DNA芯片技術(shù)，實(shí)際上就是一種大規(guī)模集成的固相雜交，是指在固相支持物上原位合成（insitusynthesis）寡核苷酸或者直接將大量預(yù)先制備的DNA探針以顯微打印的方式有序地固化于支持物表面，然后與標(biāo)記的樣品雜交。通過(guò)對(duì)雜交信號(hào)的檢測(cè)分析，得出樣品的遺傳信息（基因序列及表達(dá)的信息）。由于常用計(jì)算機(jī)硅芯片作為固相支持物，所以稱為DNA芯片。根據(jù)芯片的制備方式可以將其分為兩大類：原位合成芯片和DNA微集陣列（DNAmicroarray）。

　　DNA芯片簡(jiǎn)介

　　DNA芯片技術(shù)，實(shí)際上就是一種大規(guī)模集成的固相雜交，是指在固相支持物上原位合成（in situ synthesis）寡核苷酸或者直接將大量預(yù)先制備的DNA探針以顯微打印的方式有序地固化于支持物表面，然后與標(biāo)記的樣品雜交。通過(guò)對(duì)雜交信號(hào)的檢測(cè)分析，得出樣品的遺傳信息（基因序列及表達(dá)的信息）。由于常用計(jì)算機(jī)硅芯片作為固相支持物，所以稱為DNA芯片。根據(jù)芯片的制備方式可以將其分為兩大類：原位合成芯片和DNA微集陣列（DNA microarray）。芯片上固定的探針除了DNA，也可以是cDNA、寡核苷酸或來(lái)自基因組的基因片段，且這些探針固化于芯片上形成基因探針陣列DNA芯片技術(shù)。因此，DNA芯片又被稱為基因芯片、 cDNA芯片、寡核苷酸陣列等。

　　作為新一代基因診斷技術(shù)，DNA芯片的突出特點(diǎn)在于快速、高效、敏感、經(jīng)濟(jì)，平行化、自動(dòng)化等，與傳統(tǒng)基因診斷技術(shù)相比，DNA芯片技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)：①基因診斷的速度顯著加快，一般可于30 min內(nèi)完成。若采用控制電場(chǎng)的方式，雜交時(shí)間可縮至1 min甚至數(shù)秒鐘。②檢測(cè)效率高，每次可同時(shí)檢測(cè)成百上千個(gè)基因序列，使檢測(cè)過(guò)程平行化。③基因診斷的成本降低。④芯片的自動(dòng)化程度顯著提高，通過(guò)顯微加工技術(shù)，將核酸樣品的分離、擴(kuò)增、標(biāo)記及雜交檢測(cè)等過(guò)程顯微安排在同一塊芯片內(nèi)部，構(gòu)建成縮微芯片實(shí)驗(yàn)室。⑤因?yàn)槭侨忾]，避免了交叉感染；且通過(guò)控制分子雜交的嚴(yán)謹(jǐn)度，使基因診斷的假陽(yáng)性率、假陰性率顯著降低。

　　DNA芯片技術(shù)在腫瘤基因表達(dá)譜差異研究、基因突變、基因測(cè)序、基因多態(tài)性分析、微生物篩選鑒定、遺傳病產(chǎn)前診斷等方面應(yīng)用廣泛。如感染性疾病是由于病原微生物（病毒、細(xì)菌、寄生蟲等）侵入機(jī)體而引起。已經(jīng)獲得一些生物的全部基因序列，包括141種病毒，幾種細(xì)菌（流感嗜血桿菌、產(chǎn)甲烷球菌、支原體M.genitalium及實(shí)驗(yàn)室常用的大腸桿菌等）和一種真核生物（釀酒酵母），且數(shù)量還在增長(zhǎng)。因此，將一種或幾種病原微生物的全部或部分特異的保守序列集成在一塊芯片上，可快速、簡(jiǎn)便地檢測(cè)出病原體，從而對(duì)疾病作出診斷及鑒別診斷。用DNA芯片技術(shù)可以快速、簡(jiǎn)便地搜尋和分析DNA多態(tài)性，極大地推動(dòng)法醫(yī)生物學(xué)的發(fā)展。比如將個(gè)體SNPs設(shè)計(jì)在一塊DNA芯片上，與樣品DNA雜交，即可鑒定基因的差異。人的體型、長(zhǎng)相約與500多個(gè)基因相關(guān)，應(yīng)用DNA芯片原則上可以揭示人的外貌特征、臉型、長(zhǎng)相等，這比一般意義的DNA指紋譜又進(jìn)了一步。 應(yīng)用DNA芯片還可以在胚胎早期對(duì)胎兒進(jìn)行遺傳病相關(guān)基因的監(jiān)測(cè)及產(chǎn)前診斷，為人口優(yōu)生提供有力保證；而且可以全面監(jiān)測(cè)200多個(gè)與環(huán)境影響相關(guān)的基因，這對(duì)生態(tài)、環(huán)境控制及人口健康有著重要意義。

　　DNA芯片技術(shù)

　　DNA芯片技術(shù)主要包括四個(gè)主要步驟：芯片制備、樣品制備、雜交反應(yīng)和信號(hào)檢測(cè)和結(jié)果分析。

　　1、芯片制備-制備芯片主要以玻璃片或硅片為載體，采用原位合成和微矩陣的方法將寡核苷酸片段或cDNA作為探針按順序排列在載體上。芯片的制備除了用到微加工工藝外，還需要使用機(jī)器人技術(shù)。以便能快速、準(zhǔn)確地將探針?lè)胖玫叫酒系闹付ㄎ恢谩?/p>

　　2、樣品制備-生物樣品往往是復(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反應(yīng)，有時(shí)樣品的量很小。所以，必須將樣品進(jìn)行提取、擴(kuò)增，獲取其中的蛋白質(zhì)或DNA、RNA，然后用熒光標(biāo)記，以提高檢測(cè)的靈敏度和使用者的安全性。

　　3、雜交反應(yīng)-雜交反應(yīng)是熒光標(biāo)記的樣品與芯片上的探針進(jìn)行的反應(yīng)產(chǎn)生一系列信息的過(guò)程。選擇合適的反應(yīng)條件能使生物分子間反應(yīng)處于最佳狀況中，減少生物分子之間的錯(cuò)配率。

　　4、信號(hào)檢測(cè)和結(jié)果分析-雜交反應(yīng)后的芯片上各個(gè)反應(yīng)點(diǎn)的熒光位置、熒光強(qiáng)弱經(jīng)過(guò)芯片掃描儀和相關(guān)軟件可以分析圖像，將熒光轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，即可以獲得有關(guān)生物信息?；蛐酒夹g(shù)發(fā)展的最終目標(biāo)是將從樣品制備、雜交反應(yīng)到信號(hào)檢測(cè)的整個(gè)分析過(guò)程集成化以獲得微型全分析系統(tǒng)（micrototalanalyticalsystem）或稱縮微芯片實(shí)驗(yàn)室（laboratoryonachip）。使用縮微芯片實(shí)驗(yàn)室，就可以在一個(gè)封閉的系統(tǒng)內(nèi)以很短的時(shí)間完成從原始樣品到獲取所需分析結(jié)果的全套操作。

　　應(yīng)用

　　基因芯片技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域主要有基因表達(dá)譜分析、新基因發(fā)現(xiàn)、基因突變及多態(tài)性分析、基因組文庫(kù)作圖、疾病診斷和預(yù)測(cè)、藥物篩選、基因測(cè)序等。另外基因芯片在農(nóng)業(yè)、食品監(jiān)督、環(huán)境保護(hù)、司法鑒定等方面都將作出重大貢獻(xiàn)?；蛐酒娘w速發(fā)展引起世界各國(guó)的廣泛關(guān)注和重視。 鑒于基因芯片的巨大潛力和誘人的前景，基因芯片已成為各國(guó)學(xué)術(shù)界和工業(yè)界研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。尤其在美國(guó)，正處于人類基因組計(jì)劃以來(lái)的第二次浪潮之中，美國(guó)總統(tǒng)克林頓在1998年1月的國(guó)情咨文中指出：“在未來(lái)的12年內(nèi)，基因芯片將為我們一生的疾病預(yù)防指點(diǎn)迷津”。1998年6月29日美國(guó)宣布正式啟動(dòng)基因芯片計(jì)劃，聯(lián)合私人投資機(jī)構(gòu)投入了20億美元以上的研究經(jīng)費(fèi)。

　　世界各國(guó)也開始加大投入，以基因芯片為核心的相關(guān)產(chǎn)業(yè)正在全球崛起，美國(guó)已有8家生物芯片公司股票上市，平均每年股票上漲75%，專家今統(tǒng)計(jì)：全球生物芯片工業(yè)產(chǎn)值為10億美元左右，預(yù)計(jì)今后5年之內(nèi)，生物芯片的市場(chǎng)銷售可達(dá)到200億美元以上。美國(guó)財(cái)富雜志載文：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(jì)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(gè)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。

　　鑒于生物芯片技術(shù)具有巨大理論意義和實(shí)際價(jià)值，基因芯片研究在國(guó)內(nèi)也有了很快的發(fā)展，例如，復(fù)旦大學(xué)、中科院上海冶金所、清華大學(xué)、聯(lián)合基因有限公司、軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院、中科院上海細(xì)胞所等單位已在生物芯片技術(shù)方面取得了較大突破，相信不久將有我國(guó)生產(chǎn)的生物芯片產(chǎn)品投放市場(chǎng)。

　　總之，以基因芯片為代表的生物芯片技術(shù)的深入研究和廣泛應(yīng)用，將對(duì)21世紀(jì)人類生活和健康產(chǎn)生極其深遠(yuǎn)的影響。