生物芯片

　　生物芯片，又稱DNA芯片或基因芯片，它們是DNA雜交探針技術與半導體工業(yè)技術相結(jié)合的結(jié)晶。該技術系指將大量探針分子固定于支持物上后與帶熒光標記的DNA樣品分子進行雜交，通過檢測每個探針分子的雜交信號強度進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，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(zhì)片段有序地組合在一個微小基片表面，通過與標記的核酸或蛋白質(zhì)分子進行反應，分析待檢標本的相應成分。

　　應用學科：

　　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制備或應用于生物技術的微處理器。包括用于研制生物計算機的生物芯片、將健康細胞與電子集成電路結(jié)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(zhì)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(zhì)芯片、細胞芯片和組織芯片等。

　　應用學科：

　　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制備或應用于生物技術的微處理器。包括用于研制生物計算機的生物芯片，將健康細胞與電子集成電路結(jié)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(zhì)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(zhì)芯片、細胞芯片和組織芯片等。

　　應用學科：

　　細胞生物學（一級學科）；細胞生物學技術（二級學科）

　　簡介

　　生物芯片技術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），陣列中每個分子的序列及位置都是已知的，并且是預先設定好的序列點陣。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，生物芯片技術是系統(tǒng)生物技術的基本內(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，將生化分析過程集成于芯片表面，從而實現(xiàn)對DNA、RNA、多肽、蛋白質(zhì)以及其他生物成分的高通量快速檢測。狹義的生物芯片概念是指通過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陣。因此生物芯片技術又稱微陳列（microarray）技術，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），也就是縮微實驗室芯片。

　　什么是生物芯片呢？簡單說，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，用計算機分析數(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，雖然，生物芯片和電子芯片確實有著千絲萬縷的聯(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”，因為它上面的反應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，是基于同樣的生物反應原理。所以生物芯片就是一個載體平臺。這個平臺的材料則有很多種，如硅，玻璃，膜（纖維素膜）等，還有一些三維結(jié)構(gòu)的多聚體，平臺上則密密麻麻地擺滿了各種生物材料。芯片只是一個載體。做什么東西、檢測什么，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(xiàn)在被移至一張芯片上同時發(fā)生了。

　?。菔澜绨l(fā)展史

　　進入21世紀，隨著生物技術的迅速發(fā)展，電子技術和生物技術相結(jié)合誕生了半導體芯片的兄弟——生物芯片，這將給我們的生活帶來一場深刻的革命。這場革命對于全世界的可持續(xù)發(fā)展都會起到不可估量的貢獻。

　　Fred Sanger

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　　Walter Gilbert

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　　Kary Mullis生物芯片技術的發(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測序方法，并由此在1980年獲得了諾貝爾獎。另一個諾貝爾獎獲得者卡里·穆利斯（Kary Mullis）在1983年首先發(fā)明了PCR，以及后來在此基礎上的一系列研究使得微量的DNA可以放大，并能用實驗方法進行檢測。

　　生物芯片這一名詞最早是在二十世紀八十年代初提出的，當時主要指分子電子器件。它是生命科學領域中迅速發(fā)展起來的一項高新技術，主要是指通過微加工技術和微電子技術在固格體芯片表面構(gòu)建的微型生物化學分析系統(tǒng)，以實現(xiàn)對細胞、蛋白質(zhì)、DNA以及其他生物組分的準確、快速、大信息量的檢測。美國海軍實驗室研究員卡特（Carter） 等試圖把有機功能分子或生物活性分子進行組裝，想構(gòu)建微功能單元，實現(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)和生物計算機，從而產(chǎn)生了“分子電子學”，同時取得了一些重要進展：如分子開關、分子貯存器、分子導線和分子神經(jīng)元等分子器件，更引起科學界關注的是建立了基于DNA或蛋白質(zhì)等分子計算的實驗室模型。

　　進入二十世紀九十年代，人類基因組計劃（Human Genome Project，HGP）和分子生物學相關學科的發(fā)展也為基因芯片技術的出現(xiàn)和發(fā)展提供了有利條件。與此同時，另一類“生物芯片”引起了人們的關注，通過機器人自動打印或光引導化學合成技術在硅片、玻璃、凝膠或尼龍膜上制造的生物分子微陣列，實現(xiàn)對化合物、蛋白質(zhì)、核酸、細胞或其它生物組分準確、快速、大信息量的篩選或檢測。