生醫工程概論

Biotechnology & Biochips

06/06/2005

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Restriction Enzymes

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Gel Electrophoresis

3

Vector-plasmid

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Important Abbreviation

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生物晶片綱要

基因(gene)簡史分子生物簡介

分子生物技術

生物晶片(Biochip)設計原理生物晶片實例及其運作流程

生物晶片影像與資料分析

生物晶片的發展趨勢與展望

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基因(gene)簡史綱要孟德爾遺傳法則

人類基因體計畫

DNA雙股螺旋結構國內基因相關研究計畫

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緒論 – 基因簡史1865 孟德爾(Mendel): 遺傳的基本單位是「遺傳因子」

直至1900年，孟德爾的研究始終不受注意1909 約翰遜(Johannsen): 將孟德爾遺傳因子的概念正式定名「基因」(gene)1944 發現基因是由去氧核醣核酸(DNA -Deoxyribonucleic Acid)組成1953 James Watson and Francis Crick :提出基因結構為雙股螺旋(Double Helix) (後來得到諾貝爾獎)

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緒論 – 基因簡史科學史上最孤獨的天才-孟德爾

孟德爾發表論文(遺傳法則）後，曾印製40份單行本分送世界各國權威，其中包括達爾文。然人們在達爾文藏書中找到孟德爾論文時，連頁並沒割開，因此達爾文可能連看都沒看過。

孟德爾的不幸乃是因其處於巨人達爾文的陰影之下。加上當時生物界認為對進化論(適者生存、自然淘汰）而言，物種間的雜交比物種內的雜交來得重要多了。

1900年三位科學家同時獨立地重新發現“孟德爾定律” (遺傳法則），孟德爾超前35年的科學才重新被研究。但這卻也悲哀地証明，孟德爾論文的出現與否，對生物學的研究沒有影響。

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DNA Double Helix (雙股螺旋）

10

DNA Double Helix (雙股螺旋）

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緒論 – 人類基因體計畫1990 啟動人類基因體計畫 (Human Genome Project)

以美、英、德、法、日、中國為首，共十八個國家參與序列解讀工作。

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緒論 – 人類基因體計畫 (續)1998 賽雷拉(CELERA)公司加入基因研究計畫

賽雷拉公司加入後，利用快速DNA自動定序儀、使用電腦來辨識基因所在。定序期間電腦不斷利用既有法則做修正改進工作。

2000 人類DNA序列草圖完成因賽雷拉公司之加入、使得人類基因體草圖解序提早三年(原訂2003年完成)。

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緒論 – 基因小常識

生物體內有多少個基因？

人類約二萬至二萬五千個

蛔蟲約一萬九千個

酵母菌約六千個

結核病菌約四千個

不同個體間的DNA差異有多大？人與人之間，差異約0.2%人與黑猩猩之間，差異約2%

我們尚不了解其作用的DNA，約佔97%14

國科會國家型計畫

生技製藥

農業生物技術

防災

基因體醫學

奈米

晶片系統

電信

數位典藏

數位學習

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兩兆雙星計畫

兩兆產業半導體：2006年 產值 新台幣1兆5千9百億影像顯示(平面顯示面板及液晶顯示器)：2006年 產值 新台幣1兆3千7百億

雙星產業數位內容（包含軟體、電子遊戲、媒體、出版、音樂、動畫、網路服務等）：2006年 產值 新台幣3千7百億生物技術與製藥：2006年 產值 新台幣2千5百億

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緒論 – 基因研究展望與思考

利用基因研究能活到一千兩百歲？

生命之書幾許價？誰該擁有版權？

基因研究是否能訂做一個他／她？

基因研究衍生出科學與倫理之戰？

將來會為器官移植開設人類農場？

分子科技帶來的是頂點還是深淵？

…17

分子生物簡介綱要

DNARNA複製(Replication)、轉錄(Transcription)、轉譯(Translation)蛋白質(Protein)、胺基酸基因密碼

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分子生物簡介 – DNA位置DNA位於細胞核內之「核仁」

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分子生物簡介 – DNA雙股螺旋

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分子生物簡介 – DNA中核甘酸間之鍵結

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分子生物簡介 – 核甘酸核甘酸(Nucleotide)為核酸分子構成單元核甘酸包含：

五碳糖(去氧核糖, deoxyribose)磷酸基(phosphate group)含氮鹼基之一(A、G、C、T、U)

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胞嘧啶 (C)

分子生物簡介 – DNA四種含氮鹼基

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分子生物簡介 – DNA序列形狀

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分子生物簡介– DNA 序列

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分子生物簡介 – DNA與RNA核甘酸 (Nucleotide)：

腺嘌呤 (adenine, A)鳥糞嘌呤(guanine, G)胞嘧啶(cytosine, C)胸腺嘧啶(thymine, T)尿嘧啶(uracil, U)

去氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid , DNA){A, G, C, T} (鹼基配對: G≡C, A=T )

核糖核酸 (ribonucleic acid, RNA){A, G, C, U} (鹼基配對: G≡C, A=U, G−U )

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分子生物簡介 – DNA的長度

人類 DNA 總長度大約是 3×109 (30億) 鹼基對 (base pairs)其中只有約1%~1.5%鹼基對有發揮作用人類基因個數:二萬至二萬五千個間

此結果乃是來自人類基因體計畫

原先預期約十萬個

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分子生物簡介 – 轉錄與轉譯作用

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DNA、基因(Gene)、蛋白質(Protein)

DNA: 為細胞工作之程式蛋白質: 執行細胞賦予之工作(程式)

TCCAACG

GTGCTGAG

GTGCAC

GeneProtein

DNA

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DNA的複製(Replication)--動畫

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DNA RNA 轉錄(Transcription) – 動畫

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RNA 蛋白質轉譯(Translation) – 動畫

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蛋白質(Protein)的組成

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胺基酸(Amino Acid)為蛋白質的基本單位，共20種

蛋白質分子形狀

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胺基酸的組成–基因密碼每三個核甘酸(codon，基因密碼)對應至一種胺基酸。

Second Position of CodonU C A G

UUUU Phe [F]UUC Phe [F]UUA Leu [L]UUG Leu [L]

UCU Ser [S]UCC Ser [S]UCA Ser [S]UCG Ser [S]

UAU Tyr [Y]UAC Tyr [Y]

UAA Ter [end]UAG Ter [end]

UGU Cys [C]UGC Cys [C]

UGA Ter [end]UGG Trp [W]

UCAG

CCUU Leu [L]CUC Leu [L]CUA Leu [L]CUG Leu [L]

CCU Pro [P]CCC Pro [P]CCA Pro [P]CCG Pro [P]

CAU His [H]CAC His [H]CAA Gln [Q]CAG Gln [Q]

CGU Arg [R]CGC Arg [R]CGA Arg [R]CGG Arg [R]

UCAG

AAUU Ile [I]AUC Ile [I]AUA Ile [I]

AUG Met [M]

ACU Thr [T]ACC Thr [T]ACA Thr [T]ACG Thr [T]

AAU Asn [N]AAC Asn [N]AAA Lys [K]AAG Lys [K]

AGU Ser [S]AGC Ser [S]AGA Arg [R]AGG Arg [R]

UCAG

GGUU Val [V]GUC Val [V]GUA Val [V]GUG Val [V]

GCU Ala [A]GCC Ala [A]GCA Ala [A]GCG Ala [A]

GAU Asp [D]GAC Asp [D]GAA Glu [E]GAG Glu [E]

GGU Gly [G]GGC Gly [G]GGA Gly [G]GGG Gly [G]

UCAG

Third

Position

First

Position

AUG is also the “start” codon. 35

胺基酸小常識必需胺基酸：人體無法合成，必須靠食物來攝取的胺基酸。

非必需胺基酸：人體可以利用其它的物質來合成的胺基酸。

必需胺基酸 非必需胺基酸

Valine Glycine

Leucine Alanine

Isoleucine Alanine

Threonine Cysteine

Methionine Proline

Phenylalanine Tyrosine

Tryptophan Aspartic acid

Histidine Glutamic acid

Lysine Asparagine

Arginine Asparagine 36

分子生物技術綱要

電泳法(electrophoresis, EP)PCR (Polymerase Chain Reaction, 聚合脢鏈鎖反應)放大技術墨點技術

南方墨點(Southern blotting)北方墨點(Northern blotting)西方墨點(Western blotting)

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分子生物技術—電泳法電泳法(electrophoresis, EP) – 分子量測定技術

分子愈大、泳動愈慢；帶電愈大、泳動愈快

利用SDS陰離子介面活性劑中和其電量，使其泳動速度單純由分子大小決定

將之與蛋白質標準溶液(protein marker)同跑電泳、比較其相對位置即可測知分子量大小

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理論上 SDS 是很均勻的吸附到蛋白質上，因此不管原來蛋白質分子的大小，每種蛋白質分子上所吸附的負電荷密度是相同的。

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蛋白質 Z 在左邊的 native-PAGE 中無法向下泳動，但在右邊的SDS-PAGE 則可以依其分子量正確泳動；因此一般使用上，SDS-PAGE 的應用較廣泛。在 SDS-PAGE 下，雖然 X 分子被解構成單元體，因此分子量由 160 kD 變成 40 kD；但若在較為溫和的樣本處理條件下，有可能看到未完全解構的 160 kD 蛋白質色帶。

DNA 定序(Sequencing)給予DNA 序列:

TGCACTTGACGCATGCTA 之後斷開（可能於任意位置）：

ATGCT 長=5ACGCATGCT 長=9

AACGCATGCT 長=10ACTTGAACGCATGCT 長=15

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DNA 定序(Sequencing)結果

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分子生物技術–PCR

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PCR(Polymerase Chain Reaction)放大技術– DNA複製技術

DNA雙股螺旋達一定熱度以上時即會分開成為單鏈

此時加入引子(primer)，其自動與分開之單鏈結合並以其為模版進行複製

降低溫度使其恢復為原先之雙股螺旋結構

重覆上述三個步驟，就可依指數成長速度大量複製DNA

我們以Flash動畫說明其進行步驟，如下：

PCR放大過程–動畫

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PCR流程簡圖

PCR機器

分子生物技術 – 墨點技術

南方墨點(Southern Blot)、北方墨點(Northern Blot)、西方墨點(Western Blot) –基因變異檢測技術

先使用電泳法將大分子切開成小分子並予以分離

將小分子轉印(blotting)至濾膜上用標記之探針(probes)與之進行雜交(hybridization)辨識雜交後之資訊，即可對有興趣的序列進行鑑定或分離

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A. 電泳法後，將結果轉錄至濾膜上

B. 使用探針在膜上進行雜交

C. 辨識雜交結果，並對有興趣部份進行鑑定或分離 48

分子生物技術 – 墨點技術之異同

南方墨點法(Southern blotting)使用於DNA方面

北方墨點法(Northern blotting)使用於RNA方面

西方墨點法(免疫墨點法，Western blotting)使用於蛋白質方面

三者的使用流程及概念大致皆相同，不同的是實驗材料有異。

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生物晶片(Biochip)設計原理術綱要生物晶片原理

生物晶片設備

生物晶片種類

基因晶片(Gene chip, DNA microarray)• 寡核酸陣列(Oligonucleotide microarray)• 互補核酸陣列(cDNA microarray)

晶片實驗室(Lab-on-a-chip)蛋白質晶片(Protein chip)

生物晶片載片

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生物晶片原理

將數千甚至數萬個點(spot)-單股DNA，別名探針(probe)，以高密度方式植在約拇指大小之晶片，利用生物結合特性做到同時大量偵測反應效果。

探針來源：寡核甘酸(oligonucleotide)或已經存在於基因庫中的互補核甘酸cDNA晶片材質：玻璃片、尼龍薄膜

除DNA外，亦可將蛋白質(proteins)、抗原(antigen)、抗體(antibody)放在晶片上做不同之偵測及應用

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生物晶片設備

← OmniGridArrayer左圖為生物晶片打點機，下方為其玻璃載片或薄膜載片。此機種為DNA及蛋白質皆適用多功能機型。

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生物晶片設備

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生物晶片設備(續)圖二：一個模板上含有標準100個顯微鏡的玻片、microtiter plates放置在一個可裝載及卸下的模板上、沖洗及乾燥站。

一般商業用的晶片機械裝備包含一個懸臂式XYZ手臂，在手臂上裝載著32個針筆

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生物晶片設備(續)

圖三：針筆。

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生物晶片種類–依特性分類

(一)基因晶片(Gene chip, DNA micro-array )：利用共軛互補的核酸為探針，整齊排列晶片之上。使用其互補序列之核酸雜交結合，藉此進行樣品檢驗或環境檢測。另外依晶片上之探針種類不同，基因晶片尚可細分為下列兩種：

寡核酸陣列 (oligonucleotides microarray) 互補核酸陣列 (cDNA microarray)

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生物晶片種類–依特性分類(續)

(二)晶片實驗室(Lab-on-a-chip )：整合若干微管道及微反應於一塊晶片上以完成各種樣品處理、反應或分析檢測，功能類似一個小型實驗室之縮影。依功能尚可細分成下列兩種：

PCR晶片 (PCR chip)毛細管電泳晶片 (capillarylectrophoresis chip)

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生物晶片種類–依特性分類(續)(三)蛋白質晶片：以蛋白質為生物探針，整齊的排列在晶片上，進行抗原-抗體免疫反應，用以檢測蛋白質。其尚待克服之技術瓶頸如下：

有效提升結合於晶片上之抗體或結合物之穩定性

有效鍵結具正確方向及足夠數量之抗體或結合物於晶片上

研發足夠數量可資辨識不同生命物質的擷取抗體或晶片結合物

有效提升晶片的偵測靈敏度

依不同用途、材質、訊號傳導、生物相容性等等上有諸多問題待解決

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生物晶片依用途分類

(一)樣品製備主要用途為分離及濃縮特定細胞，以供檢驗之用

(二)生化反應加速生化反應用之晶片，典型晶片代表為核酸擴增反應晶片(PCR Chip)

(三)結果檢測如毛細管電泳晶片即是一例

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生物晶片材質陶瓷基複合材料（玻璃、二氧化矽）

成本低、可重製，但破壞性容忍度差

熱塑性複合材料（聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯）

具抗濕性及破壞容忍度高之優點

金屬基複合材料（金、二氧化鈦）

除抗濕性及破壞容忍度高之優點外，尚具有絕佳傳導性之優點

現今最常使用於檢測抗原抗體反應的基材主要是熱塑性複合材料；而金屬基複合材料則以壓電晶體感測器較為廣泛使用

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生物晶片載片型式

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生物晶片實例及其運作流程綱要

cDNA microarraysspotting

contact – printing pinsnon-contact - piezoelectric dispensing (Packard BioScience/Perkin Elmer)

Oligonucleotides microarrayssynthesis in situ (short oligos)

photolithography – Affymetrixmaskless digital micromirror - NimbleGenink-jet – Agilent

spotting pre-synthesized oligos (long oligos)

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生物晶片實例及其運作流程綱要

X XM1

X X X XM1

X X A A

X XM2

Shinelight Couple Repeat

TouchSurface

Movepins Repeat

Deliverdrop

Movepins Repeat

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生物晶片實例一

Spotted DNA arrays (設計製造)

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生物晶片實例二–Affymetrix

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生物晶片實例三

Ink-jet microarrays(設計製造)

使用特殊生物墨水噴射技術，將所需之DNA直接“印”在晶片上，長度約為25~60mers

優點為設計彈性大、且製造速度快，但缺點是過於昂貴

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玻璃生物晶片

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玻璃生物晶片

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生物晶片影像與資料分析綱要

影像擷取（尋點）

數值資料轉換

影像正規化

資料過濾

資料分類與分群.

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生物晶片分析 – 影像擷取(尋點)Axon Scanner-GenePix 4000

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Image Analysis

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生物晶片分析 – 影像擷取(尋點)影響電腦正確辨識反應點的因素如下：

反應點大小或形狀不正確(Irregular size or shape)反應點強度太弱反應點間互相渲染干擾(Spot variance)背景污染干擾(background variance)

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生物晶片分析 – 影像擷取(尋點)

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反應點影像可能錯誤狀況舉例，由左至右分別為：無法辨識(顏色過淺)顏色過深

錯誤反應點(形狀有問題、顏色深淺也不一致)排列位置不正確

人工失誤(自然反應點顏色不可能會深淺差這麼多，中間還被分隔開)

生物晶片分析 – 數值資料轉換數值資料轉換(Convert feature into numeric data)在除去各項干擾、正確判斷出反應點位置之後，接著需將反應點的影像資料轉換成電腦能比較的數值資料

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生物晶片分析 – 資料正規化資料正規化(Data normalization)由於每次實驗環境均有小差異、且各種掃描器對影像Signal及Background值等亦有不同。為免這些變數影響數值資料之正確性，每次實驗均會有實驗組及對照組，以藉此校正數值資料。誤差原因如下：

著色誤差(Dye bias)位置誤差(Location bias)強度誤差(Intensity bias)插梢誤插(Pin bias)滑動誤插(Slide bias)

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生物晶片分析 – 資料正規化範例

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左圖為未正規化資料，右圖則是已正規化之資料

明顯可看出正規化後的顏色較為鮮明易辨認。

生物晶片分析 – 資料過濾資料過濾(Data filtering)資料過濾目的在於移除條件不符的基因，以增加處理的速度及正確性。條件不符原因可能如下：

異常點：顏色過深、背景過強、分佈不均等等

過於極端之點

統計理由：例如p-value

生物晶片資料分析 – 分類與分群資料分類與分群(Data classification and clustering)分類(Classification)，不脫窠臼的(Supervised)：資料分群的目的

疾病鑑別(identify disease)結果預測(predict outcome)/最佳處置(select best treatment)尋找資料中的自然分類

分群(Clustering)，跳脫窠臼的(Unsupervised)：尋找新的生物上分類(find new biological classes)/改善既有分類(refine existing ones)探索(exploration)

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生物晶片資料分析 – 分類與分群資料分群的目的

尋找資料中的自然分類

辨認新分類或新的基因相依關係

改善既有生物分類

支援生物分析或發現

分群方法

階層式分群法(Hierarchical clustering)、自我組織映射圖(SOM’s, self organizing maps)

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生物晶片資料分析 – 分類與分群

ma 42 45y h ph di s eb ma 43

nucleosome assembly protein 1-like 2b ma 43b ma 42 86

n - w h ac ITCF4 basic transcription factor MITF-2B

Hierarchical Clustering

>8>4>2 >8>4>21:1

no database match RGIBD51gadd45-1gadd45-4gadd45-3gadd45-5gadd45-2

PTPase oxidative stress-inducible protein tyr phosphataseRGS2 regulator of G-protein signaling 2Unknown RGIAN54fucose operon proteintyrosylprotein sulfotransferase-1-2fos-related antigen-2H.sapiens adrenal gland protein AD-002tyrosylprotein sulfotransferase-1-1clone E536 estrogen induced geneUnknown AW141521stearyl-CoA desaturaseUnknown RGIAN52mak11 proteinVgr vegetal related cytokineestrogen receptor 1Na+/K+ ATPase beta subunitTreacher Collins Syndrome proteinDNA polymerase alpha-2JTV-1 proteinplacenta growth factorno database match AW143342ID-3 DNA-binding protein inhibitordelta-aminolevulinate synthaseno database match AW1 40434Unknown RGIBD84stearyl-CoA desaturas e 2immediate early response 5 (IER5)pyruvate dehydrogenase phosphatase isoenzyme 2no database match AW144489Unknown RGIAI83no database match AW143883Unknown RGIAN01PI4-K phsophatidyl inositol-4 kinaseno database match AW142504cell growth regulatorUnknown AW140533ribosomal protein L12Elav proteinTNF type 1 receptor associated protein 2guanine nucleotide-binding protein gamma 10 subunitNADH-ubiquinone oxidoreductase B17 subunitrIotaPP-1g protein phosphataseinosine 5\222-monophosphate dehydrogenase-1profilinheterogeneous nuclear ribonucleoprotein FUnknown AW144553no database match AW142989pyruvate dehydrogenase E1 component beta subunitno database match AW143882peripherinleucine rich proteinUnknown AW140630no database match AW142713Pur alpha factorDim1p homologno database match AW142284C.elegans hypothetical protein F29B9.10 RGIAU41cytoplasmic linker protein CLIP-115no database match AW143864ribosomal protein S18no database match AW142964H.sapiens CINP CDK2-interacting proteinelongation factor 2PP2C protein phosphataseribophorin Ivoltage-dependent anion channel-like proteinlysosomal alpha-mannosidaseT-complex protein 1 alpha subunitinosine 5\222-monophosphate dehydrogenase-2proteasome 28 kDa subunit 1p53 cellular tumor antigenUnknown RGIAN89acyl-CoA synthetaseno database match AW144649heterogeneous nuclear ribonucleoprotein GNa-K-Cl cotransporterno database match AW142591no database match AW142600no database match AW142856p53 nuclear oncoproteinno database match AW143222M. musculus B6D2F1 clone 2C11BUnknown RGIAO96no database match AW143633no database match AW142460AW140801 putative secreted proteinno database match AW142451glutamate decarboxylaseUnknown AW144573no database match RGIBA03Unknown AW140954cyclophilin-3fumarase fumarate hydratasecyclophilin-2cathepsin L-1ornithine aminotransferasecathepsin L-2phosphoglycerate kinasealpha fibrinogenUnknown RGIAN50ATP synthase beta subunitATP synthase alpha subunitno database match AW143866E2-EPF ubiquitin-carrier proteinno database match AW142724DNA polymerase alpha-1IL-10 interleukin-10no database match AW140928Cdk-4 cyclin dependent kinase-4microsomal glutathione-S transferase 3tenascinIF1 ATPase inhibitor proteinrhoBUnknown RGIAT60creatine kinase sarcomeric mitochondrialUnknown AW144540no database match AW142482no database match AW142572actinin alphaUnknown AW141540orotidine-5'-phosphate decarboxylasemitochondrial outer membrane proteineIF3 translation initiation factor p66 subunitglutamate/aspartate transporter proteinCDC63Unknown RGIBX53splicing factor SC35latent TGF-beta binding protein 4SNa+/K+ ATPase alpha-1 subunitribosomal protein S5transketolaseUnknown RGIBA14no database match AW143098fatty-acid synthaseneuropilin-1spermidine synthaseCAD carbamoyl phosphate synthetase 2IMP-synthetaseendothelin converting enzyme 2"beta-1, 4-galactosyltransferase"Unknown RGIAO13intestinal epithelium proliferating cell-associated mRNAno database match AW143224PEP carboxykinaseRYB-a proteinC184L proteinadenine nucleotide translocatorno database match AW143148nucleoside diphosphate kinase

TAXREB107 DNA binding proteintubulin alphano database match AW142718PSK-H1 protein serine kinasethioredoxin-2thioredoxin-3nucleolar phosphoprotein B23thioredoxin-1Ran/TC4 Ras-like proteinglucose-6-phosphate dehydrogenase-2Unknown RGIAW90HSP90 heat shock protein 90no database match AW142382nucleolinS.cerevisiae hypothetical protein 13.4 kDaangiopoietin 3cytochrome Cno database match AW142646lamin B2ribosomal protein P2glucose-6-phosphate dehydrogenase-1triose isomeraseMer5cytochrome C oxidase Va0-44 proteinUnknown RGIAJ36PCNA proliferating cell nuclear antigen-2PCNA proliferating cell nuclear antigen-3ATP2B1 calcium ATPase isoform 1esterase Dnucleosome assembly proteinPCNA proliferating cell nuclear antigen-1Unknown RGIAT12NADH-ubiquinone oxidoreductase MLRQ subunitCAK (cell adhesion kinase) tyrosine-protein kinasebithoraxoid-like proteinSOD (Cu-Zn) superoxide dismutasemalate dehydrogenasecyclophilin-1acyl-CoA-binding protein/diazepam binding inhibitorcytochrome c oxidase subunit Isynapsin IIbcollagenaseJAK2 non-receptor protein tyrosine kinaseUnknown RGICE73enolase alphalactate dehydrogenase-1lactate dehydrogenase-2guanine nucleotide-binding protein gamma 2 subunitornithine decarboxylasethioredoxin-dependent peroxide reductaseneuropilin-2E1B 19K/Bcl-2-binding protein homologMIF macrophagecystathionine gamma-lyasehemoglobin alpha chain-2no database match AW142508cytochrome C-1cytochrome C-2nucleolar phosphoprotein B23.2aldose reductaseHSP60 heat shock protein 60pyruvate kinaseno database match RGIBO64hemoglobin alpha chain-3hemoglobin alpha chain-4Unknown RGIAN41galectin-7hemoglobin alpha chain-1H.sapiens hypothetical pro tein KIAA0099C.elegans hypothetical protein F09E5.2heterogeneous nuclear ribonucleoprotein E1H.sapiens KIAA1250 proteinPC3 NGF-inducible protein-1natural killer tumor recognition proteinUnknown AW143066Elf-1 Ets-related transcription factorno database match AW143820no database match AW142472Unknown AW140986Unknown RGIBK78fatty acid transport protein 3no database match AW143135ERK1 mitogen activated protein kinase-1H.sapiens hypothetica l protein KIAA0148no database match AW1 42685FTSH1 ATP-dependent metalloproteaseGDP-L-fucose pyrophosphorylaseadaptor protein APPL28S rRNABeta-cateninRAC-beta serine/threonine kinase (akt-2)no database match AW143192ATP-specific succinyl-CoA synthetase beta subunitneogeninEar-2 v-erbB related proteinsegment polarity protein dishevelled-1H.sapiens hypothetical protein KIAA0536Usp25 ubiquitin specific protease 25no database match RGIAT52factor VIII intron 22 protein (CPG island protein)no database match AW142493adenylate kinase isozyme 1cytohesin binding protein HEnicotinamide N-methyltransferaseno database match AW142943LIM homeobox protein factorH.sapiens hypothetical protein KIAA0876no database match AW142379enigma LIM domain-containing proteinUnknown RGICD73Unknown RGIBD72no database match AW142939Unknown RGIAK90dendrinA.thaliana hypothetical protein F13C5.220Unknown RGIAN04metabolite transport protein homologno database match AW144024no database match AW142813Unknown AW144532no database match AW142955MAT-8 chloride conductance inducer proteinno database match AW142374no database match AW143870no database match AW142987no database match AW142463no database match AW144514H.sapiens protein KIAA0668no database match AW142887enigma protein kinase C-binding proteinG-alpha interacting protein (GAIP)gamma-PAK serine/threonine kinaseEhk-1 Elk-like receptor tyrosine kinaseMARCKS myristoylated alanine-rich protein kinase C substrateno database match AW144503opioid binding proteinUnknown AW143040Tmp21-I integral membrane proteinno database match AW143741PINCH proteinsyndecan-2syndecan-1no database match AW142523K-ras cellular oncogene 4BcAMP-dependent protein kinase Type I reg. sub.suppressor of cytokine signalling-1no database match AW143125no database match AW142474no database match AW142450NAC-1 proteinUnknown RGIBO10"GalNAc-alpha-2,6-sialyltransferase"no database match AW142632RAC-alpha serine/threonine kinaseno database match AW144681dre4 probable transcriptional regulator-1dre4 probable transcriptional regulator-2cdc25a-1cdc25a-2no database match AW144665Stxbp4 syntaxin binding protein 4Unknown RGIBF37no database match AW143947Pex14 peroxisomal membrane anchor proteinUnknown RGICD61no database match RGIAU26ID-1 DNA-binding protein inh ibitor 1C.elegans hypothetical protein R13F6.10clone N27Unknown AW144551C.elegans hypothetical protein RGIAC52c-jun transcription factor-2no database match AW144014protein kinase C-binding protei n beta15no database match AW143992surfeit locus surfeit 4 proteinStat5brho GDP dissociation inhibitor IHGF receptor substrate HrssynaptophysinUnknown RGIAF02clusterinR.norvegicus development-related proteinUnknown AW144614no database match AW143166no database match AW144023

PC3 NGF-inducible protein-3Unknown RGIAP51PC3 NGF-inducible protein-2neurotransmitter-induced early gene 2TGFbeta-2 transforming growth factor-beta2no database match AW144000no database match AW142769no database match AW142818L1 retroposon ORF2 mRNAno database match AW143176MAP microtubule-associated protein 1Bno database match AW142409

Unknown RGIAC89PDGF receptor alpha subunitUnknown AW142376stromelysin-3Unknown RGIBG05cadherin 43adenosine kinaseneuron specific calcium-binding protein hippocalcinno database match AW142532CD47 integrin associated protein"beta 1, 3-galactosyltransferas e III"no database match AW142827HSP70 heat shock protein 70no database match AW143968alpha B-crystallinUnknown RGIBO20c-jun transcription factor-1c-junUnknown AW143039Unknown RGIAI75alcohol dehydrogenase type IIIno database match AW142665no database match AW143821no database tch AW1 43' 5'-c clic AMP p os o e terasno data ase tch AW1 966

no data ase tch AW1 923no data ase tch AW1 4i sulin like gro t f tor

0 1 3 6 12 24 72hours:

80

生物晶片資料分析 – 分類與分群Multi-Dimensional Scaling

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生物晶片的展望– 生物晶片應用

基因表現的藍圖 – 了解疾病與基因間的關係毒理學上的分析 – 檢測有機毒物對特定基因之表現

基因的定序 – 同時且大量地做基因定序單一核醣核酸多形性的檢定 – 此檢定需做到大量之基因定序方可能完成，故可利用生物晶片

法醫學上的應用 – 檢定快速、準確且易攜帶，可望成為未來法醫現場辦案利器

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生物晶片的展望– 生物晶片應用(續)免疫反應分析 – 利用抗原抗體之結合性即可蛋白質晶片 – 將探針改為蛋白質以期能做到廣大蛋白質生物學上的研究

生物武器偵測 – 在戰場上快速準確檢定有害之生物武器

藥物篩選 – 應用藥品與其接受器(receptors)之緊密結合特性於晶片上

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Exercises

• Discuss how biomedical engineers can play a role in biochip technologies

• Discribe two different types of biochip scanners

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生醫工程概論Restriction EnzymesGel ElectrophoresisVector-plasmidImportant Abbreviation基因(gene)簡史綱要緒論 – 基因簡史緒論 – 基因簡史DNA Double Helix (雙股螺旋）DNA Double Helix (雙股螺旋）緒論 – 人類基因體計畫緒論 – 人類基因體計畫 (續)緒論 – 基因小常識國科會國家型計畫兩兆雙星計畫緒論 – 基因研究展望與思考分子生物簡介綱要分子生物簡介 – DNA位置分子生物簡介 – DNA雙股螺旋分子生物簡介 – DNA中核甘酸間之鍵結分子生物簡介 – 核甘酸分子生物簡介 – DNA四種含氮鹼基分子生物簡介 – DNA序列形狀分子生物簡介– DNA 序列分子生物簡介 – DNA與RNA分子生物簡介 – DNA的長度分子生物簡介 – 轉錄與轉譯作用DNA、基因(Gene)、蛋白質(Protein)DNA的複製(Replication)--動畫DNARNA 轉錄(Transcription) – 動畫RNA蛋白質 轉譯(Translation) – 動畫蛋白質(Protein)的組成蛋白質分子形狀胺基酸的組成–基因密碼胺基酸小常識分子生物技術綱要分子生物技術—電泳法DNA 定序(Sequencing)DNA 定序(Sequencing)結果分子生物技術–PCRPCR放大過程–動畫分子生物技術 – 墨點技術分子生物技術 – 墨點技術之異同生物晶片(Biochip)設計原理術綱要生物晶片原理生物晶片設備生物晶片設備(續)生物晶片設備(續)生物晶片種類–依特性分類生物晶片種類–依特性分類(續)生物晶片種類–依特性分類(續)生物晶片依用途分類生物晶片材質生物晶片載片型式生物晶片實例及其運作流程綱要生物晶片實例一生物晶片實例三生物晶片影像與資料分析綱要生物晶片分析 – 影像擷取(尋點)Image Analysis生物晶片分析 – 影像擷取(尋點)生物晶片分析 – 影像擷取(尋點)生物晶片分析 – 數值資料轉換生物晶片分析 – 資料正規化生物晶片分析 – 資料正規化範例生物晶片分析 – 資料過濾生物晶片資料分析 – 分類與分群生物晶片資料分析 – 分類與分群生物晶片的展望– 生物晶片應用生物晶片的展望– 生物晶片應用(續)Exercises