生物芯片概述
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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。
生物芯片技术探秘
生物芯片发展至今有很多名称和类型，通常将样品的制备，生化反应、结果的检测和分析这三步不同步骤集成为不同用途的生物芯片，据此分为不同的类型。例如用于样品制备的生物芯片，生化反应生物芯片及各种检测用生物芯片等。基因芯片技术发展的最终目标是将从样品制备、杂交反应到信号检测的整个生化检测分析过程集成到芯片上以获得微型全分析系统（micro total analytical system）或称所谓的“芯片实验室”（Lab-on-Chip）。使用缩微芯片实验室，就可以在一个封闭的系统内以很短的时间完成从原始样品到获取所需分析结果的全套操作。
（相关的英文名计有：Microarray、BioChip、 BioArray、GeneChip、 DNAChip、DNA Microarray、 Mirofluidics Chip、 Microelectronic Chip、Lab-on-Chip）
样品制备芯片的目的是将通常需要在实验室进行的多个操作步骤集成于微芯片上。目前，样品制备芯片主要通过升温、变压脉冲以及化学裂解等方式对细胞进行破碎，通过微滤器、介电电泳等手段实现生物大分子的分离。
生化反应芯片即在芯片上完成生物化学反应。与传统生化反应过程的区别主要在于它可以高效、快速地完成生物化学反应。例如，在芯片上进行PCR反应，可以节约实验 试剂 ，提高反应速度，并可完成多个片段的扩增反应。通常我们在对微量核酸样品进行检测时必需事先对其进行一定程度的扩增，所以用于PCR的芯片无疑为快速大量扩增样品多个DNA片段提供了有力的工具。
检测芯片顾名思义是用来检测 生物 样品的。例如用毛细管电泳芯片进行DNA突变的检测，用于表达谱检测、突变分析、多态性测定的DNA微点阵芯片（也称DNA芯片、基因芯片），用于大量不同蛋白检测和表位分析的蛋白或多肽微点阵芯片（也称蛋白或多肽芯片）。
芯片实验室是 生物 芯片技术发展的最终目标。它通过微细加工工艺制作的微滤器、微反应器、微泵、微阀门、微电极等将样品的制备、生化反应到检测分析的整个过程集约化形成微型分析系统，从而极大地缩短的检测和分析时间，节省了实验材料。
现在，已经有由加热器、微泵、微阀、微流量控制器、微电极、电子化学和电子发光探测器等组成的芯片实验室问世，并出现了将生化反应、样品制备、检测和分析等部分集成的芯片。例如可以将样品的制备和PCR扩增反应同时完成于一块小小的芯片之上。再如Gene Logic公司设计制造的生物芯片可以从待检样品中分离出DNA或RNA，并对其进行荧光标记，然后当样品流过固定于栅栏状微通道内的寡 核苷酸 探针时便可捕获与之互补的靶核酸序列。应用其自己开发的检测设备即可实现对杂交结果的检测与分析。这种芯片由于寡 核苷酸 探针具有较大的吸附表面积，所以可以灵敏地检测到稀有基因的变化。同时，由于该芯片设计的微通道具有浓缩和富集作用，所以可以加速杂交反应，缩短测试时间，从而降低了测试成本。
目前我们最常见的生物芯片要数基因芯片（Gene Chip）。在基因芯片中又要数基因表达谱芯片的应用最为广泛，技术上也最成熟。这种芯片可以检测整个基因组范围的众多基因表达水平的变化，但对芯片点阵的密度要求较高，目前能见到的芯片产品中基因数量从几千到几万不等。表达谱芯片可以分析2组或2组以上不同来源的mRNA转录丰度的差异，通过计算杂交信号的比值(Ratio值)和统计分析，可以获得差异表达基因的信息，同时还可以用聚类分析算法研究在功能或表达调控上具有相关性的基因，最终为研究基因功能和基因遗传网络提供有力手段。表达谱芯片研究流程相对繁杂，包括样本制备、荧光标记、杂交、芯片扫描、芯片图象处理和基因表达信息分析。
基因芯片技术主要包括四个主要步骤：
芯片制备、样品制备、杂交反应和信号检测以及结果分析。
芯片制备 目前制备芯片主要以玻璃片或硅片为载体。通常比较典型的制备方法有3种：（1）原位合成法（2）合成点样法 又根据是否与芯片的表面接触分为化学喷射法和接触式点涂法（3）压电法，从而将靶基因作为探针按顺序排列在载体上。靶基因可分为基因组DNA、cDNA（或人工合成DNA）。目前，以cDNA的研究为主，因为cDNA是染色体上编码蛋白质的DNA序列，有医疗和其他领域的研究价值和商业价值。芯片的制备除了用到微加工工艺外，还需要使用机器人技术。以便能快速、准确地将探针放置到芯片上的指定位置。
