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（如玻片、硅片、聚丙烯酰胺凝膠、尼龍膜等載體）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，通過特定的儀器比如激光共聚焦掃描或電荷偶聯(lián)攝影像機（CCD）對雜交信號的強度進行快速、并行、地檢測分析，從而判斷樣品中靶分子的數(shù)量。目前常見的生物芯片主要分為3大類：即基因芯片（Geneehip， DNAchip，DNAmi croarray）、蛋白質芯片（Proteinchip）、芯片實驗室（Lab-on-a-chip）等。

1生物芯片的應用

1．1測序

基因芯片利用固定探針與樣品進行分子雜交產(chǎn)生的雜交圖譜而排列出待測樣品的序列．這種測定方法快速而具有十分誘人的前景。Mark chee等用含135 000個寡核苷酸探針的陣列測定了全長為16．6kb的人線粒體基因組序列，準確率達99％。Hacia等用含有48 000個寡核苷酸的高密度微陣列分析了黑猩猩和人BRCAl基因序列差異，結果發(fā)現(xiàn)在外顯子1l約3．4kb長度范圍內的核酸序列同源性為98．2％-83．5％。提示了二者在進化上的高度相似性。

1．2疾病診斷

基因芯片在感染性疾病、遺傳性疾病、重癥傳染病和惡性腫瘤等疾病的臨床診斷方面具有*的優(yōu)勢。與傳統(tǒng)檢測方法相比，它可以在一張芯片同時對多個病人進行多種疾病的檢測，無需機體免疫應答反應期，能及早診斷，待測樣品用量小；能特異性檢測病原微生物的亞型及變異；可幫助醫(yī)生及患者從“系統(tǒng)、血管、組織和細胞層次（通常稱之為‘第二階段醫(yī)學’）”轉變到“DNA、RNA、蛋白質及其相互作用層次（第三階段醫(yī)學）”上了解疾病的發(fā)生、發(fā)展過程，這些特點使得醫(yī)務人員在短時間內．可以掌握大量的疾病診斷信息，這些信息有助于醫(yī)生在短時間內找到正確的治療措施。

1．3藥物篩選

芯片技術具有高通量、大規(guī)模、平行性等特點可以進行新藥的篩選，尤其對我國傳統(tǒng)的中藥有效成分進行篩選。基因芯片對于藥物靶標的發(fā)現(xiàn)、多靶位同步高通量藥物篩選、藥物作用的分子機理、藥物活性及毒性評價方面都有其它方法*的性，能夠從基因水平解釋藥物的作用機理，可以用基因芯片分析用藥前后機體的不同組織、器官基因表達的差異，國外幾乎所有的主要制藥公司都不同程度地采用了基因芯片技術來尋找藥物靶標．查檢藥物的毒性或副作用。例如，Kapp U等用包含950個基因探針的基因芯片比較何杰金氏病細胞系L428及KMH2與EB病的B淋巴細胞系LGL-GK的基因表達譜，發(fā)現(xiàn)何杰金氏病源的細胞系中自細胞介素-13（IL-13）及白細胞介素一5（IL-5）表達異常增高，用IL-13抗體處理何杰金氏病源細胞系可顯著抑制其增殖，此發(fā)現(xiàn)提示，IL-13可能以自分泌形式促進何杰金氏相關細胞增殖,IL-13及其信號傳導途徑可能成為何杰金氏病治療及藥物篩選的新靶點。芯片用于大規(guī)模的藥物篩選研究可以省略大量的動物試驗，縮短藥物篩選所用時間，這可大大節(jié)省新藥開發(fā)經(jīng)費，并且可對由于不良反應而放棄的藥物進行重新評價，選取可適用的患者群，實現(xiàn)個性化治療。Michael Wilson等使用包含有肺結核桿菌基因組PRF的97％的序列的基因芯片，對應用抗結核桿菌藥物異煙肼誘導前后表達的變化，結果證明肺結核桿菌中脂肪酸合成酶Ⅱ、FbpC、ef- pA、fadE23、fadE24和基因發(fā)生改變與耐藥性有關，并為新藥物作用的靶目標研究及指導抑制這些靶目標試劑和藥物的合成提供指導問。研究各種藥物對不同基因的作用，從而在劑量和成分搭配上做到無誤。相信在不久的將來，藥品說明書上的適用癥和禁忌癥都會改為適用基因型和禁忌基因型，使得藥品更加針對不同個體的不同疾病，達到療效更佳、副作用更小的目的。

1．4個性化給藥

臨床上．同樣藥物的劑量對病人甲有效可能對病人乙不起作用，而對病人丙則可能有副作用。在藥物療效與副作用方面，病人的反應差異很大。這主要是由于病人遺傳學上存在差異，如藥物應答基因，導致對藥物產(chǎn)生不同的反應。例如細胞色素P450酶與大約25％廣泛使用的藥物的代謝有關，如果病人該酶的基因發(fā)生突變就會對降壓藥異喹胍產(chǎn)生明顯的副作用．5％～10％的高加索人缺乏該酶基因的活性。現(xiàn)已弄清楚這類基因存在廣泛變異，這些變異除對藥物產(chǎn)生不同反應外，還與易犯各種疾病如腫瘤、自身免疫病和帕金森病有關。如果利用基因芯片技術對患者行診斷，再開處方，就可對病人實施個體優(yōu)化治療。另一方面，在治療中，很多同種疾病的具體病因是因人而異的，用藥也應因人而異。例如現(xiàn)用于治療AIDS的藥物主要是病毒逆轉錄酶RT和蛋白酶PRO的抑制劑，但在用藥3-12月后常出現(xiàn)耐藥，其原因是rt、pro基因產(chǎn)生一個或多個點突變。Rt基因4個常見突變位點是Asp67--*Asn、 Lys70→ATg、hr215→Phe、Tyr和Lv6219→Glu,4個位點均突變較單一位點突變后對藥物的耐受能力成百倍增加。如將這些基因突變部位的全部序列構建為DNA芯片，則可快速地檢測病人是哪些基因發(fā)生突變，從而對癥下藥，所以對指導治療和預后有很大的意義。

1．5預防醫(yī)學

在嬰兒出生前，可用生物芯片進行有效的產(chǎn)前篩查和診斷，防止患有先天性疾病的嬰兒出生。而在嬰兒出生后，即可采用基因芯片技術來分析其基因圖譜．不僅可預測出他日后可以長多高，還可預測其患某些疾病的潛在可能性有多大，以便采取預防措施。

2 生物芯片國外發(fā)展現(xiàn)狀及我國前景展望   

自從1996年美國Affymetrix公司成功地制作出世界上*用于藥物篩選和實驗室試驗用的生物芯片，并制作出芯片系統(tǒng)，此后世界各國在芯片研究方面快速前進，不斷有新的突破。美國的Hyseq公司、Syntexi公司、Nanogen公司、Incyte公司及日本、歐洲各國都積極開展DNA芯片研究工作：摩托羅拉、惠普、IBM等跨國公司也相繼投以巨資開展芯片研究。1998年12月Affymefrix公司和 Molecular Dynamics公司宣布成立基因分析協(xié)會（Genetic Analysis Technology Consortium）以制定一個統(tǒng)一的技術平臺生產(chǎn)更有效而價廉的設備，與此相呼應，英國的Amer． shcem Pharmacia Biotechnology公司也在同一天宣布將提供部分掌握的技術以推動這項技術的應用。美國關于芯片技術召開了2次會議，*總統(tǒng)在會上高度贊賞和肯定該技術，將基因芯片看作是保證一生健康的指南針。預計在今后5年內生物芯片銷售可達200-300億美元：據(jù)《財富》雜志預測（97．3），在21世紀，生物芯片對人類的影響將可能超過微電子芯片。

 我國芯片技術的研究也緊跟前沿．現(xiàn)在以中科院上海冶金所為，與上海原子核所、有機所、生化所、遺傳所、腫瘤所、武漢病毒所、上海醫(yī)科大學、上海市疾病檢測中心、華東師大等單位組成強強聯(lián)合，在微陣列芯片和基于MEBS的芯片方面有大的突破，在DNA芯片設計、基片修飾、探針固定、樣品標記、雜交和檢測等方面的技術都有較大的進展，已研制出肝癌基因差異表達芯片、乙肝病毒多態(tài)性檢測芯片、多種惡性腫瘤病毒基因芯片等有一定實用意義的基因芯片和DNA芯片檢測儀樣機。中科院上海冶金所等又將在徐元森院士、趙建龍博士等帶領下，決心開發(fā)重大傳染性疾病的診斷芯片及檢測設備，如 HBV、HCV、TB3種基因診斷芯片。上海細胞所正在進行人類全套基因組的CDNA陣列和微陣列制備，為我國科研和開發(fā)提供一個技術平臺，并使之產(chǎn)業(yè)化。同時，清華、復旦、東南大學、北京軍事醫(yī)學科學院、華東理工大學、*軍醫(yī)大學等單位都在積極進行芯片研究。生物芯片的發(fā)展將對我國生命科學研究，醫(yī)學診斷，新藥篩選具有革命性的推動作用，也將對我國人口素質、農(nóng)業(yè)發(fā)展、環(huán)境保護等作出巨大的貢獻，同時帶動我國科學整體進步，為各相關高科技產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造機會。生物芯片技術將成為21世紀zui令人注目的高新技術領域之一，將使人類早日進入生物信息時代。