“芯片實驗室”即lab-on-a-chip的直譯，并非嚴(yán)格定義的科學(xué)概念，而是一個新興的領(lǐng)域。從理論上講，所有生物和化學(xué)實驗室功能的微型化方法都可以用芯片實驗室技術(shù)來描述。具有代表性的芯片實驗室技術(shù)是針對小規(guī)模流體操縱的微流控技術(shù)。此外，芯片實驗室技術(shù)還包含了非流動的靜態(tài)微型實驗系統(tǒng)，如生物芯片的定義。這樣的芯片系統(tǒng)通常是微陣列芯片，如基因芯片、蛋白質(zhì)芯片等。

芯片實驗室特點是流體的流動速度不受控制，是微流控芯片的一種特殊類型。這種芯片通常通過檢測點陣上的不同反應(yīng)(如雜交、蛋白質(zhì)相互作用等)來進(jìn)行分析，其功能比較有限。相對來說，能控制流體運動的微流控芯片種類、功能和用途都比較廣泛。許多物理科學(xué)(物理、化學(xué)、力學(xué)等)、生命科學(xué)和工程學(xué)的研究者都十分重視這項技術(shù)，并將其應(yīng)用于這些領(lǐng)域的實驗研究。

大多數(shù)的化學(xué)和生物學(xué)實驗都是在溶液狀態(tài)下進(jìn)行的。在化學(xué)和生物實驗中，研究者對液體體積和通量的要求越來越低，對實驗自動化、操控性的要求也越來越高，傳統(tǒng)的攜帶和轉(zhuǎn)移液體操作的器械和工具(如燒杯、試管、培養(yǎng)皿等)已不再能滿足科學(xué)工作者的需要。這種新的技術(shù)手段必須具有操作體積較小、尺寸更小、實驗流量更大、更自動化控制等特點。微流體芯片正是在這種需要下應(yīng)運而生的一項技術(shù)，用于微量甚至微量液體的操作和分析。

就微流控芯片的發(fā)展歷史來看，這種技術(shù)的孕育與發(fā)展是必然的?？茖W(xué)研究和醫(yī)療市場的需求，再加上微電子領(lǐng)域相關(guān)加工技術(shù)的日益成熟，促使微流控芯片技術(shù)的產(chǎn)生，加快了其發(fā)展。分子分析在醫(yī)學(xué)衛(wèi)生、檢驗檢疫、環(huán)境監(jiān)測、勞動保護(hù)、司法鑒定等領(lǐng)域都有廣泛而廣泛的需求。將色譜、毛細(xì)管電泳等分離分析技術(shù)的微型化，成為市場的實際需求。在這種需求的背后，是巨大的醫(yī)療診斷消費群體和國家安全需要。在分子生物學(xué)研究日益深入的今天，需要更大通量、更低消耗的實驗技術(shù)。

微流體芯片技術(shù)正代表著這一趨勢，與現(xiàn)代分子生物學(xué)、基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等學(xué)科的發(fā)展同步。20世紀(jì)后半期，快速發(fā)展的微電子行業(yè)積累了大量的微加工經(jīng)驗，這些經(jīng)驗使許多微流控芯片加工所需的理論和技術(shù)成熟，許多相關(guān)設(shè)備和儀器也相繼誕生，相應(yīng)的新材料不斷涌現(xiàn)；同時，由于產(chǎn)業(yè)的推動和市場的擴(kuò)大，加工成本也大大降低。在1975年，斯坦福大學(xué)的研究人員使用微加工技術(shù)，在一塊硅片上蝕刻出細(xì)小的管道，用作氣相色譜的色譜柱，用于研究微量氣體的分離分析。這種裝置可能是現(xiàn)代意義上第一個微流體設(shè)備。

但由于技術(shù)等因素的限制，該芯片一直沒有得到足夠的重視。隨之而來的是微流控技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了一個相對滯后時期。自1990年以來，微全分析技術(shù)被提出，微流控芯片進(jìn)入了快速發(fā)展時期。研究者深入合作，開展了一系列早期毛細(xì)管電泳芯片的開創(chuàng)性工作。這個時期，絕大多數(shù)芯片是在硅和玻璃基片上制備的，直接借鑒了微電子領(lǐng)域成熟的硅基微加工技術(shù)。

自1998年以來，人們提出了軟蝕刻技術(shù)的概念，從那以后，以彈性材料為核心的硅氧烷(PDMS)時代宣告了微流控芯片技術(shù)進(jìn)入了一個新的快速發(fā)展階段。2000年，以PDMS材料為基礎(chǔ)，在加州理工學(xué)院提出了一種新型的氣動微閥和微泵的概念。該研究小組于2002年10月以“大規(guī)模微流控芯片集成”為題在美國《科學(xué)》雜志上發(fā)表論文，介紹了集成了數(shù)千個微閥和反應(yīng)器的微流控芯片，這標(biāo)志著該芯片從簡單的電泳分離到大規(guī)模集成的技術(shù)飛躍。目前，微流體芯片已成為一門綜合應(yīng)用研究領(lǐng)域，涉及到分離分析、化學(xué)合成、醫(yī)學(xué)診斷學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)、微生物學(xué)。