В основе принципа работы всех молекулярных биочипов с иммобилизованными зондами лежит
способность биологических макромолекул к молекулярному узнаванию (высокоспецифичному избирательному связыванию с другими молекулами).
Так образование дуплексов ДНК подчиняется правилу Уотсона-Крика, A<->T и G<->C,
а антитела способны образовывать прочные специфические иммунные комплексы только с определенными участками белка (антигена), называемыми антигенными детерминантами или эпитопами.
Выполняются условия молекулярной комплементарности.
Устойчивый комплекс.
Интенсивности флуоресценции из ячеек измеряются с помощью люминесцентного микроскопа, передающего сигнал на прибор с зарядовой связью. После этого данные подвергаются компьютерной обработке. Типичное изображение чипа показано ниже (рисунок слева). Для интенсивности флуоресценции в ячейках можно использовать также трехмерную визуализацию (рисунок справа).
Флуоресцентное изображение микрочипа
Увеличенный фрагмент флуоресцентного изображения чипа (выделен красным на рисунке выше)
Трехмерный вариант флуоресцентного изображения чипа
Если соответствие между иммобилизованными молекулярными зондами и мечеными анализируемыми молекулами в растворе точно удовлетворяет условиям молекулярной комплементарности, то образующиеся комплексы будут термодинамически наиболее устойчивы.
Не выполняются условия молекулярной комплементарности.
Неустойчивый комплекс.
В результате при определенных температурах их будет больше, чем комплексов, образованных с нарушением условий комплементарности, и, соответственно, совершенным комплексам будет отвечать более сильный сигнал флуоресценции. Совершенные и несовершенные комплексы, отвечающие специфическому и неспецифическому связыванию, обычно называют 'перфектами' и 'мисматчами'.
Трехмерная визуализация для распределения интенсивности флуоресценции в ячейках чипа (фрагмент выделен красным на рисунке слева).
В идеале образование перфектов и мисматчей в ячейке с данными зондами должно в точности отвечать бинарным значениям 1 и 0 для ячеек электронных микрочипов. В реальной ситуации влияние неспецифического связывания может оказаться не столь малым.
Профиль флуоресцентного изображения микрочипа вдоль выбранных линий
Таким образом, ячейки с перфектами и мисматчами легко различаются по интенсивности сигналов.