माइक्रोएरे

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बायो-एमईएमएस, प्रयोगशाला-ऑन-अ-चिप, μTAS के क्षेत्रों के कुछ पहलुओं को रेखांकित करने वाला एक वेन आरेख।

एक माइक्रोएरे एक मल्टीप्लेक्स (परख) लैब-ऑन-ए-चिप है।[1] इसका उद्देश्य एक साथ हजारों जैविक अंतःक्रियाओं की अभिव्यक्ति का पता लगाना है। यह एक सब्सट्रेट (सामग्री विज्ञान) पर एक द्वि-आयामी सरणी है - सामान्यतः एक कांच की स्लाइड या सिलिकॉन पतली फिल्म सेल - जो उच्च परिणाम स्क्रीनिंग लघु, बहुसंकेतन और समानांतर प्रसंस्करण और पहचान विधियों का उपयोग करके बड़ी मात्रा में जैविक सामग्री का परीक्षण (परीक्षण) करती है। माइक्रोएरे की अवधारणा और पद्धति को पहली बार प्रस्तुत किया गया था और 1983 में त्से वेन चांग द्वारा एक वैज्ञानिक प्रकाशन में एंटीबॉडी माइक्रोएरे (जिसे एंटीबॉडी मैट्रिक्स भी कहा जाता है) में दिखाया गया था।[2] और पेटेंट की एक श्रृंखला[3][4][5] स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी में रॉन डेविस और पैट ब्राउन लैब्स द्वारा 1995 के विज्ञान पत्रिका के लेख के बाद जीन चिप उद्योग में उल्लेखनीय वृद्धि प्रारंभ हुई।[6] एफिमेट्रिक्स, एजीलेंट, एपलाईड माइक्रोएरे, ऐरेजेट, इल्लुमिना (कंपनी), और अन्य जैसी कंपनियों की स्थापना के साथ, डीएनए माइक्रोएरे की विधि सबसे परिष्कृत और सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली बन गई है, जबकि प्रोटीन, पेप्टाइड और कार्बोहाइड्रेट का उपयोग माइक्रोएरे[7] विस्तार कर रहा है।

माइक्रोएरे के प्रकारों में सम्मिलित हैं:

सीएमओएस जैव प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में लोग नए प्रकार के माइक्रोएरे विकसित कर रहे हैं। एक बार चुंबकीय नैनोकणों को फीड किय जाने के बाद अलग-अलग कोशिकाओं को स्वतंत्र रूप से और एक साथ चुंबकीय कॉइल के माइक्रोएरे पर ले जाया जा सकता है। परमाणु चुंबकीय अनुनाद माइक्रोकॉइल्स का एक माइक्रोएरे विकास के अधीन है।[8]


माइक्रोएरे का निर्माण और संचालन

सामग्री सबस्ट्रेट्स सहित बड़ी संख्या में प्रौद्योगिकियां माइक्रोएरे प्लेटफॉर्म को रेखांकित करती हैं,[9] जैव आणविक सरणियों का पता लगाना[10] और सरणियों की माइक्रोफ्लुइडिक पैकेजिंग।[11] माइक्रोएरे को वर्गीकृत किया जा सकता है कि कैसे वे सरणी के प्रत्येक तत्व को भौतिक रूप से अलग करते हैं, स्पॉटिंग (छोटे भौतिक कुएं बनाकर) ऑन-चिप संश्लेषण (सरणी पर सीधे पालन किए गए लक्ष्य डीएनए जांच को संश्लेषित करना) या मनका-आधारित (बारकोडेड नमूनों का पालन करना) मोतियों को व्यवस्थित विधि से सरणी में वितरित किया जाता है)।[12]


उत्पादन प्रक्रिया

माइक्रोएरे उत्पादन प्रक्रिया पर प्रारंभिक प्रकाशन 1995 से पहले का है जब एक पौधे के 48 पूरक डीएनए ग्लास स्लाइड पर मुद्रित किए गए थे जो सामान्यतः प्रकाश माइक्रोस्कोपी के लिए उपयोग किए जाते थे दूसरी ओर आधुनिक माइक्रोएरे में अब हजारों जांच और कोटिंग्स के साथ विभिन्न वाहक सम्मिलित हैं। माइक्रोएरे के निर्माण के लिए जैविक और भौतिक दोनों तरह की जानकारी की आवश्यकता होती है जिसमें नमूना पुस्तकालय प्रिंटर और स्लाइड सबस्ट्रेट्स सम्मिलित हैं। चूँकि सभी प्रक्रियाएं और समाधान सदैव नियोजित निर्माण विधि पर निर्भर करते हैं। माइक्रोएरे का मूल सिद्धांत कई हजार बार एक स्लाइड पर जांच की विभिन्न प्रजातियों वाले समाधानों के छोटे दागों की छपाई है।[13]

आधुनिक प्रिंटर हेपा-फिल्टर्ड होते हैं और उनमें नियंत्रित आर्द्रता और परिवेश का तापमान होता है, जो सामान्यतः लगभग 25°C, 50% आर्द्रता होती है। प्रारंभिक माइक्रोएरे सीधे प्रिंटर पिन का उपयोग करके सतह पर मुद्रित किए गए थे जो स्लाइड पर उपयोगकर्ता-परिभाषित पैटर्न में नमूने जमा करते थे। आधुनिक विधि तेज हैं, कम क्रॉस-संदूषण उत्पन्न करते हैं और उत्तम स्थान आकृति विज्ञान का उत्पादन करते हैं। उच्च घनत्व वाले माइक्रोएरे के लिए जिस सतह पर जांच मुद्रित की जाती है वह साफ धूल मुक्त और हाइड्रोफोबिक होनी चाहिए। स्लाइड कोटिंग्स में पॉली-एल-लाइसिन, एमिनो सिलेन, एपॉक्सी और अन्य सम्मिलित हैं, जिनमें निर्माता समाधान सम्मिलित हैं और उपयोग किए गए नमूने के प्रकार के आधार पर चुने जाते हैं। समाधान की आवश्यक मात्रा को कम करते हुए और संदूषण या क्षति को कम करते हुए एकसमान सघन सरणियों का निर्माण करने के लिए माइक्रोएरे प्रौद्योगिकी को आगे बढ़ाने के लिए चल रहे प्रयासों का लक्ष्य है।[13] [14]

निर्माण प्रक्रिया के लिए, एक नमूना पुस्तकालय जिसमें सभी प्रासंगिक जानकारी की आवश्यकता होती है। माइक्रोएरे प्रौद्योगिकी के प्रारंभिक चरणों में उपयोग किया जाने वाला एकमात्र नमूना डीएनए था जिसे सामान्यतः उपलब्ध क्लोन पुस्तकालयों से प्राप्त किया गया था और जीवाणु वैक्टर के माध्यम से डीएनए प्रवर्धन के माध्यम से प्राप्त किया गया था। आधुनिक विधियों में अब नमूने के रूप में सिर्फ डीएनए ही सम्मिलित नहीं है किंतु प्रोटीन एंटीबॉडी, एंटीजन, ग्लाइकान, सेल लाइसेट्स और अन्य छोटे अणु भी सम्मिलित हैं। उपयोग किए गए सभी नमूने पूर्वनिर्मित, नियमित रूप से अद्यतन और बनाए रखने के लिए अधिक सरल हैं। ऐरे फैब्रिकेशन विधियों में कॉन्टैक्ट प्रिंटिंग, लिथोग्राफी, नॉन-कॉन्टैक्ट और सेल मुफ्त प्रिंटिंग सम्मिलित हैं। [14]



संपर्क मुद्रण

संपर्क प्रिंटिंग माइक्रोएरे में पिन प्रिंटिंग माइक्रोस्टैम्पिंग या प्रवाह प्रिंटिंग सम्मिलित है। डीएनए माइक्रोएरे कॉन्टैक्ट प्रिंटिंग में पिन प्रिंटिंग सबसे पुरानी और अभी भी व्यापक रूप से अपनाई गई पद्धति है। यह विधि ठोस माइक्रोएरे सतहों पर सीधे नमूना समाधान को लोड करने और वितरित करने के लिए पिन प्रकार जैसे ठोस पिन, स्प्लिट या क्विल पिन का उपयोग करती है। माइक्रोस्टैम्पिंग सामान्यतः उपयोग किए जाने वाले पिन प्रिंटिंग के लिए एक विकल्प प्रदान करता है और इसे सॉफ्ट लिथोग्राफी के रूप में भी संदर्भित किया जाता है, जो सिद्धांत रूप में अलग-अलग, संबंधित पैटर्न ट्रांसफर विधियों को पैटर्न वाले पॉलीमर मोनोलिथिक सबस्ट्रेट्स का उपयोग करता है, सबसे प्रमुख माइक्रोस्टैम्पिंग है। पिन प्रिंटिंग के विपरीत, माइक्रोस्टैम्पिंग कम वैयक्तिकता के साथ एक अधिक समानांतर जमाव विधि है। कुछ टिकटों को अभिकर्मकों के साथ लोड किया जाता है और इन अभिकर्मक समाधानों के साथ समान रूप से मुद्रित किया जाता है।[15]


लिथोग्राफी

लिथोग्राफी फोटोलिथोग्राफी, इंटरफेरेंस लिथोग्राफी लेजर राइटिंग, इलेक्ट्रॉन-बीम और डिप पेन जैसी विभिन्न विधियों को जोड़ती है। सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली और शोधित विधि फोटोलिथोग्राफी बनी हुई है, जिसमें सतह पर विशिष्ट न्यूक्लियोटाइड्स को लक्षित करने के लिए फोटोलिथोग्राफिक मास्क का उपयोग किया जाता है। पराबैंगनी को मास्क के माध्यम से पारित किया जाता है जो रासायनिक रूप से संरक्षित माइक्रोएरे सतह से प्रकाश को संचारित या अवरुद्ध करने के लिए एक फिल्टर के रूप में कार्य करता है। यदि अल्ट्रावाइलेट अवरुद्ध हो गया है तो क्षेत्र न्यूक्लियोटाइड के अतिरिक्त से सुरक्षित रहेगा जबकि यूवी प्रकाश के संपर्क में आने वाले क्षेत्रों में और न्यूक्लियोटाइड जोड़े जा सकते हैं। इस पद्धति के साथ कुछ चलती भागों के साथ एक कॉम्पैक्ट उपकरण का उपयोग करके डीएनए सुविधाओं के बहुत उच्च घनत्व के साथ उच्च-गुणवत्ता वाले कस्टम सरणियों का उत्पादन किया जा सकता है।[16][17]


गैर संपर्क

गैर-संपर्क मुद्रण विधियां प्रकाश रसायन प्रिंटिंग इलेक्ट्रो-प्रिंटिंग और ड्रॉपलेट डिस्पेंसिंग से भिन्न होती हैं। अन्य विधियों के विपरीत गैर-संपर्क मुद्रण में सतह और स्टाम्प, पिन, या अन्य उपयोग किए गए डिस्पेंसर के बीच संपर्क सम्मिलित नहीं होता है। मुख्य लाभ कम संदूषण, कम सफाई और उच्च थ्रूपुट हैं जो लगातार बढ़ता है। कई विधियाँ समानांतर में जांच को लोड करने में सक्षम हैं जिससे एक साथ कई सरणियों का उत्पादन किया जा सकता है।[14][15]


मुफ्त सेल

सेल मुफ्त प्रणाली में ट्रांसक्रिप्शन और ट्रांसलेशन सीटू में किया जाता है, जो होस्ट कोशिकाओं में प्रतिरूपण और प्रोटीन की अभिव्यक्ति को अप्रचलित बनाता है, क्योंकि किसी भी अक्षुण्ण कोशिकाओं की आवश्यकता नहीं होती है। ब्याज का अणु एक ठोस क्षेत्र की सतह पर सीधे संश्लेषित होता है। ये परख यथावत् कोशिकाओं से जुड़े अनुमानों के बिना नियंत्रित वातावरण में उच्च-थ्रूपुट विश्लेषण की अनुमति देते हैं।[18]


यह भी देखें

टिप्पणियाँ

  1. ↑ Carroll, Gregory T.; Wang, Denong; Turro, Nicholas J.; Koberstein, Jeffrey T. (2008). "बायोएरे के माध्यम से चीनी विविधता के ब्रह्मांड को रोशन करने के लिए फोटॉन". Glycoconjugate Journal (in English). 25 (1): 5–10. doi:10.1007/s10719-007-9052-1. ISSN 0282-0080. PMC 7088275. PMID 17610157.
  2. ↑ Tse-Wen Chang, TW (1983). "ठोस सतह पर लेपित विशिष्ट एंटीबॉडी के मैट्रिक्स के लिए कोशिकाओं का बंधन". Journal of Immunological Methods. 65 (1–2): 217–23. doi:10.1016/0022-1759(83)90318-6. PMID 6606681.
  3. ↑ US patent 4591570, "एंटीजन के निर्धारण के लिए एंटीबॉडी-लेपित स्पॉट का मैट्रिक्स" 
  4. ↑ US patent 4829010, "सेल निर्धारण के लिए एंटीबॉडी स्पॉट के मेट्रिसेस को घेरने वाला इम्यूनोएसे डिवाइस" 
  5. ↑ US patent 5100777, "एंटीबॉडी मैट्रिक्स डिवाइस और प्रतिरक्षा स्थिति के मूल्यांकन के लिए विधि" 
  6. ↑ Schena, M.; Shalon, D.; Davis, R. W.; Brown, P. O. (1995). "एक पूरक डीएनए माइक्रोएरे के साथ जीन एक्सप्रेशन पैटर्न की मात्रात्मक निगरानी". Science. 270 (5235): 467–70. Bibcode:1995Sci...270..467S. doi:10.1126/science.270.5235.467. PMID 7569999. S2CID 6720459.
  7. ↑ Wang, D; Carroll, GT; Turro, NJ; Koberstein, JT; Kovác, P; Saksena, R; Adamo, R; Herzenberg, LA; Herzenberg, LA; Steinman, L (2007). "फोटोजेनरेटेड ग्लाइकेन सरणियाँ बेसिलस एन्थ्रेसिस एक्सोस्पोरियम के इम्युनोजेनिक शुगर मोइट्स की पहचान करती हैं". Proteomics. 7 (2): 180–184. doi:10.1002/pmic.200600478. PMID 17205603. S2CID 21145793.
  8. ↑ Ham, Donhee; Westervelt, Robert M. (2007). "वह सिलिकॉन जो छोटे-छोटे जीवों को हिलाता और महसूस करता है". IEEE Solid-State Circuits Newsletter. 12 (4): 4–9. doi:10.1109/N-SSC.2007.4785650. S2CID 35867338.
  9. ↑ Guo, W; Vilaplana, L; Hansson, J; Marco, P; van der Wijngaart, W (2020). "थिओल-ईन सिंथेटिक पेपर पर इम्यूनोएसेज़ एक बेहतर प्रतिदीप्ति संकेत उत्पन्न करते हैं". Biosensors and Bioelectronics. 163: 112279. doi:10.1016/j.bios.2020.112279. hdl:10261/211201. PMID 32421629. S2CID 218688183.
  10. ↑ Barbulovic-Nad; et al. (2008). "Bio-Microarray Fabrication Techniques—A Review". Critical Reviews in Biotechnology. 26 (4): 237–259. CiteSeerX 10.1.1.661.6833. doi:10.1080/07388550600978358. PMID 17095434. S2CID 13712888.
  11. ↑ Zhou; et al. (2017). "Thiol–ene–epoxy thermoset for low-temperature bonding to biofunctionalized microarray surfaces". Lab Chip. 17 (21): 3672–3681. doi:10.1039/C7LC00652G. PMID 28975170.
  12. ↑ Dufva, M (2008). "Fabrication of DNA Microarray". बायोमेडिकल रिसर्च के लिए डीएनए माइक्रोएरे. Methods in Molecular Biology. Vol. 529. pp. 63–79. doi:10.1007/978-1-59745-538-1_5. ISBN 978-1-934115-69-5. PMID 19381969. Retrieved 30 September 2022.
  13. ↑ 13.0 13.1 Petersen, David W.; Kawasaki, Ernest S. (2007), Manufacturing of Microarrays, Advances in Experimental Medicine and Biology, vol. 593, New York, NY: Springer New York, pp. 1–11, doi:10.1007/978-0-387-39978-2_1, ISBN 978-0-387-39977-5, PMID 17265711, retrieved 2023-05-18
  14. ↑ 14.0 14.1 14.2 Barbulovic-Nad, Irena; Lucente, Michael; Sun, Yu; Zhang, Mingjun; Wheeler, Aaron R.; Bussmann, Markus (January 2006). "Bio-Microarray Fabrication Techniques—A Review". Critical Reviews in Biotechnology. 26 (4): 237–259. doi:10.1080/07388550600978358. ISSN 0738-8551. PMID 17095434. S2CID 13712888.
  15. ↑ 15.0 15.1 Romanov, Valentin; Davidoff, S. Nikki; Miles, Adam R.; Grainger, David W.; Gale, Bruce K.; Brooks, Benjamin D. (2014). "प्रोटीन माइक्रोएरे निर्माण प्रौद्योगिकियों की एक महत्वपूर्ण तुलना". The Analyst. 139 (6): 1303–1326. Bibcode:2014Ana...139.1303R. doi:10.1039/c3an01577g. ISSN 0003-2654. PMID 24479125.
  16. ↑ Miller, Melissa B.; Tang, Yi-Wei (October 2009). "क्लिनिकल माइक्रोबायोलॉजी में माइक्रोएरे और संभावित अनुप्रयोगों की बुनियादी अवधारणाएं". Clinical Microbiology Reviews. 22 (4): 611–633. doi:10.1128/cmr.00019-09. ISSN 0893-8512. PMC 2772365. PMID 19822891. S2CID 5865637.
  17. ↑ Sack, Matej; Hölz, Kathrin; Holik, Ann-Katrin; Kretschy, Nicole; Somoza, Veronika; Stengele, Klaus-Peter; Somoza, Mark M. (2016-03-02). "ऑप्टिमाइज्ड केमिस्ट्री और हाई-एफिशिएंसी फोटोलैबाइल ग्रुप के साथ एक्सप्रेस फोटोलिथोग्राफिक डीएनए माइक्रोएरे सिंथेसिस". Journal of Nanobiotechnology. 14 (1): 14. doi:10.1186/s12951-016-0166-0. ISSN 1477-3155. PMC 4776362. PMID 26936369.
  18. ↑ Chandra, Harini; Srivastava, Sanjeeva (2009-12-01). "सेल-फ्री सिंथेसिस-आधारित प्रोटीन माइक्रोएरे और उनके अनुप्रयोग". Proteomics. 10 (4): 717–730. doi:10.1002/pmic.200900462. ISSN 1615-9853. PMID 19953547. S2CID 22007600.

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