进入21 世纪，电子技术和生物技术相结合，诞生了生物芯片。生物芯片由研究脱氧核糖核酸(Deoxyribo Nucleic Acid，DNA，一类带有遗传信息的生物大分子，引导生物发育与生命机能运作)分子或蛋白质分子的识别技术开始，已形成独立学科，成为生命科学领域中迅速发展起来的一项高新技术。

生物芯片原名叫“核酸微阵列”，是通过微加工技术和微电子技术，在一块1cm2大小的硅片、玻璃片、凝胶或尼龙膜上，构建密集排列的生物分子微阵列。例如，用于骨髓分型的生物芯片上，1cm2可以存放1 万多人的白细胞抗原基因(带有遗传信息的DNA 片段称为基因)。在微阵列中每个生物分子的序列及位置都是已知和预先设定的。

生物芯片的模样五花八门，外观五彩斑斓。有的和计算机芯片一样规矩、方正，有的是一排排微米级圆点或一条条的蛇形细槽，还有的是一些不同形状的、头发粗细的管道和针孔大小的腔体。

生物芯片提供一次性使用，根据生物分子之间特异性相互识别的原理，如DNA-DNA、DNA-RNA(核糖核酸，Ribo Nucleic Acid，存在于生物细胞以及部分病毒、类病毒中的遗传信息载体)、抗原—抗体、受体—配体之间可发生的复性与特异性识别，让样品(血液、尿液、唾液、组织、细胞等)中的生物分子与生物芯片序列中的生物探针分子发生相互作用，利用专用检测仪器和计算机对所产生的信号进行检测和分析，就可得到样品中的DNA、蛋白质、核酸、细胞及其他生物成分的有无、多少、序列变异等大量信息。

例如，从正常人的基因组中分离出的DNA，与DNA 芯片(生物芯片的一种)杂交(相互作用)，可以得出标准图谱。从病人的基因组中分离出的DNA，与DNA 芯片杂交，可以得出病变图谱。经过比较、分析这两种图谱，就可以得出病人发生病变的DNA 信息。

生物芯片的主要特点是高通量、微型化和自动化，能将通常在实验室中需要很多试管的反应移到一个芯片上同时发生，其效率是传统实验室检测手段的成百上千倍。生物芯片用于获取样品中的生物信息的流程，如图9-6 所示。

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图9-6　生物芯片用于获取样品中的生物信息的流程

生物芯片可分为3 类。

①检测用微阵列芯片(Micro Arrays Chip，属于被动式芯片)，包括基因芯片(DNA 芯片)、蛋白质芯片、细胞芯片和组织芯片，仅实现实验集成。

②微流控芯片(Micro Fluidic Chip，属于主动式芯片)，包括各类样品制备芯片、聚合酶链反应(PCR)芯片、毛细管电泳芯片和色谱芯片等，可进行样品制备、生化实验和信号检测等部分实验步骤。

③微型集成化分析系统，也叫芯片实验室(Lab on Chip，属于主动式芯片)，是生物芯片技术的最高境界。通过微细加工工艺制作的微过滤器、微加热器、微反应器、微泵、微阀门、微流量控制器、微电极、电子化学检测器、电子发光检测器等，可以完成诸如样品制备、试剂输送、生化反应、信号检测、信息处理和传递等多个实验步骤。

例如，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，并对其加入荧光标记，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。应用相应检测设备即可实现对杂交结果的检测与分析。由于寡核苷酸探针具有较大的吸附表面积，所以这种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，应用检测设备很快即可实现对杂交结果的检测与分析。

生物芯片广泛用于基因检测、基因诊断、药物筛选、疾病诊断、生物信息研究等方面，给生命科学、医学、新药开发、司法鉴定、食品与环境监督等领域带来巨大变革。