生物芯片

　　生物芯片，又稱DNA芯片或基因芯片，它們是DNA雜交探針技術(shù)與半導(dǎo)體工業(yè)技術(shù)相結(jié)合的結(jié)晶。該技術(shù)系指將大量探針?lè)肿庸潭ㄓ谥С治锷虾笈c帶熒光標(biāo)記的DNA樣品分子進(jìn)行雜交，通過(guò)檢測(cè)每個(gè)探針?lè)肿拥碾s交信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)而獲取樣品分子的數(shù)量和序列信息。

　　中文名稱：

　　生物芯片

　　英文名稱：

　　biochip

　　定義1：

　　一種芯片技術(shù)，即借助微加工和微電子技術(shù)。將大量已知序列的核酸或蛋白質(zhì)片段有序地組合在一個(gè)微小基片表面，通過(guò)與標(biāo)記的核酸或蛋白質(zhì)分子進(jìn)行反應(yīng)，分析待檢標(biāo)本的相應(yīng)成分。

　　應(yīng)用學(xué)科：

　　免疫學(xué)（一級(jí)學(xué)科）；應(yīng)用免疫（二級(jí)學(xué)科）；免疫學(xué)檢測(cè)和診斷（三級(jí)學(xué)科）

　　定義2：

　　廣義的生物芯片指一切采用生物技術(shù)制備或應(yīng)用于生物技術(shù)的微處理器。包括用于研制生物計(jì)算機(jī)的生物芯片、將健康細(xì)胞與電子集成電路結(jié)合起來(lái)的仿生芯片、縮微化的實(shí)驗(yàn)室即芯片實(shí)驗(yàn)室以及利用生物分子相互間的特異識(shí)別作用進(jìn)行生物信號(hào)處理的基因芯片、蛋白質(zhì)芯片、細(xì)胞芯片和組織芯片等。狹義的生物芯片就是微陣列，包括基因芯片、蛋白質(zhì)芯片、細(xì)胞芯片和組織芯片等。

　　應(yīng)用學(xué)科：

　　生物化學(xué)與分子生物學(xué)（一級(jí)學(xué)科）；方法與技術(shù)（二級(jí)學(xué)科）

　　定義3：

　　廣義的生物芯片指一切采用生物技術(shù)制備或應(yīng)用于生物技術(shù)的微處理器。包括用于研制生物計(jì)算機(jī)的生物芯片，將健康細(xì)胞與電子集成電路結(jié)合起來(lái)的仿生芯片，縮微化的實(shí)驗(yàn)室即芯片實(shí)驗(yàn)室以及利用生物分子相互間的特異識(shí)別作用進(jìn)行生物信號(hào)處理的基因芯片、蛋白質(zhì)芯片、細(xì)胞芯片和組織芯片等。狹義的生物芯片就是微陣列，包括基因芯片、蛋白質(zhì)芯片、細(xì)胞芯片和組織芯片等。

　　應(yīng)用學(xué)科：

　　細(xì)胞生物學(xué)（一級(jí)學(xué)科）；細(xì)胞生物學(xué)技術(shù)（二級(jí)學(xué)科）

　　簡(jiǎn)介

　　生物芯片技術(shù)起源于核酸分子雜交。所謂生物芯片一般指高密度固定在互相支持介質(zhì)上的生物信息分子（如基因片段、CDNA片段或多肽、蛋白質(zhì)）的微陣列雜交型芯片（micro-arrays），陣列中每個(gè)分子的序列及位置都是已知的，并且是預(yù)先設(shè)定好的序列點(diǎn)陣。微流控芯片（microfluidic chips）和液態(tài)生物芯片是比微陣列芯片后發(fā)展的生物芯片新技術(shù)，生物芯片技術(shù)是系統(tǒng)生物技術(shù)的基本內(nèi)容。

　　生物芯片（biochip或bioarray）是根據(jù)生物分子間特異相互作用的原理，將生化分析過(guò)程集成于芯片表面，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)DNA、RNA、多肽、蛋白質(zhì)以及其他生物成分的高通量快速檢測(cè)。狹義的生物芯片概念是指通過(guò)不同方法將生物分子（寡核苷酸、cDNA、genomic DNA、多肽、抗體、抗原等）固著于硅片、玻璃片（珠）、塑料片（珠）、凝膠、尼龍膜等固相遞質(zhì)上形成的生物分子點(diǎn)陣。因此生物芯片技術(shù)又稱微陳列（microarray）技術(shù)，含有大量生物信息的固相基質(zhì)稱為微陣列，又稱生物芯片。生物芯片在此類芯片的基礎(chǔ)上又發(fā)展出微流體芯片（microfluidics chip），亦稱微電子芯片（microelectronic chip），也就是縮微實(shí)驗(yàn)室芯片。

　　什么是生物芯片呢？簡(jiǎn)單說(shuō)，生物芯片就是在一塊玻璃片、硅片、尼龍膜等材料上放上生物樣品，然后由一種儀器收集信號(hào)，用計(jì)算機(jī)分析數(shù)據(jù)結(jié)果。

　　像花布一樣五彩斑斕的生物芯片人們可能很容易把生物芯片與電子芯片聯(lián)系起來(lái)，雖然，生物芯片和電子芯片確實(shí)有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，但它們是完全不同的兩種東西。生物芯片并不等同于電子芯片，只是借用概念，它的原名叫“核酸微陣列”，因?yàn)樗厦娴姆磻?yīng)是在交叉的縱列中所發(fā)生。

　　芯片的概念取之于集成的概念，如電子芯片的意思就是把大的東西變成小的東西，集成在一起。生物芯片也是集成，不過(guò)是生物材料的集成。像實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)一樣，在生物芯片上檢查血糖、蛋白、酶活性等，是基于同樣的生物反應(yīng)原理。所以生物芯片就是一個(gè)載體平臺(tái)。這個(gè)平臺(tái)的材料則有很多種，如硅，玻璃，膜（纖維素膜）等，還有一些三維結(jié)構(gòu)的多聚體，平臺(tái)上則密密麻麻地?cái)[滿了各種生物材料。芯片只是一個(gè)載體。做什么東西、檢測(cè)什么，還是靠生物學(xué)家來(lái)完成。也就是說(shuō)，原來(lái)要在很大的實(shí)驗(yàn)室中需要很多個(gè)試管的反應(yīng)，現(xiàn)在被移至一張芯片上同時(shí)發(fā)生了。

　?。菔澜绨l(fā)展史

　　進(jìn)入21世紀(jì)，隨著生物技術(shù)的迅速發(fā)展，電子技術(shù)和生物技術(shù)相結(jié)合誕生了半導(dǎo)體芯片的兄弟——生物芯片，這將給我們的生活帶來(lái)一場(chǎng)深刻的革命。這場(chǎng)革命對(duì)于全世界的可持續(xù)發(fā)展都會(huì)起到不可估量的貢獻(xiàn)。

　　Fred Sanger

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　　Walter Gilbert

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　　Kary Mullis生物芯片技術(shù)的發(fā)展最初得益于埃德溫·邁勒·薩瑟恩 （Edwin Mellor 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(bǔ)配對(duì)的核酸分子雜交。從這一角度而言，Southern雜交可以被看作是生物芯片的雛形。弗雷德里克·桑格（Fred Sanger）和吉爾伯特（Walter Gilbert）發(fā)明了現(xiàn)在廣泛使用的DNA測(cè)序方法，并由此在1980年獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。另一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)獲得者卡里·穆利斯（Kary Mullis）在1983年首先發(fā)明了PCR，以及后來(lái)在此基礎(chǔ)上的一系列研究使得微量的DNA可以放大，并能用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行檢測(cè)。

　　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(shí)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(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，主要是指通過(guò)微加工技術(shù)和微電子技術(shù)在固格體芯片表面構(gòu)建的微型生物化學(xué)分析系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)。美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室研究員卡特（Carter） 等試圖把有機(jī)功能分子或生物活性分子進(jìn)行組裝，想構(gòu)建微功能單元，實(shí)現(xiàn)信息的獲取、貯存、處理和傳輸?shù)裙δ?。用以研制仿生信息處理系統(tǒng)和生物計(jì)算機(jī)，從而產(chǎn)生了“分子電子學(xué)”，同時(shí)取得了一些重要進(jìn)展：如分子開關(guān)、分子貯存器、分子導(dǎo)線和分子神經(jīng)元等分子器件，更引起科學(xué)界關(guān)注的是建立了基于DNA或蛋白質(zhì)等分子計(jì)算的實(shí)驗(yàn)室模型。

　　進(jìn)入二十世紀(jì)九十年代，人類基因組計(jì)劃（Human Genome Project，HGP）和分子生物學(xué)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展也為基因芯片技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展提供了有利條件。與此同時(shí)，另一類“生物芯片”引起了人們的關(guān)注，通過(guò)機(jī)器人自動(dòng)打印或光引導(dǎo)化學(xué)合成技術(shù)在硅片、玻璃、凝膠或尼龍膜上制造的生物分子微陣列，實(shí)現(xiàn)對(duì)化合物、蛋白質(zhì)、核酸、細(xì)胞或其它生物組分準(zhǔn)確、快速、大信息量的篩選或檢測(cè)。