隨著對(duì)生物芯片技術(shù)的看好，有很多個(gè)不同的名詞來(lái)描述它。一般稱之為微矩陣（Microarray）或“生物芯片（BioChip）”，雖然“基因芯片（gene chip）”這個(gè)詞也常用，但是GeneChip是美國(guó)Affymetrix公司已注冊(cè)的基因分析研究用的微矩陣的專利商標(biāo)名。

一般地，生物芯片可分為DNA芯片，蛋白芯片和Lab-on-chip。DNA芯片和蛋白芯片的承載體一般是固體基片，最常用的是經(jīng)化學(xué)或生物學(xué)方法處理的玻璃片。所固定的靶標(biāo)是DNA（cDNA或人工合成的寡核苷酸）或者是蛋白質(zhì)。這兩種芯片技術(shù)中的檢測(cè)樣本的提取、分離、標(biāo)記、雜交和信號(hào)檢測(cè)是在不同的技術(shù)平臺(tái)上進(jìn)行的，而Lab-on-chip則是合成了所有的這些步驟在一個(gè)技術(shù)平臺(tái)上進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了對(duì)樣品處理、提純、反應(yīng)、檢測(cè)、分析的整合、微型化、自動(dòng)化。生物芯片技術(shù)也可以分成兩部分：硬件（技術(shù)平臺(tái)）和軟件（檢測(cè)的對(duì)象和分析方法）。

目前最成熟的、應(yīng)用最多的是DNA芯片，蛋白芯片的進(jìn)展勢(shì)頭非�？春玫啻笠�(guī)模的應(yīng)用仍有一定距離，而Lab-on-chip離實(shí)用階段則更遠(yuǎn)一些，但是它在臨床上的應(yīng)用前景是最值得關(guān)注的。有關(guān)的評(píng)估可以從國(guó)際上芯片應(yīng)用研究的成果進(jìn)行檢索就可以得到。在這里主要對(duì)DNA芯片進(jìn)行分析，以此來(lái)分析和展望蛋白芯片及Lab-on-chip的發(fā)展前景和可能對(duì)人們生活的影響。

DNA微矩陣是一種高通量的技術(shù)，它滿足了基因組計(jì)劃實(shí)施后人們進(jìn)行基因功能研究的要求，可以從mRNA水平上來(lái)了解基因的功能，這是聯(lián)系DNA和蛋白質(zhì)研究的重要一環(huán)。通過(guò)標(biāo)記的cDNAs（從樣本中抽提出的mRNA反轉(zhuǎn)錄得到）與固定在基片上的靶標(biāo)進(jìn)行雜交，然后通過(guò)芯片掃描儀來(lái)掃描檢測(cè)分析雜交情況，最后通過(guò)芯片數(shù)據(jù)分析軟件分析基因表達(dá)情況。根據(jù)固定的靶標(biāo)（cDNA或寡聚核苷片段）不同，可以用來(lái)檢測(cè)分析基因的表達(dá)水平和特定DNA片段的單核苷多態(tài)性（SNPs）。這是DNA微矩陣檢測(cè)的兩個(gè)主要對(duì)象。其具體的技術(shù)過(guò)程如下：

1）矩陣的構(gòu)建。芯片上的靶標(biāo)可以是cDNAs（部分或完整的），基因組DNAs，或者是化學(xué)合成的寡核苷酸序列。
2）探針的準(zhǔn)備。從樣本中抽提出mRNA，反轉(zhuǎn)錄成熒光標(biāo)記的cDNA；或者是特定的DNA片段以用于檢測(cè)SNPs。
3）探針與矩陣的雜交。來(lái)自兩個(gè)樣本的探針混合在一起，與芯片上的互補(bǔ)序列進(jìn)行。就如傳統(tǒng)的核酸雜交，雜交條件經(jīng)過(guò)優(yōu)化使得背景最小。未結(jié)合上的探針在掃描前被沖洗掉。
4）掃描和檢測(cè)。用激光共聚焦的掃描儀來(lái)掃描雜交后的矩陣，每種熒光染料需要特定波長(zhǎng)的激光去激發(fā)它。熒光信息存儲(chǔ)在電腦中，并進(jìn)行分析和圖象建設(shè)。
5）標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)據(jù)分析。對(duì)每一種染料掃描后的圖象通過(guò)一定的軟件處理并合并得到每個(gè)點(diǎn)的重疊圖，并通過(guò)對(duì)照點(diǎn)來(lái)幫助校正兩種熒光染料的標(biāo)記差異和檢測(cè)效率。最后用數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，主要是通過(guò)數(shù)據(jù)模型來(lái)處理。

通過(guò)DNA微矩陣技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單地使研究工作者來(lái)檢測(cè)特定時(shí)空條件下的生物體的所有基因的表達(dá)成為可能。雖然人們認(rèn)識(shí)到自己能表達(dá)的所有基因數(shù)只有30000個(gè)，但是它們的信息量仍是非常巨大的。通過(guò)微矩陣技術(shù)將產(chǎn)生大量的信息，從這些信息中將可以提取到很多非常有價(jià)值的材料�；谶@些材料之上，科學(xué)工作者可以提出相關(guān)的設(shè)想和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并通過(guò)其他的實(shí)驗(yàn)來(lái)證明它。微矩陣技術(shù)正如“基因信息�！敝械囊粡垺熬W(wǎng)”，智者將會(huì)網(wǎng)到“魚”。

目前，DNA芯片應(yīng)用于科研領(lǐng)域取得了引人矚目的研究成果。這些研究主要集中在基于DNA微矩陣得到的基因表達(dá)譜從中篩選出腫瘤的分型檢測(cè)的生物標(biāo)記，相關(guān)的研究成果都發(fā)表在國(guó)際一流雜志上，如本年度6月5日的《PNAS》Heping Zhang等的研究結(jié)果表明可以通過(guò)他們所創(chuàng)立的數(shù)學(xué)模型分析芯片數(shù)據(jù)，從表達(dá)譜數(shù)據(jù)中可以抽提出2-3個(gè)基因作為癌癥分型的生物標(biāo)記；9月25日《PNAS》 Mike West等，其研究結(jié)果表明可以通過(guò)雌激素受體水平和淋巴結(jié)情況來(lái)區(qū)分乳腺癌的情況。本年度8月《Nature 》Saravavn M. Dhanasekaran等的研究結(jié)果表明可以通過(guò)hepsin 和pim-1兩個(gè)基因的表達(dá)情況來(lái)區(qū)分前列腺癌。2001年10月25日的《Nature》雜志發(fā)表了一篇通過(guò)微矩陣技術(shù)篩選到抗生素耐藥基因的文章；10月26日《Science》雜志發(fā)表了Q. Huang等的研究結(jié)果，通過(guò)微矩陣技術(shù)篩選了與人免疫反應(yīng)有關(guān)的基因。這些工作為藥物的研發(fā)和疾病的診斷治療提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),他們的結(jié)果表現(xiàn)出了一些可實(shí)際應(yīng)用的跡象，經(jīng)過(guò)一到兩年的時(shí)間，即可為產(chǎn)業(yè)服務(wù)和應(yīng)用到臨床上。

實(shí)際上，DNA微矩陣就是一個(gè)技術(shù)平臺(tái)，它的最大特點(diǎn)是高通量、微型化和數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化。隨著DNA微矩陣技術(shù)的發(fā)展，芯片的標(biāo)準(zhǔn)化、樣本取得、處理和芯片雜交后的數(shù)據(jù)分析將成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。特別是芯片處理后的數(shù)據(jù)分析將決定誰(shuí)可以從基因表達(dá)的海量信息中“網(wǎng)”到“魚”�；蚪M測(cè)序工作產(chǎn)生了巨大的基因序列數(shù)據(jù)庫(kù)，有關(guān)基因表達(dá)譜的研究，也將產(chǎn)生“transcriptomics”和相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，這是基因功能組研究的起始。

微矩陣技術(shù)正在研究領(lǐng)域發(fā)揮著它自己應(yīng)有的潛力并持續(xù)地發(fā)展，也昭示著蛋白芯片和Lab-on-chip的未來(lái)。無(wú)疑，后兩者在實(shí)際應(yīng)用上將會(huì)體現(xiàn)的更直接。蛋白芯片與藥物的研發(fā)更接近，也貼近疾病的臨床檢測(cè)和診斷。“核酸+蛋白”的檢測(cè)將為病人提供更確切的治療方案。不過(guò)蛋白芯片的研發(fā)技術(shù)難度將超過(guò)DNA芯片。Lab-on-chip更是預(yù)示著一種美好的未來(lái)，其核心在于它的制造工藝上，如何來(lái)實(shí)現(xiàn)它對(duì)樣品處理到檢測(cè)分析的整合，如何來(lái)大幅度提高檢測(cè)的靈敏度和降低使用成本，這是它實(shí)現(xiàn)在臨床應(yīng)用的最關(guān)鍵的因素。作為DNA芯片和蛋白質(zhì)芯片其發(fā)展的動(dòng)力主要是對(duì)芯片雜交后數(shù)據(jù)處理所獲得的結(jié)果，而Lab-on-chip的大幅度發(fā)展將來(lái)自于它的制造工藝。

可以分析出DNA芯片的最大應(yīng)用領(lǐng)域是在科研（包括藥物開發(fā)），而不是人們所關(guān)注的臨床。美國(guó)主要的基因芯片公司Affymetrix與多家制藥公司合作，如deCODE，GlaxoSmithKline，Millennium等，研究開發(fā)基因芯片技術(shù)在藥物研發(fā)上的應(yīng)用。DNA微矩陣從技術(shù)特點(diǎn)而言，并不適合在臨床的應(yīng)用，因?yàn)椋?
1）DNA芯片所需的樣本量很大。按一般芯片試劑盒的要求，需要總RNA在20或50微克以上，國(guó)內(nèi)一般要求提供mRNA為1-3微克。這樣的量在臨床上是完全不可能去做到的，解決的辦法就是通過(guò)PCR擴(kuò)增得到足夠的標(biāo)記探針。目前國(guó)內(nèi)有些公司推出的臨床檢驗(yàn)用芯片實(shí)際上是“多個(gè)PCR+基于microarray的雜交顯色”，而并沒(méi)有體現(xiàn)DNA芯片的優(yōu)勢(shì)和特色，還不如直接用定量熒光PCR方法檢測(cè)來(lái)的方便、快速。
2）檢測(cè)靈敏度。按照芯片的檢測(cè)方法，其檢測(cè)的核酸拷貝數(shù)要多于PCR技術(shù)。
3）檢測(cè)對(duì)象。就目前而言，核酸檢測(cè)的對(duì)象比較缺乏。目前病原微生物的基因組研究并沒(méi)有全面的開展，有關(guān)的基因序列相比于人的還是很少。而對(duì)于內(nèi)源性疾病的診斷芯片、基因預(yù)測(cè)芯片、基因分型芯片，需要有疾病的相應(yīng)的生物標(biāo)記----特定基因。用于診斷感染性疾病的亞型分型診斷芯片，對(duì)亞型的分析還未充分，并且由于目前還沒(méi)有相應(yīng)的治療藥物，分型診斷也難以實(shí)現(xiàn)其臨床價(jià)值。耐藥性芯片，主要是通過(guò)檢測(cè)特定片段上的某個(gè)堿基是否發(fā)生了突變，雖然在方法上是比原有的要方便一些，但是實(shí)現(xiàn)在臨床的應(yīng)用還有一段時(shí)間。由此決定了目前的診斷用DNA芯片的標(biāo)志意義超過(guò)了現(xiàn)實(shí)意義。
4）實(shí)驗(yàn)成本。而對(duì)于這些技術(shù)來(lái)說(shuō)，成本永遠(yuǎn)是一個(gè)值得考慮的問(wèn)題。DNA芯片相對(duì)于一般的普通的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的費(fèi)用是要高的多，如果系統(tǒng)地進(jìn)行微矩陣實(shí)驗(yàn)，一般只有大型制藥公司和經(jīng)費(fèi)充足的科研院所才能承受。一套商品化的基因芯片分析系統(tǒng)，包括芯片陣列儀、掃描儀、計(jì)算機(jī)及其軟件等，大約價(jià)值11萬(wàn)美元；如果購(gòu)買芯片公司生產(chǎn)的產(chǎn)品則只需掃描儀和計(jì)算機(jī)及軟件，市場(chǎng)價(jià)目前為5-6萬(wàn)美元。

芯片的市場(chǎng)價(jià)一般為1-2元人民幣/點(diǎn)，再加上每張芯片的耗材費(fèi)用，合計(jì)大約在1000美圓左右。按照國(guó)際上發(fā)表文章，目前所需的數(shù)據(jù)處理量，需要芯片至少在二三十張或更多。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助額度，一般為十到二十萬(wàn)元，大的項(xiàng)目在一百萬(wàn)元左右。所以在國(guó)內(nèi)科研工作中，基因芯片的實(shí)際使用量還比較小，也就造成了國(guó)內(nèi)沒(méi)有什么有關(guān)使用基因芯片的研究成果出現(xiàn)的現(xiàn)象。

但是，“淘金者”卻沒(méi)有得到相應(yīng)的回報(bào)，DNA芯片碰到了冷落的態(tài)勢(shì)。DNA芯片的研究沒(méi)有形成國(guó)外那樣的大氣候，其原因之一是國(guó)內(nèi)更多的是一種芯片概念的炒作。不可否認(rèn)基因產(chǎn)業(yè)的復(fù)雜，投資大、周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)高，但是它產(chǎn)生的利潤(rùn)和實(shí)際對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的影響面將是非常大的。生物芯片技術(shù)所帶來(lái)的革命性的技術(shù)進(jìn)步，并對(duì)人類的命運(yùn)起到巨大作用，所以其未來(lái)的成長(zhǎng)空間是巨大的。國(guó)外一些非生物技術(shù)公司正在加入基因芯片這一領(lǐng)域的發(fā)展，特別是摩托羅拉和惠普。