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基因芯片（gene chip）是利用原位合成或微量点样技术将大量的基因片段（如寡核苷酸片段、基因组DNA等）有序地、高密度地固定排列在特定载体（如玻璃片、硅片或纤维膜等）上制成点阵，故又称为DNA芯片或DNA微阵列，因其具有灵敏度高、微型化和高通量的特点，现已广泛应用于临床诊断、制药、生物技术中，并逐步发展成为临床实验室常规技术。
基因芯片的基本原理与分子杂交实验一样，是将经过标记的待测标本DNA与芯片上特定序列的核酸探针按碱基配对原理杂交后，检测系统对芯片进行扫描获取杂交信号，杂交信号的强度与标本中待测靶分子的含量呈一定的线性关系。通过对芯片杂交信号强度的检测可获取标本中核酸分子的序列信息和总量信息，从而对基因序列及功能进行大规模、高通量的研究，其本质是将核酸杂交技术的制样、杂交、检测分析等过程进行集成化和微型化。
1.提取待测标本的DNA或RNA（须逆转录成cDNA），经过PCR扩增提高检测灵敏度，在PCR扩增过程中，必须同时进行标本标记，标记方法有荧光标记法、生物素标记法、同位素标记法等，即可得到能与芯片表面探针发生杂交的核酸分子。
2.标本质量控制对基因芯片结果具有重要影响
（1）代表性原则：取样的代表性直接关系到实验结果的真实性。应该根据实验目的慎重选择取样方案，包括标本类型、取样的操作流程、对照组的设定。基本要求是实验处理组和对照组的标本在取材方式和处理条件等方面尽可能保持一致。
（2）准确性原则：取样的准确性直接关系到实验结果的科学意义。所有标本（实验组和对照组）的取材必须快速准确，同时立即进行后续处理（样品固定化或RNA提取），以减少外界因素对样品原始特性的改变。
（3）规范性原则：实验过程的操作包括样品收集、储存、运输以及后续处理是决定芯片实验结果的稳定性和可信度的最关键因素。因此，必须制订和严格执行规范化的操作规程。
质量控制与实时PCR检测技术相同。
基因芯片扫描图经图像处理后，对原始数据进行标准化以去除非生物学因素影响，降低系统误差并建立生物学比对的统一标准，然后利用生物信息学对数据做进一步处理分析，主要包括显著性分析和表达聚类分析。显著性分析是通过选择合适的统计学方法（如 t 检验、秩和检验等）以发现差异性表达的基因，而表达聚类分析则是根据基因表达模式或水平的相似程度，在不设定先验类别的情况下，将基因分组（如分层聚类和非分层聚类）以展现基因间的相似关系，从而发现与生命活动密切相关的基因。
应用基因芯片技术进行白血病分型具有简便、准确、特异性高等优点。Golub等发现急性白血病患者的骨髓标本中有1 100个基因与AML和ALL相关，通过测定形态学、免疫学、细胞遗传学等各种指标，从而构建了一个基因表达谱与AML和ALL的数据库。
弥漫大B细胞淋巴瘤（diffuse large B cell lymphoma，DLBCL）是非霍奇金淋巴瘤中最常见的一种亚型，在临床上有明显的异质性，其中只有40%患者化疗效果好且无病生存率长，而其余预后较差。Alizadeh等利用芯片技术发现活化的B细胞样DLBCL患者比生发中心B细胞样DLBCL患者的5年生存率降低了50%。因此利用基因谱分型对判断临床疗效和预后及发现新的肿瘤亚型有重要意义。
基因芯片可一次对多个样品或混合感染的一个标本进行检测，并可对病原微生物的不同亚型、突变进行分型，为临床诊疗提供实验依据。如利用基因芯片只需要4h即可同时对21种不同类型的人乳头瘤病毒进行分型检测，为早期宫颈癌的筛查、预防提供了一种简单、快速、准确的检测方法。
利用基因芯片检测肿瘤耐药基因、病原微生物的多种耐药基因进行高通量检测。如结核分枝杆菌耐药基因检测芯片，通过检测利福平和异烟肼的3个耐药相关基因 rpoB 、 katG 及 inhA 启动子的突变，可快速准确地评估结核杆菌的耐药情况，从而为临床提供用药指导及个体化治疗方案。
如遗传性耳聋检测基因芯片可同时检测中国人群中常见的4个耳聋致病基因上的9个突变热点。
实验过程任何环节的失误都将影响实验结果，包括标本采集、核酸的分离纯化、核酸扩增、核酸标记、核酸与芯片的分子杂交、基因芯片扫描、图像分析等。
血液标本需分离出白细胞，加入Trizol溶解细胞，置于干冰中运输，避免RNA降解。
mRNA或总RNA纯度会影响染料标记和分子杂交，需避免残留蛋白等与基因芯片的非特异性结合产生背景噪声。
采用反义RNA扩增能够反映初始mRNA含量，同时使用茎环引物可以增强PCR扩增的效率。
将基因组DNA中的目的基因标记可进行原始数据的标准化、芯片质量控制及比较基因组研究，常采用随机引物标记法，而对于表达谱基因芯片和RNA不同剪切体的研究，RNA标本常通过逆转录法以Cy3、Cy5标记。
基因芯片杂交实质是芯片上的探针与靶核酸分子杂交形成双链核酸，靶分子浓度、靶分子和探针的序列组成、杂交液离子强度、杂交温度和时间等都会影响双链核酸的形成，应根据具体情况选择合适的杂交条件。
影响扫描质量的因素主要包括杂交点的质量和扫描仪的精度，需通过仪器的调整和条件的优化，降低背景信号并提高待测样品的信号。
图像分析是用网格对杂交点的信号进行分解，包括定位、分解和信息提取，确定杂交点在芯片上的位置，避免软件自动化引起的图像旋转等误差，同时为避免点样针头的几何形状、杂交和清洗过程以及边缘效应等因素的影响，常采用分水界和种子区域扩增法进行图像分解，最后使用数学形态学计算法来过滤背景值，与局部法相比，具有背景估计变化范围小、背景强度的估计定位于杂交点、背景估计值通常是低于局部背景值的优势。
（吴巧萍）