想象一下，在一塊指甲大小的玻片、硅片、尼龍膜等材料上放上生物探針，它首先與待檢測(cè)樣品進(jìn)行反應(yīng)，然后對(duì)與反應(yīng)結(jié)果相關(guān)的信號(hào)進(jìn)行收集，最后再用計(jì)算機(jī)或其他方法分析數(shù)據(jù)結(jié)果，會(huì)產(chǎn)生什么效果呢？答案就是對(duì)細(xì)胞、蛋白質(zhì)、DNA以及其他生物組分的準(zhǔn)確、快速、大信息量的檢測(cè)。這也就是我們所說(shuō)的生物芯片。生物芯片的主要特點(diǎn)是高通量、微型化和自動(dòng)化。芯片上集成的成千上萬(wàn)的密集排列的分子微陣列，能夠在短時(shí)間內(nèi)分析大量的生物分子，使人們快速準(zhǔn)確地獲取樣品中的生物信息，效率是傳統(tǒng)檢測(cè)手段的成千上萬(wàn)倍。

早在1997年，《財(cái)富》雜志就報(bào)道說(shuō)，“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’，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�！�

生物芯片這一名詞最早是在二十世紀(jì)八十年代初提出的，當(dāng)時(shí)主要指分子電子器件。它是生命科學(xué)領(lǐng)域中迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，主要是指通過(guò)微加工技術(shù)和微電子技術(shù)在固體芯片表面構(gòu)建的微型生物化學(xué)分析系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞、蛋白質(zhì)、DNA以及其他生物組分的準(zhǔn)確、快速、大信息量的檢測(cè)。原來(lái)要在很大的實(shí)驗(yàn)室中需要很多個(gè)試管來(lái)完成的實(shí)驗(yàn)反應(yīng)，現(xiàn)在在一張小小的芯片上就完成了。

生物芯片技術(shù)的發(fā)展最初得益于Ed Southern提出的核酸雜交理論，即標(biāo)記的核酸分子能夠與被固化的與之互補(bǔ)配對(duì)的核酸分子雜交。從這一角度而言，Southern blot可以被看作是生物芯片的雛形。

而生物芯片的真正出現(xiàn)還是在二十世紀(jì)90年代初期，當(dāng)時(shí)的人類(lèi)基因組計(jì)劃(Human Genome Project，HGP)和分子生物學(xué)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展為基因芯片技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展提供了有利條件。Affymetrix公司Fodor領(lǐng)導(dǎo)的小組，組織半導(dǎo)體專(zhuān)家和分子生物學(xué)專(zhuān)家共同研制出利用光蝕刻技術(shù)光導(dǎo)合成多肽。

1992年，首次報(bào)道了運(yùn)用半導(dǎo)體照相平板技術(shù)對(duì)原位合成制備的DNA芯片，這是世界上第一塊基因芯片。該技術(shù)是指將大量（通常每平方厘米點(diǎn)陣密度高于 400 ）探針?lè)肿庸潭ㄓ谥С治锷虾笈c標(biāo)記的樣品分子進(jìn)行雜交，通過(guò)檢測(cè)每個(gè)探針?lè)肿拥碾s交信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)而獲取樣品分子的數(shù)量和序列信息。通俗地說(shuō)，就是通過(guò)微加工技術(shù) ，將數(shù)以萬(wàn)計(jì)、乃至百萬(wàn)計(jì)的特定序列的DNA片段（基因探針），有規(guī)律地排列固定于2cm 的硅片、玻片等支持物上，構(gòu)成的一個(gè)二維DNA探針陣列，與計(jì)算機(jī)的電子芯片十分相似，所以被稱(chēng)為基因芯片�；�因芯片主要用于基因檢測(cè)工作。

隨后在1993年，一種寡核苷酸生物芯片出現(xiàn)，寡核苷酸芯片的主要原理與cDNA芯片類(lèi)似，主要通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則進(jìn)行雜交，來(lái)檢測(cè)對(duì)應(yīng)片段是否存在、存在量的多少。

1994年又提出用光導(dǎo)合成的寡核苷酸芯片進(jìn)行DNA序列快速分析。

1995年，生物芯片繼續(xù)發(fā)展。Stanford大學(xué)的P．Brown實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了第一塊以玻璃為載體的基因微陣列芯片。

直到1996年，靈活運(yùn)用了照相平板印刷、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體、激光共聚焦掃描、寡核苷酸合成及熒光標(biāo)記探針雜交等多學(xué)科技術(shù)創(chuàng)造了世界上第一塊商業(yè)化的生物芯片。

我國(guó)生物芯片研究始于1997-1998年間，在國(guó)家政策的大力支持和產(chǎn)業(yè)界的高度重視下，我國(guó)生物芯片技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。

2000年2月29日，在中南海召開(kāi)的“國(guó)務(wù)院辦公廳第十次科技講座”上，程京博士（現(xiàn)中國(guó)工程院院士）為國(guó)務(wù)院及各部委領(lǐng)導(dǎo)作了題為《生物芯片—下個(gè)世紀(jì)革命性的技術(shù)》的主題報(bào)告，呼吁“中國(guó)應(yīng)加大在生物芯片研發(fā)方面的投入，實(shí)施強(qiáng)強(qiáng)結(jié)合，盡快建立國(guó)家級(jí)工程研究中心，迅速研究開(kāi)發(fā)出一批具有我國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專(zhuān)門(mén)技術(shù)，積極參與到國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的行列中去”。 就是在這次會(huì)議上，國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人確定要發(fā)展中國(guó)的生物芯片產(chǎn)業(yè)。同年9月，生物芯片北京國(guó)家工程研究中心正式成立。這代表著中國(guó)的生物芯片產(chǎn)業(yè)正式起步。

“十五”期間，國(guó)家863計(jì)劃重點(diǎn)組織實(shí)施了“功能基因組及生物芯片研究”重大專(zhuān)項(xiàng)，對(duì)生物芯片的系統(tǒng)研發(fā)給予了積極支持，越來(lái)越多的民間資本投入芯片產(chǎn)業(yè)，資本運(yùn)營(yíng)進(jìn)入良性循環(huán)。經(jīng)過(guò)數(shù)年的發(fā)展，我國(guó)生物芯片產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從技術(shù)研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段走向了技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)品銷(xiāo)售階段。部分技術(shù)和產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，在表達(dá)譜芯片、重大疾病診斷芯片和生物芯片相關(guān)設(shè)備的研制上取得了較大的突破。

生物芯片可用于疾病預(yù)測(cè)、預(yù)防和個(gè)體化治療。醫(yī)生們可以通過(guò)研究個(gè)人的基因序列，向攜帶了不良基因的人士提出健康管理和醫(yī)療建議，從而更有效地預(yù)防和治療精神疾病、癌癥、糖尿病等復(fù)雜疾病。

生物芯片可以用于遺傳性疾病診斷。在中國(guó)，遺傳病種類(lèi)較多，僅單基因遺傳病就有4,000多種。這些病的預(yù)防和早期干預(yù)很重要，但以前缺乏有效的手段進(jìn)行早期診斷。遺傳性疾病發(fā)生的根本原因，是由于正常的基因序列發(fā)生改變，而通過(guò)基因芯片（生物芯片的一種）可以準(zhǔn)確測(cè)定基因序列改變的位置和改變的類(lèi)型。生物芯片還可以在感染性疾病診斷和耐藥檢測(cè)、器官移植、藥物篩選、指導(dǎo)個(gè)體化用藥、衛(wèi)生檢疫、司法鑒定等多個(gè)方面發(fā)揮作用。

隨著生物芯片技術(shù)的發(fā)展和成熟，未來(lái)它將極大的改善和提高我們的生命質(zhì)量，為我們的生命健康保駕護(hù)航。

轉(zhuǎn)自：科普中國(guó)