
生物芯片的内部结构图
概述
生物芯片又称DNA芯片或基因芯片,它们是DNA杂交探针技术与半导体工业技术相结合的结晶。该技术系指将大量探针分子固定于支持物上后与带荧光标记的DNA样品分子进行杂交,通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。
生物芯片技术起源于核酸分子杂交。所谓生物芯片一般指高密度固定在互相支持介质上的生物信息分子(如基因片段、CDNA片段或多肽、蛋白质)的微阵列杂交型芯片(micro-arrays),阵列中每个分子的序列及位置都是已知的,并且是预先设定好的序列点阵。微流控芯片(microfluidic chips)和液态生物芯片是比微阵列芯片后发展的生物芯片新技术,生物芯片技术是系统生物技术的基本内容。
什么是生物芯片呢?简单说,生物芯片就是在一块玻璃片、硅片、尼龙膜等材料上放上生物样品,然后由一种仪器收集信号,用
计算机分析数据结果。

像花布一样五彩斑斓的生物芯片
人们可能很容易把生物芯片与电子芯片联系起来,虽然,生物芯片和电子芯片确实有着千丝万缕的联系,但它们是完全不同的两种东西。生物芯片并不等同于电子芯片,只是借用概念,它的原名叫“核酸微阵列”,因为它上面的反应是在交叉的纵列中所发生。
芯片的概念取之于集成的概念,如电子芯片的意思就是把大的东西变成小的东西,集成在一起。生物芯片也是集成,不过是生物材料的集成。像实验室检测一样,在生物芯片上检查血糖、蛋白、酶活性等,是基于同样的生物反应原理。所以生物芯片就是一个载体平台。这个平台的材料则有很多种,如硅,玻璃,膜(纤维素膜)等,还有一些三维结构的多聚体,平台上则密密麻麻地摆满了各种生物材料。芯片只是一个载体。做什么东西、检测什么,还是靠生物学家来完成。也就是说,原来要在很大的实验室中需要很多个试管的反应,现在被移至一张芯片上同时发生了。
世界发展史
进入21世纪,随着生物技术的迅速发展,电子技术和生物技术相结合诞生了半导体芯片的兄弟——生物芯片,这将给我们的生活带来一场深刻的革命。这场革命对于全世界的可持续发展都会起到不可估量的贡献。

Fred Sanger

Walter Gilbert

Kary Mullis
生物芯片技术的发展最初得益于埃德温·迈勒·萨瑟恩 (Edwin Mellor Southern)提出的核酸杂交理论,即标记的核酸分子能够与被固化的与之互补配对的核酸分子杂交。从这一角度而言,Southern杂交可以被看作是生物芯片的雏形。弗雷德里克·桑格(Fred Sanger)和吉尔伯特(Walter Gilbert)发明了现在广泛使用的DNA测序方法,并由此在1980年获得了诺贝尔奖。另一个诺贝尔奖获得者卡里·穆利斯(Kary Mullis)在1983年首先发明了PCR,以及后来在此基础上的一系列研究使得微量的DNA可以放大,并能用实验方法进行检测。
生物芯片这一名词最早是在二十世纪八十年代初提出的,当时主要指分子电子器件。它是生命科学领域中迅速发展起来的一项高新技术,主要是指通过微加工技术和微电子技术在固格体芯片表面构建的微型生物化学分析系统,以实现对细胞、蛋白质、DNA以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。美国海军实验室研究员卡特(Carter) 等试图把有机功能分子或生物活性分子进行组装,想构建微功能单元,实现信息的获取、贮存、处理和传输等功能。用以研制仿生信息处理系统和生物
计算机,从而产生了"分子电子学",同时取得了一些重要进展:如分子开关、分子贮存器、分子导线和分子神经元等分子器件,更引起科学界关注的是建立了基于DNA或蛋白质等分子计算的实验室模型。
进入二十世纪九十年代,人类基因组计划(Human Genome Project,HGP)和分子生物学相关学科的发展也为基因芯片技术的出现和发展提供了有利条件。与此同时,另一类"生物芯片"引起了人们的关注,通过机器人自动打印或光引导化学合成技术在硅片、玻璃、凝胶或尼龙膜上制造的生物分子微阵列,实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞或其它生物组分准确、快速、大信息量的筛选或检测。

最早微阵列图片
●1991年Affymatrix公司福德(Fodor)组织半导体专家和分子生物学专家共同研制出利用光蚀刻光导合成多肽;
●1992年运用半导体照相平板技术,对原位合成制备的DNA芯片作了首次报道,这是世界上第一块基因芯片;
●1993年设计了一种寡核苷酸生物芯片;
●1994年又提出用光导合成的寡核苷酸芯片进行DNA序列快速分析;
●1996年灵活运用了照相平板印刷、
计算机、半导体、激光共聚焦扫描、寡核苷酸合成及荧光标记探针杂交等多学科技术创造了世界上第一块商业化的生物芯片;
●1995年,斯坦福大学布朗(P.Brown)实验室发明了第一块以玻璃为载体的基因微矩阵芯片。
●2001年,全世界生物芯片市场已达170亿美元,用生物芯片进行药理遗传学和药理基因组学研究所涉及的世界药物市场每年约1800亿美元;

生物芯片巨头-affymetrix
●2000-2004年的五年内,在应用生物芯片的市场销售达到200亿美元左右。2005年,仅美国用于基因组研究的芯片销售额即达50亿美元,2010年有可能上升为400亿美元,这还不包括用于疾病预防及诊治及其它领域中的基因芯片,部分预计比基因组研究用量还要大上百倍。因此,基因芯片及相关产品产业将取代微电子芯片产业,成为21世纪最大的产业。
●2004年3月,英国