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，它首先與待檢測樣品進(jìn)行反應(yīng)，然后對與反應(yīng)結(jié)果相關(guān)的信號進(jìn)行收集，最后再用計算機或其他方法分析數(shù)據(jù)結(jié)果，會產(chǎn)生什么效果呢？答案就是對細(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。這也就是我們所說的生物芯片。生物芯片的主要特點是高通量、微型化和自動化。芯片上集成的成千上萬的密集排列的分子微陣列，能夠在短時間內(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)檢測手段的成千上萬倍。

早在1997年，《財富》雜志就報道說，“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，它是計算機和許多家電的‘心臟’，改變了我們的經(jīng)濟和文化生活，并已進(jìn)入每一個家庭；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)展起來的一項高新技術(shù)，主要是指通過微加工技術(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)，以實現(xiàn)對細(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。原來要在很大的實驗室中需要很多個試管來完成的實驗反應(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配對的核酸分子雜交。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)時的人類基因組計劃(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)體專家和分子生物學(xué)專家共同研制出利用光蝕刻技術(shù)光導(dǎo)合成多肽。

1992年，首次報道了運用半導(dǎo)體照相平板技術(shù)對原位合成制備的DNA芯片，這是世界上第一塊基因芯片。該技術(shù)是指將大量（通常每平方厘米點陣密度高于 400 ）探針分子固定于支持物上后與標(biāo)記的樣品分子進(jìn)行雜交，通過檢測每個探針分子的雜交信號強度進(jìn)而獲取樣品分子的數(shù)量和序列信息。通俗地說，就是通過微加工技術(shù) ，將數(shù)以萬計、乃至百萬計的特定序列的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)成的一個二維DNA探針陣列，與計算機的電子芯片十分相似，所以被稱為基因芯片。基因芯片主要用于基因檢測工作。

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芯片類似，主要通過堿基互補配對原則進(jìn)行雜交，來檢測對應(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實驗室發(fā)明了第一塊以玻璃為載體的基因微陣列芯片。

直到1996年，靈活運用了照相平板印刷、計算機、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。

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

2000年2月29日，在中南海召開的“國務(wù)院辦公廳第十次科技講座”上，程京博士（現(xiàn)中國工程院院士）為國務(wù)院及各部委領(lǐng)導(dǎo)作了題為《生物芯片—下個世紀(jì)革命性的技術(shù)》的主題報告，呼吁“中國應(yīng)加大在生物芯片研發(fā)方面的投入，實施強強結(jié)合，盡快建立國家級工程研究中心，迅速研究開發(fā)出一批具有我國知識產(chǎn)權(quán)的專門技術(shù)，積極參與到國際競爭的行列中去”。 就是在這次會議上，國家領(lǐng)導(dǎo)人確定要發(fā)展中國的生物芯片產(chǎn)業(yè)。同年9月，生物芯片北京國家工程研究中心正式成立。這代表著中國的生物芯片產(chǎn)業(yè)正式起步。

“十五”期間，國家863計劃重點組織實施了“功能基因組及生物芯片研究”重大專項，對生物芯片的系統(tǒng)研發(fā)給予了積極支持，越來越多的民間資本投入芯片產(chǎn)業(yè)，資本運營進(jìn)入良性循環(huán)。經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展，我國生物芯片產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)階段走向了技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)品銷售階段。部分技術(shù)和產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到了國際領(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、預(yù)防和個體化治療。醫(yī)生們可以通過研究個人的基因序列，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，遺傳病種類較多，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，而通過基因芯片（生物芯片的一種）可以準(zhǔn)確測定基因序列改變的位置和改變的類型。生物芯片還可以在感染性疾病診斷和耐藥檢測、器官移植、藥物篩選、指導(dǎo)個體化用藥、衛(wèi)生檢疫、司法鑒定等多個方面發(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航。

轉(zhuǎn)自：科普中國