教学大纲

《生物芯片技术》教学大纲

课程名称:《生物芯片技术》

课程编号:14155000

学时 38学时。其中讲课学时:26,实验学时:12

学分:  2学分

适用专业:生命科学/生物技术/生物工程/生物信息学/医学

课程类型:专业限选课

大纲撰写人:庞昕

一、教学目的和任务

《生物芯片技术》为生物学和医学相关专业学生开设的一门专业限选课程,通过该课程的学习,使学生掌握生物芯片技术理论及应用的基础知识,培养适应时代需要的人才

本课程教学目标:

1. 掌握生物芯片的理论知识

2. 了解生物芯片的发展情况

3. 了解生物芯片的应用范围

4. 掌握生物芯片的制备过程

5. 掌握生物芯片的杂交与扫描过程

6. 学会芯片数据的处理方法

二、教学指导思想

近年来,生物芯片技术的应用得到迅速发展,也得到各级政府部门的大力支持。生物芯片作为一个技术平台,已经广泛应用于生命科学、医学和临床医疗、卫生防疫、药物筛选、食品安全、司法鉴定等多个领域,并逐渐形成自己的学科体系。许多科研院所对熟悉生物芯片技术的人才需求极为迫切,现在已有许多知名高校为本科生和研究生开设了该课程。通过本课程的学习,可以开拓学生的视野,提高学生的科研思维能力和动手能力,满足学生学习该课程的愿望和社会的人才需求。

本课程在教学指导思想上力求做到:

1、 力求反映生物芯片技术理论和实践的最新情况。

2、 针对本课程的特点,在传授生物芯片理论的同时,也兼顾到功能基因组学、生物信息学和分子生物学基础知识方面的学习。

3、 教学方法上理论和实践相结合。理论知识主要采用多媒体教学,并辅之以课堂讨论和举例分析;实践教学环节是让学生亲自做芯片的杂交与扫描,实验操作的基础上,使学生在学习相关基础知识的同时也可以获得更为直接的感性认识和实践经验,同时培养学生分析问题和解决问题的能力。

4、 在教学效果上,力求做到学生在学习相关基础知识的同时通过举例分析获得更为直接的感性认识;在被动学习的同时,通过课堂讨论激发学生的学习兴趣、提高学生自主学习意识。

三、教学组织与实施

1.学时安排

本课程为本科生限选课程,学时为38学时。每一学期13周,每周2课时理论课,并集中1~2天时间(12学时)进行实验操作

2.教学方法

本门课采用课堂讲授与实验操作相结合,并辅之以课堂讨论和举例分析。课堂讲授用于生物芯片基本概念和理论,各种生物芯片(包括DNA芯片、蛋白芯片、糖芯片、细胞芯片、组织芯片和缩微芯片实验室)的制作方法、检测和应用;生物芯片数据处理等方面,占总学时70%的时间;实验部分学生将亲自动手操作DNA芯片的杂交与扫描和数据分析,占总学时的30%的时间,以增加学生的感性认识和培养学生的操作技能 

3.考核方式及要求:

考核方式:考查

具体要求:总成绩=考勤(10%)实验报告(30%+期末考核(60%);本课程成绩采用单项否决制,即其中任何一项不合格课程总成绩即为不合格。

4.预修课程

该课程以生物学和分子生物学为基础,实验操作以普通微生物学和分子生物学为基础,因此学习该课程的学生应该具备该课程的基础知识。

四、课堂教学实施

1.主讲教师制作覆盖全部教材内容的PowerPoint 投影电子教案

2.提供该门课程的相关辅导材料 

3.多媒体室和分子生物学实验室

五、教学内容及学时分配

第一部分:基础理论

第一章:绪论(2学时)   了解

要求:通过本章的学习,掌握什么是生物芯片;了解生物芯片相关知识。

1.1生物芯片的定义

1.2生物芯片的发展过程

1.3生物芯片的种类

1.4生物芯片的应用前景

第二章:基因芯片的制作方法(2学时)   难点与重点

要求:掌握基因芯片的定义;掌握基因芯片的制作过程;了解基因芯片的评价方法。

2.1基因芯片的概念与分类

2.2 基因芯片制备的四要素

2.3 基因芯片的评价

第三章:基因芯片的应用(6学时)   重点

要求:掌握基因芯片的概念与工作原理;掌握基因芯片应用的关键技术;了解基因芯片的应用。

3.1基因芯片的概念与工作原理

3.2基因芯片应用的关键技术

3.3基因芯片在 DNA 水平上的应用

3.4基因芯片在 mRNA 水平上的应用

第四章:生物芯片检测方法(2学时) 难点与重点

要求:了解生物芯片的检测方法;重点掌握激光共聚焦扫描检测方法和CCD成像扫描方法工作原理;掌握表面等离子共振检测方法原理;了解生物芯片检测技术发展的方向。

4.1荧光显微检测方法

4.2激光共聚焦扫描检测方法

4.3CCD成像扫描方法

4.4化学发光检测方法

4.5表面等离子共振检测方法

4.6生物芯片检测技术发展的方向

第五章:生物芯片生物信息学(2学时) 难点

要求:了解数据处理及归一化的重要性和必要性,了解常用的数据处理方法和常用数据库。

5.1芯片数据的预处理和归一化

5.2聚类分析和可视化

5.3主要图像和数据处理软件

5.4基因表达谱公共数据库

第六章:蛋白芯片(2学时)重点

要求:重点掌握蛋白芯片的工作原理;掌握蛋白芯片的应用过程及注意事项。

6.1蛋白芯片的种类及工作原理

6.2蛋白芯片的制备、杂交与扫描

6.3蛋白芯片的应用举例

第七章:糖芯片技术(2学时) 了解

要求:了解糖芯片的发展概况、制作方法、应用过程及注意事项。

7.1糖的重要性和特点

7.2糖芯片发展概况

7.3糖芯片制作方法

7.4糖芯片的应用

第八章:微流控芯片(2学时)难点

要求:掌握微流控芯片的定义;了解缩微流控芯片的构造及应用。

8.1什么是微流控芯片

8.2微流控芯片的构造

8.3微流控芯片的应用举例

第九章:组织芯片(2学时)

要求:掌握组织芯片的工作原理;了解组织芯片的应用过程及注意事项。

9.1组织芯片的种类及工作原理

9.2组织芯片的制备、杂交与扫描

9.3组织芯片的应用举例

第十章:细胞芯片(2学时)

要求:掌握细胞芯片的工作原理;了解蛋白芯片的应用过程及注意事项。

10.1细胞芯片的种类及工作原理

10.2细胞芯片的制备、杂交与扫描

10.3细胞芯片的应用举例

第二部分:基因微阵列生物芯片教学实验系统

第一节:基因微阵列生物芯片教学实验系统相关知识介绍(2学时)重点

1.1生物芯片教学实验系统组成

1.2生物芯片教学实验原理、要求及注意事项

第二节:芯片杂交(6学时)重点与难点

2.1芯片制备的原理与方法

2.2芯片的预处理与核酸杂交原理

2.3实验流程介绍

2.4离心机使用及杂交盒的使用方法

2.5实验操作(芯片杂交与清洗)

第三节:芯片扫描与结果分析(4学时)重点

3.1扫描仪工作原理

3.2扫描仪性能指标

3.3扫描软件使用方法

3.4芯片扫描操作与图像保存

3.5结果输出与数据分析

六、教材与参考书:

1. 陈忠斌:生物芯片技术,化学工业出版社,2005

2. 邢婉丽、程京:生物芯片技术实验教程清华大学出版社,2006

3. 李瑶:基因芯片与功能基因组化学工业出版社,2004

4. 张亮:生物芯片分析科学出版社,2004