壹、生物芯片和基因芯片
生物芯片技術是根據分子間特異性相互作用的原理，通過縮微技術將生命科學領域的不連續分析過程集成到矽片或玻璃片表面，從而實現對細胞、蛋白質、基因等生物成分的準確、快速、信息化檢測的微型生化分析系統。根據芯片上固化的生物材料不同，生物芯片可分為基因芯片、蛋白質芯片、細胞芯片和組織芯片。與傳統的儀器檢測方法相比，生物芯片技術具有高通、微型化、自動化、低成本和防汙染的特點。根據生物芯片的制作技術，生物芯片可分為微陣列和原位合成芯片。鑒於生物芯片技術的飛速發展，美國科學促進會在1998中將生物芯片評為十大科技突破之壹，認為生物芯片技術將是繼大規模集成電路之後又壹次意義深遠的科技革命。
目前最成功的生物芯片形式是以基因序列為分析對象的“微陣列”，也稱基因芯片(Gene chip)DNA芯片。根據載體上DNA類型的不同，基因芯片可以分為寡核苷酸芯片和cDNA芯片。基因芯片按用途可分為表達芯片、診斷芯片、指紋芯片、測序芯片、毒理學芯片等。早在20世紀80年代初，Bains等人就利用雜交對固定在支持物上的短DNA片段進行測序。基因芯片技術從實驗階段的產業化是由於其他技術的引入，如激光聚焦顯微術、探針固態原位合成技術與照相平版印刷技術的結合、雙色熒光探針雜交體系的建立等。20世紀90年代初人類基因組計劃(HGP)和分子生物學相關學科的發展也為基因芯片技術的產生和發展提供了有利條件。1992年，Affymatrix公司的福多爾領導的團隊首次報道了利用半導體照相制版技術原位合成制備的DNA芯片，這是世界上第壹個基因芯片。1995年，斯坦福大學P.Brown實驗室發明了第壹個以玻璃為載體的基因微陣列芯片。它標誌著基因芯片技術進入了廣泛研究和應用的時期。
二、制備基因芯片的必要條件
1，目標基因用於芯片點樣。靶基因可分為染色體DNA(或基因組DNA)和c DNA(或合成DNA)。目前的研究主要集中在cDNA上，因為cDNA是染色體上編碼蛋白質的DNA序列，在醫學等領域具有研究價值和商業價值。
2.制備技術基因芯片的制備融合了生命科學、化學染料、微電子、激光、統計學等領域的前沿技術，主要包括芯片的制備(點樣器和載玻片的選擇、目的基因的擴增和固定)、雜交探針的制備(mRNA提取、mRNA逆轉錄、PCR和探針熒光標記)、雜交條件的優化(雜交液、雜交條件和洗滌條件的選擇)和數據分析技術。其中，基因芯片的制備主要依靠微細加工、自動化和化學合成技術。制備DNA芯片的典型方法通常有三種:(1)原位合成，以Affymetrix公司開發的光導原位合成為代表；(2)合成點樣法根據是否與芯片表面接觸分為化學噴霧法和接觸點樣法。分別以Incyte制藥公司和斯坦福大學為代表。(3)壓電法利用四個裝有核苷A、T、G、C的壓電噴嘴，在芯片上原位合成DNA探針。
三。基因芯片技術介紹
基因芯片技術主要包括四個主要步驟:芯片制備、樣品制備、雜交反應、信號檢測和結果分析。
1，芯片制備——目前芯片主要以玻璃或矽為材料，通過原位合成和微陣列的方法將寡核苷酸片段或cDNA按順序排列在載體上。除了微加工技術，還需要機器人技術來準備芯片。從而可以快速準確地將探針放置在芯片上的指定位置。
2.樣品制備-生物樣品通常是生物分子的復雜混合物。除了少數特殊樣品，它們不能直接與芯片反應，有時樣品量很少。因此，需要對樣品進行提取和擴增，獲得蛋白質、DNA和RNA，然後用熒光進行標記，以提高檢測的靈敏度和使用者的安全性。
3.雜交反應——雜交反應是熒光標記的樣品與芯片上的探針發生反應，產生壹系列信息的過程。選擇合適的反應條件可以使分子間反應處於最佳狀態，降低生物分子間的錯配率。
4.信號檢測和結果分析——芯片掃描儀和相關軟件可以分析雜交後芯片上各反應點的熒光位置和強度，並將熒光轉換成數據，從而獲得相關的生物信息。基因芯片技術發展的最終目標是將從樣品制備、雜交反應到信號檢測的整個分析過程集成在壹起，以獲得壹個微型的全分析系統或芯片上的實驗室。利用微芯片實驗室，我們可以在壹個封閉的系統中短時間內完成從原始樣本到所需分析結果的壹整套操作。
第四，基因芯片的應用及其商業價值
目前，基因芯片技術的應用領域主要包括基因表達譜分析、新基因發現、基因突變和多態性分析、基因組文庫作圖、疾病診斷和預測、藥物篩選、基因測序等。此外，基因芯片還將在農業、食品監管、環境保護和司法鑒定方面做出巨大貢獻。基因芯片的快速發展引起了世界各國的廣泛關註和重視。
鑒於基因芯片的巨大潛力和誘人前景，基因芯片已成為各國學術界和工業界的研發熱點。尤其是在正處於人類基因組計劃以來第二次浪潮的美國，克林頓總統在1998+0年6月的國情咨文中指出:“在未來的12年，基因芯片將指導我們壹輩子預防疾病。”1998年6月29日，美國宣布正式啟動基因芯片計劃，聯合私人投資機構投入超過20億美元的研究經費。世界各國也開始加大投入，以基因芯片為核心的相關產業正在全球崛起。目前，在美國上市的生物芯片公司有8家，年均股票漲幅為75%。據專家統計，全球生物芯片產業產值約為6543.8+0億美元，預計未來五年生物芯片的市場銷售額將達到200億美元以上。美國《財富》雜誌發表文章:20世紀科技史上有兩件事影響深遠。壹個是微電子芯片，它是計算機和許多家用電器的心臟。它改變了我們的經濟和文化生活，進入了每個家庭。另壹件事是生物芯片，它將改變生命科學的研究方法，創新醫學診斷和治療，大大提高人口素質和健康水平。鑒於生物芯片技術的重大理論意義和實用價值，基因芯片研究在我國也發展迅速。比如復旦大學、中科院上海冶金研究所、清華大學、聯合基因有限公司、軍事醫學科學院、中科院上海細胞學研究所等單位在生物芯片技術上取得了很大突破，相信國內生產的生物芯片產品很快就會投放市場。
總之，以基因芯片為代表的生物芯片技術的深入研究和廣泛應用，將對21世紀人類的生活和健康產生深遠的影響。