生物芯片概述

一个廉价、稳定的象计算机那样，可以对生命科学与医学中的成千上万的生物化学反应过程进行集成并执行的芯片，成为人们梦寐以求的东西。因为这些芯片能替代重复而烦琐的实验室工作，并做到微型化，微流控制，相对传统实验而言能提供精确灵敏的检测方法，极低的花费，和占用很小的空间，从而实现对DNA、RNA、多肽、蛋白质以及其它生物成分进行高效快捷的测试和分析。而这一切已经由梦成为现实．

简单的说芯片技术是通过微加工工艺同时将大量的探针分子固定到固相支持物上后与标记的样品分子进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息并进行高效的解读和分析。目前最成功且形成一定商业市场的是DNA芯片，即将无数预先设计好的寡核苷酸或cDNA在芯片上做成点阵，与样品中同源核酸分子杂交。理论上允许几乎所有种类的生物分子作芯片上的探针，比如蛋白、糖、脂类和其它小分子。这种技术的特点是微量化、大规模、并行化和高度自动化处理感兴趣的生物样品，精细地研究组织细胞基因表达情况，了解各种状态下分子结构变异和分子病理过程．并且解决了传统核酸印迹杂交技术操作繁杂、自动化程度低、操作序列数量少、检测效率低等不足。而且，通过设计不同的探针阵列、使用特定的分析方法可使该技术具有多种不同的应用价值，如基因表达谱测定、实变检测、多态性分析、基因组文库作图及杂交测序等。

目前，这类应用主要在遗传物质变异的测序和检测上；而各公司的兴趣点则围绕在生物芯片的潜在应用上，即在诊断和药物鉴定方面的应用。美国《财富》杂志载文指出，在20世纪科技史上有两件事影响深远，一是微电子芯片，它是计算机和许多家电的心脏，它改变了我们的经济和文化生活，并已进入每一个家庭；另一件事就是生物芯片，它将改变生命科学的研究方式，革新医学诊断和治疗，极大地提高人口素质和健康水平。

简单回顾：

生物芯片是一系列的产品并形成一种平台式技术。过去20年里许多科技发展促成了生物芯片的发展。在某种意义上上说，生物芯片这个概念是由Fred Sanger和Walter Gilbert提出的。Fred Sanger和Walter Gilbert发明了现在广泛使用的DNA测序方法，并由此在1980年获得了诺贝尔奖。DNA化学测序和电流学及琼脂糖凝胶体微孔法的结合，为分子检测的小型化发展打下了基础。另一个诺贝尔奖获得者Kary Mullis在1983年首先发明了PCR法，以及后来再此基础上的一系列研究使得微量的DNA可以放大，并能用实验方法进行检测。1986年Leroy Hood发明的荧光色谱DNA测序法又促进了DNA测序的自动化发展。更进一步的发展，如杂交序列、基因标记识别，表达序列标记物等等为NDA测序的小型化和自动化提供了一些关键性技术，大大地提高了NDA测序的效率并降低其费用．并有八十年代初期Bains W. 等人将短的 DNA 片断固定到支持物上，借助杂交方式进行序列测定。基因芯片从实验室走向工业化却是直接得益于探针固相原位合成技术和照相平板印刷技术的有机结合以及激光共聚焦显微技术的引入。它使得合成、固定高密度的数以万计的探针分子切实可行，而且借助激光共聚焦显微扫描技术使得可以对杂交信号进行实时、灵敏、准确的检测和分析。正如电子管电路向晶体管电路和集成电路发展是所经历的那样，核酸杂交技术的集成化也已经和正在使分子生物学技术发生着一场革命。90年代初期人类基因组计划（Human Genome Project, HGP）和分子生物学相关学科的发展也为基因芯片技术的出现和发展提供了有利条件。1992年，Affymatrix公司Fodor领导的小组运用半导体照相平板技术，对原位合成制备的DNA芯片作了首次报道，这是世界上第一块基因芯片。1995年，Stanford大学的P.Brown实验室发明了第一块以玻璃为载体的基因微矩阵芯片。标志着基因芯片技术进入了广泛研究和应用的时期。