美國(guó)Affymetrix公司是目前全球基因芯片行業(yè)的領(lǐng)頭羊，以其專利的寡聚核苷酸原位光刻合成技術(shù)，年產(chǎn)各類寡聚核苷酸基因芯片達(dá)到幾十萬張，占據(jù)了表達(dá)譜基因芯片科研市場(chǎng)的一半以上，經(jīng)過了將近十年的研究和開發(fā)，已經(jīng)在國(guó)際上贏得了很高的盛譽(yù)，同時(shí)也成為為數(shù)極少的已經(jīng)盈利的生物芯片公司。Affymetrix公司的基因芯片為寡核苷酸芯片（Oligo芯片），這種類型的芯片具有極高的特異性和靈敏度，重復(fù)性好，假陽性率非常低，是目前世界上最先進(jìn)的基因芯片。Affymetrix所利用的原位光刻專利技術(shù)可使一張芯片上合成多達(dá)500,000 個(gè)寡核苷酸。該系統(tǒng)可以分析樣品中DNA或者RNA序列的相對(duì)含量。
（一）原位光刻合成專利技術(shù)
Affymetrix公司率先開發(fā)的寡聚核苷酸原位光刻專利技術(shù)，是生產(chǎn)高密度寡核苷酸基因芯片的核心關(guān)鍵技術(shù)。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。首先使支持物羥基化，并用光敏保護(hù)基團(tuán)將其保護(hù)起來。每次選取適當(dāng)?shù)谋喂饽?mask)使需要聚合的部位透光，其它部位不透光。這樣，光通過蔽光膜照射到支持物上，受光部位的羥基脫保護(hù)而活化。因?yàn)楹铣伤玫膯误w分子一端按傳統(tǒng)固相合成方法活化，另一端受光敏保護(hù)基的保護(hù)，所以發(fā)生偶聯(lián)的部位反應(yīng)后仍舊帶有光敏保護(hù)基團(tuán)。因此，每次通過控制蔽光膜的圖案(透光與不透光)決定哪些區(qū)域應(yīng)被活化，以及所用單體的種類和反應(yīng)次序就可以實(shí)現(xiàn)在待定位點(diǎn)合成大量預(yù)定序列寡聚體的目的。 使用多種蔽光膜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：一段8個(gè)堿基的寡核苷酸有65，536種排列的可能，通過32個(gè)化學(xué)步驟，8個(gè)小時(shí)就能合成65，536個(gè)探針。其基本原理如圖所示：
該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是可以用很少的步驟合成極其大量的探針陣列。在上述例子中合成65536個(gè)探針的8聚體寡核苷酸序列僅需4×8=32步操作，8小時(shí)就可以完成。而如果用傳統(tǒng)方法合成然后點(diǎn)樣，那么工作量的巨大將是不可思議的。同時(shí)，用該方法合成的探針陣列密度可高達(dá)到106/cm2。不過，該方法每步合成反應(yīng)產(chǎn)率比較低，不到95%。因此探針的長(zhǎng)度受到了限制。Affymetrix將光引導(dǎo)合成技術(shù)與半異體工業(yè)所用的光敏抗蝕技術(shù)相結(jié)合，以酸作為去保護(hù)劑，使每步產(chǎn)率增加到98%。原因是光敏抗蝕劑的解離對(duì)照度的依賴是非線性的，當(dāng)照度達(dá)到特定的閾值以上保護(hù)劑就會(huì)解離。所以，該方法同時(shí)也解決了由于蔽光膜透光孔間距離縮小而引起的光衍射問題，有效地提高了聚合點(diǎn)陣的密度。另據(jù)報(bào)導(dǎo)，利用波長(zhǎng)更短的物質(zhì)波如電子射線去脫保護(hù)可使點(diǎn)陣密度達(dá)到1010/cm2
（二）獨(dú)特的PM-MM探針設(shè)計(jì)
獨(dú)特的PM-MM探針對(duì)設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)一對(duì)25-mer探針，其中一個(gè)是完全匹配（perfect match PM） 及有一錯(cuò)誤位點(diǎn)匹配（mismatch MM）探針。該設(shè)計(jì)可提高探針的靈敏度和特異性，尤其針對(duì)在一個(gè)復(fù)雜背景的樣品中低豐度表達(dá)產(chǎn)物的檢測(cè)。Affymetrix的PM-MM探針設(shè)計(jì)策略有助于區(qū)分特異性結(jié)合與非特異性結(jié)合的靶片段。經(jīng)過周密細(xì)致的試驗(yàn)研究者們發(fā)現(xiàn)25-mer是一個(gè)理想的探針長(zhǎng)度，較那些僅用單一探針的策略來說，PM-MM探針設(shè)計(jì)使得檢測(cè)低濃度靶序列的特異性和靈敏度大大提高。因?yàn)镸M探針可將樣品中的背景信號(hào)探測(cè)出，所以能夠區(qū)分背景信號(hào)的策略對(duì)那些相對(duì)較弱的陽性信號(hào)來說尤為重要。
（三）應(yīng)用芯片產(chǎn)品
1、人類基因組U133系列基因芯片 覆蓋39000種人類基因轉(zhuǎn)錄本
2、大鼠基因組U34系列基因芯片 覆蓋大鼠24000種已知基因及ESTs片斷
3、小鼠基因組U74系列基因芯片 覆蓋小鼠36000種已知基因及ESTs片斷
4、果蠅基因組芯片
5、擬南芥基因組芯片
6、酵母基因組S98系列芯片
7、大腸桿菌基因組芯片
（一）原位光刻合成專利技術(shù)
Affymetrix公司率先開發(fā)的寡聚核苷酸原位光刻專利技術(shù)，是生產(chǎn)高密度寡核苷酸基因芯片的核心關(guān)鍵技術(shù)。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。首先使支持物羥基化，并用光敏保護(hù)基團(tuán)將其保護(hù)起來。每次選取適當(dāng)?shù)谋喂饽?mask)使需要聚合的部位透光，其它部位不透光。這樣，光通過蔽光膜照射到支持物上，受光部位的羥基脫保護(hù)而活化。因?yàn)楹铣伤玫膯误w分子一端按傳統(tǒng)固相合成方法活化，另一端受光敏保護(hù)基的保護(hù)，所以發(fā)生偶聯(lián)的部位反應(yīng)后仍舊帶有光敏保護(hù)基團(tuán)。因此，每次通過控制蔽光膜的圖案(透光與不透光)決定哪些區(qū)域應(yīng)被活化，以及所用單體的種類和反應(yīng)次序就可以實(shí)現(xiàn)在待定位點(diǎn)合成大量預(yù)定序列寡聚體的目的。 使用多種蔽光膜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：一段8個(gè)堿基的寡核苷酸有65，536種排列的可能，通過32個(gè)化學(xué)步驟，8個(gè)小時(shí)就能合成65，536個(gè)探針。其基本原理如圖所示：
該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是可以用很少的步驟合成極其大量的探針陣列。在上述例子中合成65536個(gè)探針的8聚體寡核苷酸序列僅需4×8=32步操作，8小時(shí)就可以完成。而如果用傳統(tǒng)方法合成然后點(diǎn)樣，那么工作量的巨大將是不可思議的。同時(shí)，用該方法合成的探針陣列密度可高達(dá)到106/cm2。不過，該方法每步合成反應(yīng)產(chǎn)率比較低，不到95%。因此探針的長(zhǎng)度受到了限制。Affymetrix將光引導(dǎo)合成技術(shù)與半異體工業(yè)所用的光敏抗蝕技術(shù)相結(jié)合，以酸作為去保護(hù)劑，使每步產(chǎn)率增加到98%。原因是光敏抗蝕劑的解離對(duì)照度的依賴是非線性的，當(dāng)照度達(dá)到特定的閾值以上保護(hù)劑就會(huì)解離。所以，該方法同時(shí)也解決了由于蔽光膜透光孔間距離縮小而引起的光衍射問題，有效地提高了聚合點(diǎn)陣的密度。另據(jù)報(bào)導(dǎo)，利用波長(zhǎng)更短的物質(zhì)波如電子射線去脫保護(hù)可使點(diǎn)陣密度達(dá)到1010/cm2
（二）獨(dú)特的PM-MM探針設(shè)計(jì)
獨(dú)特的PM-MM探針對(duì)設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)一對(duì)25-mer探針，其中一個(gè)是完全匹配（perfect match PM） 及有一錯(cuò)誤位點(diǎn)匹配（mismatch MM）探針。該設(shè)計(jì)可提高探針的靈敏度和特異性，尤其針對(duì)在一個(gè)復(fù)雜背景的樣品中低豐度表達(dá)產(chǎn)物的檢測(cè)。Affymetrix的PM-MM探針設(shè)計(jì)策略有助于區(qū)分特異性結(jié)合與非特異性結(jié)合的靶片段。經(jīng)過周密細(xì)致的試驗(yàn)研究者們發(fā)現(xiàn)25-mer是一個(gè)理想的探針長(zhǎng)度，較那些僅用單一探針的策略來說，PM-MM探針設(shè)計(jì)使得檢測(cè)低濃度靶序列的特異性和靈敏度大大提高。因?yàn)镸M探針可將樣品中的背景信號(hào)探測(cè)出，所以能夠區(qū)分背景信號(hào)的策略對(duì)那些相對(duì)較弱的陽性信號(hào)來說尤為重要。
（三）應(yīng)用芯片產(chǎn)品
1、人類基因組U133系列基因芯片 覆蓋39000種人類基因轉(zhuǎn)錄本
2、大鼠基因組U34系列基因芯片 覆蓋大鼠24000種已知基因及ESTs片斷
3、小鼠基因組U74系列基因芯片 覆蓋小鼠36000種已知基因及ESTs片斷
4、果蠅基因組芯片
5、擬南芥基因組芯片
6、酵母基因組S98系列芯片
7、大腸桿菌基因組芯片
