一、生物芯片的基本概念
生物芯片（Biochip）的概念源自於計算機芯片。狹義的生物芯片是指包被在固相載體(如矽片、玻璃、塑料和尼龍膜等)上的高密度DNA、蛋白質、細胞等生物活性物質的微陣列(Microarray)，主要包括cDNA、微陣列、寡核苷酸微陣列和蛋白質微陣列。這些微陣列是由生物活性物質以點陣的形式有序地固定在固相載體上形成的。在一定的條件下進行生化反應，反應結果用化學熒光法、酶標法、同位素法顯示，再用掃描儀等光學儀器進行數據采集，最後通過專門的計算機軟件進行數據分析。對於廣義生物芯片而言，除了上述被動式微陣列芯片之外，還包括利用光刻技術和微加工技術在固體基片表麵構建微流體分析單元和係統，以實現對生物分子進行快速、大信息量並行處理和分析的微型固體薄型器件。包括核酸擴增芯片、陣列毛細管電泳芯片、主動式電磁生物芯片等。
(1)用於DNA分析的生物芯片(2)內嵌基因芯片的基因檢測裝置在生物技術領域裏，一個完整的實驗分析過程通常包括三個步驟：樣品製備、生化反應以及結果檢測。目前這三個步驟往往是在不同的實驗裝置上進行的。而生物芯片發展的最終目標是將這三個過程通過微加工技術，整合到一塊芯片上去，以實現所謂的微型全分析係統或稱縮微芯片實驗室（Lab-on-a-chip）。1998年6月，美國Nanogen公司首次報道了通過芯片實驗室來實現從樣品製備到反應結果顯示的全部分析過程。利用這個裝置，他們從混有大腸杆菌的血液中成功地分離出細菌，在高壓脈衝破胞之後用蛋白酶K處理脫蛋白，製得純化的DNA，最後用一塊電子增強的DNA雜交芯片證實，胞解所獲得的DNA是大腸杆菌的基因組DNA。這是向縮微芯片實驗室邁進的一個成功嚐試。圖13-2生物芯片機械點樣圖與傳統的研究方法相比，生物芯片技術具有以下優點。
(1)信息的獲取量大、效率高目前生物芯片的製作方法有接觸點加法、分子印章DNA合成法、噴墨法和原位合成法等，能夠實現在很小的麵積內集成大量的分子，形成高密度的探針微陣列。這樣製作而成的芯片就能並行分析成千上萬組雜交反應，實現快速、高效的信息處理。
(2)生產成本低由於采用了平麵微細加工技術，可實現芯片的大批量生產；集成度提高，降低了單個芯片的成本。
(3)所需樣本和試劑少因為整個反應體係縮小，相應樣品及化學試劑的用量減少，且作用時間短。
(4)容易實現自動化分析生物芯片發展的最終目標是將生命科學研究中樣品的製備、生物化學反應、檢測和分析的全過程，通過采用微細加工技術，集成在一個芯片上進行，構成所謂的微型全分析係統，或稱之為在芯片上的實驗室，實現了分析過程的全自動化。
二、生物芯片技術研究的背景
原定於2005年竣工的人類30億堿基序列的測定工作（Human Genome Project，基因組計劃），由於高效測序儀的引入和商業機構的介入，在2000年6月人類基因組的草圖完成，2003年底完成基因的全部測序工作，人類遺傳信息已一覽無遺。怎樣利用該計劃所揭示的大量遺傳信息去探明人類眾多疾病的起因和發病機理，並為其診斷、治療及易感性研究提供有力的工具，則是繼人類基因組計劃完成後生命科學領域內又一重大課題。現在，以功能研究為核心的後基因組計劃已經悄然走來，為此，研究人員必需設計和利用更為高效的硬、軟件技術，來對如此龐大的基因組及蛋白質組信息進行加工和研究，建立新型、高效、快速的檢測和分析技術就勢在必行了。這些高效的分析與測定技術已有多種，如DNA質譜分析法，熒光單分子分析法，雜交分析等。其中以生物芯片技術為基礎的許多新型分析技術發展最快也最具發展潛力。早在1988年，Bains等人就將短的DNA片段固定到支持物上，以反向雜交的方式進行序列測定。當今，隨著生命科學與眾多相關學科（如計算機科學、材料科學、微加工技術、有機合成技術等）的迅猛發展，為生物芯片的實現提供了實踐上的可能性。生物芯片的設想最早起始於20世紀80年代中期，90年代美國Affymetrix公司實現了DNA探針分子的高密度集成，即將特定序列的寡核苷酸片段，以很高的密度有序地固定在一塊玻璃、矽等固體片基上，作為核酸信息的載體，通過與樣品的雜交反應獲取其核酸序列信息。