生物芯片带你‘芯’游生物界

有一种神奇的技术，能够帮助我们探索微观世界，从数以万计的分子中寻找疾病的线索，帮我们从基因层面认识生命，这就是生物芯片——一种将生物科学与高科技完美结合的创新工具。

（图源《知识就是力量》杂志）

电子芯片与生物芯片

当提到“芯片”，大多数人的第一反应往往是集成电路，即电子芯片，它是现代电子技术和信息技术的核心。电子芯片是一种微型化的电子电路，通过将晶体管、电阻、电容和连线等电子元件集成在一块半导体材料（通常是硅）上，实现特定的电子功能。

不同于电子芯片，生物芯片并不依赖电流或电信号传输，它利用的是生物分子之间的特异相互作用，将本来需要在实验室内进行的生化分析，集成到玻璃片、硅片、尼龙膜等载体上。而且，在面对电子芯片最大的克星——液体时，生物芯片也能表现得如鱼得水，甚至很多生物芯片上处理的样品都是在液体中提取，或直接使用了血液、唾液等液体。

微缩实验室

生物芯片就像一个微缩实验室，它将以前需要科研人员在实验室的瓶瓶罐罐里完成的反应操作，都集中到小小的芯片上。通过它，人们可以快速完成基因、蛋白质等分子的检测。

在生物芯片的使用过程中，科研人员需要在芯片表面精确地定位和固定生物分子，这就像是在一张微型地图上，精准地放置数以万计的地标；当待检测的样品（例如血液、组织等）与芯片接触时，样品中的生物分子就会与芯片上早已固定好的分子发生特异性结合，形成一个个生物信号；通过能将生物信号可视化的特定检测设备，科研人员可以读取这些信号，从而分析出样品中各种生物分子的数据。

例如，在基因芯片上，科研人员会放置成千上万个基因探针，每个探针对应一个特定的基因序列。当加入经过标记的基因序列样品时，这些基因序列就会与相应的探针结合，通过检测标记信号的有无和强度，就能得知样品中各个基因序列的变异或表达水平等信息。

全自动便携式DNA快速检验芯片（图源《知识就是力量》杂志）

神奇且多样的生物芯片

不同类型的生物芯片能让我们从不同分子层面更快速、深入地探索生命的奥秘，为医学、生物学研究带来更多便利和可能。目前，生物芯片主要包括以下几个类型：

基因芯片：这种芯片就像一个小型的DNA图书馆，能快速检测样品中的DNA序列，还可以根据与参照序列比对的结果，来判断一个人是否患有某种基因疾病以及适合何种药物等。

现如今，我国很多地区都会借助生物芯片，用基因筛查方式检测新生儿是否携带药物性耳聋基因。这种检测操作非常简单，可以快速出具结果，进而实现早发现、早干预。

微阵列芯片（图源《知识就是力量》杂志）

蛋白芯片：蛋白芯片可以检测样品中不同类的蛋白质，帮助科研人员了解细胞如何工作，甚至发明新药物。

细胞芯片：细胞芯片可以培养和观察细胞在不同条件下的反应，有助于研究细胞行为和疾病机制。

组织芯片：是一种特殊类型的生物芯片，将组织切片按照特定的方式固定在载体上，用来模拟和研究人体或动植物体内的组织和器官，可以帮助我们深入理解疾病的发生机制等。

微流控芯片（图源《知识就是力量》杂志）

生物芯片作为生物技术与微电子技术的结合体，实现了生物学研究的微型化、自动化和高通量化。它的发展，也使得生命科学研究和临床应用达到了前所未有的精度和速度，推动了精准医疗、疾病早期诊断、药物研发等领域的发展。

用于耳聋基因检测的生物芯片（图源《知识就是力量》杂志）

展望未来，随着微电子技术、纳米技术、材料科学等领域的发展，生物芯片技术将会继续发挥“小芯片，大智慧”的优势，为人类健康提供更大的帮助。

撰文 | 苏晓

责任编辑 | 王佳璇 张丽涵

运营编辑 | 张丽涵

质量审核 | 业蕾

❖ 来源：《知识就是力量》杂志

《生物芯片探索微观世界的生物实验室》❖

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