生物芯片这一概念出现在上个世纪80年代初期，当时有人提出通过微电子技术和生物技术相结合，制作出具有生物活性的微结构的构想。但是由于加工技术等相关科技手段的限制，直到90年代，生物芯片技术才取得长足的进步。
生物芯片是现代微加工技术和生物科技相结合的产物，是通过光刻或者生物分子自组装技术，在平板载体内部或者表面制作出的可以完成一定生物反应功能的微装置。根据用途不同，生物芯片主要分为两大类，一类是生物电子芯片，用于生物计算机等生物电子产品的制造。另一类是生物分析芯片，用于各种生物大分子，细胞组织的操作以及生物化学反应检测。在生命科学仪器范畴讨论的通常是后面一类芯片，本文也只以这类芯片作为讨论对象。生物分析芯片按功能微结构在载体上分布的不同又可以分为二维分析芯片和三维分析芯片。二维分析芯片依赖固定在载体表面的生物分子完成生化反应检测。最常见的二维芯片是二维阵列芯片(roarray)，包括基因芯片、蛋白芯片和其它微阵列芯片。基因芯片是目前发展最为成熟的生物芯片，通过表面上固定的高密度dna探针(现在单片基因芯片上的探针总数已达数十万个)与待测溶液中互补dna片断的杂交反应来识别未知样品。根据用途的不同，基因芯片又可以分为测序芯片，表达芯片等等。三维芯片又称芯片实验室(1abonac)，是在载体内部加工微通道、样品池、反应仓、以及各种控制和检测元件的具有一定空间结构的微芯片。三维芯片种类比较多，常见的有微电泳芯片、三维阵列芯片、r芯片等等。
二维芯片相对比较简单，容易加工，检测技术也比较成熟，现在已经逐步产业化。三维芯片相对比较复杂，还主要处于研究阶段。但是由于二维芯片通常需要体积庞大的辅助检测工具，因而在芯片上可以整合控制和检测结构的三维芯片相对更有发展的空间。最完整的芯片实验室可以完成样本的预处理、分离、稀释、混合、化学反应、检测以及产品的提取，它们也可以称为微全分析系统(μ-tas)。与传统的生物分析工具相比，生物芯片可以在载体表面集成成千上万的分子探针，在单一芯片中完成从样本的预处理、分离、稀释、混合、化学反应、检测到产物提取的全过程。因而生物芯片可以大大提高检测速度和分析效率、减少样本试剂消耗、排除人为干扰、防止污染以及高度自动化。
1生物芯片的制作技术
1．1二维芯片的制作
二维芯片制作是在载体表面固定上生物分子阵列。常用的载体是玻璃，也可以使用硅、塑料或者薄膜。以二维dna芯片的制作方法为例，通常dna的固定方法有原位合成和微量点样两种。原位合成主要是光引导寡核苷酸合成技术，是照相平板印刷术与传统的核酸固相合成技术相结合的产物，在经过处理的玻璃载片表面定点合成寡核苷酸链。1dor等首先利用光引导寡核苷酸合成技术在固相表面上原位合成了高密度寡核苷酸阵列。这一方法的要点是首先在玻璃载片表面修饰光敏保护基团(x)，然后通过掩膜使要反应部位受光产生活化的羟基。加入3’端活化，5’端用(x)基团保护的脱氧核苷酸，在光照条件下与表面的活化基团反应。清洗反应后的表面，利用第二个掩膜重复以上的过程，在不同的光照区域完成合成反应。不断进行这样的光去保护和偶联反应循环，利用不同的掩膜得到设计的寡核苷酸阵列。由于利用了照相平板印刷术这一精密的光学方法，该方法合成的探针阵列密度极高，分辨率可达10微米。原位合成方法借鉴半导体芯片制作中的光刻方法，合成具有并行性和高效性，可以设计每个点的dna序列，点密度较高。缺点是工艺复杂，需要较多的掩膜，dna的长度比较短，合成成本高，合成时间长，对设备要求高，较难推广。
微量点样是利用点样仪把制备好的cdna片段pēn_shè或者迅速接触滴加到衍生处理的玻璃载片表面。与原位合成法的思路相反，微量点样方法是先合成探针分子，然后用高速阵列点样仪点样，形成微阵列。该方法虽然产生的分子阵列密度没有光导原位合成法高，但它不仅可固定小片段核酸，还可固定长达500—5000个碱基的基因片段，甚至蛋白质等其它生物材料，因而用途更加广泛。微量点样的方式还可分为接触滴加和非接触式pēn_shè两种。接触滴加利用针头阵列在预先设定的样品阵列中蘸取样品，然后转移到芯片表面，与之接触后使dna样品吸附和固定。pēn_shè方法在把吸入点样针管中的样品喷印到芯片表面。相对来说，接触点样方法比较简单，成本也低。pēn_shè的优点是对精细表面无损伤且分配机制与片基表面性质无关。
1．2三维芯片的制作
相对而言，由于三维芯片的种类比较多，使用的材料和制作工艺也各有不同。在三维芯片制作中最常用的是光刻和化学蚀刻联用的方法。这种方法常用于硅、石英和玻璃等质地比较坚硬，韧性差的无机材料的加工中。这种方法的主要过程是先在清洗干净或者表面处理过的玻璃等基底材料表面离心覆盖一层光刻胶，紫外光透过接触掩膜照射光刻胶进行曝光，接着用有机溶剂处理去掉曝光过的光刻胶，化学蚀刻去掉一定深度的无光刻胶保护的基底材料产生所需
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