構(gòu)與其簽約購(gòu)買其產(chǎn)品。該產(chǎn)品不僅可用于基因表達(dá)分析和基因診斷等，而且在大規(guī)模藥物開發(fā)方面也具有誘人的前景。affymetrix的大部分產(chǎn)品將在98年底全面投放市場(chǎng)。屆時(shí)，在其產(chǎn)品被廣泛采用的同時(shí)，其所有的研究投入將變成巨大的利潤(rùn)。其它公司產(chǎn)品也正在從實(shí)驗(yàn)室技術(shù)研究走向開發(fā)應(yīng)用。目前，用于分子診斷的dna芯片不僅已可用于檢測(cè)愛滋病病毒基因還可用于囊性纖維化（cf）、乳腺癌、卵巢癌等疾病相關(guān)基因的基因診斷。鑒于光刻設(shè)備技術(shù)復(fù)雜，只能有專業(yè)化公司生產(chǎn)，加之成本高及合成效率不高的問(wèn)題，因此有待進(jìn)行以下研究：⑴對(duì)光刻技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，提高合成效率；⑵開發(fā)新的原位合成技術(shù)，如噴印合成技術(shù)，該技術(shù)既能進(jìn)行原位合成又能進(jìn)行非原位合成。

另一方法是光導(dǎo)原位合成法。具體方法是在經(jīng)過(guò)處理的載玻片表面鋪上一層連接分子（linker），其羥基上加有光敏保護(hù)基團(tuán)，可用光照除去，用特制的光刻掩膜（photolithographic mask）保護(hù)不需要合成的部位，而暴露合成部位，在光作用下去除羥基上的保護(hù)基團(tuán)，游離羥基，利用化學(xué)反應(yīng)加上第一個(gè)核苷酸，所加核苷酸種類及在芯片上的部位預(yù)先設(shè)定，所引入的核苷酸帶有光敏保護(hù)基團(tuán)，以便下一步合成。然后按上述方法在其它位點(diǎn)加上另外三種核苷酸完成第一位核苷酸的合成，因而n個(gè)核苷酸長(zhǎng)的芯片需要4n個(gè)步驟。每一個(gè)獨(dú)特序列的探針稱為一個(gè)“feature”，這樣的芯片便具有4n個(gè)“feature”，包含了全部長(zhǎng)度為n的核苷酸序列。這種原位直接合成的方法無(wú)須制備處理克隆和pcr產(chǎn)物，但是每輪反應(yīng)所需設(shè)計(jì)的光柵則是主要的經(jīng)費(fèi)消耗。運(yùn)用這種方法制作的芯片密度可高達(dá)106探針/平方厘米，即探針間隔為 5－10μm，但只能制作ii型 dna芯片。見圖一。

2　原位噴印合成　芯片原位噴印合成原理與噴墨打印類似，不過(guò)芯片噴印頭和墨盒有多個(gè)，墨盒中裝的是四種堿基等液體而不是碳粉。噴印頭可在整個(gè)芯片上移動(dòng)并根據(jù)芯片上不同位點(diǎn)探針的序列需要將特定的堿基噴印在芯片上特定位置。該技術(shù)采用的化學(xué)原理與傳統(tǒng)的dna固相合成一致，因此不特殊制備的化學(xué)試劑。

3　點(diǎn)樣法　點(diǎn)樣法是將合成好的探針、cnda或基因組dna通過(guò)特定的高速點(diǎn)樣機(jī)器人直接點(diǎn)在芯片上。點(diǎn)樣分子可以是核酸也可以是寡核酸。一些研究者采用人工點(diǎn)樣的方法將寡核苷酸分子點(diǎn)樣于化學(xué)處理后的載玻片上，經(jīng)一定的化學(xué)方法處理非干燥后，寡核苷酸分子即固定于載玻片上，制備好的dna芯片可置于緩沖液中保存。由于方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不適于大規(guī)模dna芯片制作，因而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化點(diǎn)樣就顯得尤為重要。有的研究者用多聚賴氨酸包被固相支待物玻片，經(jīng)過(guò)分區(qū)后用計(jì)算機(jī)控制的微陣列點(diǎn)樣機(jī)按照預(yù)先設(shè)計(jì)順序點(diǎn)上核酸分子，點(diǎn)樣量很小，約為5nl。大規(guī)模cdna芯片多采用這種方法，與其寡核苷酸微芯片相比。dna芯片的潛在優(yōu)越性是具有更強(qiáng)的親和勢(shì)和特異性雜交，但是需要大量制備，純化，量化，分類pcr產(chǎn)物。有的研究者將玻片上覆蓋20μm厚薄層聚丙烯酰胺凝膠作為支持物，采用機(jī)械刻寫或光刻的方法在其表面劃上網(wǎng)格，并用激光照射蒸發(fā)掉單元間隙的多余凝膠，以實(shí)現(xiàn)dna芯片分區(qū)，單元大小為 40×40μm或 100×100μm間隔分別為50μm和100μm。然后將化學(xué)方法合成的寡核苷酸探針自動(dòng)化點(diǎn)樣于各個(gè)單元內(nèi)而制成dna芯片，點(diǎn)樣速度可達(dá)2000單元/秒。

其裝置采用的機(jī)器人有一套計(jì)算機(jī)控制三維移動(dòng)裝置、多個(gè)打印/噴印針的打印/噴印頭；一個(gè)減震底座，上面可放內(nèi)盛探針的多孔板和多個(gè)芯片。根據(jù)需要還可以有溫度和濕度控制裝置、針洗滌裝置。打印/噴印針將探針從多孔板取出直接打印或噴印于芯片上。直接打印時(shí)針頭與芯片接觸，而在噴印時(shí)針頭與芯片保持一定距離。打印法的優(yōu)點(diǎn)是探針密度高，通常1平方厘米可打印2,500個(gè)探針。缺點(diǎn)是定量準(zhǔn)確性及重現(xiàn)性不好，打印針易堵塞且使用壽命有限。噴印法的優(yōu)點(diǎn)是定量準(zhǔn)確，重現(xiàn)性好，使用壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是噴印的斑點(diǎn)大，因此探針密度低，通常1平方厘米只有400點(diǎn)。國(guó)外有多家實(shí)驗(yàn)室和公司研究開發(fā)打印/噴印設(shè)備，目前有一些已經(jīng)商品化。軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院和益生堂生物企業(yè)公司目前正在聯(lián)手利用打印/噴印技術(shù)進(jìn)行生物芯片的研究和開發(fā)，預(yù)計(jì)2年內(nèi)將有用于實(shí)驗(yàn)室研究或臨床診斷的基因芯片產(chǎn)品問(wèn)世。見圖二。

4　電子芯片[8-10]　電子芯片是由美國(guó)nanogen公司開發(fā)的，目前國(guó)內(nèi)清華大學(xué)和復(fù)旦大學(xué)也在開發(fā)這一技術(shù)。這種芯片為帶有陽(yáng)電荷的硅芯片、芯片經(jīng)熱氧化，制成1mm×1mm的陣列、每個(gè)陣列含多個(gè)微電極，在每個(gè)電極上通過(guò)氧化硅沉積和蝕刻制備出樣品池。將連接鏈親和素的瓊脂糖覆蓋在電極上，在電場(chǎng)作用下生物素標(biāo)記的探針即可結(jié)合在特定電極上。電子芯片最大特點(diǎn)是雜交速度快，可大大縮短分析時(shí)間。制備復(fù)雜、成本高是其不足。

5　三維芯片[11-12]　三維芯片是由美國(guó)的packard、摩托羅拉、argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室三家機(jī)構(gòu)與俄羅斯engelhardt分子生物學(xué)研究所合作開發(fā)的一種芯片技術(shù)。三維生物芯片實(shí)質(zhì)上是一塊顯微鏡載玻片，其上有10,000個(gè)微小聚乙烯酰胺凝膠條，每個(gè)凝膠條可用于靶dna，rna和蛋白質(zhì)的分析。先把乙知化合物加在凝膠條上，再用3cm長(zhǎng)的微型玻璃毛細(xì)管將待測(cè)樣品加到凝膠條上。每個(gè)毛細(xì)管能把小到0.2nl的體積打到凝膠上。以上幾家機(jī)構(gòu)合作研究的生物芯片系統(tǒng)具有其它生物芯片系統(tǒng)不具有的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。一是凝膠的三維化能加進(jìn)更多的已知物質(zhì)，增加了敏感性。二是可以在芯片上同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)增與檢則。一般情況下，必須在微量多孔板上先進(jìn)行pcr擴(kuò)增，再把樣品加到芯片上，因此需要進(jìn)行許多額外操作。本芯片所用凝膠體積很小。使pcr擴(kuò)增體系的體積減小1,000倍（總體積約納升級(jí)），從而節(jié)約了每個(gè)反應(yīng)所用的pcr酶（約減少100倍）。三是以三維構(gòu)象形式存在的蛋白和基因材料可以其天然狀態(tài)在凝膠條上分析，可以進(jìn)行免疫測(cè)定，受體-配體研究和蛋白組分析。

6　流過(guò)式芯片（flow-thru chip）[13]　cene logic正在開發(fā)一種在芯片片基上制成格柵狀微通道，cene  logic設(shè)計(jì)及合成特定的寡核苷酸探針，結(jié)合于微通道內(nèi)芯片的特定區(qū)域。從待測(cè)樣品中分離dna或rna并對(duì)其進(jìn)行熒光標(biāo)記，然后，該樣品流過(guò)芯片，固定的寡核苷酸探針捕獲與之相互補(bǔ)的核酸，采用cene  logic's信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)分析結(jié)果。流通式芯片用于高通量分析已知基因的變化，其特定在于⑴敏感性高：由于寡核苷酸吸附表面的增大，流過(guò)式芯片可監(jiān)測(cè)稀有基因表達(dá)的變化；⑵速度快：微通道加速了雜交反應(yīng)，減少了每次檢測(cè)所需時(shí)間；⑶價(jià)格降低：由于采用了特殊的共價(jià)化學(xué)技術(shù)將寡核苷酸吸附于微通道內(nèi)，使每一種流過(guò)芯片可反復(fù)使用多次，從而使其成本降低。

四．基因芯片樣品制備

一般說(shuō)來(lái)應(yīng)用dna芯片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)包括5個(gè)過(guò)程：生物學(xué)問(wèn)題的提出和芯片設(shè)計(jì)；樣品制備；生物雜交反應(yīng)；結(jié)果探測(cè)；數(shù)據(jù)處理和建模。 

1．樣品制備。一般所需mrna的量是以一張表達(dá)譜芯片需要3μg mrna計(jì)算的

考慮到個(gè)體差異以及樣品在研磨、勻漿等過(guò)程中的損失，客戶提供的樣品量應(yīng)在上述基礎(chǔ)上增加1-2倍。

2 樣本采集過(guò)程關(guān)鍵點(diǎn)． 

組織標(biāo)本采集操作建議規(guī)程,(取標(biāo)本所需關(guān)鍵器材和處理要求 ) 

注：

· 以下步驟1 － 5應(yīng)在冰上進(jìn)行且不超過(guò)15分鐘，超過(guò)時(shí)間會(huì)導(dǎo)致樣品的rna降解。 

· 對(duì)腫瘤組織的取材，要求盡可能準(zhǔn)確地判定腫瘤和正常組織，例如對(duì)于手術(shù)切除的整個(gè)或部分前列腺，可能要根據(jù)冰凍切片報(bào)告的結(jié)果來(lái)判定要進(jìn)行研究的取材部位。

1 離體新鮮組織，切成多個(gè)1cm3小塊，剔除結(jié)締組織和脂肪組織。胃、腸組織應(yīng)剪除外膜；肝、腎、脾應(yīng)剪除門部血管神經(jīng)，腫瘤組織應(yīng)將周圍的正常組織切除干凈（正常組織也應(yīng)將周圍的腫瘤組織切除干凈）。

2 在rnase-free 0.9％生理鹽水中漂洗樣品，以去除血漬和污物。

3 用鋁箔包裹組織，或用5ml凍存管裝載組織(但最好統(tǒng)一采用鋁箔)。用記號(hào)筆在鋁箔或凍存管外表寫明樣品編號(hào)，并貼上標(biāo)簽，迅速投入液氮冷卻。

4 填寫樣品登記表，寫明樣品名稱、種類、編號(hào)、取樣日期、樣品處理情況等

將液氮冷卻的組織放入樣品袋（每個(gè)樣品袋只保存同樣的組織），袋口留一根編號(hào)繩，繩上粘一張標(biāo)簽紙（標(biāo)簽上注明：樣品名稱、編號(hào)、日期），迅速轉(zhuǎn)入便攜式液氮罐

5 保留1-2張取材部位的病理切片。

五.生物芯片雜交

待分析基因在與芯片結(jié)合探針雜交之前必需進(jìn)行分離、擴(kuò)增及標(biāo)記。根據(jù)樣品來(lái)源、基因含量及檢測(cè)方法和分析目的不同，采用的基因分離、擴(kuò)增及標(biāo)記方法各異。當(dāng)然，常規(guī)的基因分離、擴(kuò)增及標(biāo)記技術(shù)完全可以采用，但操作繁瑣且費(fèi)時(shí)。高度集成的微型樣品處理系統(tǒng)如細(xì)胞分離芯片及基因擴(kuò)增芯片等是實(shí)現(xiàn)上述目的的有效手段和發(fā)展方向。為了獲得基因的雜交信號(hào)必須對(duì)目的基因進(jìn)行標(biāo)記，目前采用的最普遍的熒光標(biāo)記方法與傳統(tǒng)方法如體外轉(zhuǎn)錄、pcr、逆轉(zhuǎn)錄等原理上并無(wú)多大差異，只是采用的熒光素種類更多，這可以滿足不同來(lái)源樣品的平行分析。用計(jì)算機(jī)控制的高分辨熒光掃描儀可獲得結(jié)合于芯片上目的基因的熒光信號(hào)，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理即可給出目的基因的結(jié)構(gòu)或表達(dá)信息。

雜交條件的選擇與研究目的有關(guān)，多態(tài)性分析或者基因測(cè)序時(shí)，每個(gè)核苷酸或突變位點(diǎn)都必須檢測(cè)出來(lái)。通常設(shè)計(jì)出一套四種寡聚核苷酸，在靶序列上跨越每個(gè)位點(diǎn)，只在中央位點(diǎn)堿基有所不同，根據(jù)每套探針在某一特點(diǎn)位點(diǎn)的雜交嚴(yán)謹(jǐn)程度，即可測(cè)定出該堿基的種類。如果芯片僅用于檢測(cè)基因表達(dá)，只需設(shè)計(jì)出針對(duì)基因中的特定區(qū)域的幾套寡聚核苷酸即可。表達(dá)檢測(cè)需要長(zhǎng)的雜交時(shí)間，更高的嚴(yán)謹(jǐn)性，更高的樣品濃度和低溫度，這有利于增加檢測(cè)的特異性和低拷貝基因檢測(cè)的靈敏度。突變檢測(cè)，要鑒別出單堿基錯(cuò)配，需要更高的雜交嚴(yán)謹(jǐn)性和更短的時(shí)間。

此外，雜交反應(yīng)還必須考慮雜交反應(yīng)體系中鹽濃度、探針gc含量和所帶電荷、探針與芯片之間連接臂的長(zhǎng)度及種類、檢測(cè)基因的二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響。有資料顯示探針和芯片之間適當(dāng)長(zhǎng)度的連接臂可使雜交效率提高150倍[9]。連接臂上任何正或負(fù)電荷都將減少雜交效率。由于探針和檢測(cè)基因均帶負(fù)電荷，因此影響他們之間的雜交結(jié)合，為此有人提出用不帶電荷的肽核酸（pna）做探針[9]。雖然pna的制備比較復(fù)雜，但與dna探針比較有許多特點(diǎn)，如不需要鹽離子，因此可防止檢測(cè)基因二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成及自身復(fù)性。由于pna-dna結(jié)合更加穩(wěn)定和特異，因此更有利于單堿基錯(cuò)配基因的檢測(cè)。

六 基因芯片檢測(cè)原理

雜交信號(hào)的檢測(cè)是dna芯片技術(shù)中的重要組成部分。以往的研究中已形成許多種探測(cè)分子雜交的方法，如熒光顯微鏡、隱逝波傳感器、光散射表面共振、電化傳感器、化學(xué)發(fā)光、熒光各向異性等等，但并非每種方法都適用于dna芯片。由于dna芯片本身的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，需要確定雜交信號(hào)在芯片上的位置，尤其是大規(guī)模dna芯片由于其面積小，密度大，點(diǎn)樣量很少，所以雜交信號(hào)較弱，需要使用光電倍增管或冷卻的電荷偶連照相機(jī)(charged-coupled device camera，ccd)攝像機(jī)等弱光信號(hào)探測(cè)裝置。此外，大多數(shù)dna芯片雜交信號(hào)譜型除了分布位點(diǎn)以外還需要確定每一點(diǎn)上的信號(hào)強(qiáng)度，以確定是完全雜交還是不完全雜交，因而探測(cè)方法的靈敏度及線性響應(yīng)也是非常重要的。雜交信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)主要包括雜交信號(hào)產(chǎn)生、信號(hào)收集及傳輸和信號(hào)處理及成像三個(gè)部分組成。

由于所使用的標(biāo)記物不同，因而相應(yīng)的探測(cè)方法也各具特色。大多數(shù)研究者使用熒光標(biāo)記物，也有一些研究者使用生物素標(biāo)記，聯(lián)合抗生物素結(jié)合物檢測(cè)dna化學(xué)發(fā)光。通過(guò)檢測(cè)標(biāo)記信號(hào)來(lái)確定dna芯片雜交譜型。 

    1．熒光標(biāo)記雜交信號(hào)的檢測(cè)方法

    使用熒光標(biāo)記物的研究者最多，因而相應(yīng)的探測(cè)方法也就最多、最成熟。由于熒光顯微鏡可以選擇性地激發(fā)和探測(cè)樣品中的混合熒光標(biāo)記物，并具有很好的空間分辨率和熱分辨率，特別是當(dāng)熒光顯微鏡中使用了共焦激光掃描時(shí)，分辨能力在實(shí)際應(yīng)用中可接近由數(shù)值孔徑和光波長(zhǎng)決定的空間分辨率，而在傳統(tǒng)的顯微鏡是很難做到的，這便為dna芯片進(jìn)一步微型化提供了重要的檢測(cè)方法的基礎(chǔ)。大多數(shù)方法都是在人射照明式熒光顯微鏡（epifluoescence microscope）基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，包括激光掃描熒光顯微鏡、激光共焦掃描顯微鏡、使用了ccd相機(jī)的改進(jìn)的熒光顯微鏡以及將dna芯片直接制作在光纖維束切面上并結(jié)合熒光顯微鏡的光纖傳感器微陣列。這些方法基本上都是將待雜交對(duì)象 以熒光物質(zhì)標(biāo)記，如熒光素或麗絲膠（lissamine）等，雜交后經(jīng)過(guò)ssc和sds的混合溶液或sspe等緩沖液清洗。

    （1）激光掃描熒光顯微鏡

    探測(cè)裝置比較典型。方法是將雜交后的芯片經(jīng)處理后固定在計(jì)算機(jī)控制的二維傳動(dòng)平臺(tái)上，并將一物鏡置于其上方，由氬離子激光器產(chǎn)生激發(fā)光經(jīng)濾波后通過(guò)物鏡聚焦到芯片表面，激發(fā)熒光標(biāo)記物產(chǎn)生熒光，光斑半徑約為5－10μm。同時(shí)通過(guò)同一物鏡收集熒光信號(hào)經(jīng)另一濾波片濾波后，由冷卻的光電倍增管探測(cè)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。通過(guò)計(jì)算機(jī)控制傳動(dòng)平臺(tái)x－y方向上步進(jìn)平移，dna芯片被逐點(diǎn)照射，所采集熒光信號(hào)構(gòu)成雜交信號(hào)譜型，送計(jì)算機(jī)分析處理，最后形成20μm象素的圖像。這種方法分辨率高、圖像質(zhì)量較好，適用于各種主要類型的dna芯片及大規(guī)模dna芯片雜交信號(hào)檢測(cè)，廣泛應(yīng)用于基因表達(dá)、基因診斷等方面研究。

    (2)激光掃描共焦顯微鏡

    激光掃描共焦顯微鏡與激光掃描熒光顯微鏡結(jié)構(gòu)非常相似，但是由于采用了共焦技術(shù)因而更具優(yōu)越性。這種方法可以在熒光標(biāo)記分子與dna芯片雜交的同時(shí)進(jìn)行雜交信號(hào)的探測(cè)，而無(wú)須清洗掉未雜交分子，從而簡(jiǎn)化了操作步驟大大提高了工作效率。affymetrix公司的s．p．a(chǎn)．forder等人設(shè)計(jì)的dna芯片即利用此方法。其方法是將靶 dna分子溶液放在樣品地中，芯片上合成寡核苷酸陣列的一面向下，與樣品池溶液直接接觸，并與dna樣品雜交。當(dāng)用激發(fā)光照射使熒光標(biāo)記物產(chǎn)生熒光時(shí)，既有芯片上雜交的dna樣品所發(fā)出的熒光，也有樣品地中dna所發(fā)出的熒光，如何將兩者分離開來(lái)是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。而共焦顯微鏡具有非常好的縱向分辨率，可以在接受芯片表面熒光信號(hào)的同時(shí)，避開樣品池中熒光信號(hào)的影響。一般采用氬離子激光器（488nm）作為激發(fā)光源，經(jīng)物鏡聚焦，從芯片背面入射，聚集于芯片與靶分子溶液接觸面。雜交分子所發(fā)的熒光再經(jīng)同一物鏡收集，并經(jīng)濾波片濾波，被冷卻的光電倍增管在光子計(jì)數(shù)的模式下接收。經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換反轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送微機(jī)處理，成像分析。在光電信增管前放置一共焦小孔，用于阻擋大部分激發(fā)光焦平面以外的來(lái)自樣品池的未雜交分子熒光信號(hào)，避免其對(duì)探測(cè)結(jié)果的影響。激光器前也放置一個(gè)小孔光闌以盡量縮小聚焦點(diǎn)處光斑半徑，使之能夠只照射在單個(gè)探針上。通過(guò)計(jì)算機(jī)控制激光束或樣品池的移動(dòng)，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片的二維掃描，移動(dòng)步長(zhǎng)與芯片上寡核苷酸的間距匹配，在幾分鐘至幾十分鐘內(nèi)即可獲得熒光標(biāo)記雜交信號(hào)圖譜。其特點(diǎn)是靈敏度和分辨率較高，掃描時(shí)間長(zhǎng)，比較適合研究用?，F(xiàn)在 affymetrix公司已推出商業(yè)化樣機(jī)，整套系統(tǒng)約 12萬(wàn)美元。

    （3）采用了ccd相機(jī)的熒光顯微鏡

    這種探測(cè)裝置與以上的掃描方法都是基于熒光顯微鏡，但是以ccd相機(jī)作為信號(hào)接收器而不是光電倍增管，因而無(wú)須掃描傳動(dòng)平臺(tái)。由于不是逐點(diǎn)激發(fā)探測(cè)，因而激發(fā)光照射光場(chǎng)為整個(gè)芯片區(qū)域，由ccd相機(jī)獲得整個(gè)dna芯片的雜交譜型。這種方法一般不采用激光器作為激發(fā)光源，由于激光束光強(qiáng)的高斯分布，會(huì)使得光場(chǎng)光強(qiáng)度分布不均，而熒光信號(hào)的強(qiáng)度與激發(fā)光的強(qiáng)度密切相關(guān)，因而不利于信號(hào)采集的線性響應(yīng)。為保證激發(fā)光勻場(chǎng)照射，有的學(xué)者使用高壓汞燈經(jīng)濾波片濾波，通過(guò)傳統(tǒng)的光學(xué)物鏡將激發(fā)光投射到芯片上，照明面積可通過(guò)更換物鏡來(lái)調(diào)整；也有的研究者使用大功率弧形探照燈作為光源，使用光纖維束與透鏡結(jié)合傳輸激發(fā)光，并與芯片表面呈50o角入射。由于采用了ccd相機(jī)，因而大大提高了獲取熒光圖像的速度，曝光時(shí)間可縮短至零點(diǎn)幾秒至十幾秒。其特點(diǎn)是掃描時(shí)間短，靈敏度和分辨率較低，比較適合臨床診斷用[14].

    （4）光纖傳感器

    有的研究者將 dna芯片直接做在光纖維束的切面上（遠(yuǎn)端），光纖維束的另一端（近端）經(jīng)特制的耦合裝置耦合到熒光顯微鏡中。光纖維束由7根單模光纖組成。每根光纖的直徑為200μm，兩端均經(jīng)化學(xué)方法拋光清潔?；瘜W(xué)方法合成的寡核苷酸探針共價(jià)結(jié)合于每根光纖的遠(yuǎn)端組成寡核苷酸陣列。將光纖遠(yuǎn)端浸入到熒光標(biāo)記的靶分子溶液中與靶分子雜交，通過(guò)光纖維束傳導(dǎo)來(lái)自熒光顯微鏡的激光（490urn），激發(fā)熒光標(biāo)記物產(chǎn)生熒光，仍用光纖維束傳導(dǎo)熒光信號(hào)返回到熒光顯微鏡，由ccd相機(jī)接收。每根光纖單獨(dú)作用互不干擾，而溶液中的熒光信號(hào)基本不會(huì)傳播到光纖中，雜交到光纖遠(yuǎn)端的靶分子可在90％的甲酸胺（ formamide）和te緩沖液中浸泡10秒鐘去除，進(jìn)而反復(fù)使用。這種方法快速、便捷，可實(shí)時(shí)檢測(cè)dna微陣列雜交情況而且具有較高的靈敏度，但由于光纖維束所含光纖數(shù)目有限，因而不便于制備大規(guī)模dna芯片，有一定的應(yīng)用局限性。

2.生物素標(biāo)記方法中的雜交信號(hào)探測(cè)

     以生物素（biotin）標(biāo)記樣品的方法由來(lái)已久，通常都要聯(lián)合使用其它大分子與抗生物素的結(jié)合物（如結(jié)合化學(xué)發(fā)光底物酶、熒光素等），再利用所結(jié)合大分子的特殊性質(zhì)得到最初的雜交信號(hào)，由于所選用的與抗生物素結(jié)合的分子種類繁多，因而檢測(cè)方法也更趨多樣化。特別是如果采用尼龍膜作為固相支持物，直接以熒光標(biāo)記的探針用于dna芯片雜交將受到很大的限制，因?yàn)樵谀猃埬ど蠠晒鈽?biāo)記信號(hào)信噪比較低。因而使用尼龍膜作為固相支持物的這些研究者大多是采用生物素標(biāo)記的。

目前應(yīng)用較多的是美國(guó)general scanning公司開發(fā)的基因芯片專用檢測(cè)系統(tǒng)(scanarray 3000)，采用激光共聚焦掃描原理進(jìn)行熒光信號(hào)采集，由計(jì)算機(jī)處理熒光信號(hào)，并對(duì)每個(gè)點(diǎn)的熒光強(qiáng)度數(shù)字化后進(jìn)行分析。近期又開發(fā)出了scanarray 5000，其掃描精度和功能有較大的提高。

七 結(jié)果的分析

  樣品在被測(cè)定前，首先要經(jīng)過(guò)消化，使待測(cè)組織細(xì)胞中的dna或rna釋放出來(lái)，在經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臄U(kuò)增后，以熒光標(biāo)記物標(biāo)記，放入基因芯片自動(dòng)孵育裝置（fluidics station）中，由其自動(dòng)控制反應(yīng)的時(shí)間、溫度以及緩沖液的配比等反應(yīng)條件，進(jìn)行雜交，這一過(guò)程，僅需要數(shù)秒鐘。雜交完成后，要對(duì)基因芯片進(jìn)行“讀片”，即應(yīng)用激光共聚焦熒光掃描顯微鏡，對(duì)基因芯片表面的每個(gè)位點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。這種顯微鏡，將聚焦的平面設(shè)定為芯片的表面，因此可以檢測(cè)結(jié)合到芯片表面位點(diǎn)的樣品片斷的熒光標(biāo)記，而待測(cè)樣品中未與芯片上探針結(jié)合的熒光標(biāo)記物，則懸浮于溶液中，由于不在聚焦平面上，因而不被檢測(cè)。樣品與探針的錯(cuò)配是影響雜交反應(yīng)結(jié)果的重要因素，但由于樣品與芯片上的探針正確配對(duì)時(shí)產(chǎn)生的熒光信號(hào)要比錯(cuò)配時(shí)強(qiáng)的多，因此，通過(guò)對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的分析，就可以區(qū)分正確與錯(cuò)誤的配對(duì)。

為了使結(jié)果的檢驗(yàn)更加簡(jiǎn)便和快速，affymetrix的基因芯片的分析系統(tǒng)中采用了基因陣列掃描儀和專用的基因芯片工作站，對(duì)一幅包含數(shù)萬(wàn)個(gè)探針位點(diǎn)的基因芯片圖樣的分析，僅需要數(shù)分鐘的時(shí)間。這樣在短短的幾十分鐘至數(shù)小時(shí)內(nèi)，就可以完成用傳統(tǒng)方法需要數(shù)月才能完成的幾萬(wàn)乃至幾十萬(wàn)次雜交分析試驗(yàn)。

八 基因芯片的應(yīng)用

（一）基因表達(dá)分析　基因芯片具有高度的敏感性和特異性，它可以監(jiān)測(cè)細(xì)胞中幾個(gè)至幾千個(gè)mrna拷貝的轉(zhuǎn)錄情況。與用單探針分析mrna的點(diǎn)雜交技術(shù)不同，基因芯片表達(dá)探針陣列應(yīng)用了大約20對(duì)寡核苷酸探針來(lái)監(jiān)測(cè)每一個(gè)mrna的轉(zhuǎn)錄情況。每對(duì)探針中，包含一個(gè)與所要監(jiān)測(cè)的mrna完全吻合和一個(gè)不完全吻合的探針（圖2），這兩個(gè)探針的差別在于其中間位置的核苷酸不同。這種成對(duì)的探針可以將非特異性雜交和背景訊號(hào)減小到最低的水平，由此我們就可以確定那些低強(qiáng)度的mrna。目前，affymetrix公司已經(jīng)生產(chǎn)出hugenefl、mu6500（含有小鼠6　500個(gè)基因）、ye6100（含有酵母6　100個(gè)基因）等基因芯片成品。

1　分析基因表達(dá)時(shí)空特征。英國(guó)劍橋大學(xué)whitehead研究所的frank c.p. holstege等人，應(yīng)用含有酵母基因組的基因芯片，深入研究了真核細(xì)胞基因組的調(diào)節(jié)周期。應(yīng)用基因組水平的表達(dá)分析，監(jiān)測(cè)那些表達(dá)受轉(zhuǎn)錄起始機(jī)制的關(guān)鍵成分控制的基因，發(fā)現(xiàn)rna聚合酶ii、主要的轉(zhuǎn)錄因子tfiid和saga染色體修飾復(fù)合物等均在基因的表達(dá)中有自己特定的作用位點(diǎn)[15]。通過(guò)本試驗(yàn)，研究人員揭示了：（1）基因特異性的轉(zhuǎn)錄因子對(duì)表達(dá)的調(diào)控作用。（2）細(xì)胞在缺乏營(yíng)養(yǎng)的環(huán)境中，基因不同位點(diǎn)的協(xié)同調(diào)節(jié)作用的全新機(jī)制。（3）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的最終作用位點(diǎn)，在最初的幾步中就可以確定。以此試驗(yàn)為基礎(chǔ)，研究人員進(jìn)一步繪制出了酵母基因組控制圖，并由此分析出了各種調(diào)節(jié)因子在基因上不同的作用位點(diǎn)和其作用的分子機(jī)制。

美國(guó)stanford大學(xué)的v.r.iyer等人[16]，對(duì)成纖維細(xì)胞中與細(xì)胞增生和損傷修復(fù)有關(guān)的基因進(jìn)行了分析。首先，他們用成纖維細(xì)胞中的8　600個(gè)基因片斷制成基因芯片的探針陣列，通過(guò)與mrna反轉(zhuǎn)錄形成的cdna的雜交反應(yīng)，可以判斷出該基因的活性。在試驗(yàn)中，成纖維細(xì)胞被置于無(wú)營(yíng)養(yǎng)的環(huán)境中，使絕大部分基因的活性關(guān)閉，兩天后，加入10%的血清，24小時(shí)內(nèi)，分6個(gè)不同的時(shí)間點(diǎn)，觀察基因的活化情況。試驗(yàn)結(jié)果表明，在所有被監(jiān)測(cè)的基因中，約有500個(gè)基因最為活躍，而使細(xì)胞保持不分裂狀態(tài)的基因活性被抑制。其中，最早被活化的是那些轉(zhuǎn)錄調(diào)控基因。在活化的基因中，有28個(gè)基因共同作用，控制細(xì)胞的增殖；8個(gè)與免疫反應(yīng)的激活有關(guān)；19個(gè)與血管重建有關(guān)；另有許多基因，與血管新生密切相關(guān)。在腫瘤細(xì)胞中，基因的表達(dá)與正常的細(xì)胞存在著明顯的差異。通過(guò)基因芯片繪出基因表達(dá)的時(shí)空?qǐng)D譜，有助于人類認(rèn)識(shí)生命活動(dòng)過(guò)程和特征。

2 基因差異表達(dá)檢測(cè)〔17〕　生命活動(dòng)中基因表達(dá)的改變是生物學(xué)研究的核心問(wèn)題。理解人類基因組中10萬(wàn)個(gè)不同的基因功能，監(jiān)測(cè)某些組織、細(xì)胞不同分化階段的差異基因表達(dá)（differential gene expression ，dge）十分重要。對(duì)差異表達(dá)的研究，可以推斷基因與基因的相互關(guān)系，細(xì)胞分化中基因“開啟”或“關(guān)閉”的機(jī)制；揭示基因與疾病的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)歸的內(nèi)在聯(lián)系。目前dge研究方法主要有表達(dá)序列標(biāo)簽（ests）測(cè)序、差減克?。╯ubtractive cloning ）、差異顯示（differential display）、基因表達(dá)系列分析 (serial analysis of gene expression, sage)。而cdna微陣列雜交技術(shù)可監(jiān)測(cè)大量mrna的轉(zhuǎn)錄，直接快速地檢測(cè)出極其微量的mrna，且易于同時(shí)監(jiān)測(cè)成千上萬(wàn)的基因，是研究基因功能的重要手段之一。rihn bh等利用基因芯片檢測(cè)胸膜間皮瘤與正常細(xì)胞間比較了6500個(gè)基因，，發(fā)現(xiàn)了300多個(gè)差異基因的表達(dá)。其中幾個(gè)典型基因的表達(dá)經(jīng)rt-pcr進(jìn)行定量后，可作為胸膜間皮瘤診斷的標(biāo)記物（markers）[18]。sgroi〔19〕報(bào)告dna芯片結(jié)合激光捕獲顯微切割技術(shù)（laser capture microdissection）用于乳癌浸潤(rùn)期和轉(zhuǎn)移期及正常細(xì)胞的基因表達(dá)譜（gene expression profiles）差異研究，結(jié)果被定量pcr和免疫組化所證實(shí)。差異表達(dá)有助于早期發(fā)現(xiàn)瘤細(xì)胞3萬(wàn)個(gè)基因與正常細(xì)胞的區(qū)別，有助于了解瘤細(xì)胞的發(fā)生、浸潤(rùn)、轉(zhuǎn)移和藥敏。最近，美國(guó)毒物化學(xué)研究所（ciit） 和國(guó)家環(huán)境健康科學(xué)研究所（niehs）正計(jì)劃在一張玻片上建立8 700個(gè)小白鼠cdna芯片，用于肝癌的研究。我國(guó)也已成功研制出能檢出41 000種基因表達(dá)譜的芯片。美國(guó)stanford大學(xué)的david botstein利用cdna微陣列芯片，對(duì)乳腺癌細(xì)胞的基因表達(dá)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)其基因表達(dá)水平明顯低于正常細(xì)胞。利用基因芯片對(duì)表達(dá)進(jìn)行分析，在一次試驗(yàn)中可以獲取相當(dāng)于在60余萬(wàn)次傳統(tǒng)的northern雜交中所獲得的關(guān)于基因表達(dá)的信息。通過(guò)這種實(shí)驗(yàn)方法，可以建立一種全新的腫瘤分類學(xué)方法，即依據(jù)每個(gè)腫瘤細(xì)胞中的基因表達(dá)情況對(duì)腫瘤細(xì)胞進(jìn)行分類。基因芯片技術(shù)在分析基因的表達(dá)中具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

    3　發(fā)現(xiàn)新基因　moch等利用腫瘤微陣列芯片（5 184個(gè)cdna片段）發(fā)現(xiàn)了腎細(xì)胞癌的腫瘤標(biāo)志物基因，并于正常細(xì)胞進(jìn)行比較。在532份標(biāo)本中檢測(cè)到胞漿纖維vimentin的表達(dá)基因，陽(yáng)性率為51%～61%〔20〕。追蹤觀察，有vimentin表達(dá)的患者，預(yù)后極差。人類大量ests給cdna微陣列提供了豐富的資源，數(shù)據(jù)庫(kù)中400 000個(gè)ests代表了所有人類基因，成千上萬(wàn)的ests微陣列將為人類基因表達(dá)研究提供強(qiáng)有力的分析工具。這將大大地加速人類基因組的功能分析〔21〕。

定量檢測(cè)大量基因表達(dá)水平在闡述基因功能、探索疾病原因及機(jī)理、發(fā)現(xiàn)可能的診斷及治療靶等方面是很有價(jià)值的。如該技術(shù)在炎癥性疾病類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎（ra）和炎癥性腸?。╥bd）的基因表達(dá)研究中，由ra或ibd組織制備探針，用cy3和cy5熒光素標(biāo)記，然后與靶cdna微陣列雜交，可檢測(cè)出炎癥疾病誘導(dǎo)的基因如tnf-α、il或粒細(xì)胞集落刺激因子，同時(shí)發(fā)現(xiàn)一些以前未發(fā)現(xiàn)的基因如hme基因和黑色素瘤生長(zhǎng)刺激因子。schena等人[22]報(bào)道了cdna的微陣列在人類基因表達(dá)監(jiān)測(cè)、生物學(xué)功能研究和基因發(fā)現(xiàn)方面的應(yīng)用。采用含1,046個(gè)已知序列的cdna微陣列，用高速機(jī)器人噴印在玻片上，用雙色雜交法定量監(jiān)測(cè)不同基因表達(dá)，在一定的實(shí)驗(yàn)條件下，不同表達(dá)模式的陣列成分通過(guò)序列分析鑒定其特征。該方法較以往常用的方法敏感10倍以上，檢測(cè)限度為1:500,000(wt/wt)總?cè)梭wmrna。在培養(yǎng)t細(xì)胞熱休克反應(yīng)的測(cè)定中，發(fā)現(xiàn)17個(gè)陣列成分的熒光比較明顯改變，其中11個(gè)受熱休克處理的誘導(dǎo)，6個(gè)呈現(xiàn)中度抑制，對(duì)相應(yīng)于17個(gè)陣列成分的cdna測(cè)序發(fā)現(xiàn)5個(gè)表達(dá)最高的成分是5種熱休克蛋白，17個(gè)克隆中發(fā)現(xiàn)3個(gè)新序列。另外，在佛波酯誘導(dǎo)檢測(cè)中[23]，發(fā)現(xiàn)有6個(gè)陣列成分信號(hào)增強(qiáng)超過(guò)2倍，測(cè)序及數(shù)據(jù)庫(kù)比較揭示有5個(gè)已知的，誘導(dǎo)表達(dá)最高的兩個(gè)是pca-1酪氨酸磷酸酶和核因子-κb1，有一個(gè)是未知的。這4個(gè)新基因的表達(dá)水平均相對(duì)較低，僅呈現(xiàn)2倍的誘導(dǎo)。northern雜交結(jié)果證實(shí)了微陣列的結(jié)果。進(jìn)一步檢測(cè)了人的骨髓、腦、前列腺及心臟組織中熱休克和佛波酯調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，4種組織中檢測(cè)出15種熱休克和佛波酯調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，其表達(dá)水平與jurkat細(xì)胞中相應(yīng)成分的表達(dá)水平密切相關(guān)如在四種組織中表達(dá)水平最高的兩個(gè)基因β-actin和細(xì)胞色素c氧化酶在jurkat細(xì)胞中的表達(dá)水平也很高。上述實(shí)驗(yàn)提示在缺乏任何序列信息的條件下，微陣列可用于基因發(fā)現(xiàn)和基因表達(dá)檢測(cè)。目前，大量人類ests給cdna微陣列提供了豐富的資源，數(shù)據(jù)庫(kù)中400,000個(gè)ests代表了所有人類基因，成千上萬(wàn)的ests微陣列將為人類基因表達(dá)研究提供強(qiáng)有力的分析工具。這將大大地加速人類基因組的功能分析。

    4　大規(guī)模dna測(cè)序　人類基因組計(jì)劃的實(shí)施促進(jìn)了高效的、自動(dòng)化操作的測(cè)序方法的發(fā)展。芯片技術(shù)中雜交測(cè)序（sequencing by hybridization, sbh）技術(shù)及鄰堆雜交（contiguous stacking hybridization, csh）技術(shù)即是一種新的高效快速測(cè)序方法[24-26]。用含65 536個(gè)8聚寡核苷酸的微陣列，采用sbh技術(shù)，可測(cè)定200 bp長(zhǎng)dna序列，采用67 108 864個(gè)13聚寡核苷酸的微陣列，可對(duì)數(shù)千個(gè)堿基長(zhǎng)的dna測(cè)序。sbh技術(shù)的效率隨著微陣列中寡核苷酸數(shù)量與長(zhǎng)度的增加而提高，但微陣列中寡核苷酸數(shù)量與長(zhǎng)度的增加則提高了微陣列的復(fù)雜性，降低了雜交準(zhǔn)確性。csh技術(shù)彌補(bǔ)了sbh技術(shù)存在的弊端，csh技術(shù)的應(yīng)用增加了微陣列中寡核苷酸的有效長(zhǎng)度，加強(qiáng)了序列準(zhǔn)確性，可進(jìn)行較長(zhǎng)的dna測(cè)序。計(jì)算機(jī)模擬論證了8聚寡核苷酸微陣列與5聚寡核苷酸鄰堆雜交，相當(dāng)于13聚寡核苷酸微陣列的作用，可測(cè)定數(shù)千個(gè)核苷酸長(zhǎng)的dna序列[26]。dubiley等人[26]將合成的10聚寡核苷酸固定于排列在載片表面的0.1×0.1×0.02mm或1×1×0.02mm聚丙酰胺凝膠墊上制備聚寡核苷酸微陣列，先用分離微陣列（fractionation chips）進(jìn)行單鏈dna分離，再用測(cè)序微陣列（sequencing chips）分析序列，后者聯(lián)合采用了10聚寡核苷酸微陣列的酶促磷酸化、dna雜交及與鄰堆的5聚寡核苷酸連接等技術(shù)。該方法可用于含重復(fù)序列及較長(zhǎng)序列的dna序列測(cè)定及不同基因組同源區(qū)域的序列比較。利用基因芯片測(cè)序的準(zhǔn)確率達(dá)99%以上。

正如nih首腦harold varmus在美國(guó)細(xì)胞生物學(xué)1998年年會(huì)上所說(shuō)：“在基因芯片的幫助下，我們將能夠監(jiān)測(cè)一個(gè)細(xì)胞乃至整個(gè)組織中所有基因的行為?！?/p>

（二）基因型、基因突變和多態(tài)性分析

在同一物種不同種群和個(gè)體之間，有著多種不同的基因型，而這種不同，往往與個(gè)體的不同性狀和多種遺傳性疾病有著密切的關(guān)系。通過(guò)對(duì)大量具有不同性狀的個(gè)體的基因型進(jìn)行比較，就可以得出基因與性狀的關(guān)系。但是，由于大多數(shù)性狀和遺傳性疾病是由多個(gè)基因同時(shí)決定的，因此分析起來(lái)就十分困難，然而基因芯片技術(shù)恰恰解決了這一問(wèn)題，利用其可以同時(shí)反應(yīng)數(shù)千甚至更多個(gè)基因的特性，我們就可以分析基因組中不同基因與性狀或疾病的關(guān)系。美國(guó)stanford大學(xué)的e.a.winzeler等[27]，以兩種不同菌株的酵母（s96和yjm789）作為實(shí)驗(yàn)材料，對(duì)控制酵母對(duì)放線菌酮的抗藥性的基因進(jìn)行分析。將含有酵母150 000個(gè)dna片斷的基因芯片分別與這兩株酵母活化轉(zhuǎn)錄的mrna分子雜交，s96幾乎全部吻合，而yjm789與芯片上的探針組存在較大的差異，約有3000個(gè)位點(diǎn)沒有雜交顯色。由于s96對(duì)放線菌酮有抗藥性而yjm789的抗藥性則弱的多，因此可以判定控制這一抗藥性的基因的所在。而后，通過(guò)對(duì)s96和yjm789雜交后產(chǎn)生的抗藥子代的遺傳標(biāo)記的分析，進(jìn)一步確定，控制該抗藥性的基因位于15號(hào)染色體，是一長(zhǎng)約57 000個(gè)堿基的片斷。美國(guó)國(guó)家人類基因組研究室的j.g.hacia等在fodor研究小組的協(xié)助下[28]，將基因芯片應(yīng)用于雙色突變分析。他們的分析對(duì)象是與人類遺傳性乳腺癌和卵巢癌密切相關(guān)的brca1基因的外顯子11。在擴(kuò)增后，將brca1基因的外顯子11置于含有熒光素-12-utp的環(huán)境中進(jìn)行體外轉(zhuǎn)錄反應(yīng)，而后將轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mrna與brca1外顯子11芯片雜交，4小時(shí)后，用藻紅蛋白染色。在觀察時(shí)，用488nm的氬離子激光進(jìn)行掃描，熒光染色位點(diǎn)呈現(xiàn)綠色，而藻紅蛋白染色的位點(diǎn)呈現(xiàn)紅色。應(yīng)用雙色分析，可以更為清楚的監(jiān)測(cè)未知樣品與標(biāo)準(zhǔn)鏈之間的競(jìng)爭(zhēng)性雜交情況，進(jìn)而分析該基因中的不同突變。通過(guò)對(duì)15名患者brca1基因的觀察，有14名患者在外顯子11位點(diǎn)存在不同的突變。hacia等［29］在1.28 cm×1.28 cm的芯片上固定了9.66×104個(gè)長(zhǎng)度為20 nt的寡核苷酸探針，用于檢測(cè)乳腺癌基因brca1的exon11 (3.45 kb)中所有可能的堿基置換、插入和缺失(1～5 bp)突變。針對(duì)每一個(gè)位點(diǎn)，共有28個(gè)獨(dú)立的探針，14個(gè)針對(duì)有義鏈，14個(gè)針對(duì)反義鏈。14個(gè)探針包括2個(gè)野生型，3個(gè)堿基置換、4個(gè)插入突變、5個(gè)堿基缺失。在15例患者樣品中，發(fā)現(xiàn)有14例有基因突變，類型包括點(diǎn)突變、插入及缺失等；在20例對(duì)照樣品中均未檢出假陽(yáng)性結(jié)果，結(jié)果表明dna芯片技術(shù)可快速、準(zhǔn)確地研究大量患者樣品定基因所有可能的雜合變。cronin等［30］分別用兩種dna芯片檢測(cè)囊性纖維化跨膜傳導(dǎo)調(diào)節(jié)(cftr)的突變，其中一個(gè)芯片包含1 480個(gè)探針，檢測(cè)了cftr基因的第10和11外顯子的已知突變，包括缺失、插入和單堿基置換，并分析了10個(gè)未知樣品的cftr基因，其結(jié)果與pcr-relp的分析結(jié)果完全一致。

guo等人[31]利用結(jié)合在玻璃支持物上的等位基因特異性寡核苷酸（asos）微陣列建立了簡(jiǎn)單快速的基因多態(tài)性分析方法。將asos共價(jià)固定于玻璃載片上，采用pcr擴(kuò)增基因組dna，其一條引物用熒光素標(biāo)記，另一條引物用生物素標(biāo)記，分離兩條互補(bǔ)的dna鏈，將熒光素標(biāo)記dna鏈與微陣列雜交，通過(guò)熒光掃描檢測(cè)雜交模式，即可測(cè)定pcr產(chǎn)物存在的多種多態(tài)性，該方法對(duì)人的酪氨酸酶基因等4個(gè)外顯子內(nèi)含有的5個(gè)單堿基突變進(jìn)行分析，結(jié)果顯示單堿基錯(cuò)配與完全匹配的雜交模式非常易于區(qū)別。這種方法可快速、定量地獲得基因信息。β-地中海貧血中變異的檢測(cè)也論證了該方法的有效性和可信性[32]。lipshutz等人[33]采用含18,495個(gè)寡核苷酸探針的微陣列，對(duì)hiv-1基因組反轉(zhuǎn)錄酶基因（rt）及蛋白酶基因（pro）的高度多態(tài)性進(jìn)行了篩選。微陣列中內(nèi)部探針與靶序列的錯(cuò)配具有明顯的不穩(wěn)定性，據(jù)此可快速區(qū)別核酸靶的差異。例如檢測(cè)序列5'gtatcagcatxgccatcgtgc中x堿基的種類，可用下列4種探針3'agtcgtaacggtagc，3'agtcgtaccggtagc，3'agtcgtagcggtagc，3'agtcgtatcggtagc。高密度探針陣列可檢則具有特征性的較長(zhǎng)序列相關(guān)的多態(tài)性與變異。篩選1,000個(gè)核苷酸序列的變異與多態(tài)性需要4,000個(gè)探針。用100μm合成位點(diǎn)，設(shè)計(jì)1.28cm2陣列，將有大約16,000個(gè)探針，能篩選4kb序列。hiv-1基因組中rt與pro在疾病過(guò)程中易于發(fā)生多種變異，這些變異將導(dǎo)致病毒對(duì)多種抗病毒藥物包括azt、ddi、ddc等出現(xiàn)明顯抗性，因此檢測(cè)和分析rt與pro的變異與多態(tài)性具有重要的臨床意義。隨著遺傳病與癌癥相關(guān)基因發(fā)現(xiàn)數(shù)量的增加，變異與多態(tài)性分析將越來(lái)越重要。chee等［34］用含有1.35×105個(gè)長(zhǎng)度為25 nt的寡核苷酸探針，分析了16.6 kb的人類線粒體基因組dna(mt dna)，共分析了10個(gè)樣本，檢測(cè)出了505個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)，并在leber′s遺傳性視神經(jīng)疾病患者的mt dna中檢測(cè)出3個(gè)致病性突變位點(diǎn)。

隨著人類基因組計(jì)劃的逐步發(fā)展，研究人員分析出了越來(lái)越多的基因序列。下一步，就是要分析這些基因的多態(tài)性與生物功能和疾病的關(guān)系，而這需要對(duì)大量個(gè)體進(jìn)行分析。通過(guò)基因芯片snp（單核苷酸多態(tài)性）定位試驗(yàn)，可以確定基因多態(tài)性和疾病的關(guān)系，同時(shí)也可確定致病的機(jī)制和病人對(duì)治療的反應(yīng)等。同樣，對(duì)于許多與人類疾病密切相關(guān)的致病微生物，也可對(duì)其進(jìn)行基因型和多態(tài)性分析，1998年，法國(guó)t.livache等[35]就成功的利用基因芯片技術(shù)，對(duì)人血中的hcv病毒進(jìn)行了基因型分析。snp基因芯片的成功將使臨床診斷上到一個(gè)新的臺(tái)階。

（三）疾病的診斷與治療　人類的疾病與遺傳基因密切相關(guān)，基因芯片可以對(duì)遺傳信息進(jìn)行快速準(zhǔn)確的分析，因此它在疾病的分子診斷中的優(yōu)勢(shì)是不言而喻的，就臨床一種新的、強(qiáng)有力的分子工具[36]?；蛐酒夹g(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于感染性疾病、腫瘤和藥物代謝等方面的研究。

1　遺傳病相關(guān)基因的定位　90年代以來(lái),隨著人類基因組計(jì)劃的發(fā)展,各種方法被相繼創(chuàng)立并應(yīng)用到基因定位中。我國(guó)有4 000萬(wàn)育齡婦女，每年有2 000萬(wàn)新生兒，準(zhǔn)確檢測(cè)遺傳病基因是優(yōu)生優(yōu)育的技術(shù)保障。dna芯片充分結(jié)合并靈活運(yùn)用了大規(guī)模集成電路制造技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、激光共聚焦掃描、dna合成、熒光標(biāo)記探針、分子雜交及分子生物學(xué)的其它技術(shù),在這一領(lǐng)域的研究中有著巨大的潛力。這一技術(shù)已成為基因定位研究的高效工具。隨著遺傳病與癌癥相關(guān)基因發(fā)現(xiàn)數(shù)量的增加，變異與多態(tài)性分析將越來(lái)越重要。hgp使許多遺傳疾病基因得以定位,配合使用多位pcr (multiplex-pcr) /dna芯片可一次篩查多種遺傳病,既經(jīng)濟(jì)快速又敏感可靠[37,38]。

    2　腫瘤診斷　已用基因芯片檢測(cè)人鼻咽癌、肺癌基因表達(dá)譜、腫瘤原癌基因和抑癌基因的發(fā)現(xiàn)和定位。早在1996年，m.j.kozal等就利用基因芯片[39]，對(duì)hiv-i b亞型中的蛋白酶基因的多態(tài)性進(jìn)行了分析，這也是基因芯片技術(shù)被首次應(yīng)用于臨床實(shí)踐。在艾滋病的治療中，使用hiv蛋白酶抑制劑是一種重要的手段。然而，病毒對(duì)該藥物的反應(yīng)卻有著很大的差異。利用基因芯片技術(shù)，研究人員分析了取自102個(gè)病人的167個(gè)病毒單體，發(fā)現(xiàn)這些同為美國(guó)hiv-i b亞種的病毒的基因序列存在極大差異，其中蛋白酶的基因片斷差異最大，在編碼99個(gè)氨基酸的序列中，竟有47.5%存在明顯突變。這些氨基酸的突變，直接導(dǎo)致了病毒抗藥性的不同。含96 600個(gè)20體寡核苷酸高密度陣列對(duì)遺傳性乳腺和卵巢癌brca1基因3.45 kb的第11個(gè)外顯子進(jìn)行雜合變異篩選，15個(gè)患者的已知變異的樣品中，準(zhǔn)確診斷出14個(gè)患者，20個(gè)對(duì)照樣品中未發(fā)現(xiàn)假陽(yáng)性。用affimetrix p53芯片和pcr-sscp調(diào)查42例有乳癌史的家系，p53基因13 964位的g變?yōu)閏，突變率為7.1%；無(wú)乳癌家族史者為0。favis等用多位pcr/連接酶檢測(cè)反應(yīng)（pcr/ldr）在一個(gè)試管內(nèi)同時(shí)檢測(cè)數(shù)百個(gè)基因突變，用于檢測(cè)大腸癌組織k-ras 和p53突變及brca-1和brca-2低頻率突變收到良好效果。

    人類惡性腫瘤中，約有60%與人類p53抑癌基因的突變有關(guān)，目前研究人員已經(jīng)研制成功了可以檢測(cè)p53基因所有編碼區(qū)（外顯子2～外顯子11）錯(cuò)意突變和單堿基缺失突變的基因芯片。以外顯子7的第248個(gè)密碼子為例，野生型為cgg，在芯片上做出5條探針，相應(yīng)位點(diǎn)分別為gac、gcc、ggc、gtc和g-c，根據(jù)雜交后的熒光顯色圖，就可以分析出該位點(diǎn)為何種突變。

3　感染性疾病的診斷　hiv-1基因組中rt與pro在疾病過(guò)程中易于發(fā)生多種變異，這些變異將導(dǎo)致病毒對(duì)多種抗病毒藥物包括azt、ddi、ddc等出現(xiàn)明顯抗性，因此檢測(cè)和分析rt與pro的變異與多態(tài)性具有重要的臨床意義。hayward[40]以3 648個(gè)插入片段建立獵槍微陣列(shotgun microarray)，通過(guò)差異雜交和dna測(cè)序找到了瘧原蟲無(wú)性和有性生殖階段基因差異表達(dá)，為抗瘧藥設(shè)計(jì)提供了線索?？梢灶A(yù)測(cè)在不久的將來(lái)，人們可望在一張dna芯片上檢測(cè)幾乎所有的病原微生物基因，實(shí)現(xiàn)真正意義上的“組合檢測(cè)（profile tests）”。

    4　耐藥菌株和藥敏檢測(cè)　據(jù)who報(bào)告，全球每年約有800萬(wàn)結(jié)核病患者，有300萬(wàn)人死亡，死亡人數(shù)超過(guò)了艾滋病和瘧疾的總和。主要原因是菌株對(duì)不同的藥物產(chǎn)生了抗藥性（俄國(guó)80%tb對(duì)一種藥物產(chǎn)生抗性；美國(guó)50%為多重耐藥）。對(duì)每例患者進(jìn)行菌株和藥敏鑒定是控制tb的關(guān)鍵。最近，俄美兩國(guó)科學(xué)家開發(fā)了具此功能的基因芯片，可使醫(yī)生及早使用敏感藥物。該芯片（tb biochips）將抗性菌株的單鏈dna標(biāo)記后固定在玻片上，與待檢tb株雜交，臨床使用未見假陽(yáng)性，該芯片可清洗后重復(fù)使用50次。

    （四）藥物研究中的應(yīng)用

從經(jīng)濟(jì)效益來(lái)說(shuō)，最大的應(yīng)用領(lǐng)域可能是制藥廠用來(lái)開發(fā)新藥。所以已經(jīng)有多家制藥企業(yè)介入芯片的開發(fā)。如： incyte pharmaaceuticals inc.，sequana therapeutics，millenium pharmaceuticals inc.等。對(duì)于尋找新藥來(lái)說(shuō)，目標(biāo)之一是應(yīng)用芯片可以在基因水平上尋找藥物靶標(biāo)。采用所謂“譯碼器”策略（decoder strategy）來(lái)確定藥物靶標(biāo)。從而找到“導(dǎo)向藥物”?；蛐酒脖挥糜趯ふ业鞍准っ敢种莆?。細(xì)菌或腫瘤組織的耐藥性也涉及基因改變可以用dna芯片鑒定。

    1 新藥開發(fā)　高通量的dna芯片可發(fā)現(xiàn)眾多的新基因和新的靶分子用于新藥的設(shè)計(jì)。噬菌體展示技術(shù)可創(chuàng)造大量蛋白質(zhì)，目前多用于抗體庫(kù)的建立和篩選，進(jìn)而可用于受體-配體相互作用的研究?；蚪M學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和生物信息學(xué)（bioinformatics）將大大促進(jìn)制藥工業(yè)的發(fā)展。目前第一個(gè)生物分子工程藥物herceptin已用于乳癌的治療，并獲得美國(guó)fda的批準(zhǔn)。除腫瘤外，用分子生物工程設(shè)計(jì)的藥物可用于治療遺傳病及代謝疾病、抗衰老、設(shè)計(jì)新的抗生素和工業(yè)用酶等。

同時(shí)，有時(shí)一種藥物的作用是多方面的，基因芯片有助于發(fā)現(xiàn)一種藥物的新的功能。原先設(shè)想的作用是針對(duì)某一靶標(biāo)的，但在全基因或廣范圍篩選中卻發(fā)現(xiàn)該藥在另一方面有很強(qiáng)的抑制作用，從而開發(fā)成另一種新藥。

2 調(diào)查藥物處理細(xì)胞后基因的表達(dá)情況

基因芯片在用來(lái)研究藥物的作用機(jī)理時(shí)十分有用。marton[40]等人利用基因芯片構(gòu)建了免疫抑制性藥物fk506處理酵母細(xì)胞后的基因表達(dá)圖譜。發(fā)現(xiàn)用fk506處理的酵母細(xì)胞基因表達(dá)圖譜與fk506靶標(biāo)的無(wú)意義突變體相似。而用fk506去處理此突變體，發(fā)現(xiàn)了不同于野生型的作用機(jī)制。clarke等［41］用基因芯片研究了腸癌患者化療前和治療期間腫瘤基因表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)絲裂霉素c和5-氟尿嘧啶治療均可使糖苷合成酶和尿嘧啶-dna糖基酶的基因表達(dá)增加。該研究提示，這類研究既有助于闡明藥物的作用機(jī)制，也有助于確定藥物作用的靶基因，為新藥研究提供線索。

   3 對(duì)藥物進(jìn)行毒性評(píng)價(jià)

應(yīng)用芯片查找藥物的毒性或副作用，進(jìn)行毒理學(xué)研究。尤其是慢性毒性和副作用，往往涉及基因或基因表達(dá)的改變。如果藥物能抑制重要基因的表達(dá)，則對(duì)它的深入研究就值得考慮。用芯片作大規(guī)模的表達(dá)研究往往可省略大量的動(dòng)物試驗(yàn)。若某個(gè)正在篩選的潛在藥物作用靶細(xì)胞得到的基因表達(dá)圖譜與已知的具有毒性副作用的藥物得到的基因表達(dá)圖譜相似時(shí)，就要考慮是否停止藥物開發(fā)（drug development）中花費(fèi)巨大的臨床實(shí)驗(yàn)階段。nuwaysir等［42］研制了包括涉及細(xì)胞凋亡、dna復(fù)制和修復(fù)、氧化應(yīng)激/氧化還原內(nèi)穩(wěn)態(tài)、過(guò)氧化物酶體增殖反應(yīng)、二英/多環(huán)芳烴反應(yīng)、雌激素反應(yīng)、看家基因、癌基因和抑癌基因、細(xì)胞周期控制、轉(zhuǎn)錄因子、激酶、磷酸酶、熱休克蛋白、受體、細(xì)胞色素p450等共2 090個(gè)基因的毒理芯片(toxchip v1.0), 該芯片既可用于毒物的檢測(cè)和遺傳多態(tài)性的檢測(cè)，又可用于受檢毒物的毒作用機(jī)制的研究。最近，holden等從人和小鼠文庫(kù)中選擇約600個(gè)與毒理學(xué)相關(guān)基因的cdna克隆，制備了種屬特異的毒理基因組學(xué)芯片，可研究肝臟毒性、內(nèi)分泌干擾、致癌作用等毒性終點(diǎn)的作用機(jī)制，也可用于確定以基因表達(dá)模式為基礎(chǔ)的化合物的毒性。

（五）基因芯片中醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

中醫(yī)學(xué)中應(yīng)用基因芯片技術(shù)，還處于初始階段，目前主要集中以下三個(gè)方面：

1　中藥的研究，具體的方法，同上述藥物篩選方法類似。尤其中藥中眾多成分中有效成分的篩選、有效藥物的篩選、中藥毒理學(xué)過(guò)程均被大大簡(jiǎn)化，將推動(dòng)中藥的迅猛發(fā)展。中藥學(xué)引入基因芯片技術(shù)，將大大推動(dòng)中藥研究的國(guó)際化進(jìn)程，為闡明中藥作用機(jī)理，具有無(wú)可估量的重要意義。

2　中醫(yī)“證”本質(zhì)的研究。中醫(yī)“證”的中醫(yī)藥的臨床治療的核心，但“證”的本質(zhì)研究一直難以有重大進(jìn)展。主要因?yàn)橹嗅t(yī)理論設(shè)及到生命的整體，因而它牽涉到許多基因和蛋白質(zhì)，傳統(tǒng)的方法學(xué)無(wú)法弄清“證”的實(shí)質(zhì)，而利用基因芯片技術(shù)，對(duì)不同“證”狀態(tài)的基因組進(jìn)行掃描，再繪出不同證的基因表達(dá)譜，通過(guò)相關(guān)分析，可望獲得一些有意義的成果。也是從分子基因水平全面揭示“證”本質(zhì)提供了可能。如果證本質(zhì)被揭示，它可能會(huì)引起醫(yī)學(xué)治療學(xué)理論的重大革新或變化，尤其是個(gè)體化治療方案可能重新被重視。

3　針灸原理研究。針灸的原理設(shè)及全身各個(gè)部分，針灸不同方法、不同穴位、經(jīng)絡(luò)是否具有不同的作用，也即經(jīng)脈與臟腑間的相關(guān)聯(lián)系是否具有相對(duì)特異性。通過(guò)基因芯片測(cè)量不同組織基因表達(dá)的差異，判斷基因表達(dá)是否具有特異性，有望解決這一長(zhǎng)期爭(zhēng)論不休的問(wèn)題。如果心經(jīng)與心臟具有相對(duì)特異性，那么針刺心經(jīng)后，心臟內(nèi)可能會(huì)出現(xiàn)某些與針刺相關(guān)的特異性基因表達(dá)，而且，這種表達(dá)只在針刺心經(jīng)時(shí)出現(xiàn)，這些基因可能不在其它器官，如肝臟中表達(dá)。那么可以肯定地認(rèn)為經(jīng)脈臟腑相關(guān)是具有相對(duì)特異性的，也可以認(rèn)為傳統(tǒng)經(jīng)絡(luò)理論是有依據(jù)的。

另一方面，基因芯片還有助于揭示針灸的作用機(jī)制。針灸的作用是與神經(jīng)內(nèi)分泌免疫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（nei networks）密切相關(guān)的，它設(shè)及到細(xì)胞信使、神經(jīng)遞質(zhì)、調(diào)質(zhì)、神經(jīng)肽、細(xì)胞因子、內(nèi)分泌激素等多種因子，但針灸的信號(hào)是如何在細(xì)胞間和細(xì)胞內(nèi)傳遞的過(guò)程仍不明朗，如果引入基因芯片，可以高通量的檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)的時(shí)空特征，有助于了解針灸促進(jìn)基因表達(dá)的特點(diǎn)，進(jìn)而再利用蛋白組學(xué)相關(guān)技術(shù)，揭示針灸作用原理。現(xiàn)在已有部分工作正在進(jìn)行。

（六）其它應(yīng)用

1　環(huán)境化學(xué)毒物的篩選　我們的生活環(huán)境中存在著數(shù)千種化學(xué)物質(zhì)，每種物質(zhì)在投入使用前必須進(jìn)行人體毒性試驗(yàn)，傳統(tǒng)的動(dòng)物試驗(yàn)費(fèi)用高昂，且存在著國(guó)際上關(guān)注的動(dòng)物福利（animal welfare）問(wèn)題。采用毒物檢測(cè)芯片（toxchips）可對(duì)環(huán)境中眾多化學(xué)物質(zhì)對(duì)人類基因的潛在毒性進(jìn)行篩選，探查毒物“開啟”或“關(guān)閉”哪些基因，研究“環(huán)境如何改變我們的基因”。niehs將對(duì)人類100 000個(gè)基因中的12 000個(gè)基因進(jìn)行檢測(cè)，弄清致癌物質(zhì)對(duì)基因的改變，建立化學(xué)物質(zhì)指紋庫(kù)（fingerprints of chemicals），然后即可通過(guò)測(cè)定特定基因的突變與否判斷新的合成物質(zhì)的生物毒性。

2　體質(zhì)醫(yī)學(xué)的研究。體質(zhì)醫(yī)學(xué)關(guān)系到個(gè)體化治療的核心問(wèn)題，不同的人具有不同的體質(zhì)基礎(chǔ)，其原因與基因型可能存在一定的相關(guān)性，尤其可能與snp關(guān)系較大，如何全面了解人的snp差異，以及它與體質(zhì)因素、疾病的易感性間關(guān)系，是值得研究的重大課題。

美國(guó)繼開展人類基因組計(jì)劃以后，于1998年正式啟動(dòng)基因芯片計(jì)劃，美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生部、能源部、商業(yè)部、司法部、國(guó)防部、中央情報(bào)局等均參與了此項(xiàng)目。同時(shí)斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院及部分國(guó)立實(shí)驗(yàn)室如argonne oakridge也參與了該項(xiàng)目的研究和開發(fā)。英國(guó)劍橋大學(xué)、歐亞公司正在從事該領(lǐng)域的研究。世界大型制藥公司尤其對(duì)基因芯片技術(shù)用于基因多態(tài)性、疾病相關(guān)性、基因藥物開發(fā)和合成或天然藥物篩選等領(lǐng)域感興趣，都已建立了或正在建立自己的芯片設(shè)備和技術(shù)。目前全世界有幾百家基因芯片公司，有多種生物芯片問(wèn)世，而且這些芯片的特點(diǎn)較以前密度更高，檢測(cè)方法更精確，特異性更強(qiáng)的特點(diǎn)。而主要仍以少數(shù)幾家公司為主，如affymetrix、brax、hysep等。國(guó)內(nèi)目前主要如清華大學(xué)（陳京）、中科院生命科學(xué)院、上海復(fù)旦大學(xué)、北京軍事科學(xué)院、南京東南大學(xué)、西安等四十余家公司，而且可能還有一大批公司相繼成立。

主要dna芯片高科技術(shù)企業(yè)的開發(fā)善和各自技術(shù)特點(diǎn)(1998年)[43]

十、當(dāng)前面臨的困難

盡管基因芯片技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，得到人們的矚目，但仍然存在著許多難以解決的問(wèn)題，例如技術(shù)成本昂貴、復(fù)雜、檢測(cè)靈敏度較低，重復(fù)性差、分析泛圍較狹窄等問(wèn)題。這些問(wèn)題主要表現(xiàn)在樣品的制備、探針合成與固定、分子的標(biāo)記、數(shù)據(jù)的讀取與分析等幾個(gè)方面。

1　樣品制備上，當(dāng)前多數(shù)公司在標(biāo)記和測(cè)定前都要對(duì)樣品進(jìn)行一定程度的擴(kuò)增以便提高檢測(cè)的靈敏度，但仍不少人在嘗試?yán)@過(guò)該問(wèn)題，這包括mosaic technologies公司的固相pcr擴(kuò)拉體系以及l(fā)ynx therapeutics公司提出大量并行固相克隆方法，兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，但目前尚未取得實(shí)際應(yīng)用。

2　探針的合成與固定比較復(fù)雜，特別是對(duì)于制作高密度的探針陣列。使用光導(dǎo)聚合技術(shù)每步產(chǎn)率不高（95%），難于保證好的聚合效果。應(yīng)運(yùn)而生的其它很多方法，如壓電打壓、微量噴涂等多項(xiàng)技術(shù)，雖然技術(shù)難度較低方法也比較靈活，但存在的問(wèn)題是難以形成高密度的探針陣列，所以只能在較小規(guī)模上使用。最近我國(guó)學(xué)者已成功地將分子印章技術(shù)應(yīng)用探針的原位合成而且取得了比較滿意的結(jié)果。

3　目標(biāo)分子的標(biāo)記也是一個(gè)重要的限速步驟，如何簡(jiǎn)化或繞過(guò)這一步現(xiàn)在仍然是個(gè)問(wèn)題。目標(biāo)分子與探針的雜交會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題：首先，由于雜交位于固相表面，所以有一定程度的空間阻礙作用，有必要設(shè)法減少這種不利因素的影響。southern曾通過(guò)向探針中引入間隔分子而使雜交效率提高于150倍。其次，探針分子的gc含量、長(zhǎng)度以及濃度等都會(huì)對(duì)雜交產(chǎn)生一定的影響，因此需要分別進(jìn)行分析和研究。

4　信號(hào)的獲取與分析上，當(dāng)前多數(shù)方法使用熒光法進(jìn)行檢測(cè)和分析，重復(fù)性較好，但靈敏仍然不高。正在發(fā)展的方法有多種，如質(zhì)譜法、化學(xué)發(fā)光法等?；蛐酒铣汕先f(wàn)的寡核苷酸探針由于序列本身有一定程度的重疊因而產(chǎn)生了大量的豐余信息。這一方面可以為樣品的檢測(cè)提供大量的難證機(jī)會(huì)，但同時(shí)，要對(duì)如此大量的信息進(jìn)行解讀，目前仍是一個(gè)艱巨的技術(shù)問(wèn)題。

5　基因芯片的特異性還有待提高。最近affymetrix公司生產(chǎn)的基因芯片采用瓣的技術(shù)，已大大提高檢測(cè)的特異性，估計(jì)在今后幾年內(nèi)基因芯片的特異性將大大提高。

6　如何檢測(cè)低豐度表達(dá)基因仍是目前一個(gè)重要問(wèn)題?；蛐酒ＷC其特異性、但又要保證能檢測(cè)低豐度表達(dá)的基因，目前尚未解決這一問(wèn)題。因?yàn)樵S多低豐度表達(dá)的基因，也可能表達(dá)出主要執(zhí)行效應(yīng)功能的蛋白質(zhì)。因?yàn)榛虮磉_(dá)與蛋白質(zhì)生成并不成比例。

上述問(wèn)題不僅是當(dāng)前和今后一段時(shí)期內(nèi)國(guó)內(nèi)外基因芯片技術(shù)研究的焦點(diǎn)，同時(shí)也是基因芯片能否從實(shí)驗(yàn)室研究推向臨床應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。

十一  基因芯片技術(shù)的研究可能方向

縱觀當(dāng)前基因芯片的研究趨勢(shì)，基因芯片在今后幾年內(nèi)可能的發(fā)展方向，可能有以下幾個(gè)方面：

1．進(jìn)一步提高探針陣列的集成度，如有多家公司的芯片陣列的集成度已達(dá)1.0×105左右，這樣基因數(shù)量在1.0×105以下的生物體（大多數(shù)生物體）的基因表達(dá)情況只用一塊芯片即可包括。

2 提高檢測(cè)的靈敏度和特異性。如檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化組合和采用高靈敏度的熒光標(biāo)志。多重檢測(cè)以提高特異性，減少假陽(yáng)性。 

4　高自動(dòng)化、方法趨于標(biāo)準(zhǔn)化、簡(jiǎn)單化，成本降低。價(jià)格高昂是目前推廣應(yīng)用的主要障礙之一，但隨著技術(shù)的革新，基因芯片的價(jià)格將會(huì)大大降低。

5　高穩(wěn)定性。寡核苷酸探針、rna均不穩(wěn)定，易受破壞。而肽核酸（pna）有望取代普通rna/dna探針，可以確保探針的高穩(wěn)定性。

6 研制新的應(yīng)用芯片，如1999年美國(guó)環(huán)保局(epa)組織專家研討會(huì)，討論了毒理學(xué)芯片的發(fā)展策略。近來(lái)多種新的生物芯片不斷問(wèn)世，這是物理學(xué)、生物學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)共同的結(jié)晶。

7 研制芯片新檢測(cè)系統(tǒng)和分析軟件，以充分利用生物信息。

8 芯片技術(shù)將與其它技術(shù)結(jié)合使用，如基因芯片pcr、納米芯片等。

9不同生物芯片間綜合應(yīng)用，如蛋白質(zhì)芯片與基因芯片間相互作用等，可用于了解蛋白質(zhì)與基因間相互作用的關(guān)系。

當(dāng)前，基因芯片數(shù)量呈幾何級(jí)數(shù)在增長(zhǎng)，功能也日益完善，但價(jià)格卻大大降低?？梢灶A(yù)見，基因芯片可能在未來(lái)3-5年，也即到2005年左右，將在醫(yī)學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，甚至普及使用！到2010年它可能成為常規(guī)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，正如個(gè)人電腦的迅速普及一樣。

基因芯片作為生物芯片的代表，其發(fā)展目標(biāo)同生物芯片的目標(biāo)一樣是“芯片實(shí)驗(yàn)室”(lab-on-chip)，也即將整個(gè)生化檢測(cè)分析過(guò)程縮微到芯片上?！靶酒瑢?shí)驗(yàn)室”通過(guò)微細(xì)加工工藝制作的微濾器、微反應(yīng)器、微泵、微閥門、微電極等以實(shí)現(xiàn)對(duì)生物樣品從制備、生化反應(yīng)到檢測(cè)和分析的全過(guò)程，而且實(shí)驗(yàn)過(guò)程趨于自動(dòng)化從而極大地縮短的檢測(cè)和分析時(shí)間，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)材料，而且又降低人為主觀因素，大大提高實(shí)驗(yàn)的客觀性。

總之，基因芯片技術(shù)發(fā)展到今天不過(guò)短短幾年時(shí)間，雖然還存在這樣或那樣的問(wèn)題，但其在基因表達(dá)譜分析、基因診斷、藥物篩選及序列分析等諸多領(lǐng)域已呈現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，隨著研究的不斷深入和技術(shù)的更加完善基因芯片一定會(huì)在生命科學(xué)研究領(lǐng)域發(fā)揮出其非凡的作用?；蛐酒罱K的意義和目的不再于本身，而在于它極大地提高了人類認(rèn)識(shí)生命本質(zhì)的能力和手段，為揭示人類這個(gè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。從某種意義上我們可以這樣認(rèn)為：基因的結(jié)構(gòu)或種類決定物種；基因的功能或表達(dá)則決定生命，即生物的生、老、病、死?；蛐酒夹g(shù)將為我們提供一條認(rèn)識(shí)生命本質(zhì)的捷徑。當(dāng)然基因芯片并非萬(wàn)能，基因的表達(dá)并非代表生命活動(dòng)本質(zhì)，生命執(zhí)行者應(yīng)是蛋白質(zhì)，因而基因芯片必需同蛋白組學(xué)相關(guān)技術(shù)，如二維凝膠電泳、蛋白質(zhì)芯片、大規(guī)模雙雜交體系等相結(jié)合才有望真正揭示生命活動(dòng)的時(shí)空過(guò)程。

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