生物芯片技術(shù)起源于核酸分子雜交。所謂生物芯片指高密度固定在固相支持介質(zhì)上的生物信息分子（如寡核苷酸、基因片段、cDN***段或多肽、蛋白質(zhì)）的微陣列，陣列中每個(gè)分子的序列及位置都是已知的，并且是預(yù)先設(shè)定好的序列點(diǎn)陣。　
簡單地說，生物芯片就是在一塊指甲大小的玻片、硅片、尼龍膜等材料上放上生物樣品，然后由一種儀器收集信號(hào)，用計(jì)算機(jī)分析數(shù)據(jù)結(jié)果。

根據(jù)用途分類

　　(1)生物電子芯片：用于生物計(jì)算機(jī)等生物電子產(chǎn)品的制造。
(2)生物分析芯片：用于各種生物大分子、細(xì)胞、組織的操作以及生物化學(xué)反應(yīng)的檢測(cè)。
前一類目前在技術(shù)和應(yīng)用上很不成熟，一般情況下所指的生物芯片主要為生物分析芯片。

根據(jù)作用方式分類

　　(1)主動(dòng)式芯片：是指把生物實(shí)驗(yàn)中的樣本處理純化、反應(yīng)標(biāo)記及檢測(cè)等多個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟集成，通過一步反應(yīng)就可主動(dòng)完成。其特點(diǎn)是快速、操作簡單，因此有人又將它稱為功能生物芯片。主要包括微流體芯片(microftuidic chip)和縮微芯片實(shí)驗(yàn)室(lab on chip)。
(2)被動(dòng)式芯片：即各種微陣列芯片，是指把生物實(shí)驗(yàn)中的多個(gè)實(shí)驗(yàn)集成，但操作步驟不變。其特點(diǎn)是高度的并行性，目前的大部分芯片屬于此類。由于這類芯片主要是獲得大量的生物大分子信息，最終通過生物信息學(xué)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析，因此這類芯片又稱為信息生物芯片。

根據(jù)固定在載體上的物質(zhì)成分分類　　
(1)基因芯片(gene chip)：又稱DNA?**(DNA chip)或DNA微陣列(DNA microarray)，是將cDNA或寡核苷酸按微陣列方式固定在微型載體上制成。
(2)蛋白質(zhì)芯片(protein chip或protein microarray)：是將蛋白質(zhì)或抗原等一些非核酸生命物質(zhì)按微陣列方式固定在微型載體上獲得。
(3)細(xì)胞芯片(cell chip)：是將細(xì)胞按照特定的方式固定在載體上，用來檢測(cè)細(xì)胞間相互影響或相互作用。
(4)組織芯片(tissue chip)：是將組織切片等按照特定的方式固定在載體上，用來進(jìn)行免疫組織化學(xué)等組織內(nèi)成分差異研究。
(5)其他：如芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab on chip)，用于生命物質(zhì)的分離、檢測(cè)的微型化芯片。現(xiàn)在，已經(jīng)有不少的研究人員試圖將整個(gè)生化檢測(cè)分析過程縮微到芯片上，形成所謂的“芯片實(shí)驗(yàn)室”(Lab on chip）。芯片實(shí)驗(yàn)室是生物芯片技術(shù)發(fā)展的最終目標(biāo)。它將樣品的制備、生化反應(yīng)到檢測(cè)分析的整個(gè)過程集約化形成微型分析系統(tǒng)。由加熱器、微泵、微閥、微流量控制器、微電極、電子化學(xué)和電子發(fā)光探測(cè)器等組成的芯片實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)問世，并出現(xiàn)了將生化反應(yīng)、樣品制備、檢測(cè)和分析等部分集成的芯片。例如可以將樣品的制備和PCR擴(kuò)增反應(yīng)同時(shí)完成于一塊小小的芯片之上。再如Gene Logic公司設(shè)計(jì)制造的生物芯片可以從待檢樣品中分離出DNA或RNA，并對(duì)其進(jìn)行熒光標(biāo)記，然后當(dāng)樣品流過固定于柵欄狀微通道內(nèi)的寡核苷酸探針時(shí)便可捕獲與之互補(bǔ)的靶核酸序列。應(yīng)用其自己開發(fā)的檢測(cè)設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)對(duì)雜交結(jié)果的檢測(cè)與分析。這種芯片由于寡核苷酸探針具有較大的吸附表面積，所以可以靈敏地檢測(cè)到稀有基因的變化。同時(shí)，由于該芯片設(shè)計(jì)的微通道具有濃縮和富集作用，所以可以加速雜交反應(yīng)，縮短測(cè)試時(shí)間，從而降低了測(cè)試成本。

生物芯片的制備編輯本段回目錄　　●載體材料及要求：作為載體必須是固體片狀或者膜、表面帶有活性基因，以便于連接并有效固定各種生物分子。目前制備芯片的固相材料有玻片、硅片、金屬片、尼龍膜等。目前較為常用的支持材料是玻片，因?yàn)椴Ｆm合多種合成方法，而且在制備芯片前對(duì)玻片的預(yù)處理也相對(duì)簡單易行。
● 載體種類：玻璃片、PVDF膜、聚丙烯酰氨凝膠、聚苯乙烯微珠、磁性微珠。
點(diǎn)樣機(jī)● 生物樣品的制備：分離純化、壙增、獲取其中的蛋白質(zhì)或DNA、RNA并用熒光標(biāo)記， 才能與芯片進(jìn)行反應(yīng)。 用DNA?**做表達(dá)譜研究時(shí)，通常是將樣品先抽提mRNA，然后反轉(zhuǎn)錄成cDNA。同時(shí)摻入帶熒光標(biāo)記的dCTP或dUTP。
● 芯片制備方法：包括原位合成和預(yù)合成后點(diǎn)樣。
原位合成：適用于寡核苷酸，通過光引導(dǎo)蝕刻技術(shù)。已有P53、P450，BRCAI/BRCA2 等基因突變的基因芯片。 
預(yù)合成后點(diǎn)樣：是將提取或合成好的多肽、蛋白、寡核苷酸、cDNA、基因組DAN等通過特定的高速點(diǎn)樣機(jī)器人直接點(diǎn)在芯片上。該技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于相對(duì)簡易低廉，被國內(nèi)外廣泛使用。
接觸式點(diǎn)樣：是指打印針從多孔板取出樣品后直接打印在芯片上。打印時(shí)針頭與芯片接觸。優(yōu)點(diǎn)是探針密度高，通常一平方厘米可打印2500個(gè)探針。 缺點(diǎn)是定量準(zhǔn)確性及重現(xiàn)性不太好。
非接觸式點(diǎn)樣：針頭與芯片保持一定距離。優(yōu)點(diǎn)是定量準(zhǔn)確重現(xiàn)性好，缺點(diǎn)是噴印的斑點(diǎn)大，密度低。通常一平方厘米只有400點(diǎn)。但是日本佳能公司 能把噴印點(diǎn)直徑大小由150-100μm降到30-25μm。可將哺乳動(dòng)物整個(gè)基因組DNA點(diǎn)陣于一張芯片上成為可能。

常見的生物芯片編輯本段回目錄樣品制備芯片

   生物樣品往往是復(fù)雜的混合物，在大多數(shù)情況下需要先對(duì)生物樣品進(jìn)行預(yù)處理，即樣品制備。以核酸樣品制備為例，它包括了細(xì)胞分離、破胞、脫蛋白、提取ＤＮＡ等多步工作。這些工作可以在樣品制備芯片上完成。目前在細(xì)胞分離方法上較突出的有過濾分離和介電電泳分離等；芯片中的破胞方法有芯片升溫破胞、高壓脈沖破胞以及化學(xué)破胞等。
過濾分離芯片

   過濾分離即根據(jù)生物顆粒的尺寸差異進(jìn)行分離。針對(duì)人白細(xì)胞的分離，１９９８年美國賓夕法尼亞大學(xué)的研究小組研究出了一種芯片微過濾法。芯片微過濾器的工作原理是根據(jù)人白細(xì)胞的尺寸比紅細(xì)胞大的特點(diǎn)，使人外周血流過微過濾器時(shí)只讓血漿和尺寸較小的紅血細(xì)胞及血小板通過，而截住尺寸較大的白細(xì)胞。加工微過濾用芯片是通過在硅片上刻出各種形狀的過濾通道，通道直徑為幾個(gè)微米，然后再在硅芯片上鍵合上一塊玻璃蓋片而完成。通過反復(fù)試驗(yàn)和設(shè)計(jì)，微芯片過濾器已從最初的豎式Ｚ形結(jié)構(gòu)，通過豎式條狀梳式結(jié)構(gòu)過渡最后定型為橫壩式結(jié)構(gòu)。采用橫壩式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是人白細(xì)胞的回收率高，過濾器不易被堵塞。微芯片過濾器的另一應(yīng)用是它可將孕婦外周血中極少量的胎兒細(xì)胞過濾出來，供下一步作產(chǎn)前診斷之用。
介電電泳分離芯片

   介電電泳分離的原理是細(xì)胞在高頻不均勻電場作用下產(chǎn)生極化，不同的細(xì)胞由于介電特性、電導(dǎo)率、形狀不同而感應(yīng)出不同的偶電極，因此受到不同介電力的作用。利用介電電泳方法制備樣品的優(yōu)點(diǎn)是：通過測(cè)量細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)速度，可以得到細(xì)胞的介電特性；可以對(duì)細(xì)胞進(jìn)行無物理接觸的選擇性操縱、定位、分離。
生化反應(yīng)芯片

   生化反應(yīng)芯片的目的是把在實(shí)驗(yàn)室試管中進(jìn)行的生化實(shí)驗(yàn)縮微到一塊小小的芯片上。目前較典型的生化反應(yīng)芯片包括聚合酶鏈反應(yīng)（ｐｏｌｙｍｅｒｉｚｅ ｃｈａｉｎ ｒｅａｃ-ｔｉｏｎ，ＰＣＲ）芯片、藥物合成芯片等，其中ＰＣＲ擴(kuò)增芯片是生化反應(yīng)芯片的典型代表。
在芯片上進(jìn)行ＰＣＲ擴(kuò)增反應(yīng)的背景是，目前在生物芯片領(lǐng)域中所用的檢測(cè)儀器靈敏度還不夠高，所以從血液或活體組織中提取的ＤＮＡ在標(biāo)記或應(yīng)用前都需要擴(kuò)增復(fù)制。例如，在對(duì)一個(gè)腫瘤的活體解剖樣品進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要在幾千個(gè)正常基因中找到一個(gè)異常的癌基因，顯然這需要對(duì)樣品ＤＮＡ進(jìn)行必要的擴(kuò)增復(fù)制才易于檢測(cè)。ＰＣＲ作為生物學(xué)中最常用的ＤＮＡ擴(kuò)增手段，由變性、延伸、退火三個(gè)步驟所構(gòu)成，其每個(gè)步驟的工作溫度大約分別為９５℃、７２℃、６０℃。通過該反應(yīng)可將極微量的ＤＮＡ成千上萬倍地?cái)U(kuò)增，以滿足實(shí)驗(yàn)需要。
除了上述方法外，另一個(gè)更簡易的方法是將帕爾帖器件（一種可通過改變器件兩端電壓的極性而產(chǎn)生加熱或致冷效果的半導(dǎo)體器件），直接貼在ＰＣＲ擴(kuò)增芯片的背面，人們只需控制帕爾帖器件的溫度在三個(gè)恒溫區(qū)之間變化，就能在芯片上實(shí)現(xiàn)ＰＣＲ擴(kuò)增。

檢測(cè)芯片編輯本段回目錄   檢測(cè)芯片主要包括毛細(xì)管電泳芯片和微陣列芯片兩類。

毛細(xì)管電泳芯片

   毛細(xì)管電泳（ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ，ＣＥ）對(duì)于ＤＮＡ測(cè)序、司法鑒定、ＰＣＲ產(chǎn)物分析來說是一個(gè)強(qiáng)有力的手段。與平板凝膠電泳相比，毛細(xì)管電泳能更快速、更準(zhǔn)確地分離ＤＮＡ片段，這是因?yàn)榭梢栽诿?xì)管兩端加上更高的電壓。毛細(xì)管電泳的缺點(diǎn)是一次只能分析一個(gè)樣品，毛細(xì)管微陣列電泳將平板凝膠電泳和毛細(xì)管電泳兩種方法的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，在毛細(xì)管微陣列上并行地進(jìn)行電泳，它能增大電泳泳道數(shù)目、提高電泳速度，是一種有著巨大應(yīng)用前景的方法。
在毛細(xì)管電泳的基礎(chǔ)上，近幾年發(fā)展出集成度更高的集成毛細(xì)管電泳技術(shù)。集成毛細(xì)管電泳技術(shù)是在硅、玻璃、塑料等基體上刻蝕出毛細(xì)管槽，用蓋板封閉好后，在毛細(xì)管中填入媒體，使電泳分離的整個(gè)過程集成到一塊幾平方厘米的基片上。集成毛細(xì)管電泳芯片具有高效、快速、試樣用量少等優(yōu)點(diǎn)，并已經(jīng)在免疫測(cè)定、ＤＮＡ分析和測(cè)序、氨基酸和蛋白質(zhì)分析、生物細(xì)胞研究方面得到應(yīng)用。
伍利（Ａ． Ｔ． Ｗｏｏｌｌｅｙ）等人報(bào)道的方法，利用光刻掩膜和化學(xué)刻蝕技術(shù)在玻璃基底上光刻出微通道陣列，然后使基底與另一塊玻璃片鍵合構(gòu)成毛細(xì)管陣列，其中上層玻璃片上鉆有小孔作為樣品輸入孔。ＤＮＡ片段在緩沖液中被熒光標(biāo)記，最后利用激光共焦熒光探測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)毛細(xì)管電泳的結(jié)果。
拉加利（Ｅ． Ｔ． Ｌａｇａｌｌｙ）等人構(gòu)建了一種將ＰＣＲ反應(yīng)和毛細(xì)管電泳集成在一起的ＰＣＲ－ＣＥ器件。他們將熱循環(huán)所需的加熱元件直接微加工在器件上，升溫／降溫的速度為每秒１０℃，每一次ＰＣＲ熱循環(huán)的時(shí)間為３０秒，利用５０納升容量的微閥和疏水性出口將樣品輸運(yùn)到２００納升容量的ＰＣＲ反應(yīng)腔中。基于該集成化ＰＣＲ－ＣＥ器件，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)單個(gè)ＤＮＡ分子的擴(kuò)增和檢測(cè)。
此外劉英杰等人還構(gòu)建了一種基于聚碳酸酯材料的集成毛細(xì)管器件來分析ＤＮＡ樣品。他們利用壓模方法加工出毛細(xì)管微通道，聚碳酸酯材料在鍵合前接受了紫外線輻射以增強(qiáng)親水性。實(shí)驗(yàn)表明該器件能顯著區(qū)分長度為１００個(gè)堿基對(duì)、２００個(gè)堿基對(duì)……１５００個(gè)堿基對(duì)等的ＤＮＡ片斷。 
微陣列芯片

   ＤＮＡ微陣列芯片基于ＤＮＡ雜交反應(yīng)的原理，先將許多ＤＮＡ片段末端固定在芯片上，然后讓熒光標(biāo)記的樣品核酸通過流路或加樣至芯片上，雜交反應(yīng)結(jié)束后清洗芯片，留在芯片上的樣品核酸即可用熒光檢測(cè)的方法來檢測(cè)。由于ＤＮＡ微陣列芯片不要求先對(duì)基底做微細(xì)加工，因此可利用自動(dòng)化或化學(xué)合成方法在基底上直接施加或合成生化物質(zhì)。目前有４種典型的ＤＮＡ微陣列芯片制備方法：光引導(dǎo)原位合成法、接觸式點(diǎn)涂法、化學(xué)噴射法、壓電噴射原位合成法。
光引導(dǎo)原位合成法是將微電子工業(yè)中的光刻技術(shù)與ＤＮＡ的光化學(xué)合成方法相結(jié)合。首先把用光敏保護(hù)基團(tuán)保護(hù)的４種核苷酸固定在玻片上，然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求用不同的掩模板對(duì)玻片進(jìn)行掩蔽，光照處的光敏保護(hù)基團(tuán)分解，暴露的地方即可加上新的被保護(hù)的核苷酸，如此循環(huán)下去就能以很高的密度和精度來制備ＤＮＡ微陣列芯片。現(xiàn)在人們已經(jīng)能在１．６厘米２的玻片上合成４０萬組寡核苷酸。這種方法的缺點(diǎn)是需要花費(fèi)大量的時(shí)間和成本來制備掩模板，因?yàn)楣押塑账岬拿總€(gè)堿基位需要４塊掩模板，合成一個(gè)２５個(gè)堿基對(duì)的微陣列芯片就需要１００塊掩模板。
接觸式點(diǎn)涂法先將ＤＮＡ探針合成好，然后通過一個(gè)點(diǎn)接觸裝置自動(dòng)地將探針點(diǎn)到玻片上的指定地點(diǎn)。點(diǎn)接觸法的優(yōu)點(diǎn)是快速、經(jīng)濟(jì)、多功能，缺點(diǎn)是每種樣品都必須是合成好、經(jīng)過純化并事先保存的。
化學(xué)噴射法是以定滴供給的方式，通過壓電晶體或其他推進(jìn)形式從噴嘴內(nèi)將生物樣品噴射到玻璃基片上。噴射法所需的樣品是已經(jīng)合成好的ＤＮＡ，它與點(diǎn)接觸法的區(qū)別是噴嘴不與玻片接觸。
壓電噴射原位合成法主要包括兩個(gè)步驟：先在直徑為７５毫米的二氧化硅基底上制備高密度的小坑，每個(gè)小坑的直徑為１００微米，間距３０微米，共約１０萬個(gè)小坑，小坑內(nèi)作羥基化親水處理，小坑間作氟化疏水處理，這樣得到的小坑即可作為ＤＮＡ合成的微型反應(yīng)池；然后根據(jù)實(shí)際要求，在４個(gè)壓電噴頭中分別裝入Ａ、Ｔ、Ｇ、Ｃ核苷酸，由計(jì)算機(jī)控制微陣列ＤＮＡ芯片ｘ－ｙ方向的運(yùn)動(dòng)，將４種核苷酸噴射到適當(dāng)?shù)男】又校纱嗽陬A(yù)制的基底上并行合成出微陣列ＤＮＡ芯片。

生物芯片的光學(xué)檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理編輯本段回目錄   對(duì)ＤＮＡ芯片上所包含的信息進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)是一項(xiàng)至關(guān)重要的工作。早期的方法是同位素標(biāo)記法，應(yīng)用時(shí)需經(jīng)過曝光、顯影，然后用具有尋址功能的掃描儀掃讀。目前在生物芯片信息采集中使用最多最成功的是熒光標(biāo)記法，這種方法不受同位素的使用限制，用激光作為激發(fā)光源的共焦掃描裝置具有極高的靈敏度、分辨能力和定位功能，并能定量地輸出結(jié)果。
近年來，納馬西瓦亞姆（Ｖ． Ｎａｍａｓｉｖａｙａｍ）等人構(gòu)建了一種將熒光檢測(cè)裝置直接集成在生物芯片上的方法，這更加提高了生物芯片的集成度。他們?cè)诠枭霞庸こ龉怆姸O管，并與芯片上的微流體系統(tǒng)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)０．９納克／微升的ＤＮＡ檢測(cè)精度，信噪比為１００∶１。
由于利用生物芯片可以一次性地得到大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此需要一個(gè)專用的軟件系統(tǒng)來處理數(shù)據(jù)。完整的生物芯片數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，應(yīng)該包括芯片圖像分析和數(shù)據(jù)提取，芯片數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析和生物學(xué)分析，芯片的數(shù)據(jù)庫積累和管理，芯片表達(dá)基因的國際互聯(lián)網(wǎng)檢索，表達(dá)基因數(shù)據(jù)庫分析和積累等功能。

生物芯片中的微流體技術(shù)編輯本段回目錄   在生物、化學(xué)、材料等科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常需要對(duì)流體進(jìn)行操作，如樣品ＤＮＡ的制備、ＰＣＲ反應(yīng)、電泳檢測(cè)等操作都是在液相環(huán)境中進(jìn)行。如果要將樣品制備、生化反應(yīng)、結(jié)果檢測(cè)等步驟集成到生物芯片上，則實(shí)驗(yàn)所用流體的量就從毫升、微升級(jí)降至納升或皮升級(jí)，這時(shí)功能強(qiáng)大的微流體裝置就顯得必不可少了。因此隨著生物芯片技術(shù)的發(fā)展，微流體技術(shù)作為生物芯片的一項(xiàng)關(guān)鍵支撐技術(shù)也得到了人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。
與微電子技術(shù)不同，微流體技術(shù)不強(qiáng)調(diào)減小器件的尺寸，它著重于構(gòu)建微流體通道系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的微流體操縱功能。與宏觀流體系統(tǒng)類似，微流體系統(tǒng)所需的器件也包括泵、閥、混合器、過濾器、分離器等。盡管與微電子器件相比，微通道的尺寸顯得相當(dāng)大，但實(shí)際上這個(gè)尺寸對(duì)于流體而言已經(jīng)是非常小。微通道中的流體流動(dòng)行為與人們?cè)谌粘Ｉ钪兴姷暮暧^流體流動(dòng)行為有著本質(zhì)的差別，因此微泵、微閥、微混合器、微過濾器、微分離器等微型器件往往都與相應(yīng)的宏觀器件差別甚大。
為了精確設(shè)計(jì)微流體系統(tǒng)中所需的器件，首先要確定微通道中流體的流動(dòng)性質(zhì)。現(xiàn)在人們利用共焦顯微鏡成像技術(shù)可以方便地對(duì)微通道中的流動(dòng)過程進(jìn)行量化，達(dá)到了以往無法實(shí)現(xiàn)的高分辨率。世界上第一個(gè)微流體器件由英國帝國理工大學(xué)（Ｉｍｐｅｒｉａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ）的曼齊（Ａ． Ｍａｎｚ）、美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的拉姆齊（Ｍ． Ｒａｍｓｅｙ）等科學(xué)家在１９９０年代初研制成功。該器件是利用常規(guī)的平面加工工藝（光刻、腐蝕等）在硅、玻璃上制作的。盡管這種制作方法非常精密，但成本高，且不靈活，無法適應(yīng)研發(fā)需求。最近懷特賽茲（Ｇ． Ｍ． Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ）等人提出一種“軟光刻”微加工方法，即在有機(jī)材料上印制、成型出微結(jié)構(gòu)，從而能方便地加工原型器件和專用器件。另外這個(gè)方法還能構(gòu)建出三維微通道結(jié)構(gòu)，并能在更高層次上控制微流體通道表面的分子結(jié)構(gòu)。
噴射技術(shù)是最成熟的微流體技術(shù)，它使用直徑小于１００微米的孔來產(chǎn)生微滴。這項(xiàng)技術(shù)可用于輸運(yùn)微反應(yīng)中的微量試劑，以及將微量ＤＮＡ樣品分發(fā)到載體表面形成微陣列（參見ＤＮＡ芯片制作中的化學(xué)噴射法、壓電噴射原位合成法）。前面提到的集成毛細(xì)管電泳技術(shù)也是近幾年出現(xiàn)的另一項(xiàng)微流體技術(shù)。

表達(dá)譜基因芯片編輯本段回目錄檢測(cè)原理
用不同的熒光染料通過逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)將不同組織或細(xì)胞的mRNA分別標(biāo)記成不同的探針，將探針混合后與芯片上的基因進(jìn)行雜交、洗滌，用特有的熒光波長掃描芯片，得到這些基因在不同組織或細(xì)胞中的表達(dá)譜圖片，再通過計(jì)算機(jī)分析出這些基因在不同組織中表達(dá)差異的重要信息。是基因功能研究的一種重要手段。

應(yīng)用意義
對(duì)來源于不同個(gè)體（正常人與患者）、不同組織、不同細(xì)胞周期、不同發(fā)育階段、不同分化階段、不同病變、不同刺激（包括不同誘導(dǎo)、不同治療階段）下的細(xì)胞內(nèi)的mRNA或逆轉(zhuǎn)錄后產(chǎn)生的cDNA與表達(dá)譜基因芯片進(jìn)行雜交，可以對(duì)這些基因表達(dá)的個(gè)體特異性、組織特異性、發(fā)育階段特異性、分化階段特異性、病變特異性、刺激特異性進(jìn)行綜合的分析和判斷，迅速將某個(gè)或幾個(gè)基因與疾病聯(lián)系起來，極大地加快這些基因功能的確立，同時(shí)進(jìn)一步研究基因與基因間相互作用的關(guān)系。所以，無論何種研究領(lǐng)域，利用表達(dá)譜基因芯片可以獲得大量與研究領(lǐng)域相關(guān)的基因，使研究更具目的性和系統(tǒng)性，同時(shí)也拓寬研究領(lǐng)域。
采用表達(dá)譜基因芯片研究基因表達(dá)與傳統(tǒng)的Northern Blot相比有許多重要的優(yōu)點(diǎn)：
1. 檢測(cè)系統(tǒng)的微型化，對(duì)樣品等需要量非常小
2. 同時(shí)研究上萬個(gè)基因的表達(dá)變化，研究效率明顯提高
3. 能更多地揭示基因之間表達(dá)變化的相互關(guān)系，從而研究基因與基因之間內(nèi)在的作用關(guān)系
4. 檢測(cè)基因表達(dá)變化的靈敏度高，可檢測(cè)豐度相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)的表達(dá)情況
5. 節(jié)約費(fèi)用和時(shí)間

制作技術(shù)
光引導(dǎo)原位合成
原位合成適于制造寡核苷酸和寡肽微點(diǎn)陣芯片，具有合成速度快、相對(duì)成本低、便于規(guī)模化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。照相平板印刷技術(shù)是平板印刷技術(shù)與DNA和多肽固相化學(xué)合成技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，可以在預(yù)設(shè)位點(diǎn)按照預(yù)定的序列方便快捷地合成大量寡核苷酸或多肽分子。在生物芯片研制方面享有盛譽(yù)的美國Affymetrix公司運(yùn)用該技術(shù)制造大規(guī)模集成Genechip。原位合成后的寡核苷酸或多肽分子與玻片共價(jià)連接。它用預(yù)先制作的蔽光板和經(jīng)過修飾的4種堿基，通過光進(jìn)行活化從而以固相方式合成微點(diǎn)陣。合成前，預(yù)先將玻片氨基化，并用光不穩(wěn)定保護(hù)劑將活化的氨基保護(hù)起來。聚合用單體分子一端活化另一端受光敏保護(hù)劑的保護(hù)。選擇適當(dāng)?shù)膿豕獍迨剐枰酆系牟课煌腹猓恍枰l(fā)生聚合的位點(diǎn)蔽光。這樣，光通過擋光板照射到支持物上，受光部分的氨基解保護(hù)，從而與單體分子發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)。每次反應(yīng)在成千上萬個(gè)位點(diǎn)上添加一個(gè)特定的堿基。由于發(fā)生反應(yīng)后的部位依然接受保護(hù)劑的保護(hù)，所以可以通過控制擋光板透光與蔽光圖案以及每次參與反應(yīng)單體分子的種類，就可以實(shí)現(xiàn)在特定位點(diǎn)合成大量預(yù)定序列寡核苷酸或寡肽的目的。由于照相平板印刷技術(shù)每步的合成效率較低（95%），合成30nt的終產(chǎn)率僅為20%，所以該技術(shù)只能合成30nt左右長度的寡核苷酸。在此基礎(chǔ)上，有人將光引導(dǎo)合成技術(shù)與半導(dǎo)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，將每步合成產(chǎn)率提高到99%，但制造工藝復(fù)雜程度增加了許多。所以如何簡便地提高合成產(chǎn)率是光引導(dǎo)原位合成技 術(shù)有待解決的問題。　

打印原位合成
壓電打印原位合成的方式類似于噴墨打印機(jī)，合成原理與傳統(tǒng)的核酸或寡肽固相合成技術(shù)相同。合成過程為：合成前以與光引導(dǎo)原位合成類似的方式對(duì)芯片片基進(jìn)行預(yù)處理，使其帶有反應(yīng)活性基團(tuán)，例如伯氨基。同時(shí)，將合成用前體分子（DNA合成堿基、cDNA和其它分子）放入打印墨盒內(nèi)，由電腦依據(jù)預(yù)定的程序在xyz方向自動(dòng)控制打印噴頭在芯片支持物上移動(dòng)，并根據(jù)芯片不同位點(diǎn)探針序列需要將特定的堿基合成前體試劑（不足納升）噴印到特定位點(diǎn)。噴印上去的試劑即以固相合成原理與該處支持物發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)。由于脫保護(hù)方式為酸去保護(hù)，所以每步延伸的合成產(chǎn)率可以高達(dá)99%，合成的探針長度可以達(dá)到40~50nt。以后每輪偶聯(lián)反應(yīng)依據(jù)同樣的方式將需要連接的分子噴印到預(yù)定位點(diǎn)進(jìn)行后續(xù)的偶聯(lián)反應(yīng)。類似地重復(fù)此操作可以在特定位點(diǎn)按照每個(gè)位點(diǎn)預(yù)定的序列合成出大量的寡核苷酸探針。

點(diǎn)樣法
點(diǎn)樣法在多聚物的設(shè)計(jì)方面與原位合成技術(shù)相似。只是合成工作用傳統(tǒng)的DNA、多肽合成儀或PCR擴(kuò)增或體內(nèi)克隆等方法完成。大量制備好的核酸探針、多肽、蛋白等生物大分子再用特殊的自動(dòng)化微量點(diǎn)樣裝置將其以較高密度互不干擾地印點(diǎn)于經(jīng)過特殊處理的玻片、尼龍膜、硝酸纖維素膜上，并使其與支持物牢固結(jié)合。支持物需預(yù)先經(jīng)過特殊處理，例如多聚賴氨酸或氨基硅烷等。亦可用其它共價(jià)結(jié)合的方法將這些生物大分子牢牢地附著于支持物上。現(xiàn)在已經(jīng)有比較成型的點(diǎn)樣裝置出售，例如美國Biodot公司的“噴印”儀以及Cartesian Technologies公司的Pix-Sys NQ/PA系列“打印”儀。這些自動(dòng)化儀器依據(jù)所配備的“打印”或“噴印”針將生物大分子從多孔板吸出直接“打印”或“噴印”于芯片片基上。“打印”時(shí)針頭與芯片片基表面發(fā)生接觸而“噴印”時(shí)針頭與片基表面保持一定的距離。所以，“打印”儀適宜制作較高密度的微陣列（例如2500點(diǎn)/cm2），“噴印”法由于“噴印”的斑點(diǎn)較大，所以只能形成較低密度的探針陣列，通常400點(diǎn)/cm2。點(diǎn)樣法制作芯片的工藝比較簡單便于掌握、分析設(shè)備易于獲取，適宜用戶按照自己的需要靈活機(jī)動(dòng)地設(shè)計(jì)微點(diǎn)陣，用于科研和實(shí)踐工作。　
目前，除了在生物芯片研制方面享有盛譽(yù)的Affymetrix公司等個(gè)別公司使用原位合成技術(shù)制造芯片外，大多中小型公司普遍采用點(diǎn)樣技術(shù)制作生物芯片。

檢測(cè)和分析
檢測(cè)的原理
熒光標(biāo)記和檢測(cè)是利用熒光標(biāo)記的DNA堿基在不同的波長下吸收和發(fā)射光。在微陣列分析中，多色熒光標(biāo)記可以在一個(gè)分析中同時(shí)對(duì)二個(gè)或多個(gè)生物樣品進(jìn)行多重分析，多重分析能大大地增加基因表達(dá)和突變檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，排除芯片與芯片間的人為因素。熒光為基礎(chǔ)的分析使得利用一些先進(jìn)的數(shù)據(jù)獲得技術(shù)成為可能，包括共聚焦掃描的CCD照相技術(shù)。用于芯片制備的無孔基質(zhì)表面使得芯片檢測(cè)中的生化反應(yīng)大大受益。玻璃基質(zhì)所需的反應(yīng)體積（5-200ul）比傳統(tǒng)的分析要小的多（5-50ml），小反應(yīng)體積降低了試劑的消耗，增加了微陣列分析中核酸的反應(yīng)物的濃度（0.1-1um）,相對(duì)于傳統(tǒng)分析（0.1-4pm）增加100000倍之多，濃度的增加又能加速雜交的速度，從而減少獲得強(qiáng)熒光信號(hào)的時(shí)間，并可用蓋玻片封閉雜交槽進(jìn)行雜交反應(yīng)。 對(duì)于以核酸雜交為原理的檢測(cè)技術(shù)，主要過程為：首先用生物素標(biāo)記經(jīng)擴(kuò)增（也可使用其它放大技術(shù)）的靶序列或樣品然后再與芯片上的大量探針進(jìn)行雜交。用鏈霉親和素(streptavidin)偶聯(lián)的熒光素（常用的熒光素還有l(wèi)assamine 和phycoerythrin）作為顯色物質(zhì)，圖象的分析則用落謝熒光顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡或其它熒光顯微裝置對(duì)片基掃描，由計(jì)算機(jī)收集熒光信號(hào)，并對(duì)每個(gè)點(diǎn)的熒光強(qiáng)度數(shù)字化后進(jìn)行分析。由于完全正常的 Watson-Crick配對(duì)雙鏈要比具有錯(cuò)配(mismatch)堿基的雙鏈分子具有較高的熱力學(xué)穩(wěn)定性，所以，前者的熒光強(qiáng)度要比后者強(qiáng)出5-35%。從這一點(diǎn)來說，該檢測(cè)方法是具有一定特異性的，而且熒光信號(hào)的強(qiáng)度還與樣品中靶分子含量呈一定的線性關(guān)系。

熒光探針
目前用熒光探針作為檢測(cè)信號(hào)的儀器，主要是考慮熒光標(biāo)記所要檢測(cè)的DNA的效率，以及熒光探針本身的發(fā)光效率和光譜特性。
（一）PCR過程中的DNA標(biāo)記 
1.末端標(biāo)記：在引物上標(biāo)記有熒光探針，在DNA擴(kuò)增過程時(shí)，使新形成的DNA鏈末端帶有熒光探針。 
2 .隨機(jī)插入：選擇四種緘機(jī)基，使其中一種或幾種掛有熒光探針，在PCR過程中，帶有熒光探針的堿基和不帶熒光探針的堿基，同時(shí)參與DNA鏈的形成。由于帶有熒光探針的堿基，可能影響PCR的產(chǎn)物，因此，需要調(diào)整熒光標(biāo)記的堿基與未標(biāo)記的堿基比率，以使得PCR產(chǎn)量和帶有熒光探針的堿基在DNA的插入率達(dá)到一個(gè)平衡的水平，使雜交信號(hào)最強(qiáng)。
（二）RNA轉(zhuǎn)錄過程的熒光探針標(biāo)記 
某一種堿基標(biāo)記有熒光，但要求該種堿基標(biāo)記與非標(biāo)記按一定比率混合，以達(dá)到最佳轉(zhuǎn)錄效果。
（三）熒光探針的選擇 　 
主要考慮以下幾個(gè)因素： 　 
熒光探針的激發(fā)和發(fā)射頻譜； 
熒光探針的發(fā)光效率； 　 
熒光探針對(duì)PCR或逆轉(zhuǎn)錄效率的影響；
不同熒光探針的發(fā)射光譜是否有重疊。
常用的熒光探針：FITC，CY-3，ALEAX488，CY-5，ALEAX564

聚焦掃描和CCD掃描儀
一旦熒光標(biāo)記樣品和微陣列反應(yīng)后，未結(jié)合的成分就可洗去，結(jié)合到芯片的樣品可通過熒光檢測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)。聚焦掃描儀和CCD相機(jī)均已成功地應(yīng)用于芯片的檢測(cè)。聚焦掃描主要是利用玻璃基質(zhì)小區(qū)域（約100um2）的激光發(fā)曬透鏡（或兩者）使整個(gè)影像聚集，每個(gè)位點(diǎn)上帶熒光的樣品發(fā)射的光通過一系列的反光鏡，光片和晶體后與不要的光分開，然后被光電倍增管（或一種類似的裝置）轉(zhuǎn)換成一種電信號(hào)。聚焦掃描聚焦數(shù)據(jù)的速度（1-5min）要比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的放射自顯影快的多（1-10天），快速的熒光檢測(cè)技術(shù)是芯片檢測(cè)技術(shù)的一次革命。CCD相機(jī)利用許多與聚焦掃描儀相同的原理聚焦熒光影像。

生化反應(yīng)
雜交反應(yīng)概述
該過程指將從生物樣品分離到的蛋白、DNA或RNA樣品與生物芯片進(jìn)行反應(yīng)，從固定于芯片的探針陣列得到樣品的序列信息。由于玻片本身的熒光本底很低，所以可用熒光標(biāo)記的方法來對(duì)生物芯片實(shí)施檢測(cè)和分析，同時(shí)具有快速、精確和安全等優(yōu)點(diǎn)。而且，還可用多個(gè)熒光素進(jìn)行標(biāo)記以實(shí)現(xiàn)一次性分析多個(gè)生物樣品。玻片作為支持物還可使反應(yīng)體積縮小到5-200μl，而通常的雜交反應(yīng)體積為5-50ml。這樣一方面節(jié)約了試劑，同時(shí)還可以提高反應(yīng)試劑的有效濃度(0.1-1μM)，是常規(guī)檢測(cè)(0.4-4pM)的一萬倍。因此促進(jìn)了雜交速度減少了雜交時(shí)間，并可取得較強(qiáng)的熒光信號(hào)。 

核酸樣品
RNA樣品通常需要首先逆轉(zhuǎn)錄成cDNA并進(jìn)行標(biāo)記后才可進(jìn)行檢測(cè)。目前，由于檢測(cè)靈敏度所限，尚難以普通探針對(duì)極少量的核酸分子進(jìn)行雜交和檢測(cè)，所以需要對(duì)樣品或后續(xù)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯蟆６鄶?shù)方法需要在標(biāo)記和分析前對(duì)樣品進(jìn)行適當(dāng)程度的擴(kuò)增，例如通過PCR方法，以使樣品核酸的拷貝數(shù)有所提高達(dá)到檢測(cè)的靈敏度。但用DNA?**進(jìn)行檢測(cè)分析時(shí)需要對(duì)樣品大量的DN***段進(jìn)行擴(kuò)增和標(biāo)記,所以需要同時(shí)對(duì)樣品核酸分子大量的區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)增，這是一項(xiàng)工作量非常巨大的工作。順應(yīng)這一要求出現(xiàn)了許多解決辦法，并在不同程度上減輕了工作量。例如，Mosaic Technologies公司引入的固相PCR方法，將多對(duì)引物固定于支持物上（其位置和序列信息預(yù)定），以類似于原位PCR的方式一次性對(duì)樣品多個(gè)片段進(jìn)行擴(kuò)增和放大，而且不會(huì)由于引物種類過多而出現(xiàn)相互間的競爭和抑制（這種情況曾出現(xiàn)于多重PCR中）。引物具有較強(qiáng)的特異性，擴(kuò)增反應(yīng)也不存在交叉污染，因而省略了處理常規(guī)多重和多個(gè)PCR反應(yīng)的繁瑣工作。再如，Lynx Therapeutics公司引入的大規(guī)模并行克隆（massively parallel solid-phase cloning），可在一個(gè)樣品中同時(shí)對(duì)數(shù)以萬計(jì)的DN***段進(jìn)行克隆，且無需單獨(dú)處理和分離每個(gè)克隆。 
除了檢測(cè)前對(duì)樣品分子的放大外，通常仍需要有高靈敏度的檢測(cè)設(shè)備來采集、處理和解析生物信息。但，亦有不經(jīng)過對(duì)樣品的擴(kuò)增和放大而直接應(yīng)用特殊處理的探針，例如分支探針技術(shù)，而達(dá)到較高的檢測(cè)靈敏度水平。這種方法的原理是，設(shè)計(jì)具有龐大分支結(jié)構(gòu)的分支核苷酸探針，分支末端以酶標(biāo)記。這樣，經(jīng)過分支核苷酸與酶的雙重放大作用而將標(biāo)本雜交時(shí)極弱的信號(hào)轉(zhuǎn)換為較強(qiáng)的化學(xué)信號(hào)。該技術(shù)比較成功的例子就是HCV與HBV的檢測(cè)。它的最大優(yōu)點(diǎn)在于其操作簡便，具有較高的靈敏度，同時(shí)也可以保證檢測(cè)結(jié)果的特異性[2]。當(dāng)然，由于不同檢測(cè)方式的靈敏度不同對(duì)于樣品的處理和擴(kuò)增情況的要求亦有所不同，具體的處理和放大方法仍需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。 

蛋白及其它生物樣品
同樣，基于生物大分子相互作用原理的生物芯片在檢測(cè)時(shí)生物樣品的處理遵循相似的方式，即信號(hào)的放大和樣品的標(biāo)記。例如，蛋白芯片在進(jìn)行檢測(cè)和分析時(shí)，可以將待分析的蛋白樣品用熒光素或其它物質(zhì)進(jìn)行標(biāo)記，然后與生物芯片上的生物大分子進(jìn)行相互作用，最后依據(jù)標(biāo)記物質(zhì)的不同采取相應(yīng)的檢測(cè)方式采集和分析樣品和芯片上生物大分子相互作用的結(jié)果。對(duì)與非核酸類的生物大分子，存在的問題是有時(shí)不便于對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)增和放大，因?yàn)槠渌锎蠓肿拥慕Y(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜不能進(jìn)行簡便的克隆或擴(kuò)增。所以，這就向檢測(cè)的靈敏度提出了更高的要求。其它生物大分子的檢測(cè)和分析類似與蛋白分子。例如核酸與蛋白的相互作用，配體間的相互作用，糖與蛋白的相互作用等。

抗體芯片編輯本段回目錄蛋白質(zhì)是一切生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，受基因表達(dá)的調(diào)控，因而以檢測(cè)樣品中的mRNA為基礎(chǔ)的cDNA?**是當(dāng)今研究中倍受關(guān)注的研究手段。但是，由于存在著轉(zhuǎn)錄后加工、翻譯調(diào)控以及翻譯后加工等多種調(diào)節(jié)機(jī)制，基因的表達(dá)，或者說mRNA的水平并不必然代表蛋白質(zhì)產(chǎn)物的水平。因此，以微陣列技術(shù)對(duì)生物樣品作整體蛋白質(zhì)表達(dá)分析的蛋白芯片在后基因組時(shí)代越來越受重視。抗體芯片（Antibody Microarray，抗體微陣列），是蛋白質(zhì)芯片的一種，是檢測(cè)生物樣品中蛋白表達(dá)模式的新方法。這種新技術(shù)使得研究人員可以在一次實(shí)驗(yàn)中比較生物樣品中成百上千的蛋白質(zhì)的相對(duì)豐度，將極大促進(jìn)蛋白質(zhì)組目前的研究狀況——因?yàn)橐袁F(xiàn)有的技術(shù)中對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行這種復(fù)雜的分析是非常困難的。
Clontech公司第一代的抗體芯片Ab Microarray 380（Cat.No.K1847-1）包含固定在玻璃片基上的378種已知蛋白質(zhì)的單克隆抗體，可以在一次簡單實(shí)驗(yàn)中同時(shí)檢測(cè)樣品中的378種蛋白質(zhì)的表達(dá)情況，并且可以在一張芯片上對(duì)兩種樣品的表達(dá)模式進(jìn)行比較分析。這使得抗體芯片在毒性實(shí)驗(yàn)、疾病研究和藥物開發(fā)上有廣泛的應(yīng)用前景。Ab Microarray 380芯片上每個(gè)抗體都是并列雙點(diǎn)以增加結(jié)果的可靠性，抗體針對(duì)廣泛的胞內(nèi)蛋白和膜結(jié)合蛋白，已知參與信號(hào)傳導(dǎo)、癌癥、細(xì)胞周期調(diào)控、細(xì)胞結(jié)構(gòu)、凋亡和神經(jīng)生物學(xué)等廣泛的生物功能，因而可以用于檢測(cè)某一特定的生理或病理過程相關(guān)蛋白的表達(dá)模式。盡管抗原來自人，但很多抗體可以識(shí)別小鼠或大鼠的樣品。詳細(xì)的資料可以上網(wǎng)查詢。
芯片上抗體的選擇不但根據(jù)其特異性，也根據(jù)抗體的結(jié)合親和力，在驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中特異性低、交叉反應(yīng)高、或者信號(hào)強(qiáng)度低的抗體都被排除，另外所有抗體都經(jīng)過檢驗(yàn)保證得到的信號(hào)與抗原濃度有良好的線性相關(guān)，那些沒有良好的線性劑量關(guān)系的抗體都被排除。因此抗體芯片能夠檢測(cè)到樣品中很低的pg/ml濃度的抗原。第一代的蛋白芯片和DNA?**一樣是作為一種定性分析的工具，可用于分析樣品之間相關(guān)蛋白的相對(duì)表達(dá)豐度；還可以作為DNA?**的補(bǔ)充，用于研究蛋白和基因表達(dá)之間的關(guān)系。

操作流程
抗體芯片并不要求特殊的技能，只要一般常規(guī)的操作就可以完成以往極為復(fù)雜耗時(shí)的工作。整個(gè)操作流程包括：從50—200mg組織或細(xì)胞、體液中進(jìn)行蛋白質(zhì)抽提——用Cy5和Cy3兩種不同顏色的熒光分子分別標(biāo)記兩個(gè)樣品——洗去多余的標(biāo)記分子——與芯片雜交孵育——掃描分析結(jié)果。整個(gè)過程從樣品制備到結(jié)果分析只要一天即可完成，你只要準(zhǔn)備好樣品、熒光染料、脫鹽純化柱（處理體液樣品時(shí)用）和熒光掃描儀，其他的試劑全部由試劑盒提供。

優(yōu)化的試劑
隨芯片試劑盒提供的蛋白抽提/標(biāo)記緩沖液，是專門為抗體芯片而設(shè)計(jì)的，非常溫和的去垢劑在能高效抽提膜結(jié)合蛋白（相比SDS煮沸法能抽提95%以上的蛋白）的同時(shí)能保持蛋白的天然活性（非變性條件），這樣能夠保證抽提的蛋白的溶解性和代表性，保證以后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性，和原始材料的一致性。
內(nèi)源標(biāo)準(zhǔn)化信噪比(Internally Normalized Ratio)
根據(jù)操作手冊(cè)進(jìn)行內(nèi)源標(biāo)準(zhǔn)化處理可以得到一個(gè)內(nèi)源標(biāo)準(zhǔn)化信噪比（INR），內(nèi)源標(biāo)準(zhǔn)化處理是指對(duì)兩個(gè)樣品（A、B）中分別用兩種熒光標(biāo)記分子（Cy3和Cy5）標(biāo)記，并交叉與芯片雜交（見圖，A-Cy5和B-Cy3一組,A-Cy3和B-Cy5一組分別和芯片雜交），可以作為消除抗原—抗體結(jié)合效率差異的對(duì)照，也可以消除潛在的不同熒光分子的標(biāo)記效率差異。假如Cy5標(biāo)記效率高于Cy3，單純一個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果就會(huì)有偏差（Cy5標(biāo)記的樣品信號(hào)偏高），用這種雙向交叉反應(yīng)就可以消除這種偏差。兩芯片雜交結(jié)果分別得到兩組Ratio值，通過免費(fèi)下載的工具就可以自動(dòng)算出每個(gè)抗體抗原的INR值，這就代表在兩個(gè)樣品間某個(gè)蛋白的相對(duì)豐度。這種內(nèi)源標(biāo)準(zhǔn)化處理可以大大減小樣品分析的偏差。
抗體芯片檢測(cè)的結(jié)果不是蛋白的絕對(duì)含量而是378個(gè)目的蛋白在兩個(gè)樣品之間的相對(duì)豐度。值得注意的是由于抗體抗原結(jié)合的差異、標(biāo)記差異等原因，根據(jù)芯片結(jié)果信號(hào)的強(qiáng)弱判斷同一樣品中兩種不同蛋白的多少是不恰當(dāng)?shù)摹?/p>

蛋白芯片技術(shù)編輯本段回目錄    蛋白芯片技術(shù)的基本原理是將各種蛋白質(zhì)有序地固定于滴定板、濾膜和載玻片等各種載體上成為檢測(cè)用的芯片，然后，用標(biāo)記了特定熒光抗菌素體的蛋白質(zhì)或其他成分與芯片作用，經(jīng)漂洗將未能與芯片上的蛋白質(zhì)互補(bǔ)結(jié)合的成分洗去，再利用熒光掃描儀或激光共聚焦掃描技術(shù)，測(cè)定芯片上各點(diǎn)的熒光強(qiáng)度，通過熒光強(qiáng)度分析蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間相互作用的關(guān)系，由此達(dá)到測(cè)定各種蛋白質(zhì)功能的目的。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，首先必須通過一定的方法將蛋白質(zhì)固定于合適的載體上，同時(shí)能夠維持蛋白質(zhì)天然構(gòu)象，也就是必須防止其變性以維持其原有特定的生物活性。另外，由于生物細(xì)胞中蛋白質(zhì)的多樣性和功能的復(fù)雜性，開發(fā)和建立具有多樣品并行處理能力、能夠進(jìn)行快速分析的高通量蛋白芯處技術(shù)將有利于簡化和加快蛋白質(zhì)功能研究的進(jìn)展。

蛋白芯片技術(shù)的研究現(xiàn)狀

    在多年的蛋白芯片技術(shù)的研究過程中，研究者為了尋找合適的物質(zhì)作為蛋白的載體進(jìn)行了不懈的探索。例如日本學(xué)者Velev利用含有陽離子表面活性劑（HTAB）脂質(zhì)體作為載體，通過戊二醛作用使其與一種鐵蛋白包裹外殼的成分結(jié)合組裝制備成為一種納米水平的裝配體，這種裝配體可以在適當(dāng)?shù)膒H條件下，使鐵蛋白分子進(jìn)入并固定于包裹外殼內(nèi)面，形成蛋白質(zhì)的載體。Adachi等利用某些固體表面或薄膜覆蓋上含有電解質(zhì)的薄膜作為載體，可以將膠體蛋白質(zhì)顆粒成分轉(zhuǎn)移至薄膜上形成蛋白芯片。Uetz等在分析啤酒酵母基因組序列全長度閱讀框架編碼各種蛋白質(zhì)的相互作用的過程，使用不同孔數(shù)的平板作為載體，建立了約含有6000個(gè)酵母轉(zhuǎn)化株組成的平板蛋白芯片系統(tǒng)，平板上的每一個(gè)小孔中含有一個(gè)酵母轉(zhuǎn)化株，可以根據(jù)其活性功能區(qū)開放閱讀框架的編碼表達(dá)生成一種蛋白質(zhì)，利用這個(gè)系統(tǒng)可以用于蛋白質(zhì)功能的檢測(cè)和分析。Arenkov等利用聚丙烯酰胺凝膠板作為支持物，將蛋白樣品置于凝膠上，然后經(jīng)過電泳分離，使其成為蛋白的陣列用于進(jìn)一步的研究。最近，哈佛大學(xué)蛋白芯片研究中心Gavin等利用制備DNA?**的高精密度機(jī)械手的針狀點(diǎn)樣槍頭在只有顯微鏡載玻片一半大小的玻片上，制備了第一張含有樣品點(diǎn)數(shù)為10800的蛋白芯片。這張芯片用已純化的蛋白，G按每點(diǎn)為1納升的點(diǎn)樣量點(diǎn)樣10799次，另一次用FRB(FK-BR12-rapamycin binding domain of FKBP-rapamycin-associated protein)點(diǎn)樣。為了確保不同分子量 的點(diǎn)樣蛋白質(zhì)都能夠被固定在玻片上，他們首先在玻片表面涂上BSA,然后使用N,N’-二琥珀酰胺碳酸（N,N,-disuccinimidyl carbonate）激活BSA表面的賴氨酸、天冬氨酸和谷氨酸殘基成為BSA-NHS玻片，其作用是促進(jìn)BSA與點(diǎn)樣蛋白質(zhì)的結(jié)合而使蛋白質(zhì)被固定于玻片上。在制備芯片過程中，為了保證被固定在載體上的蛋白質(zhì)依然保持天然的構(gòu)象和生物學(xué)活性，他們?cè)诘鞍踪|(zhì)點(diǎn)樣的磷酸鹽緩沖液中加入40%的甘油，以防止因體的蒸發(fā)而造成的蛋白質(zhì)變性。點(diǎn)樣后再經(jīng)3h的溫浴并將零片浸泡于含有小牛血清蛋白（BSA）的緩沖液中，使芯片表面含有一層小牛血清蛋白，用于封閉與其他蛋白質(zhì)產(chǎn)生非特異性結(jié)合的部位及在表面未參加反應(yīng)的醛基。為了檢測(cè)芯片的應(yīng)用，他們用不同熒光抗體分別標(biāo)記能與蛋白G和FRB特異結(jié)合的IgG和FKBP12（12Kd FK506-binding protein）并作用于蛋白芯片，觀察這些蛋白質(zhì)與蛋白芯片的相互作用，其結(jié)果清晰地顯示芯片上的蛋白G和單一的FRB點(diǎn)樣分別被標(biāo)上藍(lán)色和紅色熒光。該實(shí)驗(yàn)研究建立了蛋白質(zhì)樣品微量點(diǎn)樣技術(shù)并使蛋白質(zhì)固定于載體上時(shí)能夠保留原有的構(gòu)象和生物學(xué)活性，這將為今后對(duì)蛋白質(zhì)多樣品的并行研究或快速分析——為制備高通量功能檢測(cè)的蛋白芯片奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

蛋白芯片的應(yīng)用研究

    目前，學(xué)者們正在開展有關(guān)蛋白芯片技術(shù)應(yīng)用的研究，Holt等利用蛋白芯片技術(shù)篩選能夠相互結(jié)合的特異抗體抗原成分，他們利用12種表達(dá)較強(qiáng)但尚未接觸任何抗原的抗體片段篩選含有27648種人胎腦蛋白的蛋白芯片，從中找出了4組高度特異性的抗原（蛋白）-抗體復(fù)合物，其中有3種抗體結(jié)合的蛋白質(zhì)功能未明，但是由于表達(dá)水平都較低，說明這種抗原-抗體的結(jié)合技術(shù)是一種具有較高特異性和敏感性的篩選方法，可以用于高通量篩選分離各種不同的抗體成分，或檢測(cè)基因的表達(dá)和蛋白分子間的相互作用，這將有助于對(duì)某些疾病（包括腫瘤）的發(fā)病分子機(jī)理的研究，以及協(xié)助尋找疾病診斷和治療的靶分子。根據(jù)蛋白芯片技術(shù)的基本原理，可以將不同的抗體固定于載體上成為抗體蛋白芯片，用于檢測(cè)不同組織產(chǎn)生的蛋白質(zhì)。
Ge在蛋白質(zhì)的相互作用的研究中，采用了一種通用的蛋白質(zhì)芯片系統(tǒng)，該系統(tǒng)敏感有效，用途廣泛，可定量測(cè)定及重復(fù)使用，而且操作簡易。
Gavin等應(yīng)用蛋白芯片技術(shù)觀察代謝過程有關(guān)作用物和酶的相互作用關(guān)系。他們選擇三對(duì)沒的激酶-作用物系統(tǒng)，即依賴3’，5’-磷酸蛋白激酶-Kemptide; 酷蛋白激酶Ⅱ-蛋白質(zhì)磷酸酶抑制因子2和p42促有絲分裂劑激活蛋白（MAP）激酶（ErK2）-E1K1,首先將各系統(tǒng)的作用物按順序固定于三張BSA-NHS玻片上，分別在有同位素γ-33P ATP的環(huán)境中，與不同蛋白激酶溫浴，然后，玻片經(jīng)用乳劑處理后可在光鏡下觀察到各種蛋白激酶催化特異的作用物產(chǎn)生磷酸化反應(yīng)。其結(jié)果提示蛋白芯片技術(shù)可以應(yīng)用于作用物與酶相互作用的研究及代謝機(jī)制的分析。
Gavin等還在蛋白芯片技術(shù)研究過程通過DIG、生物素和合成的六氫吡喧酮胺（即AP1497）等三種具有對(duì)應(yīng)的蛋白受體的小分子特質(zhì)，研究蛋白的受體蛋白按順序固定的相互作用。他們首先將三種小分子物質(zhì)的受體蛋白按順序固定于同一載體上并制備成為相同的四張蛋白芯片，將BSA分別用沒的熒光物質(zhì)（Alexa488、Cy3，或Cy5）標(biāo)記，并分與DIC、生物素和AP1497三種小分子物質(zhì)結(jié)合成為探針，用每一種具有不同熒光標(biāo)記的探針作用地芯片，結(jié)果只能有能與小分子對(duì)應(yīng)的受體蛋白被標(biāo)上熒光。上述結(jié)果說明使用的熒光劑之間沒有交叉的熒光激發(fā)和發(fā)光作用，因此，將三種標(biāo)記探針混合后作用于蛋白芯片，則可使三種不同的受體蛋白同時(shí)標(biāo)記上不同的熒光。研究結(jié)果提示蛋白芯片技術(shù)對(duì)于新藥的發(fā)掘是十分有用的，因?yàn)樗鼘?duì)尋找新藥作用的靶點(diǎn)非常方便。

主動(dòng)式生物芯片編輯本段回目錄微流路芯片（microfluidic chip）編輯本段回目錄這是一種通道型的主動(dòng)式生物芯片，也是目前研究得最多的一類。利用微加工技術(shù)和MEMS技術(shù)可以在基片上刻蝕出各種微通道或流路以及反應(yīng)池等，用一定的外力或場驅(qū)動(dòng)樣品或反應(yīng)溶液在其中流動(dòng)，并制作出微泵、微閥等結(jié)構(gòu)器件以控制液體的流量和方向，將可以實(shí)現(xiàn)將生化反應(yīng)的若干個(gè)步驟的集成，從而使生物芯片技術(shù)向縮微芯片實(shí)驗(yàn)室發(fā)展。 
但是要將生化分析的全部復(fù)雜步驟都集成在一塊芯片上并不是一件簡單的事。目前問世的都是一些功能較簡單或單一的微流路芯片，包括毛細(xì)管電泳芯片、PCR反應(yīng)芯片等。Burns等1998年研制的集成納升分析芯片融化了多項(xiàng)技術(shù)，具有較高智能度和集成度。該裝置大小為47mm×5mm×1mm，采用標(biāo)準(zhǔn)光刻蝕和微細(xì)加工工藝，在硅基片上構(gòu)建顯微通道及各種復(fù)雜裝置，在計(jì)算機(jī)控制下，由芯片外微空氣泵驅(qū)動(dòng)栽有反應(yīng)物、緩沖液及DNA樣品的納升級(jí)小液滴——“微射流”在整個(gè)芯片上流動(dòng)。通道中的疏水微區(qū)可把小液滴隔開，而埋有聚丙烯基質(zhì)的區(qū)域可進(jìn)行原位電泳，用裂解液釋放細(xì)胞中的DNA后，混合物注入反應(yīng)室，其中的一塊玻璃墻靠電荷相互作用，吸附樣品中的核酸，經(jīng)清洗、重溶后流到擴(kuò)增室，由微加熱器提供溫度循環(huán)進(jìn)行擴(kuò)增，然后把DNA轉(zhuǎn)錄承RNA并帶上熒光標(biāo)記，送到DNA微陣列進(jìn)行雜交。
Jacobson等則在進(jìn)行一種毛細(xì)管電層析芯片的研究。他們用光刻蝕技術(shù)在玻片上制備5.6μm寬66μm的通道，表面以十八硅烷修飾后做固定相，用電滲流轉(zhuǎn)運(yùn)流動(dòng)相。Regnier等用深度活性離子刻蝕法，在石英表面原位刻蝕出單片顆粒狀支持結(jié)構(gòu)陣列，以替代常規(guī)層析柱中的微粒，移動(dòng)相通過電滲流在1.5μm寬的通道上轉(zhuǎn)運(yùn)。?

生物電子芯片(bioelectronic chip)編輯本段回目錄
由常規(guī)分子微陣列構(gòu)成的芯片，探針與靶分子被動(dòng)雜交，反應(yīng)速率受分子擴(kuò)散限制，故有學(xué)者設(shè)想構(gòu)建微電極陣列，利用電場增強(qiáng)雜交。Sosnowski等采用微電子工藝，在熱氧化惰性處理的硅片基上構(gòu)建了25個(gè)半徑40μm的Pt-Si3N4電極陣列，并在電極上蝕刻出樣品池，其上覆蓋帶有鏈霉親和素的瓊脂糖凝膠滲透層。在電場作用下，生物素標(biāo)記的探針被運(yùn)轉(zhuǎn)到特定的電極上與目的片段雜交，達(dá)到了能檢測(cè)單堿基錯(cuò)配的分辨率。這種雜交不僅反應(yīng)速度快，通過改變電場強(qiáng)度還可以控制分子結(jié)合的強(qiáng)度。 
更重要的是，還可在此類芯片上直接制備雜交樣品，克服了常規(guī)分子微陣列芯片的制樣困難。通過在硅片上制作一系列各種排列的金屬電極和在這些電極上施加高頻電場就可在不同的細(xì)胞內(nèi)感應(yīng)出偶極，而偶極的出現(xiàn)又反過來使不同的細(xì)胞要么承受正介電力，要么承受負(fù)介電力，從而能夠使他們從各種不同的液體樣品中分離出來。1998年，Nanogen公司研制了采用上述介電電泳原理將大腸桿菌從含有人體血細(xì)胞的混合物中分離出來的生物電子芯片，同時(shí)此芯片在蛋白酶消化作用下完成對(duì)細(xì)胞的胞解作用。處理后的大腸桿菌中的DNA或RNA經(jīng)電尋址導(dǎo)向式雜交在另一塊芯片上完成雜交分析。
這類芯片發(fā)展迅速。1999年，Gilles等在硅片上蝕刻出電子回路和電極構(gòu)成芯片，經(jīng)擴(kuò)增的病人DNA樣品在芯片上轉(zhuǎn)運(yùn)、濃縮并吸附到特定電極上形成陣列，并與熒光標(biāo)記的探針雜交，快速精確地區(qū)分了人甘露糖結(jié)合蛋白質(zhì)基因中復(fù)雜的四等位單核苷酸多態(tài)性，并把該方法成為電子點(diǎn)雜交。而最近，一種將微電極陣列、微流路和電泳技術(shù)結(jié)合起來的三維疊層芯片已經(jīng)在Nanogen公司問世。它與該公司的另一類電尋址探針陣列芯片連接起來，可構(gòu)成完整的微型實(shí)驗(yàn)室分析系統(tǒng)。?

電磁式生物芯片編輯本段回目錄這是以清華大學(xué)程京教授為首的我國科學(xué)家首創(chuàng)的一類主動(dòng)式生物芯片。它主要是利用外加磁場的作用，通過改變電磁力來改變芯片中DNA或者蛋白質(zhì)分子的流向和流速，達(dá)到分離的目的。此外這種芯片還有效地將電場和磁場的作用結(jié)合在一起，通過計(jì)算機(jī)可控制芯片上任意一點(diǎn)發(fā)生的生化反應(yīng)，具有分析靈敏度高、樣品分析時(shí)間大為縮短等特點(diǎn)。其中，可單點(diǎn)選通的電磁陣列技術(shù)、電旋轉(zhuǎn)檢測(cè)技術(shù)等均為世界首創(chuàng)。

生物芯片的應(yīng)用編輯本段回目錄基因表達(dá)水平的檢測(cè)

    用基因芯片進(jìn)行的表達(dá)水平檢測(cè)可自動(dòng)、快速地檢測(cè)出成千上萬個(gè)基因的表達(dá)情況。Schena等采用擬南芥基因組內(nèi)共45個(gè)基因的cDNA微陣列（其中14個(gè)為完全序列，31個(gè)為EST），檢測(cè)該植物的根、葉組織內(nèi)這些基因的表達(dá)水平，用不同顏色的熒光素標(biāo)記逆轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物后分別與該微陣列雜交，經(jīng)激光共聚焦顯微掃描，發(fā)現(xiàn)該植物根和葉組織中存在26個(gè)基因的表達(dá)差異，而參與葉綠素合成的CAB1基因在葉組織較根組織表達(dá)高500倍。Schena等用人外周血淋巴細(xì)胞的cDNA文庫構(gòu)建一個(gè)代表1046個(gè)基因的cDNA微陣列，來檢測(cè)體外培養(yǎng)的T細(xì)胞對(duì)熱休克反應(yīng)后不同基因表達(dá)的差異，發(fā)現(xiàn)有5個(gè)基因在處理后存在非常明顯的高表達(dá)，11個(gè)基因中度表達(dá)增加和6個(gè)基因表達(dá)明顯抑制。該結(jié)果還用熒光素交換標(biāo)記對(duì)照和處理組及RNA印跡方法證實(shí)。在HGP完成之后，用于檢測(cè)在不同生理、病理?xiàng)l件下的人類所有基因表達(dá)變化的基因組芯片為期不遠(yuǎn)了。 　

基因診斷

   從正常人的基因組中分離出DNA與DNA?**雜交就可以得出標(biāo)準(zhǔn)圖譜。從病人的基因組中分離出DNA與DNA?**雜交就可以得出病變圖譜。通過比較、分析這兩種圖譜，就可以得出病變的DNA信息。這種基因芯片診斷技術(shù)以其快速、高效、敏感、經(jīng)濟(jì)、平行化、自動(dòng)化等特點(diǎn)，將成為一項(xiàng)現(xiàn)代化診斷新技術(shù)。例如Affymetrix公司，把P53基因全長序列和已知突變的探針集成在芯片上，制成P53基因芯片，將在癌癥早期診斷中發(fā)揮作用。又如，Heller等構(gòu)建了96個(gè)基因的cDNA微陣，用于檢測(cè)分析風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎（RA）相關(guān)的基因，以探討DNA?**在感染性疾病診斷方面的應(yīng)用。現(xiàn)在，肝炎病毒檢測(cè)診斷芯片、結(jié)核桿菌耐藥性檢測(cè)芯片、多種惡性腫瘤相關(guān)病毒基因芯片等一系列診斷芯片逐步開始進(jìn)入市場。基因診斷是基因芯片中最具有商業(yè)化價(jià)值的應(yīng)用。

藥物篩選
如何分離和鑒定藥的有效成份是目前中藥產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)的西藥開發(fā)遇到的重大障礙，基因芯片技術(shù)是解決這一障礙的有效手段，它能夠大規(guī)模地篩選、通用性強(qiáng)，能夠從基因水平解釋藥物的作用機(jī)理，即可以利用基因芯片分析用藥前后機(jī)體的不同組織、器官基因表達(dá)的差異。如果再c DNA表達(dá)文庫得到的肽庫制作肽芯片，則可以從眾多的藥物成分中篩選到起作用的部分物質(zhì)。還有，利用RNA、單鏈DNA有很大的柔性，能形成復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，更有利與靶分子相結(jié)合，可將核酸庫中的RNA或單鏈DNA固定在芯片上，然后與靶蛋白孵育，形成蛋白質(zhì)-RNA或蛋白質(zhì)-DNA復(fù)合物，可以篩選特異的藥物蛋白或核酸，因此芯片技術(shù)和RNA庫的結(jié)合在藥物篩選中將得到廣泛應(yīng)用。在尋找HIV藥物中，Jellis等用組合化學(xué)合成及DNA?**技術(shù)篩選了654536種硫代磷酸八聚核苷酸，并從中確定了具有XXG4XX樣結(jié)構(gòu)的抑制物，實(shí)驗(yàn)表明，這種篩選物對(duì)HIV感染細(xì)胞有明顯阻斷作用。生物芯片技術(shù)使得藥物篩選，靶基因鑒別和新藥測(cè)試的速度大大提高，成本大大降低。基因芯片藥物篩選技術(shù)工作目前剛剛起步，美國很多制藥公司已開始前期工作，即正在建立表達(dá)譜數(shù)據(jù)庫，從而為藥物篩選提供各種靶基因及分析手段。這一技術(shù)具有很大的潛在應(yīng)用價(jià)值。

個(gè)體化醫(yī)療

    臨床上，同樣藥物的劑量對(duì)病人甲有效可能對(duì)病人乙不起作用，而對(duì)病人丙則可能有副作用。在藥物療效與副作用方面，病人的反應(yīng)差異很大。這主要是由于病人遺傳學(xué)上存在差異（單核苷酸多態(tài)性，SNP），導(dǎo)致對(duì)藥物產(chǎn)生不同的反應(yīng)。例如細(xì)胞色素P450酶與大約25%廣泛使用的藥物的代謝有關(guān)，如果病人該酶的基因發(fā)生突變就會(huì)對(duì)降壓藥異喹胍產(chǎn)生明顯的副作用，大約5%~10%的高加索人缺乏該酶基因的活性。現(xiàn)已弄清楚這類基因存在廣泛變異，這些變異除對(duì)藥物產(chǎn)生不同反應(yīng)外，還與易犯各種疾病如腫瘤、自身免疫病和帕金森病有關(guān)。如果利用基因芯片技術(shù)對(duì)患者先進(jìn)行診斷，再開處方，就可對(duì)病人實(shí)施個(gè)體優(yōu)化治療。另一方面，在治療中，很多同種疾病的具體病因是因人而異的，用藥也應(yīng)因人而異。例如乙肝有較多亞型，HBV基因的多個(gè)位點(diǎn)如S、P及C基因區(qū)易發(fā)生變異。若用乙肝病毒基因多態(tài)性檢測(cè)芯片每隔一段時(shí)間就檢測(cè)一次，這對(duì)指導(dǎo)用藥防止乙肝病毒耐藥性很有意義。又如，現(xiàn)用于治療AIDS的藥物主要是病毒逆轉(zhuǎn)錄酶RT和蛋白酶PRO的抑制劑，但在用藥3-12月后常出現(xiàn)耐藥，其原因是rt、pro基因產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)突變。Rt基因四個(gè)常見突變位點(diǎn)是Asp67→Asn、Lys70→Arg、Thr215→Phe、Tyr和Lys219→Glu,四個(gè)位點(diǎn)均突變較單一位點(diǎn)突變后對(duì)藥物的耐受能力成百倍增加。如將這些基因突變部位的全部序列構(gòu)建為DNA?**，則可快速地檢測(cè)病人是這一個(gè)或那一個(gè)或多個(gè)基因發(fā)生突變，從而可對(duì)癥下藥，所以對(duì)指導(dǎo)治療和預(yù)后有很大的意義。

測(cè)序             
基因芯片利用固定探針與樣品進(jìn)行分子雜交產(chǎn)生的雜交圖譜而排列出待測(cè)樣品的序列，這種測(cè)定方法快速而具有十分誘人的前景。Mark chee等用含135000個(gè)寡核苷酸探針的陣列測(cè)定了全長為16.6kb的人線粒體基因組序列，準(zhǔn)確率達(dá)99%。Hacia等用含有48000個(gè)寡核苷酸的高密度微陣列分析了黑猩猩和人BRCA1基因序列差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在外顯子11約3.4kb長度范圍內(nèi)的核酸序列同源性在98.2%到83.5%之間，提示了二者在進(jìn)化上的高度相似性。據(jù)未經(jīng)證實(shí)的報(bào)道，去年有一種不成熟的生物芯片在15分鐘內(nèi)完成了1．6萬個(gè)堿基對(duì)的測(cè)定，96個(gè)這樣的生物芯片的平行工作，就相當(dāng)于每天1．47億個(gè)堿基對(duì)的分析能力！

生物信息學(xué)研究
人類基因組計(jì)劃（HGP）是人類為了認(rèn)識(shí)自己而進(jìn)行的一項(xiàng)偉大而影響深遠(yuǎn)的研究計(jì)劃。目前的問題是面對(duì)大量的基因或基因片斷序列如何研究其功能，只有知道其功能才能真正體現(xiàn)HGP計(jì)劃的價(jià)值--破譯人類基因這部天書。后基因組計(jì)劃、蛋白組計(jì)劃、疾病基因組計(jì)劃等概念就是為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)而提出的。基因的功能并不獨(dú)立的,一個(gè)基因表達(dá)的上調(diào)或者下調(diào)往往會(huì)影響上游和下游幾個(gè)基因表達(dá)狀態(tài)的改變，從而進(jìn)一步引起和這幾個(gè)基因相關(guān)的更多基因的表達(dá)模式的改變。基因之間的這種復(fù)雜的相互作用組成了一張交錯(cuò)復(fù)雜的立體的關(guān)系網(wǎng)。像過去那樣孤立的理解某個(gè)基因的功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了，需要我們站在更高的層次全面的理解這種相互關(guān)系，全面了解不同個(gè)體基因變異、不同組織、不同時(shí)間、不同生命狀態(tài)等的基因表達(dá)差異信息，并找出其中規(guī)律。生物信息學(xué)將在其中扮演至關(guān)重要的角色。基因芯片技術(shù)就是為實(shí)現(xiàn)這一環(huán)節(jié)而建立的，使對(duì)個(gè)體生物信息進(jìn)行高速、并行采集和分析成為可能，必將成為未來生物信息學(xué)研究中的一個(gè)重要信息采集和處理平臺(tái)，成為基因組信息學(xué)研究的主要技術(shù)支撐。比如研究基因生物學(xué)功能的最好方式是監(jiān)測(cè)基因在不同組織、不同發(fā)育階段、不同健康狀況下在機(jī)體中活性的變化。這是一項(xiàng)非常麻煩的工作，但基因芯片技術(shù)可以允許研究人員同時(shí)測(cè)定成千上萬個(gè)基因的作用方式，幾周內(nèi)獲得的信息用其它方法需要幾年才能得到。 
由于人類基因只是地球上幾十萬種生物基因資源中的一份子,在今后的幾十年內(nèi),人類將測(cè)出所有物種的"基因圖譜"。因此,類似如人類基因組計(jì)劃的基因研究和生物信息產(chǎn)業(yè),還僅僅是一個(gè)起步，其將來的發(fā)展前景是無法估量的。生物芯片作為生物信息學(xué)的主要技術(shù)支撐和操作平臺(tái)，其廣闊的發(fā)展空間就不言而喻。
在實(shí)際應(yīng)用方面，生物芯片技術(shù)可廣泛應(yīng)用于疾病診斷和治療、藥物基因組圖譜、藥物篩選、中藥物種鑒定、農(nóng)作物的優(yōu)育優(yōu)選、司法鑒定、食品衛(wèi)生監(jiān)督、環(huán)境檢測(cè)、國防等許多領(lǐng)域。它將為人類認(rèn)識(shí)生命的起源、遺傳、發(fā)育與進(jìn)化、為人類疾病的診斷、治療和防治開辟全新的途徑，為生物大分子的全新設(shè)計(jì)和藥物開發(fā)中先導(dǎo)化合物的快速篩選和藥物基因組學(xué)研究提供技術(shù)支撐平臺(tái)。