生物芯片技术原理和应用

什么是生物芯片

生物芯片，又称DNA芯片或基因芯片，它们是DNA杂交探针技术与半导体工业技术相结合的结晶。生物芯片主要指通过平面微细加工技术在固体芯片表面构建的微流体分析单元和系统，以实现对细胞 、蛋白质、核酸以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。

生物芯片(biochip或bioarray)是根据生物分子间特异相互作用的原理，将生化分析过程集成于芯片表面，从而实现对DNA、RNA、多肽、蛋白质以及其他生物成分的高通量快速检测。狭义的生物芯片概念是指通过不同方法将生物分子(寡核苷酸、cDNA、genomic DNA、多肽、抗体、抗原等)固着于硅片、玻璃片(珠)、塑料片(珠)、凝胶、尼龙膜等固相递质上形成的生物分子点阵。因此生物芯片技术又称微陈列(microarray)技术，含有大量生物信息的固相基质称为微阵列，又称生物芯片。生物芯片在此类芯片的基础上又发展出微流体芯片(microfluidics chip)，亦称微电子芯片(microelectronic chip)，也就是缩微实验室芯片。

生物芯片能为现代医学科学及医学诊断学 的发展提供强有力的手段，促进医学从 “ 系 统、血管、组织和细胞层次 ”( 通常称之为 “ 第二阶段医学 ”) 向 “DNA 、 RNA 、蛋白质 及其相互作用层次 ”( 第三阶段医学 ) 过渡， 使之快速进入实际应用。

生物芯片分类

基因芯片(gene chip)：又称DNA芯片(DNA chip)或DNA微阵列(DNA microarray)，是将cDNA或寡核苷酸按微阵列方式固定在微型载体上制成。基因芯片 (Gene chip) 技术是指通过微阵列 (Microarray) 技术将高密度 DNA 片段阵列通 过高速机器人或原位合成方式以一定的顺 序或排列方式使其附着在如玻璃片等固相 表面，以荧光标记的 DNA 探针，借助碱基互补杂交原理，进行大量的基因表达及监 测等方面研究的最新革命性技术 。

基因芯片能够大大推动包含人类（后）基因组方案在内 的各类基因组研讨，经过比较不同个别或物种之间以及同一个别在不同成长发育阶段、正常和疾病状态下基因及其表达的差异，寻觅和发现新的基因，研讨基因的功能以及生物体在进 化、发育、遗传等过程中的规律。

基因芯片可为研究不同层次多基因协同效果的生命过程提供手段。 将在研讨人类严重疾病如癌症、心血管 疾病等相关基因及效果机理方面发挥巨大的效果。

细胞芯片(cell chip)：是将细胞按照特定的方式固定在载体上，用来检测细胞间相互影响或相互作用。

芯片实验室(Lab on chip)，用于生命物质的分离、检测的微型化芯片。现在，已经有不少的研究人员试图将整个生化检测分析过程缩微到芯片上，形成所谓的“芯片实验室” (Lab on chip)。芯片实验室是生物芯片技术发展的最终目标。它将样品的制备、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。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已经问世，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)。“芯片实验室”可以完成诸如样品制备、试剂输送、生化反应、结果检测、信息处理和传递等一系列复杂工作。这些微型集成化分析系统携带方便，可用于紧急场合、野外操作上。微流控芯片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。