Affymetrix(昂飞)芯片平台介绍

Affymetrix (昂飞)芯片平台介绍

简介

　　美国Affymetrix 公司是基因芯片产业先行者，早在1989年就研制出了世界首张基因芯片。其开发的寡核苷酸原位光刻合成专利技术(light-controlled in situ synthesis of DNA microarrays)，是目前最高密度的芯片制备技术。Affymetrix 公司以其完备的芯片设计，稳定可靠的分析结果和强大的生物信息学分析能力，帮助研究人员在短时间内获得大量可靠的结果，为后续研究提供重要的线索和帮助。目前用Affymetrix芯片发表的科学文章现已多达24319篇（截至2011年12月29日），多篇文章发表在nature、science、cell等世界最高级别的学术刊物上。

GeneChip系统

　　Affymetrix GeneChip生物芯片检测系统，是由高密度GeneChip芯片和试剂，杂交、扫描仪器，数据处理和分析工具组成的一整套检测平台，是世界上第一种经欧盟和美国FDA审批的可用作体外诊断的芯片系统。

平台设备
　　Affymetrix GeneChip芯片系统的硬件平台由高度自动化的流体工作站、高通量芯片扫描仪，和相关探针序列描述和注释数据库等组成。高度自动化的处理减少手工操作时间，提高了数据重复性。配合使用不同类型的芯片，Affymetrix GeneChip芯片系统可用于RNA和DNA检测的多方面的应用研究。

原位光刻合成技术
　　Affymetrix芯片采用原位光刻技术和严格的流程控制合成高密度基因芯片，可以在每平方厘米基片上合成超过400万的探针。
　　Affymetrix原位光刻合成技术的原理：先将基片支持物(wafer)羟基化，并用对光敏感的保护基团将羟基基团保护起来。然后选取特制的光刻掩膜(photolithographic mask)覆盖在基片上，遮挡不需要合成的部位，暴露需合成部位。当光通过蔽光膜照射到基片上，需要合成探针的部位透光，受光照射部位的羟基脱保护而活化。加入3’端活化(5’羟基末端连接光敏保护基团)的单一一种核苷酸单体底物后，发生偶联反应。在一轮反应之后更换另一张光掩膜控制活化区域，并换另一种核苷酸单体实现在待定位点合成预定序列寡聚体。光掩膜设计和严格的工艺流程使制造的芯片具有高质量、高重复性和一致性，也确保了芯片上探针合成的极高密度。


独特的表达谱PM-MM探针设计
　　Affymetrix芯片采用独特的PM-MM探针设计方式，即针对每段参考序列设计一对25-mer探针，其中一个是完全匹配（perfect match, PM）探针，另一个是靠近序列中间的错误位点匹配（mismatch, MM）探针。检测时将每对PM-MM探针的检测信号综合起来，这样有助于区分特异性结合与非特异性结合的靶片段，从而提高探针灵敏度和特异性。这种PM- MM设计对于在复杂序列背景样品中低丰度表达产物的检测中有明显优势。同时，使用多个探针来检测转录本或SNP等，有效减少了探针杂交非专一性的影响，并通过合适的算法获得更为有力的数据。


广泛的应用领域
　　Affymetrix公司芯片产品非常丰富，目前可以提供生命科学研究和医学研究的二十多种生物物种的全基因组表达谱芯片，以及十几种模式植物、农作物以及微生物全基因组表达谱芯片。
基因表达研究方面，GeneChip芯片被业界广泛采用，可研究的物种十分丰富，广泛用于发现新的信号通路、疾病分型、验证药物作用位点、证明作用机制、分析毒性反应等多个领域。Affymetrix全面分析人、小鼠、大鼠全部Exon表达的基因芯片，用于分析同一个基因不同转录产物；推出人、小鼠、酵母菌、线虫、果蝇的Tiling芯片，可用于分析基因组DNA上所有可以被转录的部分，发现新转录本，扫描基因组甲基化修饰位点，染色质修饰位点等。
　　在DNA研究方面，GeneChip芯片同样有着不俗成绩，SNP分型芯片在全基因组扫描、肿瘤基因组学、致病基因分型和药代动力学相关基因分型方面得到广泛应用。另外高密度的重测序芯片使得特定区域的基因序列分析成为可能。
　　Affymetrix公司芯片在目前的公共数据库（如GEO）中积累了大量数据结果，和其他的生物芯片平台相比，Affymetrix芯片平台能够提供更大量的比较数据以满足生物信号通路分析和目标靶分子等深入研究的需要。同时，丰富的商业软件和免费软件为Affymetrix芯片系统构建了相应分析平台，使得个性化数据分析成为可能，也大大促进了实验结果的交流。

GeneTitan系统
Affymetrix GeneTitan系统是全自动高度集成的芯片工作站，使用类似于96孔板形式的芯片板，其中每一块方形芯片大约占据了96孔板一个孔的面积，一块芯片板可包含16，24或96块芯片，从而实现多样本高通量检测。GeneTitan系统非常适合于需要进行多样品高通量检测的情形，例如大量样品的GWAS研究，可以有效地控制检测成本。

平台设备
　　Affymetrix GeneTitan系统是全自动高度集成的芯片工作站，该系统将从杂交到扫描的实验全过程中用到的杂交炉、流体工作站和CCD扫描成像设备整合为一台仪器，使用类似于96孔板形式的芯片板，将芯片板放入GeneTitan系统后，芯片的杂交、洗涤、扫描几乎无需人工干预，全部可以由机器自动完成。


检测原理
以Axiom基因分型芯片检测为例，图示如下。表达谱芯片检测与GeneChip系统相同。


技术优势
高通量多样本检测：有16、24、96三种规格芯片，满足中等到高通量多种需求。
快速、自动化检测：实现从杂交到扫描的全自动芯片处理；缩短手工操作时间：手工操作时间缩减为30分钟；扫描一张芯片时间少于5分钟。
重复性高：全自动操作，减少了杂交、洗涤和扫描中的人为误差。
产品列表

物种	芯片类型	产品编号	产品名称	数据库来源	探针或检测转录本数量
人	全基因组基因分型芯片	AFF-901764	AxiomTMGenome-Wide CHB1 Array Plate	来源于HapMap, dbSNP, 和1000 Genomes Project数据库	640,673
			AxiomTMGenome-Wide CHB1&2 Array Plate (2张芯片/set)	来源于HapMap, dbSNP, 和1000 Genomes Project数据库	1,296,521
		AFF-901640	AxiomTMGenome-Wide ASI 1 Array Plate	来源于HapMap, dbSNP, 和1000 Genomes Project数据库	600,307
人	3‘端表达谱芯片	AFF-901433	GeneChip HT HG-U133+ PM 16-Array Plate	>54,000个探针组主要来源于UniGene database (Build 133, 2001年4月20日)和NCBI human genome assembly (Build 31).	与GeneChip Human U133 Plus 2.0 cartridge芯片完全相同，检测~38,500个注释完好的基因的~47,000个转录本
		AFF-901261	GeneChip HT HG-U133+ PM 24-Array Plate
		AFF-901262	GeneChip HT HG-U133+ PM 96-Array Plate
		AFF-901605	Human Genome U219 16-array plate	>530,000个探针组来源于UniGene database 219（2009年3月30日）、RefSeq version36（2009年7月13日）以及GenBank中的全长人类mRNA（2009年5月12日）。	检测约20,000个功能确定、有完整注释基因的~36,000个转录本，包含检测功能预测序列的1000个探针
		AFF-901604	Human Genome U219 24-array plate
		AFF-901595	Human Genome U219 96-array plate
小鼠	3‘端表达谱芯片	AFF-901434	GeneChip HT MG-430 PM 16-Array Plate	>45,000个探针组主要来源于UniGene database(Build 107, 2002年6月)和MGSC(2002年4月)	与GeneChip Mouse 430 2.0 cartridge芯片完全相同，检测~34,000个注释完好的基因的~39,000个转录本
		AFF-901257	GeneChip HT MG-430 PM 24-Array Plate
		AFF-901258	GeneChip HT MG-430 PM 96-Array Plate Kit
大鼠	3‘端表达谱芯片	AFF-901435	GeneChip HT RG-230 PM 16-Array Plate	>31,000个探针组主要来源于UniGene database (Build 107, 2002年6月)和MGSC (2002年4月)	与GeneChip Rat 230 2.0 cartridge芯片完全相同，检测约28,700个注释完好的基因的~31,000个转录本
		AFF-901259	GeneChip HT RG-230 PM 24-Array Plate Kit
		AFF-901260	GeneChip HT RG-230 PM 96-Array Plate

GeneAtla系统
　　
　　Affymetrix GeneAtlas系统是面向生物学家的微阵列服务个人工作站，采用全新的芯片制式：条形（strip）芯片，一条芯片上有4个点阵，可以同时处理4个不同的样品，提高了表达谱芯片的通量。GeneAtlas系统和array strips芯片为表达谱检测提供了一个经济的解决方案。
平台设备
　　Affymetrix GeneAtlas是第一款个人型台式芯片系统，包括高度整合的流体工作站和扫描仪，能同时处理四个样品。


技术原理
　　Affymetrix GeneAtlas表达谱检测原理与经典的GeneChip 3' IVT和全转录本表达谱芯片标靶标记原理相同，流程如下图：


技术优势

简便易用：从靶标制备到结果分析的全部步骤都简便易用；数据分析软件是特别针对生物学家而非统计学家而开发的，界面友好操作简便；
高度自动化：靶标制备后步骤需手工操作时长少于16分钟；

产品列表

物种	产品名称	产品编号	基因(转录本*)数量	序列信息来源	探针/基因
人	Human Genome U219 array strip	AFF-901613	~36,000*	UniGene database 219 (09/3/30);RefSeq version 36 (09/7/13);GenBank mRNA(09/5/12)	9-11个探针/转录本
人	Human Gene 1.1 ST Array Strip	AFF-901626	28,875	UCSC hg18, NCBI build 36(06年3月)	26/基因
小鼠	MG-430 PM Array strip	AFF-901570	~39,000*	UniGene database Build 107(02年6月);MGSC(02年4月)	11个探针/转录本
小鼠	Mouse Gene 1.1 ST Array Strip	AFF-901628	28,853	UCSC mm8;NCBI build 36;RefSeq NM mRNA (07/4/3);GenBank mRNAs (06/11/3)	26/基因
大鼠	RG-230 PM Array Strip	AFF-901571	~31,000*	UniGene database Build 107(02年6月);MGSC(02年4月)	11个探针/转录本
大鼠	Rat Gene 1.1 ST Array Strip	AFF-901627	27,342	UCSC rn4;Baylor HGSC v3.4;RefSeq NM mRNA (07/4/3) GenBank mRNAs(07/1/25)	26/基因
恒河猴	Rhesus Gene 1.1 ST Array Strip	AFF-901799	37,293	rheMac2	23/基因
绒猴	Marmoset Gene 1.1 ST Array Strip	AFF-901831	33,971	WUGSC 3.2;calJac3	21/基因
猕猴	Cynomolgus-Rhesus Gene 1.1 ST Array Strip	AFF-901832	5,319* 37293	RefSeq (Cynomolgus) rheMac2 (Rhesus)	25/基因 23/基因
牛	Bovine Gene 1.1 ST Array Strip	AFF-901794	24,341	UMD3.1	23/基因
狗	Canine Gene 1.1 ST Array Strip	AFF-901795	27,684	canFam2	24/基因
马	Equine Gene 1.1 ST Array Strip	AFF-901796	25,924	equCab2	21/基因
猪	Porcine Gene 1.1 ST Array Strip	AFF-901798	25,388	Sscrofa9 (susScr2)	25/基因
绵羊	Ovine Gene 1.1 ST Array Strip	AFF-901829	22,059	oarV2.0	23/基因
鸡	Chicken Gene 1.1 ST Array Strip	AFF-901855	18,214	galGal3	24/基因
猫	Feline Gene 1.1 ST Array Strip	AFF-901830	34,952	felCat3	24/基因
斑胸草雀	Zebra Finch Gene 1.1 ST Array Strip	AFF-901854	18,595	taeGut1	22/基因
斑马鱼	Zebrafish Gene 1.1 ST Array Strip	AFF-901802	59,302	danRer7;Zv9	22/基因
拟南芥	Arabidopsis Gene 1.1 ST Array Strip	AFF-901793	28,501	TAIR10	22/基因
美国水稻	Rice (US) Gene 1.1 ST Array Strip (ssp. aponica)	AFF-901800	45,207	osa1r6	19/基因
日本稻	Rice (Jp) Gene 1.1 ST Array Strip (ssp. aponica)	AFF-901856	29,664	RAP2	17/基因
中国稻	Rice (Cn) Gene 1.1 ST Array Strip (ssp. Indica)	AFF-901857	40,987	BGI	15/基因
苜蓿	Medicago Gene 1.1 ST Array Strip	AFF-901797	38,144	Mt2.0	22/基因
大豆(包含大豆根瘤菌)	Soybean Gene 1.1 ST Array Strip (includes radyrhizobium japonicum)	AFF-901801	66,473 8,250	Glyma1	19/基因 16/基因