20世紀(jì)90年代初開始實施的人類基因組計劃(Human genome project，HGP)取得了人們當(dāng)初意料不到的巨大進(jìn)展。目前已經(jīng)測定了十多種微生物以及高等動植物的全基因組序列，海量的基因序列數(shù)據(jù)正在以前所未有的速度膨脹。一個現(xiàn)實的科學(xué)問題擺到了人們面前：如何研究如此眾多基因在生命過程中所擔(dān)負(fù)的功能？如何有效利用如此海量的基因信息揭示人類生老病死的一般規(guī)律，并為人類最終戰(zhàn)勝各種病魔提供有效武器？于是，一項類似于計算機(jī)芯片技術(shù)的新興生物高技術(shù)———，隨著人類基因組研究的進(jìn)展應(yīng)運(yùn)而生了。生物芯片的種類生物芯片是近10年在生命科學(xué)領(lǐng)域中迅速發(fā)展起來的一項高新技術(shù)。它主要是指通過微加工和微電子技術(shù)在固體芯片表面構(gòu)建微型生物化學(xué)分析系統(tǒng)，以實現(xiàn)對生命機(jī)體的組織、細(xì)胞、蛋白質(zhì)、核酸、糖類以及其他生物組分進(jìn)行準(zhǔn)確、快速、大信息量的檢測。目前常見的生物芯片分為三大類：即基因芯片(Genechip，DNAchip，DNAmicroarray)、蛋白芯片(Proteinchip)、芯片實驗室(Lab-on-a-chip)等。
生物芯片主要特點是高通量、微型化和自動化。生物芯片上高度集成的成千上萬密集排列的分子微陣列，能夠在很短時間內(nèi)分析大量的生物分子，使人們能夠快速準(zhǔn)確地獲取樣品中的生物信息，檢測效率是傳統(tǒng)檢測手段的成百上千倍。生物芯片將是繼大規(guī)模集成電路之后的又一次具有深遠(yuǎn)意義的科學(xué)技術(shù)革命。基因芯片是生物芯片技術(shù)中發(fā)展最成熟和最先實現(xiàn)商品化的產(chǎn)品。基因芯片是基于核酸探針互補(bǔ)雜交技術(shù)原理而研制的。所謂核酸探針只是一段人工合成的堿基序列，在探針上連接上一些可檢測的物質(zhì)，根據(jù)堿基互補(bǔ)的原理，利用基因探針到基因混合物中識別特定基因�；蛐酒�，又稱DNA芯片，DNA微陣列(DNAmicroar ray)，和我們?nèi)粘Ｋf的計算機(jī)芯片非常相似，只不過高度集成的不是半導(dǎo)體管，而是成千上萬的網(wǎng)格狀密集排列的基因探針，通過已知堿基順序的DNA片段，來結(jié)合堿基互補(bǔ)序列的單鏈DNA，從而確定相應(yīng)的序列，通過這種方式來識別異�；蚧蚱洚a(chǎn)物等。目前，比較成熟的產(chǎn)品有檢測基因突變的基因芯片和檢測細(xì)胞基因表達(dá)水平的基因表達(dá)譜芯片�；蛐酒夹g(shù)主要包括四個基本技術(shù)環(huán)節(jié)：芯片微陣列制備、樣品制備、生物分子反應(yīng)和信號的檢測及分析。
目前制備芯片主要采用表面化學(xué)的方法或組合化學(xué)的方法來處理固相基質(zhì)如玻璃片或硅片，然后使DNA片段或蛋白質(zhì)分子按特定順序排列在片基上。目前已有將近40萬種不同的DNA分子放在1平方厘米的高密度基因芯片，并且正在制備包含上百萬個DNA探針的人類基因芯片。生物樣品的制備和處理是基因芯片技術(shù)的第二個重要環(huán)節(jié)。生物樣品往往是非常復(fù)雜的生物分子混合體，除少數(shù)特殊樣品外，一般不能直接與芯片進(jìn)行反應(yīng)。要將樣品進(jìn)行特定的生物處理，獲取其中的蛋白質(zhì)或DNA、RNA等信息分子并加以標(biāo)記，以提高檢測的靈敏度。第三步是生物分子與芯片進(jìn)行反應(yīng)。芯片上的生物分子之間的反應(yīng)是芯片檢測的關(guān)鍵一步。通過選擇合適的反應(yīng)條件使生物分子間反應(yīng)處于最佳狀況中，減少生物分子之間的錯配比率，從而獲取最能反映生物本質(zhì)的信號�；蛐酒夹g(shù)的最后一步就是芯片信號檢測和分析。目前最常用的芯片信號檢測方法是將芯片置入芯片掃描儀中，通過采集各反應(yīng)點的熒光強(qiáng)弱和熒光位置，經(jīng)相關(guān)軟件分析圖像，即可以獲得有關(guān)生物信息。
蛋白芯片與基因芯片的原理相似。不同之處有，一是芯片上固定的分子是蛋白質(zhì)如抗原或抗體等。其二，檢測的原理是依據(jù)蛋白分子、蛋白與核酸、蛋白與其它分子的相互作用。蛋白芯片技術(shù)出現(xiàn)得較晚，尚處于發(fā)展時期，最近也取得了重大進(jìn)展。例如，最近一期國際著名科學(xué)(Science)雜志報道了酵母蛋白質(zhì)組芯片(proteomechip)。這是目前為止第一個包含一種生物全部蛋白質(zhì)分子的蛋白質(zhì)芯片。相信，不久將會有包含更高等生物甚至人類蛋白質(zhì)組的蛋白質(zhì)芯片研制成功，并應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究和疾病診斷。芯片實驗室是生物芯片技術(shù)發(fā)展的最終目標(biāo)。它將樣品制備、生化反應(yīng)以及檢測分析的整個過程集約化形成微型分析系統(tǒng)。現(xiàn)在已有由加熱器、微泵、微閥、微流量控制器、微電極、電子化學(xué)和電子發(fā)光探測器等組成的芯片實驗室問世，并出現(xiàn)了將生化反應(yīng)、樣品制備、檢測和分析等部分集成的生物芯片。
例如可以將樣品制備和PCR擴(kuò)增反應(yīng)同時在一塊小小的芯片上完成。再如GeneLogic公司設(shè)計制造的生物芯片可以從待檢樣品中分離出DNA或RNA，并對其進(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)的寡核苷酸探針時便可捕獲與之互補(bǔ)的靶核酸序列。應(yīng)用自主開發(fā)的檢測設(shè)備即可實現(xiàn)對雜交結(jié)果的檢測與分析。這種芯片由于寡核苷酸探針具有較大的吸附表面積，可以很靈敏地檢測到稀有基因的變化。同時，由于該芯片設(shè)計的微通道具有濃縮和富集作用，所以可以加速雜交反應(yīng)，縮短測試時間，從而降低了測試成本。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀生物芯片技術(shù)的飛速發(fā)展引起了世界各國的廣泛關(guān)注和重視。1998年6月29日美國宣布正式啟動生物芯片計劃，美國國立衛(wèi)生部、能源部、商業(yè)部、司法部、國防部、中央情報局等均參與了此項目。
同時斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院及部分國家實驗室也參與了該項目的研究和開發(fā)。世界各國也紛紛加大投入，英國劍橋大學(xué)、歐亞公司正在從事該領(lǐng)域的研究。世界大型制藥公司尤其對基因芯片技術(shù)用于基因多態(tài)性、疾病相關(guān)性、基因藥物開發(fā)和合成或天然藥物篩選等領(lǐng)域感興趣，都已建立了或正在建立自己的芯片設(shè)備和技術(shù)。以生物芯片為核心的相關(guān)產(chǎn)業(yè)正在全球崛起，目前美國已有10多家生物芯片公司股票上市，平均每年股票上漲75%。專家統(tǒng)計：全球目前生物芯片工業(yè)產(chǎn)值為10億美元左右，預(yù)計今后5年之內(nèi)，生物芯片的市場銷售可達(dá)到200億美元以上。
美國《財富》雜志刊文指出，微處理器使我們的經(jīng)濟(jì)發(fā)生了根本變化，給人類帶來了巨大的財富，改變了我們的生活方式。然而，生物芯片給人類帶來的影響可能更大。在20世紀(jì)科技史上有兩件事影響深遠(yuǎn)，一是微電子芯片，它是計算機(jī)和許多家電的心臟，它改變了我們的經(jīng)濟(jì)和文化生活，并已進(jìn)入每一個家庭；另一件事就是生物芯片，它將改變生命科學(xué)的研究方式，革新醫(yī)學(xué)診斷和治療，極大地提高人口素質(zhì)和健康水平。
生物芯片作為基因工業(yè)的一部分，可廣泛用于醫(yī)學(xué)臨床診斷、藥物開發(fā)、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域，有著廣闊的市場前景，對人類生活與健康將產(chǎn)生多方面深遠(yuǎn)影響。鑒于生物芯片技術(shù)具有巨大理論意義和實際價值，也為了我國生物芯片技術(shù)不再重蹈計算機(jī)芯片的覆轍，我國政府、科技界和商業(yè)界幾乎同時意識到生物芯片技術(shù)的重大戰(zhàn)略意義和蘊(yùn)藏的無限商機(jī)，開展了生物芯片技術(shù)研發(fā)。其中最具代表性的事件就是2000年初由國內(nèi)從事生物芯片技術(shù)研究的多家單位進(jìn)行強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合成立了國家生物芯片技術(shù)中心。中國工程院2000年1月6日在京舉辦首次工程科技論壇，專題定為“生物芯片技術(shù)”，與會科學(xué)家呼吁：以生物芯片技術(shù)為核心的各相關(guān)產(chǎn)業(yè)正在全球崛起，世界工業(yè)發(fā)達(dá)國家已開始有計劃、大投入、爭先恐后地對該領(lǐng)域知識產(chǎn)權(quán)進(jìn)行保護(hù)。我國應(yīng)迅速制定適合中國國情的對策，以避免出現(xiàn)像計算機(jī)產(chǎn)業(yè)那樣因沒有自己的芯片專利和技術(shù)而受制于人的被動局面。目前國內(nèi)已有多家科研單位開始從事這方面的研究。例如，清華大學(xué)、中國科學(xué)院、軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院等單位在國內(nèi)率先開展了生物芯片技術(shù)研究，建立了生物芯片技術(shù)體系，并已在生物芯片技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)方面取得了較大突破。可以相信不久將有我國自主生產(chǎn)的生物芯片產(chǎn)品投放市場。
生物芯片的應(yīng)用生物芯片應(yīng)用前景十分廣闊。如可以應(yīng)用于尋找新基因、DNA測序、疾病診斷、藥物篩選、毒理基因組學(xué)、農(nóng)作物優(yōu)育和優(yōu)選、環(huán)境檢測和防治、食品衛(wèi)生監(jiān)督以及司法鑒定等等。使用基因芯片分析人類基因組，可找出癌癥、糖尿病由遺傳基因缺陷引起疾病的致病的遺傳基因。生物醫(yī)學(xué)研究人員可以在數(shù)秒鐘內(nèi)鑒定出導(dǎo)致癌癥的突變基因。借助一小滴測試液，醫(yī)生們能預(yù)測藥物對病人的功效和是否有毒副作用。利用基因芯片分析遺傳基因，未來可以使糖尿病的確診率達(dá)到50%以上。可以想象，未來人們在體檢時，由搭載基因芯片的診斷機(jī)器人對受檢者取血，轉(zhuǎn)瞬間體檢結(jié)果便可以顯示在計算機(jī)屏幕上。利用基因診斷，醫(yī)療將從目前千篇一律的“大眾醫(yī)療”的時代，過渡到依據(jù)個人遺傳背景而異的“個體化醫(yī)療”的時代。生物芯片在疾病檢測診斷方面具有獨特的優(yōu)勢，它可以在一張芯片上同時對多個病人進(jìn)行多種疾病的檢測。僅用極小量的樣品，在極短時間內(nèi)，向醫(yī)務(wù)人員提供大量的疾病診斷信息，這些信息有助于醫(yī)生在短時間內(nèi)找到正確的治療措施。例如對腫瘤、糖尿病、傳染性疾病等常見病和多發(fā)病的臨床檢驗及健康人群檢查，均可以應(yīng)用生物芯片技術(shù)。今后人們可以擁有個人化驗室，無論在地球任何地方，隨時可以對自己的健康狀況進(jìn)行監(jiān)測。在藥物篩選方面，目前國外幾乎所有的主要制藥公司都不同程度地采用了生物芯片技術(shù)來尋找藥物靶標(biāo)，查檢藥物的毒性或副作用。用芯片技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模的藥物篩選可以省略大量的動物試驗，縮短藥物篩選所用時間，從而帶動創(chuàng)新藥物的研究和開發(fā)�；蛐酒诃h(huán)保方面的應(yīng)用表現(xiàn)在，可高效地探測到由微生物或有機(jī)物引起的污染，還能幫助研究人員找到并合成具有解毒和消化污染物功能的天然酶基因。這種對環(huán)境友好的基因一旦被發(fā)現(xiàn)，研究人員將把它們轉(zhuǎn)入普通的細(xì)菌中，然后用這種轉(zhuǎn)基因細(xì)菌清理被污染的河流或土壤。另外生物芯片在農(nóng)業(yè)、食品監(jiān)督、司法鑒定等方面都將作出重大貢獻(xiàn)。生物芯片技術(shù)的深入研究和廣泛應(yīng)用，將對21世紀(jì)人類生活和健康產(chǎn)生極其深遠(yuǎn)的影響。作者簡介王升啟博士，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射醫(yī)學(xué)研究所研究員，國家生物芯片技術(shù)中心副主任，軍隊生物芯片技術(shù)重點實驗室主任。總后科技銀星。
主要研究方向有：基因芯片技術(shù)研究和開發(fā)；反義技術(shù)和反義藥物；中藥基因組學(xué)和化學(xué)組學(xué)研究等。近年來主持國家863項目、國家973項目、國家自然科學(xué)基金重點項目和面上項目，以及軍隊和北京市重點項目等多項課題研究。在國內(nèi)外刊物發(fā)表論文100多篇，獲得和申請國家發(fā)明專利10余項，出版專著2部，獲得軍隊和省級科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎3項。陳忠斌博士，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射醫(yī)學(xué)研究所副研究員。1999年7月于軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院獲生物化學(xué)與分子生物學(xué)博士學(xué)位后，即在放射醫(yī)學(xué)研究所生物技術(shù)實驗室和軍隊生物芯片技術(shù)重點實驗室工作。主要研究方向有：病毒基因芯片技術(shù)；應(yīng)用基因芯片技術(shù)研究病毒與宿主相互作用分子機(jī)理以及抗病毒藥物基礎(chǔ)研究等；近年來參與和主持國家863項目、國家973項目、國家自然科學(xué)基金重點項目等多項課題研究。在國內(nèi)外刊物發(fā)表論文20多篇，獲得和申請國家發(fā)明專利2項，獲得軍隊和省級科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎2項。
資料
●生物芯片是指通過微加工和微電子技術(shù)在固體芯片表面構(gòu)建微型生物化學(xué)分析系統(tǒng)
●和計算機(jī)芯片非常相似，只不過高度集成的不是半導(dǎo)體管，而是成千上萬的網(wǎng)格狀密集排列的基因探針
●未來人們在體檢時，由搭載基因芯片的診斷機(jī)器人對受檢者取血，轉(zhuǎn)瞬間體檢結(jié)果便可以顯示在計算機(jī)屏幕上
●全球目前生物芯片工業(yè)產(chǎn)值為10億美元左右，預(yù)計今后5年之內(nèi)，生物芯片的市場銷售可達(dá)到200億美元以上生物芯片面面觀
摘自：《生物通》全軍生物芯片技術(shù)重點實驗室 陳忠斌 王升啟
, http://www.www.srpcoatings.com百拇醫(yī)藥網(wǎng) http://www.www.srpcoatings.com/html/Dir/2003/04/03/9412.htm