论文部分内容阅读
【摘 要】 荧光原位杂交技术是近30多年不断发展起来的一种改变细胞遗传学研究方式的技术，它基于碱基互补配对原则，使用被荧光素标记的DNA探针与样本细胞核内的DNA靶序列杂交，从而获得细胞核内染色体或基因状态信息。未来的FISH技术也将结合“芯片实验室”微流控芯片技术与自动化FISH检测设备，将极大地拓展荧光原位杂交技术的应用。本文主要讨论了FISH技术的技术特点进行总结，以及综述了近年来的主要技术进展和应用情况。
【关键词】 荧光原位杂交技术 现状 应用前景
一、荧光原位杂交技术及标记物的选择
在FISH技术未成熟之前，放射性核素探针被常用于检测染色体DNA基因是否发生突变，由于放射性核素探针法操作复杂、探针不稳定、且涉及放射性同位素，同位素标记法一直没有得到有效的进展。随后FISH技术日益成熟，也广泛用于医学细胞诊断中，相对于前者来说，FISH具有稳定性好、操作安全、结果迅速、空间定位准确、干扰信号少，通过一张玻片可以標记多种颜色探针等优点。
在FISH技术中，荧光标记物作为一个重要的载体在医学诊断、药物筛选等领域有着广泛的应用。人们利用荧光标记的多肽来检测目标蛋白的活性，并将其发展的活性筛选方法应用于疾病治疗靶点蛋白的药物筛选。在科研和临床试验中，荧光染料基本涉及从紫外光、可见光、红外等整个光谱。由于灵敏度高，操作方便的荧光染料，渐渐取代了放射性同位素作为标记物，广泛应用于荧光免疫、探针以及细胞染色等。
例如，我们常见的核酸染料，可作为背景对照，诸如我们常见的DAPI就是一种能够与DNA强力结合的荧光染料。荧光探针标记物有荧光染料、生物素、稀土金属等类别。其中，生物素与其他荧光标记物相比，具有安全可靠、价格低廉等优点。
二、荧光标记技术与方法
荧光探针标记物技术有缺口平移标记法、PCR标记法、DNA纤维技术等多种方法。采取的技术有多元荧光原位杂交技术、比较基因组杂交技术等技术。
例如，缺口平移标记法是一种最常用的标记双链DNA探针的方法，通过用DNA聚合酶的活性将三磷酸脱氧核糖核苷与新合成的DNA链相结合中，从而得到DNA探针。对于荧光标记技术，发展已经较为完善，比较基因组杂交技术通过单次杂交实验就可以对某一肿瘤细胞乃至整个基因组的染色体的变化进行诊断，其基本原理是用不同的荧光染料通过缺口平移法分别标记肿瘤组织和正常细胞或组织的DNA，得到探针，并与正常人细胞染色体进行杂交，在染色体上荧光强度的不同来反映DNA表达状况的变化，借助于荧光显微镜就可对染色体复制数量的变化进行定量研究诊断。
三、应用于荧光原位杂交的技术
（一）微流控芯片技术
微流控技术是在微纳尺度进行加工，把生化领域中的样品制备、分离、混合、反应及检测等基本操作单元集成到一块几平方厘米的芯片上，用以完成常规生化实验中各种功能的一种技术平台。 微流控芯片是在基底材料上构建微型管道、泵、阀、反应池和连接器等功能器件，把常规生化实验的采样、稀释、混合、分离、反应和检测等功能进行集成，具有集成化、微型化和便携化等优点。将微流控技术应用到FISH检测能够降低检测过程实现自动化的难度，提高相应检测设备的集成度。
（二）嵌入式自动平台技术
结合嵌入式自动平台，可以通过温度控制模块、驱动电机模块等电子自动化设计，嵌入式系统相关技术实现对FISH检测过程中的杂交染色的温度、样品进样、洗涤、干燥进行控制。温度传感器检测芯片夹具的温度，通过场效应管控制陶瓷加热片的加热功率。在硬件基础上，需要借助合适的自动控制算法才能够实现高效、稳定的温度控制。
（三）显微镜成像原理技术
荧光光学显微镜已经成为医学和生物学领域研究的基本工具，是细胞学和细胞生物学得以建立和发展的重要基础。，基于荧光成像技术的荧光显微镜由于其较高的空间、时间分辨率，对生物样本的损伤小以及能够对特定目标进行标记成像等特点，在分子生物学、细胞动态生理特性及生物组织研究中，已经成为重要的成像工具。
四、总结及未来展望
FISH技术用于诊断细胞是否发生了基因或染色体发生扩增、缺失、融合或断裂，能全面判断患者某种染色体异常比例。由于采用的是特定的探针，使实验结果判断准确率提升，根据荧光的颜色信号就能得出诊断，比染色体分析获得的结果更加可靠、更加迅速。但FISH技术因其操作过程繁琐，对仪器设备要求较高、人工镜检劳动强度大严重影响了效率，未来的方向将基于微流控芯片技术，结合人工智能、嵌入式技术设计搭建自动实验装置，对芯片上的样本进行控制，直接进行样本处理实验和FISH染色实验。FISH因为尤其广阔的应用前景，在不久的将来，具有先进技术应用的它将更大地造福人类。
【参考文献】
[1] 何世斌， 柴连琴， 谭珺隽， et al. 荧光原位杂交技术的研究进展[J]. 植物科学学报， 2014， 32（2）：199-204.
[2] 董玉玮. 荧光原位杂交技术研究现状[J]. 科技资讯， 2008（32）：12-14.
[3] Amiel A ， Elis A ， Manor Y ， et al. Fluorescent in Situ Hybridization （FISH） for the Detection of Trisomy 8 in Acute Myeloblastic Leukemia[J]. Leukemia & Lymphoma， 1996， 23（5-6）：5.
作者简介：王水兵（1965-），男，汉族，湖北武汉市，武汉纺织大学电子与电气工程学院工程中心，研究方向：医疗设备开发
【关键词】 荧光原位杂交技术 现状 应用前景
一、荧光原位杂交技术及标记物的选择
在FISH技术未成熟之前，放射性核素探针被常用于检测染色体DNA基因是否发生突变，由于放射性核素探针法操作复杂、探针不稳定、且涉及放射性同位素，同位素标记法一直没有得到有效的进展。随后FISH技术日益成熟，也广泛用于医学细胞诊断中，相对于前者来说，FISH具有稳定性好、操作安全、结果迅速、空间定位准确、干扰信号少，通过一张玻片可以標记多种颜色探针等优点。
在FISH技术中，荧光标记物作为一个重要的载体在医学诊断、药物筛选等领域有着广泛的应用。人们利用荧光标记的多肽来检测目标蛋白的活性，并将其发展的活性筛选方法应用于疾病治疗靶点蛋白的药物筛选。在科研和临床试验中，荧光染料基本涉及从紫外光、可见光、红外等整个光谱。由于灵敏度高，操作方便的荧光染料，渐渐取代了放射性同位素作为标记物，广泛应用于荧光免疫、探针以及细胞染色等。
例如，我们常见的核酸染料，可作为背景对照，诸如我们常见的DAPI就是一种能够与DNA强力结合的荧光染料。荧光探针标记物有荧光染料、生物素、稀土金属等类别。其中，生物素与其他荧光标记物相比，具有安全可靠、价格低廉等优点。
二、荧光标记技术与方法
荧光探针标记物技术有缺口平移标记法、PCR标记法、DNA纤维技术等多种方法。采取的技术有多元荧光原位杂交技术、比较基因组杂交技术等技术。
例如，缺口平移标记法是一种最常用的标记双链DNA探针的方法，通过用DNA聚合酶的活性将三磷酸脱氧核糖核苷与新合成的DNA链相结合中，从而得到DNA探针。对于荧光标记技术，发展已经较为完善，比较基因组杂交技术通过单次杂交实验就可以对某一肿瘤细胞乃至整个基因组的染色体的变化进行诊断，其基本原理是用不同的荧光染料通过缺口平移法分别标记肿瘤组织和正常细胞或组织的DNA，得到探针，并与正常人细胞染色体进行杂交，在染色体上荧光强度的不同来反映DNA表达状况的变化，借助于荧光显微镜就可对染色体复制数量的变化进行定量研究诊断。
三、应用于荧光原位杂交的技术
（一）微流控芯片技术
微流控技术是在微纳尺度进行加工，把生化领域中的样品制备、分离、混合、反应及检测等基本操作单元集成到一块几平方厘米的芯片上，用以完成常规生化实验中各种功能的一种技术平台。 微流控芯片是在基底材料上构建微型管道、泵、阀、反应池和连接器等功能器件，把常规生化实验的采样、稀释、混合、分离、反应和检测等功能进行集成，具有集成化、微型化和便携化等优点。将微流控技术应用到FISH检测能够降低检测过程实现自动化的难度，提高相应检测设备的集成度。
（二）嵌入式自动平台技术
结合嵌入式自动平台，可以通过温度控制模块、驱动电机模块等电子自动化设计，嵌入式系统相关技术实现对FISH检测过程中的杂交染色的温度、样品进样、洗涤、干燥进行控制。温度传感器检测芯片夹具的温度，通过场效应管控制陶瓷加热片的加热功率。在硬件基础上，需要借助合适的自动控制算法才能够实现高效、稳定的温度控制。
（三）显微镜成像原理技术
荧光光学显微镜已经成为医学和生物学领域研究的基本工具，是细胞学和细胞生物学得以建立和发展的重要基础。，基于荧光成像技术的荧光显微镜由于其较高的空间、时间分辨率，对生物样本的损伤小以及能够对特定目标进行标记成像等特点，在分子生物学、细胞动态生理特性及生物组织研究中，已经成为重要的成像工具。
四、总结及未来展望
FISH技术用于诊断细胞是否发生了基因或染色体发生扩增、缺失、融合或断裂，能全面判断患者某种染色体异常比例。由于采用的是特定的探针，使实验结果判断准确率提升，根据荧光的颜色信号就能得出诊断，比染色体分析获得的结果更加可靠、更加迅速。但FISH技术因其操作过程繁琐，对仪器设备要求较高、人工镜检劳动强度大严重影响了效率，未来的方向将基于微流控芯片技术，结合人工智能、嵌入式技术设计搭建自动实验装置，对芯片上的样本进行控制，直接进行样本处理实验和FISH染色实验。FISH因为尤其广阔的应用前景，在不久的将来，具有先进技术应用的它将更大地造福人类。
【参考文献】
[1] 何世斌， 柴连琴， 谭珺隽， et al. 荧光原位杂交技术的研究进展[J]. 植物科学学报， 2014， 32（2）：199-204.
[2] 董玉玮. 荧光原位杂交技术研究现状[J]. 科技资讯， 2008（32）：12-14.
[3] Amiel A ， Elis A ， Manor Y ， et al. Fluorescent in Situ Hybridization （FISH） for the Detection of Trisomy 8 in Acute Myeloblastic Leukemia[J]. Leukemia & Lymphoma， 1996， 23（5-6）：5.
作者简介：王水兵（1965-），男，汉族，湖北武汉市，武汉纺织大学电子与电气工程学院工程中心，研究方向：医疗设备开发