由于最初的生物芯片的主要目標(biāo)是用于DNA序列的測(cè)定、基因表達(dá)譜鑒定和基因突變體的檢測(cè)和分析，所以有時(shí)生物芯片又被稱為基因芯片（genechip）或DNA芯片。

      1、生物芯片概述

      隨著世界人口進(jìn)入老齡化社會(huì)，高齡者的健康問題日益引起全世界范圍內(nèi)的研究人員的關(guān)注。同時(shí)，由于工業(yè)化的發(fā)展和生活水平的提高，人們的生活環(huán)境和飲食結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。近二十年來，糖尿病、心血管疾病和惡性腫瘤的發(fā)病率逐漸提高。人口年齡結(jié)構(gòu)的變化與健康水平迅速改善提高，對(duì)臨床醫(yī)學(xué)科學(xué)提出了更高的要求。專家指出，為遏制此類疾病的發(fā)病率并有效降低其死亡率，今后醫(yī)療手段的發(fā)展方向，必將由現(xiàn)在的治療醫(yī)療向?qū)淼念A(yù)防醫(yī)療轉(zhuǎn)變。同時(shí)實(shí)現(xiàn)早期發(fā)現(xiàn)、早期診斷和早期治療。因此，對(duì)一些疾病的先期預(yù)兆，如血糖、蛋白質(zhì)等生化指標(biāo)的變化，以及某些基因的突變進(jìn)行有效、簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確地測(cè)定，愈發(fā)引起醫(yī)療業(yè)界的關(guān)注。

      以上這些說明，隨著現(xiàn)代儀器科學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)科學(xué)的發(fā)展，對(duì)人體的生化指標(biāo)檢測(cè)將不斷提出新的要求。因此，運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展新的分析原理并研究建立有效而實(shí)用的原位（in situ）、在體（in vivo）、實(shí)時(shí)（real time）、在線（on line）和高靈敏度、高選擇性的生物分析儀器已成為21世紀(jì)生命科學(xué)、化學(xué)和微電子學(xué)等領(lǐng)域研究和開發(fā)的主要目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，微型化、集成化和智能化必將分析儀器發(fā)展的主流方向。分析儀器的微型化、集成化和智能化所帶來的優(yōu)點(diǎn)首先是顯著降低制造成本、易于運(yùn)輸和搬運(yùn)，同時(shí)也必然帶來能源和實(shí)際消耗的節(jié)省。除此之外，集成化還將帶來儀器操作的簡(jiǎn)單化，適于高通量實(shí)驗(yàn)的開展。

      生物傳感器具有集信息采集、轉(zhuǎn)換、傳輸、表達(dá)于一身的特點(diǎn)，且測(cè)定簡(jiǎn)便、快速、裝置簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、選擇性優(yōu)異、應(yīng)用面廣，因而深受研究者的青睞。同時(shí)，生物傳感器易于組成生物傳感器陣列，通過與微型流路、微型泵和微型閥的配合，構(gòu)成生物分析芯片，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)參數(shù)同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。由此可見，基于生物傳感器的生物分析芯片的應(yīng)用，將成為醫(yī)療檢測(cè)儀器的一個(gè)重要發(fā)展方向。

      生物芯片技術(shù)被譽(yù)為21世紀(jì)生命科學(xué)的支撐技術(shù)，是半導(dǎo)體技術(shù)和生物技術(shù)聯(lián)姻的結(jié)果，是便攜式生化分析儀器的技術(shù)核心。該技術(shù)利用微電子工業(yè)技術(shù)，將現(xiàn)在生命科學(xué)研究中“各自為陣”的分析過程集成在一塊指甲大小的生物芯片上。使生命科學(xué)及醫(yī)學(xué)工作者可以在方寸之上進(jìn)行和完成一系列實(shí)驗(yàn)程序，專家們因此將其稱之為“微縮芯片實(shí)驗(yàn)室”。它的發(fā)展同當(dāng)年需要數(shù)間房屋放置的分離元件計(jì)算機(jī)被微縮成現(xiàn)在只有筆記本大小的電腦有異曲同工之效。采用該技術(shù)可進(jìn)行生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)科學(xué)所涉及的各種生物化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，從而達(dá)到對(duì)各項(xiàng)生化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試分析的目的。

生物芯片技術(shù)的出現(xiàn)將會(huì)給生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)科學(xué)、化學(xué)、新藥開發(fā)、生物武器研制、外太空探索、司法鑒定、食品和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域帶來一場(chǎng)革命。正是由于生物芯片技術(shù)對(duì)科學(xué)研究的發(fā)展具有極其重要的意義，以及它的廣泛的應(yīng)用前景及巨大的商業(yè)利益，世界上許多國(guó)家和地區(qū)以高額投入和大量的人力對(duì)此領(lǐng)域開展了大量的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)，并形成了一批相關(guān)產(chǎn)業(yè)。

      美國(guó)《財(cái)富》雜志曾撰文指出“微處理器使我們的經(jīng)濟(jì)發(fā)生了根本變化，給人類帶來了巨大的財(cái)富，改變了我們的生活方式。然而，生物芯片給人類帶來的影響可能更大?！笔聦?shí)已經(jīng)表明，生物芯片技術(shù)已經(jīng)成為全球科學(xué)界矚目的“熱點(diǎn)”，是繼微電子技術(shù)之后，高科技領(lǐng)域的又一場(chǎng)決戰(zhàn)。

      2 基本概念

      生物芯片（biochip）的概念來自于計(jì)算機(jī)芯片，發(fā)展至今不過二十年左右，但進(jìn)展迅速。迄今為止已有一百多家公司從事生物芯片相關(guān)工藝、設(shè)備及檢測(cè)手段和軟件研究開發(fā)。由于最初的生物芯片的主要目標(biāo)是用于DNA序列的測(cè)定、基因表達(dá)譜鑒定和基因突變體的檢測(cè)和分析，所以有時(shí)生物芯片又被稱為基因芯片（genechip）或DNA芯片。但目前這一技術(shù)已擴(kuò)展至很多領(lǐng)域。

     目前，國(guó)內(nèi)外研究單位所研發(fā)的生物芯片，如果按應(yīng)用領(lǐng)域分類，可以分為基因芯片、蛋白質(zhì)分析用生物芯片、PCR芯片，以及血液分析用生物芯片等幾類；如果按內(nèi)在集成功能分類，可以分為主動(dòng)式生物芯片和被動(dòng)式生物芯片兩類。

     被動(dòng)式生物芯片的實(shí)質(zhì)是在面積不大的基片上有序地點(diǎn)陣排列了一系列固定于一定位置的可尋址的敏感物質(zhì)，結(jié)合或反應(yīng)在相同條件下進(jìn)行。反應(yīng)結(jié)果用各種物理或化學(xué)手段進(jìn)行轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，綜合成可讀的數(shù)據(jù)信息。利用被動(dòng)式生物芯片進(jìn)行芯片分析可以大大提高檢測(cè)效率，減少工作量，增加可比性。但實(shí)驗(yàn)人員無法對(duì)芯片上的生物及化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)以及反應(yīng)特異性的人為控制。被動(dòng)式生物芯片構(gòu)成簡(jiǎn)單，目前，國(guó)內(nèi)外大多數(shù)研究單位所研發(fā)的多是這類芯片。在人類基因組計(jì)劃中發(fā)揮重要作用的基因芯片就屬于被動(dòng)式生物芯片。

      主動(dòng)式生物芯片的實(shí)質(zhì)是在被動(dòng)式生物芯片的基礎(chǔ)上，在基片上同時(shí)集成有微型流路、微型閥和微型泵等部分，利用他們對(duì)發(fā)生在芯片上的生物及化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行人為控制。主動(dòng)式生物芯片又被稱為芯片型實(shí)驗(yàn)室（lab on a chip），它是20世紀(jì)90年代后出現(xiàn)的一個(gè)新的研究領(lǐng)域。顧名思義，它是以芯片分析為基礎(chǔ)，其功能已從單一分析測(cè)定發(fā)展為集各種分析化。