生物芯片

英文名稱：

biochip

定義1：

一種芯片技術，即借助微加工和微電子技術。將大量已知序列的核酸或蛋白質片段有序地組合在一個微小基片表麵,通過與標記的核酸或蛋白質分子進行反應，分析待檢標本的相應成分。

所屬學科：

免疫學（一級學科）；應用免疫（二級學科）；免疫學檢測和診斷（三級學科）

定義2：

廣義的生物芯片指一切采用生物技術製備或應用於生物技術的微處理器。包括用於研製生物計算機的生物芯片、將健康細胞與電子集成電路結合起來的仿生芯片、縮微化的實驗室即芯片實驗室以及利用生物分子相互間的特異識別作用進行生物信號處理的基因芯片、蛋白質芯片、細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、蛋白質芯片、細胞芯片和組織芯片等。

所屬學科：

生物化學與分子生物學（一級學科）；方法與技術（二級學科）

定義3：

廣義的生物芯片指一切采用生物技術製備或應用於生物技術的微處理器。包括用於研製生物計算機的生物芯片，將健康細胞與電子集成電路結合起來的仿生芯片，縮微化的實驗室即芯片實驗室以及利用生物分子相互間的特異識別作用進行生物信號處理的基因芯片、蛋白質芯片、細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、蛋白質芯片、細胞芯片和組織芯片等。

生物芯片技術起源於核酸分子雜交。所謂生物芯片一般指高密度固定在互相支持介質上的生物信息分子（如基因片段、CDNA片段或多肽、蛋白質）的微陣列雜交型芯片（micro-arrays），陣列中每個分子的序列及位置都是已知的，並且是預先設定好的序列點陣。微流控芯片（microfluidicchips）和液態生物芯片是比微陣列芯片後發展的生物芯片新技術，生物芯片技術是係統生物技術的基本內容。

什麽是生物芯片呢？簡單說，生物芯片就是在一塊玻璃片、矽片、尼龍膜等材料上放上生物樣品，然後由一

像花布一樣五彩斑斕的生物芯片

種儀器收集信號，用計算機分析數據結果。

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

子芯片聯係起來，雖然，生物芯片和電子芯片確實有著千絲萬縷的聯係，但它們是完全不同的兩種東西。生物芯片並不等同於電子芯片，隻是借用概念，它的原名叫“核酸微陣列”，因為它上麵的反應是在交叉的縱列中所發生。

芯片的概念取之於集成的概念，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，不過是生物材料的集成。像實驗室檢測一樣，在生物芯片上檢查血糖、蛋白、酶活性等，是基於同樣的生物反應原理。所以生物芯片就是一個載體平台。這個平台的材料則有很多種，如矽，玻璃，膜（纖維素膜）等，還有一些三維結構的多聚體，平台上則密密麻麻地擺滿了各種生物材料。芯片隻是一個載體。做什麽東西、檢測什麽，還是靠生物學家來完成。也就是說，原來要在很大的實驗室中需要很多個試管的反應，現在被移至一張芯片上同時發生了。

生物芯片雖然隻有10多年的曆史，但包含的種類較多，分類方式和種類也沒有完全的統一。

根據用途分類

(1)生物電子芯片：用於生物計算機等生物電子產品的製造。

(2)生物分析芯片：用於各種生物大分子、細胞、組織的操作以及生物化學反應的檢測。

前一類目前在技術和應用上很不成熟，一般情況下所指的生物芯片主要為生物分析芯片。

根據作用方式分類

(1)主動式芯片：是指把生物實驗中的樣本處理純化、反應標記及檢測等多個實驗步驟集成，通過一步反應就可主動完成。其特點是快速、操作簡單，因此有人又將它稱為功能生物芯片。主要包括微流體芯片(microftuidicchip)和縮微芯片實驗室(labonchip，也叫“芯片實驗室”，是生物芯片技術的高境界)。

(2)被動式芯片：即各種微陣列芯片，是指把生物實驗中的多個實驗集成，但操作步驟不變。其特點是高度的並行性，目前的大部分芯片屬於此類。由於這類芯片主要是獲得大量的生物大分子信息，最終通過生物信息學進行數據挖掘分析，因此這類芯片又稱為信息生物芯片。包括基因芯片、蛋白芯片、細胞芯片和組織芯片。

根據固定在載體上的物質成分分類

(1)基因芯片(genechip)：又稱DNA芯片(DNAchip)或DNA微陣列(DNAmicroarray)，是將cDNA或寡核苷酸按微陣列方式固定在微型載體上製成。

(2)蛋白質芯片(proteinchip或proteinmicroarray)：是將蛋白質或抗原等一些非核酸生命物質按微陣列方式固定在微型載體上獲得。

(3)細胞芯片(cellchip)：是將細胞按照特定的方式固定在載體上，用來檢測細胞間相互影響或相互作用。

(4)組織芯片(tissuechip)：是將組織切片等按照特定的方式固定在載體上，用來進行免疫組織化學等組織內成分差異研究。

芯片實驗室

芯片實驗室(5)其他：如芯片實驗室(Labonchip)，用於生命物質的分離、檢測的

微型化芯片。現在，已經有不少的研究人員試圖將整個生化檢測分析過程縮微到芯片上，形成所謂的“芯片實驗室”(Labonchip）。芯片實驗室是生物芯片技術發展的最終目標。它將樣品的製備、生化反應到檢測分析的整個過程集約化形成微型分析係統。由加熱器、微泵、微閥、微流量控製器、微電極、電子化學和電子發光探測器等組成的芯片實驗室已經問世，並出現了將生化反應、樣品製備、檢測和分析等部分集成的芯片）。“芯片實驗室”可以完成諸如樣品製備、試劑輸送、生化反應、結果檢測、信息處理和傳遞等一係列複雜工作。這些微型集成化分析係統攜帶方便，可用於緊急場合、野外操作甚至放在航天器上。例如可以將樣品的製備和PCR擴增反應同時完成於一塊小小的芯片之上。再如GeneLogic公司設計製造的生物芯片可以從待檢樣品中分離出DNA或RNA，並對其進行熒光標記，然後當樣品流過固定於柵欄狀微通道內的寡核苷酸探針時便可捕獲與之互補的靶核酸序列。應用其自己開發的檢測設備即可實現對雜交結果的檢測與分析。這種芯片由於寡核苷酸探針具有較大的吸附表麵積，所以可以靈敏地檢測到稀有基因的變化。同時，由於該芯片設計的微通道具有濃縮和富集作用，所以可以加速雜交反應，縮短測試時間，從而降低了測試成本。