基因芯片又称DNA芯片，是最早出现，也是最重要的一种生物芯片。它是指将大量基因探针分子如寡核苷酸、基因组DNA或互补DNA固定于支持物上的生物芯片。基因芯片技术将基因芯片与标记的样品进行杂交，通过杂交信号的强弱判断靶分子的数量，充分利用了分子杂交、分子克隆和聚合酶链式反应 ( PCR) 三大分子生物学技术。
特点：
高度并行性：有利于基因芯片所示图谱的快速对照和阅读，效率大为提高
多样性：提供了样品的多指标测定
微型化：对样品的需要量非常少，而且还能节省试剂用量，降低成本
自动化：减少人力投入，并保证了质量
优点：
1、采用了平面微细加工技术，可实现大批量生产，通过提高集成度，降低单个芯片的成本。
2、结合微机械技术，可把生物样品的预处理，基因物质的提取、扩增，以及杂交后的信息检测集成为芯片实验室，制备成微型、自动化、无污染、可用于微量试样检测的高度集成的智能化基因芯片
基因芯片是在固相支持物表面点上数千个基因片段作为探针 ,然后将被检测的样本 DNA 或者 cDNA用放射物 / 荧光标记并与芯片上的探针杂交。杂交后用计算机分析杂交信号的强弱 ,了解样本中各种基因存在或者基因表达的情况 。在基因芯片上大量基因片段被排列在一个很小面积的支撑物上 ,因此又常称为 DNA 微阵列。在基因芯片固相的支持物表面 ,或者用大规模集成电路所控制的机器手有规律地合成大量不同的寡核苷酸 ,或者用阵列器点上大量液相合成的 DNA 或 cDNA 作为基因探针。探针与放射标记或荧光标记的患者或者其他 DNA(或 cDNA) 杂交 ,互补核酸序列会结合在芯片上 ,用放射自显影或激光共聚焦显微镜扫描 ,对杂交结果进行计算机软件分析 ,获得杂交信号的强度及分布模式图 ,以此反映出所检测的样本中有关基因的表达强弱。由于大量基因杂交的反应是在一张基因芯片上同时进行的 ,因此同一次实验可以分析成千上万的靶基因。
基因芯片通常要构建 DNA 探针的阵列 ,构建的方法可以大致归类为光蚀刻法、喷墨打印法、机械手排列 3 种。光蚀刻法以 Fodor 等建立的光导寡核苷酸和 Pease 等建立的肽胺酸 ( PNA) 阵列化学合成法为基础。这种方法是在一块芯片上合成大量序列不同的片段 ,构成寡聚脱氧核糖核酸 (ODT) 阵列。近年常用的半导体光阻技术可使 ODT 阵列密度达到 106～ 107/ cm2 ,微型化减少了试剂用量和反应液体积 ,提高了反应速率。光蚀刻法的优点是精确性高 ,缺点是成本高 ,工艺复杂而且阵列上的序列必须是已知序列。喷墨打印法又称为压电印刷法 ,常用于检测基因表达 ,多态性分析 ,疾病的诊断等。用带小孔的印迹头将 DNA 阵列样品的液滴喷到玻片表面。第三种方式是液相合成探针 ,用机械手排列在固相载体表面。构成基因芯片阵列的探针有 ODT、 cDNA、 PNA、基因组 DNA , ESTs 等 ,可以根据不同用途而设计。若是用于测序、分析等位基因和检测点突变 ,一般采用 8～ 10 个碱基长度 ;若是了解 mRNA 的转录情况则采用克隆的已知 cDNA构建阵列。 cDNA 片段较长 ,适于图谱分析。现在从公共数据库已经能获得 1 × 107 个人类 EST ,可代表 50 % ～ 90 %的人类基因 ,随着基因扫描技术的发展 ,最终完全有可能建立含全部人类基因的 EST阵列。 cD2 NA 微阵列不须完全了解阵列上的克隆序列。我们以往工作涉及肿瘤和自身免疫病淋巴细胞克隆的变化 ,由此建立一种检测 T 细胞受体 ( TCR) 或者免疫球蛋白 ( Ig)的重排基因阵列。 TCR 或者 Ig 的重排基因可以代表机体成千上万不同的淋巴细胞克隆 , 将这数万 TCR/ Ig 重排基因制备成基因芯片 ,检测不同患者淋巴细胞各个克隆出现的情况 ,可以确定各种肿瘤、自身免疫病、感染性疾病免疫系统的变化 , 有助于了解疾病发病原理 ,发展以控制淋巴细胞为核心的新型治疗措施。已有不少文献利用基因芯片分析肿瘤 和白血病 。
1 固定在聚合物基片（尼龙膜，硝酸纤维膜等）表面上的核酸探针或cDNA片段，通常用同位素标记的靶基因与其杂交，通过放射显影技术进行检测。这种方法的优点是所需检测设备与目前分子生物学所用的放射显影技术相一致,相对比较成熟。但芯片上探针密度不高，样品和试剂的需求量大，定量检测存在较多问题。
2 用点样法固定在玻璃板上的DNA探针阵列，通过与荧光标记的靶基因杂交进行检测。这种方法点阵密度可有较大的提高，各个探针在表面上的结合量也比较一致，但在标准化和批量化生产方面仍有不易克服的困难。
3 在玻璃等硬质表面上直接合成的寡核苷酸探针阵列,与荧光标记的靶基因杂交进行检测。该方法把微电子光刻技术与DNA化学合成技术相结合，可以使基因芯片的探针密度大大提高，减少试剂的用量，实现标准化和批量化大规模生产，有着十分重要的发展潜力。
1、芯片制备
目前制备芯片主要以玻璃片或硅片为载体，采用原位合成和微矩阵的方法将寡核苷酸片段或cDNA作为探针按顺序排列在载体上。芯片的制备除了用到微加工工艺外，还需要使用机器人技术。以便能快速、准确地将探针放置到芯片上的指定位置。
2、样品制备
生物样品往往是复杂的生物分子混合体，除少数特殊样品外，一般不能直接与芯片反应，有时样品的量很小。所以，必须将样品进行提取、扩增，获取其中的蛋白质或DNA、RNA，然后用荧光标记，以提高检测的灵敏度和使用者的安全性。
3、杂交反应
杂交反应是荧光标记的样品与芯片上的探针进行的反应产生一系列信息的过程。选择合适的反应条件能使生物分子间反应处于状况中，减少生物分子之间的错配率。
4、信号检测和结果分析
杂交反应后的芯片上各个反应点的荧光位置、荧光强弱经过芯片扫描仪和相关软件可以分析图像，将荧光转换成数据，即可以获得有关生物信息。 基因芯片技术发展的最终目标是将从样品制备、杂交反应到信号检测的整个分析过程集成化以获得微型全分析系统或称缩微芯片实验室。使用缩微芯片实验室，就可以在一个封闭的系统内以很短的时间完成从原始样品到获取所需分析结果的全套操作。
1、发展具有自主知识产权的高密度基因芯片制备的关键技术，发展一个可进行高密度基因芯片加工基因芯片的加工设备和工艺
2、发展和研制的基因芯片设计和分析软件
3、发展出高集成度的生物活性单元微阵列芯片，包括DNA、PNA、多肽、蛋白质、病毒、细胞组和细胞以及微小生物组织等生物活性微阵列芯片。
