第一講基因芯片概述-PPT精品課件

1、生物芯片的研究與應用黃燕 付旭平教學內(nèi)容基因芯片原理一些重點基因芯片類型介紹基因表達譜芯片生物信息學基因芯片表達譜數(shù)據(jù)分析基因芯片在“組學”中的應用其他類型的基因芯片和生物芯片的介紹關于考試期末考試占60：開卷平時成績占35：選取文章解讀（作業(yè)），課堂講解點名計5PLOS BIOLNEW ENGL J MEDMOL SYST BIOLNAT REV CANCERTRENDS GENETNAT GENETNUCLEIC ACIDS RESCANCER CELLGENOME BIOLJ CLIN INVESTBIOINFORMAT

2、ICSEMBO JBMC GENOMICSCANCER RESBMC BIOINFORMATICSONCOGENESYSTEMATIC BIOLMOL BIOL CELLPLOS COMPUT BIOLAM J HUM GENET參考書目 高新技術科普叢書基因芯片技術解碼生命，化學工業(yè)出版社，2019年5月?；蛐酒c功能基因組研究，化學工業(yè)出版社，2019年7月?；蛐酒瑪?shù)據(jù)處理與分析, 化學工業(yè)出版社, 2019年7月生物芯片概述第一講生物芯片的出現(xiàn)生物芯片的概念來源于計算機芯片微處理芯片是由硅、鍺等半導體材料經(jīng)微電子加工技術制作的集成電路設備，將不同功能單元集成在一塊微型器件上；生物芯片

3、只是一種執(zhí)行生物檢測和分析的微型設備從起源和制造工藝來說，生物芯片還是與微處理芯片有一定的淵源關系。早期微處理器芯片的制造經(jīng)歷了由大變小的過程，使微電子工業(yè)發(fā)生質(zhì)的飛躍微處理器芯片這種制造上的微型化啟發(fā)了生物學家的思路，使他們產(chǎn)生了用微電子平板印刷技術制造用于生命科學研究和醫(yī)療診斷的微型儀器的想法，從而導致了生物芯片的出現(xiàn)基因芯片是生物芯片的代表基因芯片發(fā)展歷史Southern & Northern BlotDot BlotMacroarrayMicroarray基因芯片的標志性事件Affymetrix公司在20世紀80年代末到九十年代初率先開始研究。1991年，在1cm2左右的玻璃片上原位合

4、成寡核苷酸片段，誕生世界上首張寡核苷酸芯片。94年俄羅斯研制出一種基因芯片，用于檢測-地中海貧血病人血樣的基因突變，篩選了100多個-地中海貧血已知的基因突變。95年，第一塊以玻璃為載體的微矩陣cDNA微陣列在斯坦福大學P.O.Brown實驗室誕生。生物芯片的概念生物芯片是泛指利用微電子技術和微加工技術在硅，玻璃和高分子材料等基底材料上制作的，用以執(zhí)行生物樣品分析，臨床診斷，環(huán)境監(jiān)測，衛(wèi)生檢疫，法醫(yī)鑒定，生化武器防御，新藥開發(fā)等用途的微型化精密器件。生物芯片借用了計算機芯片的集成化的特點，把生物活性大分子（目前主要是核酸和蛋白質(zhì)）或細胞等，密集排列固定在固相載體上，形成微型的檢測器件，固相載體

5、通常是硅片、玻片、聚丙烯或尼龍膜等，因此狹義的生物芯片也稱微陣列芯片，主要包括cDNA、寡核苷酸、蛋白質(zhì)、細胞和組織微陣列。廣義的生物芯片是指能對生物成分或生物分子進行快速并行處理和分析的厘米見方的固體薄型器件，將微陣列技術與生物微機電技術相結合，通過微加工和微電子技術在固體基片表面構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。生物芯片的特點在面積不大的基片上有序地點陣排列了一系列固定于一定位置、可尋址和識別的生物分子微電子學的并行處理和高密度集成的特點，可對生物分子進行快速并行處理高通量，高信息量、快速、自動化生物芯片與“組學”研究生

6、物學過程是許多分子相互作用的結果，需要知道“whole picture”：組學特征；各種組學研究應運而生：基因組學，轉錄組學，蛋白組學，代謝組學，藥物基因組學等等基因組序列的可獲得性計算機輔助的可能性微電子學、物理學、化學、計算機科學與生命科學交叉綜合的高科技技術生物芯片在組學研究極具優(yōu)勢Source: GenBank There are approximately 85,759,586,764 bases in 82,853,685 sequence records in the traditional GenBank divisions and 108,635,736,141 bases

7、in 27,439,206 sequence records in the WGS division as of February 2019. GenBank basepair growthgrowth of biological databasesgrowth of biological databases3D structures /pdb/holdings.htmlFERN 160,000,000,000LUNGFISH 139,000,000,000SALAMANDER 81,300,000,000NEWT 20,600,000,000ONION 8,000

8、,000,000GORILLA 3,523,200,000MOUSE 3,454,200,000 HUMAN 3,400,000,000 31,000Drosophila 137,000,000 13,500C. Elegans 96,000,000 19,000Yeast 12,000,000 6,315E. Coli 5,000,000 5,361genes基因組大小基因組學（genomics）基因組學就是發(fā)展和應用DNA制圖、測序新技術以及計算機程序，結合多種生命科學研究手段，全面分析生命體基因組結構及功能?；蚪M學分為兩個階段，即HGP、功能基因組學。HGP：制作高分辨率的人類遺傳圖和

9、物理圖，最終完成人類和其他重要模式生物全部基因組DNA序列測定功能基因組學：詳盡分析序列，描述基因組所有基因的功能，包括研究基因的表達及其調(diào)控，如比較基因組，藥物基因組，基因多態(tài)性基因組，環(huán)境基因組學，蛋白組學等轉錄組學(transcriptomics)轉錄組就是指一個細胞內(nèi)的一套mRNA轉錄物。與基因組的概念不同，轉錄組的定義中包含了時間和空間的限定。同一細胞在不同的生長周期，在不同的生長條件下，其基因表達情況是不完全相同的。生物芯片技術(DNA芯片、毛細管電泳芯片、PCR芯片)不僅可用于DNA序列測定，更適合基因組或成千上萬個基因表達分析，研究特殊階段、環(huán)境、狀態(tài)下細胞或組織在轉錄水平的表

10、達譜。藥物基因組學(pharmacogenomics)2019年6月28日金賽特（巴黎）可伯特實驗室宣布成立世界上第一個獨特的基因與制藥公司，研究基因變異所致的不同疾病對藥物的不同反應，并在此基礎上研制出新藥或新的用藥方法，這一新概念被稱為藥物基因組學， 實現(xiàn)了基因功能學與分子藥理學的有機結合?；诨蚪M的單核苷酸多態(tài)性（single-nucleotide polymorphisms,SNPs）等遺傳標志，以及基因表達。藥物基因組學不以發(fā)現(xiàn)基因為主要目的，而是相對簡單地運用已知的基因理論改善病人的治療。以藥物效應及安全性為目標，研究各種基因突變/變異與藥效及安全性的關系。將DNA芯片技術應用于

11、藥物基因組學，進行基因功能及其多態(tài)性的研究，以確認與藥物效應及藥物吸收、代謝、排泄等相關的基因，并查明這些基因的多態(tài)性，鑒定一系列的全新的藥物效應基因（drug-response gene）。藥物基因組學藥物效應基因所編碼的酶、受體、離子通道及基因本身作為藥物作用的靶，也是藥物基因組學的研究關鍵所在，是確定病人如何產(chǎn)生藥物療效、疾病亞型分類的依據(jù)、毒副作用的基礎。個性化治療: 有人曾設計了一種急性原淋巴細胞白血病藥物基因組芯片，這種芯片上包括了所有可能影響急性原淋巴細胞白血病病人對化學治療反應的基因，借助這種芯片可以根據(jù)病人的基因型對病人分群，幫助醫(yī)生為每個病人選擇合適的治療藥物和藥物劑量。蛋

12、白研究僅靠基因組的序列遠遠不夠闡明生命現(xiàn)象。蛋白質(zhì)本身的存在形式和活動規(guī)律，如翻譯后修飾、蛋白質(zhì)間相互作用以及蛋白質(zhì)結構等問題，必須要依賴于對蛋白質(zhì)組學的研究來解決。任何一種疾病在表現(xiàn)出可察覺的癥狀之前，就已經(jīng)有一些蛋白質(zhì)發(fā)生了變化。因此尋找各種疾病的關鍵蛋白和標志蛋白，對于疾病的診斷、病理的研究和藥物的篩選都具有重要意義。蛋白質(zhì)組學(proteomics)蛋白質(zhì)組研究一個機體，一個組織或一個細胞內(nèi)的全套蛋白質(zhì)及其活動方式，相關技術有雙相電泳，質(zhì)譜和蛋白質(zhì)芯片技術等。由于人有著大量的組織、細胞類型和發(fā)育階段，對人類蛋白組的研究主要聚焦在特異的組織、細胞和疾病上。幾乎所有的生理和病理過程，以及藥

13、物和環(huán)境因子的作用都依賴于蛋白質(zhì)，并引起蛋白質(zhì)的變化。反之，對蛋白質(zhì)組變化的分析也能提供對上述過程或結果的重要信息。蛋白質(zhì)組學主要包括：細胞器蛋白質(zhì)組學 (Cell-map proteomics)：即確定蛋白質(zhì)在亞細胞結構中的位置；通過純化細胞器或用質(zhì)譜儀鑒定蛋白質(zhì)復合物組成等來確定。表達蛋白質(zhì)組學(Expression proteomics)：把細胞、組織中的所有蛋白質(zhì)建立成定量表達圖譜。蛋白質(zhì)組學闡明細胞代謝、信號傳導和調(diào)控網(wǎng)絡的組織結構和動力學，并理解這些網(wǎng)絡如何在病理中失去功能，又如何通過干預如藥物和基因改變它們的功能。闡明某些疾病的發(fā)生發(fā)展機理，并為解決途徑提供理論依據(jù)。人的各種體液

14、(血液、淋巴、脊髓、乳汁和尿等)被用于研究與某些疾病的關系。對于各種腫瘤組織與正常組織之間蛋白質(zhì)譜差異的研究，已經(jīng)找到一些腫瘤特異性的蛋白分子，可能會對揭示腫瘤發(fā)生的機制有幫助?？疾焐矬w系受刺激前后（如將某個特定的基因變異或環(huán)境變化后）代謝產(chǎn)物圖譜及其動態(tài)變化，來研究生物體系的代謝網(wǎng)絡。鑒定，檢測如血液，尿液，唾液等中代謝物濃度和活性的變化，研究對象主要是針對分子量1,000以下的內(nèi)源性小分子。代謝物的種類遠少于基因和蛋白的數(shù)目；生物體液的代謝物分析可反映機體系統(tǒng)的生理和病理狀態(tài)?；蚝偷鞍妆磉_的微小變化會在代謝物水平得到放大；藥物代謝組學 代謝組學 metabolomics肝病的代謝組學乙

15、型肝炎導致的肝硬化和肝癌問題突出；包括肝炎和肝癌在內(nèi)的肝臟疾病在代謝方面對局部和全身有影響 肝臟作為人體內(nèi)最大的和最重要的臟器承擔了大部分的合成、分解和轉化等代謝過程，某些酶系和功能是肝臟所特有的，因此必須從代謝的角度對肝臟和肝病進行系統(tǒng)研究。同時，肝臟與其他臟器之間通過代謝交互作用（常見或未知的小分子化合物）發(fā)生著各種聯(lián)系。代謝組學不僅能夠?qū)⒉煌尾』颊吲c正常人進行有效區(qū)分，而且能夠在肝病早期通過代謝變化對疾病作出預警和發(fā)現(xiàn)新的病變標志物。組學 “omics”Genome (DNA)Transcriptosome (RNA)Proteome (proteins) interactome (p

16、athways)比較基因組學(Comparative Genomics)比較基因組學對已知的基因和基因組結構進行比較，涉及比較不同物種的整個基因組，來了解基因的功能、表達機理和物種進化的學科。利用模式生物基因組與人類基因組之間編碼順序上和結構上的同源性，克隆人類疾病基因，揭示基因功能和疾病分子機制，闡明物種進化關系，及基因組的內(nèi)在結構。模式生物基因組一般比較小，但編碼基因的比例較高，重復順序和非編碼順序較少； DNA有一定冗余，即重復；其G+C%比較高；內(nèi)含子和外顯子的結構組織比較保守，剪切位點在多種生物中一致；絕大多數(shù)的核心生物功能由相當數(shù)量的orthologous（直系同源蛋白）承擔等系統(tǒng)

17、生物學(systems biology)2019年，Arkin等通過測定糖酵解過程中不同時間的各個底物濃度變化，在不用已知知識的情況下，通過計算重新創(chuàng)立了糖酵解途徑，而生化學家用假說驅(qū)動花了幾十年時間才建立糖酵解途徑，這是系統(tǒng)生物學的雛形2019年正是提出系統(tǒng)生物學的概念系統(tǒng)生物學2019年NIH正式提出啟動系統(tǒng)生物學的研究，提出路線圖計劃（road map），擬通過這種組學研究的成果建立理論模型，研究復雜的生物網(wǎng)絡，包括轉錄網(wǎng)絡調(diào)控，代謝網(wǎng)絡和信號傳導網(wǎng)絡等，最終揭示生命現(xiàn)象的重大問題和重大疾病這些網(wǎng)絡是否能解決生命的本質(zhì)問題還有待探索，但是可以大大加快生物學研究的步伐系統(tǒng)生物學將各個學科，

18、各個層次的生物知識綜合對生物系統(tǒng)的行為進行量化，預測。生物芯片系統(tǒng)的優(yōu)勢一、比較組織間，疾病狀態(tài)下不同時間點基 因表達的差異二、對復雜疾病的鑒定三、藥物發(fā)現(xiàn)和藥物毒性測試四、病原微生物分析優(yōu)勢的體現(xiàn)2019年3月，日本佳能公司宣布進軍醫(yī)藥市場，目標是實現(xiàn)DNA芯片批量生產(chǎn)。佳能稱，公司將利用其在打印機方面采用的噴墨技術，開發(fā)DNA芯片的批量生產(chǎn)技術，目標是在2019年實現(xiàn)用于癌癥、感染等疾病的基因診斷芯片的產(chǎn)業(yè)化。2019年9月東芝，佳能和其他30至40個日本公司將聯(lián)手開發(fā)生物芯片，希望在美國公司主導的市場中尋求新的收入。這些公司將攜手合作，規(guī)范用于醫(yī)學診斷和食品安全檢查的生物芯片，預計201

19、9年該市場在日本將增長到1000億日元。幾乎所有的跨國制藥公司都投入巨資利用基因芯片開展新藥的超高通量篩選和藥理遺傳學、藥理基因組學等研究。疾病的診斷與治療 人類的疾病與遺傳基因密切相關，基因芯片可以對遺傳信息進行快速準確的分析，用于分子診斷是臨床研究中一種新的、強有力的分子工具。 遺傳病相關基因的定位 腫瘤診斷 感染性疾病的診斷耐藥菌株和藥敏檢測 藥物研究中的應用 新藥開發(fā) 。一種藥物的作用是多方面的，基因芯片有助于發(fā)現(xiàn)一種藥物的新的功能。 調(diào)查藥物處理細胞后基因的表達情況 。該研究提示，這類研究既有助于闡明藥物的作用機制，也有助于確定藥物作用的靶基因，為新藥研究提供線索。 對藥物進行毒性評

20、價 。用芯片作大規(guī)模的表達研究往往可省略大量的動物試驗。若某個正在篩選的潛在藥物作用靶細胞得到的基因表達圖譜與已知的具有毒性副作用的藥物得到的基因表達圖譜相似時，就要考慮是否停止藥物開發(fā)中花費巨大的臨床實驗階段。 中醫(yī)學領域中的應用 中藥的研究，具體的方法，同藥物篩選方法類似。中醫(yī)“證”本質(zhì)的研究 。中醫(yī)理論涉及到生命的整體，因而它牽涉到許多基因和蛋白質(zhì)，傳統(tǒng)的方法學無法弄清“證”的實質(zhì)，而利用基因芯片技術，對不同“證”狀態(tài)的基因組進行掃描，繪出不同證的基因表達譜 。針灸的作用是與神經(jīng)內(nèi)分泌免疫網(wǎng)絡系統(tǒng)密切相關的 ，但具體原理有待研究。針灸的原理涉及全身各個部分，經(jīng)脈與臟腑間的相關聯(lián)系是否具有

21、相對特異性長期爭論不休。通過基因芯片研究針灸后不同組織基因表達的差異是否具有特異性，有望闡述這一問題。生物芯片系統(tǒng)的缺陷實驗影響因素（不同的人得到不同的結果）：一、芯片和探針的設計二、實驗設計三、*樣品準備四、圖片獲得五、數(shù)據(jù)均質(zhì)化六、數(shù)據(jù)分析等生物芯片被動式芯片主動式芯片基因（DNA）芯片蛋白質(zhì)芯片微流控芯片：樣品制備芯片、聚合酶鏈反應（PCR）芯片、毛細管電泳芯片和色譜芯片 cDNA芯片寡核苷酸芯片組織芯片細胞芯片芯片實驗室：樣品制備、試劑輸送、生化反應、結果檢測、信息處理和傳遞等一系列復雜工作 生物芯片的分類宏陣列與微陣列Macroarray多指點陣密集度較低的尼龍膜基因陣列，由于膜本身

22、的表面張力的原因，膜和上面的每個點的面積相對較大Microarray，在基因陣列上也通常用DNA chip和GeneChip, 多指點陣密集度很高的玻片基質(zhì)的微陣列Macroarray 膜芯片點樣面積比現(xiàn)在的玻璃芯片至少大十倍以上。雖然點樣面積小，但是microarray點陣密度可高出幾百至幾千倍。 微陣列microarray為了提高效率，就必須提高DNA片段的點陣密度，即需要在同樣大小的支持物上固定更多的DNA片段。借鑒集成電路制造的技術，90年代光引導合成技術和DNA壓電打印/噴引技術的發(fā)明，以及激光共聚焦顯微掃描技術的引入，則直接導致了基因芯片的誕生，也叫基因微矩陣通常biochip,

23、Array, DNA array和Gene Array可以泛指各種芯片上固定的生物分子為核酸的生物芯片?；蛐酒瑢⒃S多特定的寡核苷酸片段或基因片段有規(guī)律地排列固定于支持物（如膜、硅片、陶瓷片及玻片）上，然后通過類似于Northern，Southern的方法與待測的標記樣品按堿基配對原理進行雜交，再通過檢測系統(tǒng)對其進行掃描，并用相應軟件對信號進行比較和檢測，得到所需的大量信息，進行基因的高通量、大規(guī)模、平行化、集約化的信息處理和功能研究。基因芯片的代表公司縱觀生物芯片的發(fā)展，基因芯片最先實現(xiàn)商品化并且目前技術最成熟的美國Affymetrix公司是世界領先的生物芯片供應商， GeneChip被注冊

24、專利，特指該公司的產(chǎn)品系列新一代芯片技術光纖微珠芯片公司Illumina羅氏公司利用Affymetrix技術合作開發(fā)出P450基因分型芯片在日本，40%的市場份額都由其占據(jù)；在我國，Affy和北京博奧生物芯片有限責任公司達成協(xié)議，共同開發(fā)先進的、技術專有的，并可兼容基因芯片系統(tǒng)平臺的基因芯片掃描儀以及建立基因芯片服務項目新一代芯片技術光纖微珠芯片 Screening Unlabeled DNA Targets with Randomly Ordered Fiber-Optic Gene Arrays, Steemers, F.J., Ferguson, J.A., Walt, D.R., Na

25、ture Biotechnology,18, 91-94, 2000. Techview: Molecular Biology. Bead-Based Fiber-Optic Arrays, Walt, D.R., Science, 287, 451-452, 2000 Decoding Randomly Ordered DNA Arrays, Kevin L. Gunderson, Genome Research, 14: 870-877, 2019.Illumina當前面臨的困難 樣品制備上，當前多數(shù)公司在標記和測定前都要對樣品進行一定程度的擴增以便提高檢測的靈敏度 探針的合成與固定比較復

26、雜，特別是對于制作高密度的探針陣列。 目標分子的標記也是一個重要的限制步驟，目標分子與探針的雜交會出現(xiàn)一些問題 信號的獲取與分析上 ，要對如此大量的信息進行解讀，目前仍是一個艱巨的技術問題。 如何檢測低豐度表達基因仍是目前一個重要問題。 基因芯片技術的研究可能方向 進一步提高探針陣列的集成度 。 提高檢測的靈敏度和特異性。 高自動化、方法趨于標準化、簡單化，成本降低。 高穩(wěn)定性。 研制新的應用芯片 研制芯片新檢測系統(tǒng)和分析軟件，以充分利用生物信息。 芯片技術將與其它技術結合使用，如基因芯片PCR、納米芯片 不同生物芯片間綜合應用，如蛋白質(zhì)芯片與基因芯片間相互作用等，可用于了解蛋白質(zhì)與基因間相互

27、作用的關系。 DNA microarray datamassive data sets from simultaneous expression levels of thousands of genesimpossible to grasp directly by the human mind methods are needed for finding meaningful results and patterns from the bulk of dataMicroarray data analysismicroarray data analysisClustering and patte

28、rn detectionControls and normalization of resultsData mining and visualizationStatistical validationLinkage between gene expression data and gene sequence/function/metabolic pathways databasesDiscovery of common sequences in co-regulated genesMeta-studies using data from multiple experimentsimpact o

29、n bioinformaticsGenomics produces high-throughput, high-quality data, and bioinformatics provides the analysis and interpretation of these massive data sets.It is impossible to separate genomics laboratory technologies from the computational tools required for data analysis.Bioinformatics is Multidi

30、sciplinaryComputerScienceMathStatisticsStructuralBiologyPhylogeneticsDrug DesignGenomicsMolecularBiologyinterdisciplinary蛋白芯片蛋白芯片是將大量蛋白質(zhì)分子按預先設置的排列固定于一種載體表面行成微陣列，根據(jù)蛋白質(zhì)分子間特異性結合的原理，以實現(xiàn)對生物分子的準確、快速、大信息量的檢測。蛋白芯片反應結果的檢測要依據(jù)標記的報告分子種類來選擇不同的檢測設備。熒光標記是芯片信息采集中使用最多也是最成功的報告標志。雜交反應后的芯片上各個反應點的熒光位置、熒光強弱經(jīng)過芯片掃描儀和相關軟件可以

31、進行分析，將熒光信號轉換成數(shù)據(jù)，即可以獲得有關生物信息。蛋白芯片原理蛋白芯片類型組織芯片 （tissue microarray）2019年Nature Genetics首先報道組織微陣列（TMA）以形態(tài)學為基礎的高通量、多樣本的分析工具。它是將數(shù)十個甚至上千個微小組織片整齊排列在一張載玻片上而制成的高通量組織切片，形成微陣列，將標記的特定基因的核酸探針或抗體探針與之雜交以檢測該基因在不同組織中的表達情況。傳統(tǒng)的核酸原位雜交或免疫組化實驗的集成，核酸原位雜交或免疫組化一次檢測一個基因在一種組織中的表達，而組織芯片一次檢測一個基因在多種組織中的表達。組織芯片的應用組織芯片與基因芯片或蛋白芯片也有所

32、不同，基因芯片或蛋白芯片一次能檢測一個或兩個樣本中的多個基因或蛋白質(zhì)（反向雜交），而組織芯片正好相反，一次檢測多個樣本中的一個或兩個基因或蛋白（正向雜交）。組織芯片技術可以與其他很多常規(guī)技術，如免疫組化、核酸原位雜交、熒光核酸原位雜交(FISH)、原位PCR等結合應用，因此盡管TMA最初只用于腫瘤研究，但它的應用領域一直在不斷地拓展。微流控芯片微流控是指在一個微小系統(tǒng)中對微量液體進行控制操作。最為人們熟知的微流控技術的應用是噴墨打印。結合生物技術、微電子、微機械等技術，將實驗室中許多儀器的功能縮小到芯片上來處理的一種微型器件。借用微電子工業(yè)和其他加工工業(yè)中比較成熟的微細加工工藝，如光學掩膜光刻

33、技術、反應離子蝕刻、微注入澆鑄和聚合膜澆注法等，在玻璃，塑料、硅片等基底材料上加工出用于生物樣品分離或者反應的微米尺寸的微結構（如過濾器，反應室、微泵、微閥等微結構）。芯片實驗室技術幫助用戶快速高效地完成多種定性及定量的生化分析，而手動操作很少。用于分析 DNA、RNA、蛋白質(zhì)和細胞。微流控芯片微流控芯片（第二代生物芯片）是微陣列芯片（第一代生物芯片）的延伸微陣列芯片具有快速，高信息量的優(yōu)點，但至今廣泛使用上仍受限制，除價格因素外，樣品制備的復雜繁瑣是妨礙其廣泛使用的主要原因。微流控芯片，把前置處理過程微縮在芯片上，目的是把實驗微型化，最終制成芯片實驗室（lab-on-a-chip）有了它，就可以告別步驟繁復，儀器雜亂的實驗室。微流控芯片應用最多的微流體芯片：PCR芯片和毛細管電泳芯片PCR芯片目前的技術難點在于難以做到既可以實現(xiàn)很精確的溫控和簡便的操作又能保持很小的體積PCR的原理：很多情況下我們獲取的待檢測的DNA的量非常少，由于目前檢測儀器靈敏度的限制，很難或不可能直接用于檢測。所以需要將待測樣品DNA的量進行“放大”，就類似于電子線路中的信