“芯片實(shí)驗(yàn)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(gè)新興的領(lǐng)域。從理論上講，所有生物和化學(xué)實(shí)驗(yàn)室功能的微型化方法都可以用芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)來描述。具有代表性的芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)是針對(duì)小規(guī)模流體操縱的微流控技術(shù)。此外，芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)還包含了非流動(dòng)的靜態(tài)微型實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室特點(diǎn)是流體的流動(dòng)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(cè)點(diǎn)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(duì)來說，能控制流體運(yùn)動(dòng)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(xiàng)技術(shù)，并將其應(yīng)用于這些領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)研究。

大多數(shù)的化學(xué)和生物學(xué)實(shí)驗(yàn)都是在溶液狀態(tài)下進(jìn)行的。在化學(xué)和生物實(shí)驗(yàn)中，研究者對(duì)液體體積和通量的要求越來越低，對(duì)實(shí)驗(yàn)自動(dòng)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(shí)驗(yàn)流量更大、更自動(dòng)化控制等特點(diǎn)。微流體芯片正是在這種需要下應(yīng)運(yùn)而生的一項(xiàng)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。科學(xué)研究和醫(yī)療市場(chǎng)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(yàn)檢疫、環(huán)境監(jiān)測(cè)、勞動(dòng)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(chǎng)的實(shí)際需求。在這種需求的背后，是巨大的醫(yī)療診斷消費(fèi)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(shí)驗(yàn)技術(shù)。

微流體芯片技術(shù)正代表著這一趨勢(shì)，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(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)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(shí)，由于產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)和市場(chǎng)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(gè)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(gè)相對(duì)滯后時(shí)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(shí)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(gè)時(shí)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(shí)代宣告了微流控芯片技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)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(dòng)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(gè)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)。