生物芯片（biochip）是指采用光導原位合成或微量點樣等方法，將大量生物大分子比如核酸片段、多肽分子甚至組織切片、細胞等等生物樣品有序地固化于支持物的表面，組成密集二維分子排列，然后與已標記的待測生物樣品中靶分子雜交，通過特定的儀器對雜交信號的強度進行快速、并行、高效地檢測分析，從而判斷樣品中靶分子的數(shù)量。由于常用硅片作為固相支持物，且在制備過程模擬計算機芯片的制備技術(shù)，所以稱之為生物芯片技術(shù)。

　　生物芯片分類

　　生物芯片雖然只有10多年的歷史，但包含的種類較多，分類方式和種類也沒有完全的統(tǒng)一。

　　1、用途分類

　?。?）生物電子芯片：用于生物計算機等生物電子產(chǎn)品的制造。

　?。?）生物分析芯片：用于各種生物大分子、細胞、組織的操作以及生物化學反應(yīng)的檢測。

　　前一類目前在技術(shù)和應(yīng)用上很不成熟，一般情況下所指的生物芯片主要為生物分析芯片。

　　2、作用方式分類

　　（1）主動式芯片：是指把生物實驗中的樣本處理純化、反應(yīng)標記及檢測等多個實驗步驟集成，通過一步反應(yīng)就可主動完成。其特點是快速、操作簡單，因此有人又將它稱為功能生物芯片。主要包括微流體芯片（microftuidic chip）和縮微芯片實驗室（lab on chip，也叫“芯片實驗室”，是生物芯片技術(shù)的高境界）。

　　（2）被動式芯片：即各種微陣列芯片，是指把生物實驗中的多個實驗集成，但操作步驟不變。其特點是高度的并行性，目前的大部分芯片屬于此類。由于這類芯片主要是獲得大量的生物大分子信息，最終通過生物信息學進行數(shù)據(jù)挖掘分析，因此這類芯片又稱為信息生物芯片。包括基因芯片、蛋白芯片、細胞芯片和組織芯片。

　　3、成分分類

　　（1）基因芯片（gene chip）：又稱DNA芯片（DNA chip）或DNA微陣列（DNA microarray），是將cDNA或寡核苷酸按微陣列方式固定在微型載體上制成。

　　（2）蛋白質(zhì)芯片（protein chip或protein microarray）：是將蛋白質(zhì)或抗原等一些非核酸生命物質(zhì)按微陣列方式固定在微型載體上獲得。芯片上的探針構(gòu)成為蛋白質(zhì)或芯片作用對象為蛋白質(zhì)者統(tǒng)稱為蛋白質(zhì)芯片。

　　（3）細胞芯片（cell chip）：是將細胞按照特定的方式固定在載體上，用來檢測細胞間相互影響或相互作用。

　?。?）組織芯片（tissue chip）：是將組織切片等按照特定的方式固定在載體上，用來進行免疫組織化學等組織內(nèi)成分差異研究。

　?。?）其他：如芯片實驗室（Lab on chip），用于生命物質(zhì)的分離、檢測的微型化芯片。現(xiàn)在，已經(jīng)有不少的研究人員試圖將整個生化檢測分析過程縮微到芯片上，形成所謂的“芯片實驗室”（Lab on chip）。芯片實驗室是生物芯片技術(shù)發(fā)展的最終目標。它將樣品的制備、生化反應(yīng)到檢測分析的整個過程集約化形成微型分析系統(tǒng)。由加熱器、微泵、微閥、微流量控制器、微電極、電子化學和電子發(fā)光探測器等組成的芯片實驗室已經(jīng)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芯片）。“芯片實驗室”可以完成諸如樣品制備、試劑輸送、生化反應(yīng)、結(jié)果檢測、信息處理和傳遞等一系列復雜工作。這些微型集成化分析系統(tǒng)攜帶方便，可用于緊急場合、野外操作甚至放在航天器上。

　　例如可以將樣品的制備和PCR擴增反應(yīng)同時完成于一塊小小的芯片之上。再如Gene Logic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，并對其進行熒光標記，然后當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的靶核酸序列。應(yīng)用其自己開發(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，所以可以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。

　　生物芯片應(yīng)用領(lǐng)域

　　1、生物制藥領(lǐng)域

　　各大藥廠和生物技術(shù)公司將會使用基因芯片發(fā)現(xiàn)篩選新藥等。采用基因芯片技術(shù)，可以大大加快人類基因組計劃的工作進度，例如用于基因測序、基因表達檢測和新的遺傳標志如SNP定位等，這對尋找新的功能基因、尋找新的藥物作用靶點和開發(fā)新的基因藥物具有重要意義。采用基因芯片可以進行超乎以前想象的工作量來檢測不同物種、不同組織、不同病種、不同處理條件下的基因表達改變，從而知道開發(fā)具有不同用途的的診斷試劑盒。新藥在實驗階段必須通過人體安全性實驗，就必須觀察藥物對人基因表達的影響，由于并不知道藥物對那一種基因起作用，就必須對已知所有或一定范圍內(nèi)的基因表達都進行檢測，采用基因芯片可以迅速而準確地完成這一任務(wù)。

　　2、醫(yī)學診斷

　　2.1、在優(yōu)生方面，目前知道有600多種遺傳疾病與基因有關(guān)。婦女在妊娠早期用DNA芯片做基因診斷，可以避免許多遺傳疾病的發(fā)生。

　　2.2、在疾病診斷方面，由于大部分疾病與基因有關(guān)，而且往往與多基因有關(guān)，因而，利用DNA芯片可以尋找基因與疾病的相關(guān)性，從而研制出相應(yīng)的藥物和提出新的治療方法。DNA芯片的高密度信息量和并行處理器的優(yōu)點不僅使多基因分析成為可能，而且保證了診斷的高效、廉價、快速和簡便。

　　2.3、應(yīng)用于器官移植、組織移植、細胞移植方面的基因配型，如HLA分型。

　　2.4、病原體診斷，如細菌和病毒鑒定、耐藥基因的鑒定。

　　2.5、在環(huán)境對人體的影響方面，已知花粉過敏等人體對環(huán)境的反應(yīng)都與基因有關(guān)。若對與環(huán)境污染相關(guān)的200多個基因進行全面監(jiān)測，將對生態(tài)環(huán)境控制及人類健康有重要意義。

　　2.6、在法醫(yī)學方面，DNA芯片比早先的DNA指紋鑒定更進一步，它不僅可做基因鑒定，而且可以通過DNA中包含的生命信息描繪生命體的臉型長相外貌特征。這種檢驗常用于災難事故后鑒定尸體身份以及鑒定父母和子女之間的血緣關(guān)系。

檢測血糖水平的光纖生物芯片

　　3、生物芯片在食品安全方面的應(yīng)用

　　民以食為天，食以安為先。充足的營養(yǎng)和安全的食品是人類生存的基本需要 在生物芯片生物安全和食品安全檢測方面的應(yīng)用剛剛開始，但已顯示出優(yōu)勢。

　　3.1、基因芯片在食品中致病病原體的檢測

　　以 PCR 為主的病毒核酸檢測技術(shù)是目前病毒檢測的主要方法，但很難滿足多亞型或多病毒的同時檢測的要求，且該技術(shù)存在易污染 假陽性高的缺點 基因芯片技術(shù)可以對多指標并行檢測，同時檢測多種病毒以及病毒的多種亞型，是目前病毒檢測的熱點研究方法 。

　　3.2、基因芯片在食源性病毒方面的檢測

　　傳統(tǒng)方法對食源性病毒大多是利用血清學免疫學或者熒光定量PCR等方法，對某種病毒進行單一檢測，當對某種食品需要待測的病毒種類較多時，傳統(tǒng)方法的效率就非常低。北京出入境檢疫檢驗局的汪琳等［9］搭建了植物源性食品中植物病毒、早害基因芯片檢測技術(shù)平臺，在國內(nèi)首次用于植物病毒 早害檢疫，該技術(shù)成本低，僅為標準反應(yīng)體系的7%，每個反應(yīng)節(jié)約100元，突破了基因芯片的應(yīng)用瓶頸，并實現(xiàn)了高通量的快速檢測。

　　3.3、基因芯片在轉(zhuǎn)基因食品檢測中的應(yīng)用

　　2007年，天津出入境檢驗檢疫局的鄭文杰等針對目前已商品化的七種轉(zhuǎn)基因作物基因組核酸的純化試劑盒，可同時完成對多種作物、多種基因的檢測，鑒于已商品化的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品涉5多個基因，因此，應(yīng)用基因芯片技術(shù)建立高通量檢測方法在檢測中具有明顯優(yōu)勢。該課題組研發(fā)了廣譜篩選芯片物種篩選芯片 品系檢測芯片及綜合型篩選芯片等四種類型的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品檢測基因芯片，檢測的基因主要分三類，共46個，可覆蓋全部商品化的轉(zhuǎn)基因植物及其產(chǎn)品，解決了目前國際上轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品檢測的難題。

　　總結(jié)

　　生物芯片作為新興的分子生物學技術(shù)，具有快速、高通量、高特異性等優(yōu)點，將該技術(shù)應(yīng)用于食品安全領(lǐng)域，必然給生物芯片的應(yīng)用及食品安全檢測水平的提高帶來新的契機，使生物芯片技術(shù)走出實驗室，從研究走入了與尋常百姓生活密切相關(guān)的食品安全領(lǐng)域 該技術(shù)的普及應(yīng)用，必然會帶來檢測速度的加快和檢測費用的降低，從而大大加強執(zhí)法機構(gòu)如食品安全檢測機構(gòu)、出入境檢驗檢疫局、商檢局等的執(zhí)法力度，確保食品安全，創(chuàng)造良好社會效益。