2、樣品制備

生物樣品往往是復(fù)雜的生物分子混合體，除少數(shù)特殊樣品外，一般不能直接與芯片反應(yīng)，有時(shí)樣品的量很小。所以，必須將樣品進(jìn)行提取、擴(kuò)增，獲取其中的蛋白質(zhì)或DNA、RNA，然后用熒光標(biāo)記，以提高檢測(cè)的靈敏度和使用者的安全性。

3、雜交反應(yīng)

雜交反應(yīng)是熒光標(biāo)記的樣品與芯片上的探針進(jìn)行的反應(yīng)產(chǎn)生一系列信息的過(guò)程。選擇合適的反應(yīng)條件能使生物分子間反應(yīng)處于最佳狀況中，減少生物分子之間的錯(cuò)配率。

4、信號(hào)檢測(cè)和結(jié)果分析

雜交反應(yīng)后的芯片上各個(gè)反應(yīng)點(diǎn)的熒光位置、熒光強(qiáng)弱經(jīng)過(guò)芯片掃描儀和相關(guān)軟件可以分析圖像，將熒光轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，即可以獲得有關(guān)生物信息。 基因芯片技術(shù)發(fā)展的最終目標(biāo)是將從樣品制備、雜交反應(yīng)到信號(hào)檢測(cè)的整個(gè)分析過(guò)程集成化以獲得微型全分析系統(tǒng)（micro total analytical system）或稱(chēng)縮微芯片實(shí)驗(yàn)室（laboratory on a chip）。使用縮微芯片實(shí)驗(yàn)室，就可以在一個(gè)封閉的系統(tǒng)內(nèi)以很短的時(shí)間完成從原始樣品到獲取所需分析結(jié)果的全套操作。

1998 年底美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)將基因芯片技術(shù)列為 1998 年度自然科學(xué)領(lǐng)域十大進(jìn)展之一，足見(jiàn)其在科學(xué)史上的意義?，F(xiàn)在，基因芯片這一時(shí)代的寵兒已被應(yīng)用到生物科學(xué)眾多的領(lǐng)域之中。它以其可同時(shí)、快速、準(zhǔn)確地分析數(shù)以千計(jì)基因組信息的本領(lǐng)而顯示出了巨大的威力。這些應(yīng)用主要包括基因表達(dá)檢測(cè)、突變檢測(cè)、基因組多態(tài)性分析和基因文庫(kù)作圖以及雜交測(cè)序等方面。在基因表達(dá)檢測(cè)的研究上人們已比較成功地對(duì)多種生物包括擬南芥（ Arabidopsis thaliana ）、酵母(Saccharomyces cerevisiae)及人的基因組表達(dá)情況進(jìn)行了研究，并且用該技術(shù)（共 157,112 個(gè)探針?lè)肿樱┮淮涡詸z測(cè)了酵母幾種不同株間數(shù)千個(gè)基因表達(dá)譜的差異 。實(shí)踐證明基因芯片技術(shù)也可用于核酸突變的檢測(cè)及基因組多態(tài)性的分析，例如對(duì)人 BRCA Ⅰ基因外顯子11、 CFTR 基因 、β - 地中海貧血 、酵母突變菌株間 、 HIV-1 逆轉(zhuǎn)錄酶及蛋白酶基因（與 Sanger 測(cè)序結(jié)果一致性達(dá)到 98% ） 等的突變檢測(cè)，對(duì)人類(lèi)基因組單核苷酸多態(tài)性的鑒定、作圖和分型 ，人線粒體 16.6kb 基因組多態(tài)性的研究 [24] 等。將生物傳感器與芯片技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)改變探針陣列區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度已經(jīng)證明可以檢測(cè)到基因（ ras 等）的單堿基突變 。此外，有人還曾通過(guò)確定重疊克隆的次序從而對(duì)酵母基因組進(jìn)行作圖。雜交測(cè)序是基因芯片技術(shù)的另一重要應(yīng)用。該測(cè)序技術(shù)理論上不失為一種高效可行的測(cè)序方法，但需通過(guò)大量重疊序列探針與目的分子的雜交方可推導(dǎo)出目的核酸分子的序列，所以需要制作大量的探針?；蛐酒夹g(shù)可以比較容易地合成并固定大量核酸分子，所以它的問(wèn)世無(wú)疑為雜交測(cè)序提供了實(shí)施的可能性，這已為實(shí)踐所證實(shí)。

在實(shí)際應(yīng)用方面，生物芯片技術(shù)可廣泛應(yīng)用于疾病診斷和治療、藥物篩選、農(nóng)作物的優(yōu)育優(yōu)選、司法鑒定、食品衛(wèi)生監(jiān)督、環(huán)境檢測(cè)、國(guó)防、航天等許多領(lǐng)域。它將為人類(lèi)認(rèn)識(shí)生命的起源、遺傳、發(fā)育與進(jìn)化、為人類(lèi)疾病的診斷、治療和防治開(kāi)辟全新的途徑，為生物大分子的全新設(shè)計(jì)和藥物開(kāi)發(fā)中先導(dǎo)化合物的快速篩選和藥物基因組學(xué)研究提供技術(shù)支撐平臺(tái)。

由于所有藥物（或獸藥）都是直接或間接地通過(guò)修飾、改變?nèi)祟?lèi)（或相關(guān)動(dòng)物）基因的表達(dá)及表達(dá)產(chǎn)物的功能而生效，而芯片技術(shù)具有高通量、大規(guī)模、平行性地分析基因表達(dá)或蛋白質(zhì)狀況（蛋白質(zhì)芯片）的能力，在藥物篩選方面具有巨大的優(yōu)勢(shì)。用芯片作大規(guī)模的篩選研究可以省略大量的動(dòng)物試驗(yàn)甚至臨床，縮短藥物篩選所用時(shí)間，提高效率，降低風(fēng)險(xiǎn)。

隨著人類(lèi)基因圖譜的繪就，基因工程藥物將進(jìn)入一個(gè)大發(fā)展時(shí)期，在基因工程藥物的研制和生產(chǎn)中，生物芯片也有著較大的市場(chǎng)。以基因工程胰島素為例，當(dāng)我們把人的胰島素基因轉(zhuǎn)移到大腸桿菌細(xì)胞后，我們就需要用某種方法對(duì)工程菌的基因型進(jìn)行分析，以便確證胰島素基因是否轉(zhuǎn)移成功。過(guò)去人們采取的方法叫做“限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性”（簡(jiǎn)稱(chēng)RELP），這種方法非常地?zé)┈崗?fù)雜，在成本和效率方面都不如基因芯片，今后被芯片技術(shù)取代是必然的趨勢(shì)。通過(guò)使用基因芯片篩選藥物具有的巨大優(yōu)勢(shì)決定它將成為本世紀(jì)藥物研究的趨勢(shì)。

基因芯片作為一種先進(jìn)的、大規(guī)模、高通量檢測(cè)技術(shù)，應(yīng)用于疾病的診斷，其優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：一是高度的靈敏性和準(zhǔn)確性；二是快速簡(jiǎn)便；三是可同時(shí)檢測(cè)多種疾病。如應(yīng)用于產(chǎn)前遺傳性疾病檢查，抽取少許羊水就可以檢測(cè)出胎兒是否患有遺傳性疾病，同時(shí)鑒別的疾病可以達(dá)到數(shù)十種甚至數(shù)百種，這是其他方法所無(wú)法替代的，非常有助于“優(yōu)生優(yōu)育”這一國(guó)策的實(shí)施。又如對(duì)病原微生物感染診斷，目前的實(shí)驗(yàn)室診斷技術(shù)所需的時(shí)間比較長(zhǎng)，檢查也不全面，醫(yī)生往往只能根據(jù)臨床經(jīng)驗(yàn)做出診斷，降低了診斷的準(zhǔn)確率，如果在檢查中應(yīng)用基因芯片技術(shù)，醫(yī)生在短時(shí)間內(nèi)就能知道病人是哪種病原微生物感染；而且能測(cè)定病原體是否產(chǎn)生耐藥性、對(duì)哪種抗生素產(chǎn)生耐藥性、對(duì)哪種抗生素敏感等等，這樣醫(yī)生就能有的放矢地制定科學(xué)的治療方案；再如對(duì)具有高血壓、糖尿病等疾病家族史的高危人群普查、接觸毒化物質(zhì)人群惡性腫瘤普查等等，如采用了基因芯片技術(shù)，立即就能得到可靠的結(jié)果，其他對(duì)心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病、免疫性疾病、代謝性疾病等，如采用了基因芯片技術(shù)，其早期診斷率將大大提高，而誤診率會(huì)大大降低，同時(shí)有利于醫(yī)生綜合地了解各個(gè)系統(tǒng)的疾病狀況。

在環(huán)境保護(hù)上，基因芯片也廣泛的用途，一方面可以快速檢測(cè)污染微生物或有機(jī)化合物對(duì)環(huán)境、人體、動(dòng)植物的污染和危害，同時(shí)也能夠通過(guò)大規(guī)模的篩選尋找保護(hù)基因，制備防治危害的基因工程藥品、或能夠治理污染源的基因產(chǎn)品。

基因芯片還可用于司法，現(xiàn)階段可以通過(guò)DNA指紋對(duì)比來(lái)鑒定罪犯，未來(lái)可以建立全國(guó)甚至全世界的DNA指紋庫(kù)，到那時(shí)以直接在犯罪現(xiàn)場(chǎng)對(duì)可能是疑犯留下來(lái)的頭發(fā)、唾液、血液、精液等進(jìn)行分析，并立刻與DNA罪犯指紋庫(kù)系統(tǒng)存儲(chǔ)的DNA“指紋”進(jìn)行比較，以盡快、準(zhǔn)確的破案。目前，科學(xué)家正著手于將生物芯片技術(shù)應(yīng)用于親子鑒定中，應(yīng)用生物芯片后，鑒定精度將大幅提高。

基因芯片技術(shù)可以用來(lái)篩選農(nóng)作物的基因突變，并尋找高產(chǎn)量、抗病蟲(chóng)、抗干旱、抗冷凍的相關(guān)基因，也可以用于基因掃描及基因文庫(kù)作圖、商品檢驗(yàn)檢疫等領(lǐng)域。目前該類(lèi)市場(chǎng)尚待開(kāi)發(fā)。

包括基因表達(dá)檢測(cè)、尋找新基因、雜交測(cè)序、基因突變和多態(tài)性分析以及基因文庫(kù)作圖以及等方面。

1、基因表達(dá)檢測(cè)。

人類(lèi)基因組編碼大約10萬(wàn)個(gè)不同的基因，僅掌握基因序列信息資料，要理解其基因功能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因此，具有監(jiān)測(cè)大量mRNA（信使RNA，可簡(jiǎn)單理解為基因表達(dá)的中介物）的實(shí)驗(yàn)工具很重要。有關(guān)對(duì)芯片技術(shù)檢測(cè)基因表達(dá)及其敏感性、特異性進(jìn)行的研究實(shí)驗(yàn)表明芯片技術(shù)易于監(jiān)測(cè)非常大量的mRNAs并能敏感地反映基因表達(dá)中的微小變化。利用基因芯片技術(shù)人們已比較成功地對(duì)多種生物包括擬南芥、酵母及人的基因組表達(dá)情況進(jìn)行了研究，并且用該技術(shù)（共157,112個(gè)探針?lè)肿樱┮淮涡詸z測(cè)了酵母幾種不同株間數(shù)千個(gè)基因表達(dá)譜的差異。

2、尋找新基因。

有關(guān)實(shí)驗(yàn)表明在缺乏任何序列信息的條件下，基因芯片也可用于基因發(fā)現(xiàn)，如HME基因和黑色素瘤生長(zhǎng)刺激因子就是通過(guò)基因芯片技術(shù)發(fā)現(xiàn)的。

3、DNA測(cè)序。

人類(lèi)基因組計(jì)劃的實(shí)施促進(jìn)了更高效率的、能夠自動(dòng)化操作的測(cè)序方法的發(fā)展，芯片技術(shù)中雜交測(cè)序技術(shù)及鄰堆雜交技術(shù)即是一種新的高效快速測(cè)序方法。如使用美國(guó)Affymetrix公司1998年生產(chǎn)出的帶有13.5萬(wàn)個(gè)基因探針的芯片就可以使人類(lèi)DNA解碼速度提高了25倍。

4、核酸突變的檢測(cè)及基因組多態(tài)性的分析。

有關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)表明DNA芯片技術(shù)可快速、準(zhǔn)確地研究大量患者樣品中特定基因所有可能的雜合變異。對(duì)人類(lèi)基因組單核苷酸多態(tài)性的鑒定、作圖和分型，人線粒體16.6kb基因組多態(tài)性的研究等。隨著遺傳病與癌癥相關(guān)基因發(fā)現(xiàn)數(shù)量的增加，變異與多態(tài)性分析必將越來(lái)越重要。

盡管基因芯片技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，得到世人的矚目，但仍然存在著許多難以解決的問(wèn)題，例如技術(shù)成本昂貴、復(fù)雜、檢測(cè)靈敏度較低、重復(fù)性差、分析泛圍較狹窄等問(wèn)題。這些問(wèn)題主要表現(xiàn)在樣品的制備、探針合成與固定、分子的標(biāo)記、數(shù)據(jù)的讀取與分析等幾個(gè)方面。

樣品制備上，當(dāng)前多數(shù)公司在標(biāo)記和測(cè)定前都要對(duì)樣品進(jìn)行一定程度的擴(kuò)增以便提高檢測(cè)的靈敏度，但仍有不少人在嘗試?yán)@過(guò)該問(wèn)題，這包括 Mosaic Technologies 公司的固相 PCR 擴(kuò)增體系以及 Lynx Therapeutics 公司提出的大量并行固相克隆方法，兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，但目前尚未取得實(shí)際應(yīng)用。

探針的合成與固定比較復(fù)雜，特別是對(duì)于制作高密度的探針陣列。使用光導(dǎo)聚合技術(shù)每步產(chǎn)率不高（ 95% ），難于保證好的聚合效果。應(yīng)運(yùn)而生的其它很多方法，如壓電打壓、微量噴涂等多項(xiàng)技術(shù)，雖然技術(shù)難度較低方法也比較靈活，但存在的問(wèn)題是難以形成高密度的探針陣列，所以只能在較小規(guī)模上使用。最近我國(guó)學(xué)者已成功地將分子印章技術(shù)應(yīng)用于探針的原位合成而且取得了比較滿意的結(jié)果（個(gè)人通訊）。

目標(biāo)分子的標(biāo)記也是一個(gè)重要的限速步驟，如何簡(jiǎn)化或繞過(guò)這一步現(xiàn)在仍然是個(gè)問(wèn)題。

目標(biāo)分子與探針的雜交會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題：首先，由于雜交位于固相表面，所以有一定程度的空間阻礙作用，有必要設(shè)法減小這種不利因素的影響。 Southern 曾通過(guò)向探針中引入間隔分子而使雜交效率提高于了 150 倍。其次，探針?lè)肿拥?GC 含量、長(zhǎng)度以及濃度等都會(huì)對(duì)雜交產(chǎn)生一定的影響，因此需要分別進(jìn)行分析和研究。

信號(hào)的獲取與分析上，當(dāng)前多數(shù)方法使用熒光法進(jìn)行檢測(cè)和分析，重復(fù)性較好，但靈敏仍然不高。正在發(fā)展的方法有多種，如質(zhì)譜法、化學(xué)發(fā)光法等。基因芯片上成千上萬(wàn)的寡核苷酸探針由于序列本身有一定程度的重疊因而產(chǎn)生了大量的豐余信息。這一方面可以為樣品的檢測(cè)提供大量的驗(yàn)證機(jī)會(huì)，但同時(shí)，要對(duì)如此大量的信息進(jìn)行解讀，目前仍是一個(gè)艱巨的技術(shù)問(wèn)題。

目前，我國(guó)尚未有較成型的基因芯片問(wèn)世，但據(jù)悉已有幾家單位組織人力物力從事該技術(shù)的研制工作，并且取得了一些可喜的進(jìn)展。這是一件好事，標(biāo)志著我國(guó)相關(guān)學(xué)科與技術(shù)正在走向成熟?；蛐酒夹g(shù)是一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)方向，我們國(guó)家的生命科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)乃至精密機(jī)械科學(xué)的工作者們應(yīng)該也可以在該領(lǐng)域內(nèi)占有一席之地。但是我們應(yīng)該充分地認(rèn)識(shí)到，這不是一件輕易的事，不能夠蜂擁而至，不能“有條件沒(méi)有條件都要上”，去從事低水平重復(fù)性的研究工作，最終造成大量人力物力的浪費(fèi)。而應(yīng)該是有組織、有計(jì)劃地集中具有一定研究實(shí)力的單位和個(gè)人進(jìn)行攻關(guān)，這也許更適合于我國(guó)國(guó)情。

俄羅斯科學(xué)院恩格爾哈得分子生物學(xué)研究所和美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ANL）的科學(xué)家們最早在文獻(xiàn)中提出了用雜交法測(cè)定核酸序列（SBH）新技術(shù)的想法。當(dāng)時(shí)用的是多聚寡核酸探針。幾乎與此同時(shí)英國(guó)牛津大學(xué)生化系的Sourthern等也取得了在載體固定寡核苷酸及雜交法測(cè)序的國(guó)際專(zhuān)利。在這些技術(shù)儲(chǔ)備的基礎(chǔ)上，1994年在美國(guó)能源部防御研究計(jì)劃署、俄羅斯科學(xué)院和俄羅斯人類(lèi)基因組計(jì)劃1000多萬(wàn)美元的資助下研制出了一種生物芯片，并用于檢測(cè)盡地中海病人血樣的基因突變，篩選了一百多個(gè)外地中海貧血已知的突變基因。這種生物芯片的基因譯碼速度比傳統(tǒng)的Sanger和MaxaxGilbert法快1000倍，是一種有希望的快速測(cè)序方法。 搶先發(fā)展技術(shù)，盡快占領(lǐng)市場(chǎng)是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)中取得勝利的信條。生物芯片目前正處于激烈的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)中。Packard儀器公司發(fā)展的是診斷用的以凝膠為基礎(chǔ)的中等密度的芯片。而Affymetrix公司則已成功地應(yīng)用了光導(dǎo)向平板印刷技術(shù)直接在硅片上合成寡核苷酸點(diǎn)陣的高密度芯片而領(lǐng)先于芯片分析領(lǐng)域。該公司與惠普公司合作開(kāi)發(fā)出專(zhuān)用的能掃描40萬(wàn)點(diǎn)點(diǎn)陣的基因芯片掃描儀，同時(shí)又開(kāi)發(fā)出同時(shí)可平行通過(guò)幾塊芯片的流路工作站和計(jì)算機(jī)軟件分析系統(tǒng)。組合成一套較完整的芯片制造、雜交、檢測(cè)掃描和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。不久GenralScanningInc與制造點(diǎn)樣頭的Telechem公司和制造機(jī)械手的Cartesian公司研制的300型（兩激光）4000型和5000型（四激光）激光共聚掃描儀和相應(yīng)的分析軟件，構(gòu)成一套用戶可任意點(diǎn)樣制作芯片的工作系統(tǒng)。

歐洲各公司也不甘落后，紛紛投入競(jìng)爭(zhēng)，例如GeneticCo．UK研制出QBot點(diǎn)樣器，Q-Pix克隆挑揀儀及Q－Fill制芯片設(shè)備。Sequenom則推出250位點(diǎn)的Spectrochip并采用質(zhì)譜法測(cè)讀結(jié)果，而德國(guó)腫瘤研究所則用就位合成的肽核酸低密度（8cm×12cm片上1000個(gè)點(diǎn)）的作表達(dá)譜及診斷用的探針芯片。如今，DNA芯片已經(jīng)在基因序列分析、基因診斷、基因表達(dá)研究、基因組研究、發(fā)現(xiàn)新基因及各種病原體的診斷等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。

1997年世界上第一張全基因組芯片——含有6166個(gè)基因的酵母全基因組芯片在斯坦福大學(xué)Brown實(shí)驗(yàn)室完成，從而使基因芯片技術(shù)在世界上迅速得到應(yīng)用。

雜交信號(hào)的檢測(cè)是DNA芯片技術(shù)中的重要組成部分。以往的研究中已形成許多種探測(cè)分子雜交的方法，如熒光顯微鏡、隱逝波傳感器、光散射表面共振、電化傳感器、化學(xué)發(fā)光、熒光各向異性等等，但并非每種方法都適用于DNA芯片。由于DNA芯片本身的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，需要確定雜交信號(hào)在芯片上的位置，尤其是大規(guī)模DNA芯片由于其面積小，密度大，點(diǎn)樣量很少，所以雜交信號(hào)較弱，需要使用光電倍增管或冷卻的電荷偶連照相機(jī)(charged-coupled device camera，CCD)攝像機(jī)等弱光信號(hào)探測(cè)裝置。此外，大多數(shù)DNA芯片雜交信號(hào)譜型除了分布位點(diǎn)以外還需要確定每一點(diǎn)上的信號(hào)強(qiáng)度，以確定是完全雜交還是不完全雜交，因而探測(cè)方法的靈敏度及線性響應(yīng)也是非常重要的。雜交信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)主要包括雜交信號(hào)產(chǎn)生、信號(hào)收集及傳輸和信號(hào)處理及成像三個(gè)部分組成。

基因芯片

由于所使用的標(biāo)記物不同，因而相應(yīng)的探測(cè)方法也各具特色。大多數(shù)研究者使用熒光標(biāo)記物，也有一些研究者使用生物素標(biāo)記，聯(lián)合抗生物素結(jié)合物檢測(cè)DNA化學(xué)發(fā)光。通過(guò)檢測(cè)標(biāo)記信號(hào)來(lái)確定DNA芯片雜交譜型。

使用熒光標(biāo)記物的研究者最多，因而相應(yīng)的探測(cè)方法也就最多、最成熟。由于熒光顯微鏡可以選擇性地激發(fā)和探測(cè)樣品中的混合熒光標(biāo)記物，并具有很好的空間分辨率和熱分辨率，特別是當(dāng)熒光顯微鏡中使用了共焦激光掃描時(shí)，分辨能力在實(shí)際應(yīng)用中可接近由數(shù)值孔徑和光波長(zhǎng)決定的空間分辨率，而在傳統(tǒng)的顯微鏡是很難做到的，這便為DNA芯片進(jìn)一步微型化提供了重要的檢測(cè)方法的基礎(chǔ)。大多數(shù)方法都是在人射照明式熒光顯微鏡（epifluoescence microscope）基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，包括激光掃描熒光顯微鏡、激光共焦掃描顯微鏡、使用了CCD相機(jī)的改進(jìn)的熒光顯微鏡以及將DNA芯片直接制作在光纖維束切面上并結(jié)合熒光顯微鏡的光纖傳感器微陣列。這些方法基本上都是將待雜交對(duì)象 以熒光物質(zhì)標(biāo)記，如熒光素或麗絲膠（lissamine）等，雜交后經(jīng)過(guò)SSC和SDS的混合溶液或SSPE等緩沖液清洗。

探測(cè)裝置比較典型。方法是將雜交后的芯片經(jīng)處理后固定在計(jì)算機(jī)控制的二維傳動(dòng)平臺(tái)上，并將一物鏡置于其上方，由氬離子激光器產(chǎn)生激發(fā)光經(jīng)濾波后通過(guò)物鏡聚焦到芯片表面，激發(fā)熒光標(biāo)記物產(chǎn)生熒光，光斑半徑約為5－10μm。同時(shí)通過(guò)同一物鏡收集熒光信號(hào)經(jīng)另一濾波片濾波后，由冷卻的光電倍增管探測(cè)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。通過(guò)計(jì)算機(jī)控制傳動(dòng)平臺(tái)X－Y方向上步進(jìn)平移，DNA芯片被逐點(diǎn)照射，所采集熒光信號(hào)構(gòu)成雜交信號(hào)譜型，送計(jì)算機(jī)分析處理，最后形成20μm象素的圖像。這種方法分辨率高、圖像質(zhì)量較好，適用于各種主要類(lèi)型的DNA芯片及大規(guī)模DNA芯片雜交信號(hào)檢測(cè)，廣泛應(yīng)用于基因表達(dá)、基因診斷等方面研究。

激光掃描共焦顯微鏡與激光掃描熒光顯微鏡結(jié)構(gòu)非常相似，但是由于采用了共焦技術(shù)因而更具優(yōu)越性。這種方法可以在熒光標(biāo)記分子與DNA芯片雜交的同時(shí)進(jìn)行雜交信號(hào)的探測(cè)，而無(wú)須清洗掉未雜交分子，從而簡(jiǎn)化了操作步驟大大提高了工作效率。Affymetrix公司的S．P．A．Forder等人設(shè)計(jì)的DNA芯片即利用此方法。其方法是將靶 DNA分子溶液放在樣品地中，芯片上合成寡核苷酸陣列的一面向下，與樣品池溶液直接接觸，并與DNA樣品雜交。當(dāng)用激發(fā)光照射使熒光標(biāo)記物產(chǎn)生熒光時(shí)，既有芯片上雜交的DNA樣品所發(fā)出的熒光，也有樣品地中DNA所發(fā)出的熒光，如何將兩者分離開(kāi)來(lái)是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。而共焦顯微鏡具有非常好的縱向分辨率，可以在接受芯片表面熒光信號(hào)的同時(shí)，避開(kāi)樣品池中熒光信號(hào)的影響。一般采用氬離子激光器（488nm）作為激發(fā)光源，經(jīng)物鏡聚焦，從芯片背面入射，聚集于芯片與靶分子溶液接觸面。雜交分子所發(fā)的熒光再經(jīng)同一物鏡收集，并經(jīng)濾波片濾波，被冷卻的光電倍增管在光子計(jì)數(shù)的模式下接收。經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換反轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送微機(jī)處理，成像分析。在光電信增管前放置一共焦小孔，用于阻擋大部分激發(fā)光焦平面以外的來(lái)自樣品池的未雜交分子熒光信號(hào)，避免其對(duì)探測(cè)結(jié)果的影響。激光器前也放置一個(gè)小孔光闌以盡量縮小聚焦點(diǎn)處光斑半徑，使之能夠只照射在單個(gè)探針上。通過(guò)計(jì)算機(jī)控制激光束或樣品池的移動(dòng)，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片的二維掃描，移動(dòng)步長(zhǎng)與芯片上寡核苷酸的間距匹配，在幾分鐘至幾十分鐘內(nèi)即可獲得熒光標(biāo)記雜交信號(hào)圖譜。其特點(diǎn)是靈敏度和分辨率較高，掃描時(shí)間長(zhǎng)，比較適合研究用?，F(xiàn)在 Affymetrix公司已推出商業(yè)化樣機(jī)，整套系統(tǒng)約 12萬(wàn)美元。

這種探測(cè)裝置與以上的掃描方法都是基于熒光顯微鏡，但是以CCD相機(jī)作為信號(hào)接收器而不是光電倍增管，因而無(wú)須掃描傳動(dòng)平臺(tái)。由于不是逐點(diǎn)激發(fā)探測(cè)，因而激發(fā)光照射光場(chǎng)為整個(gè)芯片區(qū)域，由CCD相機(jī)獲得整個(gè)DNA芯片的雜交譜型。這種方法一般不采用激光器作為激發(fā)光源，由于激光束光強(qiáng)的高斯分布，會(huì)使得光場(chǎng)光強(qiáng)度分布不均，而熒光信號(hào)的強(qiáng)度與激發(fā)光的強(qiáng)度密切相關(guān)，因而不利于信號(hào)采集的線性響應(yīng)。為保證激發(fā)光勻場(chǎng)照射，有的學(xué)者使用高壓汞燈經(jīng)濾波片濾波，通過(guò)傳統(tǒng)的光學(xué)物鏡將激發(fā)光投射到芯片上，照明面積可通過(guò)更換物鏡來(lái)調(diào)整；也有的研究者使用大功率弧形探照燈作為光源，使用光纖維束與透鏡結(jié)合傳輸激發(fā)光，并與芯片表面呈50o角入射。由于采用了CCD相機(jī)，因而大大提高了獲取熒光圖像的速度，曝光時(shí)間可縮短至零點(diǎn)幾秒至十幾秒。其特點(diǎn)是掃描時(shí)間短，靈敏度和分辨率較低，比較適合臨床診斷用[14].

有的研究者將 DNA芯片直接做在光纖維束的切面上（遠(yuǎn)端），光纖維束的另一端（近端）經(jīng)特制的耦合裝置耦合到熒光顯微鏡中。光纖維束由7根單模光纖組成。每根光纖的直徑為200μm，兩端均經(jīng)化學(xué)方法拋光清潔?；瘜W(xué)方法合成的寡核苷酸探針共價(jià)結(jié)合于每根光纖的遠(yuǎn)端組成寡核苷酸陣列。將光纖遠(yuǎn)端浸入到熒光標(biāo)記的靶分子溶液中與靶分子雜交，通過(guò)光纖維束傳導(dǎo)來(lái)自熒光顯微鏡的激光（490urn），激發(fā)熒光標(biāo)記物產(chǎn)生熒光，仍用光纖維束傳導(dǎo)熒光信號(hào)返回到熒光顯微鏡，由CCD相機(jī)接收。每根光纖單獨(dú)作用互不干擾，而溶液中的熒光信號(hào)基本不會(huì)傳播到光纖中，雜交到光纖遠(yuǎn)端的靶分子可在90%的甲酸胺（ formamide）和TE緩沖液中浸泡10秒鐘去除，進(jìn)而反復(fù)使用。這種方法快速、便捷，可實(shí)時(shí)檢測(cè)DNA微陣列雜交情況而且具有較高的靈敏度，但由于光纖維束所含光纖數(shù)目有限，因而不便于制備大規(guī)模DNA芯片，有一定的應(yīng)用局限性。

生物素標(biāo)記方法中的雜交信號(hào)探測(cè) 　以生物素（biotin）標(biāo)記樣品的方法由來(lái)已久，通常都要聯(lián)合使用其它大分子與抗生物素的結(jié)合物（如結(jié)合化學(xué)發(fā)光底物酶、熒光素等），再利用所結(jié)合大分子的特殊性質(zhì)得到最初的雜交信號(hào)，由于所選用的與抗生物素結(jié)合的分子種類(lèi)繁多，因而檢測(cè)方法也更趨多樣化。特別是如果采用尼龍膜作為固相支持物，直接以熒光標(biāo)記的探針用于DNA芯片雜交將受到很大的限制，因?yàn)樵谀猃埬ど蠠晒鈽?biāo)記信號(hào)信噪比較低。因而使用尼龍膜作為固相支持物的這些研究者大多是采用生物素標(biāo)記的。

快速、高效、自動(dòng)化。

基因芯片不僅能在早期診斷中發(fā)揮作用；與傳統(tǒng)的檢測(cè)方法相比，它可以在一張芯片上，同時(shí)對(duì)多個(gè)病人進(jìn)行多種疾病的檢測(cè)；利用基因芯片，還可以從分子水平上了解疾病?；蛐酒倪@些優(yōu)勢(shì)，能夠使醫(yī)務(wù)人員在短時(shí)間內(nèi)掌握大量的疾病診斷信息，找到正確的治療措施。除此之外，基因芯片在新藥的篩選、臨床用藥的指導(dǎo)等方面，也有重要作用。