基因芯片（Gene
Chip）通常指DNA芯片，其基本原理是將指大量寡核苷酸分子固定于支持物上，然后與標記的樣品進行雜交，通過檢測雜交信號的強弱進而判斷樣品中靶分子的數量。基因芯片的概念現已泛化到生物芯片（biochip）、微陣列（Microarray）、DNA芯片（DNA
chip），甚至蛋白芯片。基因芯片集成了探針固相原位合成技術、照相平板印刷技術、高分子合成技術、精密控制技術和激光共聚焦顯微技術，使得合成、固定高密度的數以萬計的探針分子以及對雜交信號進行實時、靈敏、準確的檢測分析變得切實可行。基因芯片技術在分子生物學研究領域、醫學臨床檢驗領域、生物制藥領域和環境醫學領域顯示出了強大的生命力，其中關鍵就是基因芯片具有微型化、集約化和標準化的特點，從而有可能實現“將整個實驗室縮微到一片芯片上”的愿望。基因芯片在國內外已形成研究與開發的熱潮，許多科學家和企業家將基因芯片同當年的PCR相提并論，認為它將帶來巨大的技術、社會和經濟效益，正如電子管電路向晶體管電路和集成電路發展是所經歷的那樣，核酸雜交技術的集成化也已經和正在使分子生物學技術發生著一場革命。
基因芯片的種類
基因芯片產生的基礎則是分子生物學、微電子技術、高分子化學合成技術、激光技術和計算機科學的發展及其有機結合。根據基因芯片制造過程中主要技術的區別，下面主要介紹四類基因芯片。
一、光引導原位合成技術生產寡聚核苷酸微陣列
開發并掌握這一技術的是Affymetrix公司，Affymetrix采用了照相平板印刷技術技術結合光引導原位寡聚核苷酸合成技術制作DNA芯片，生產過程同電子芯片的生產過程十分相似。采用這種技術生產的基因芯片可以達到1×106/cm2的微探針排列密度，能夠在一片1厘米多見方的片基上排列幾百萬個寡聚核苷酸探針。
原位合成法主要為光引導聚合技術（Light-directed
synthesis），它不僅可用于寡聚核苷酸的合成，也可用于合成寡肽分子。光引導聚合技術是照相平板印刷技術（photolithography）與傳統的核酸、多肽固相合成技術相結合的產物。半導體技術中曾使用照相平板技術法在半導體硅片上制作微型電子線路。固相合成技術是當前多肽、核酸人工合成中普遍使用的方法，技術成熟且已實現自動化。二者的結合為合成高密度核酸探針及短肽列陣提供了一條快捷的途徑。
Affymetrix公司已有診斷用基因芯片成品上市，根據用途可以分為三大類，分別為基因表達芯片、基因多態性分析芯片和疾病診斷芯片，基因表達分析芯片和基因多態性分析芯片主要用于研究機構和生物制藥公司，可以用來尋找新基因、基因測序、疾病基因研究、基因制藥研究、新藥篩選等許多領域，Affymetrix公司主要生產通用寡聚核苷酸芯片；疾病診斷芯片則主要用于醫學臨床診斷，包括各種遺傳病和腫瘤等，目前Affymetrix公司生產三種商品化診斷芯片，分別為p53基因突變診斷芯片、艾滋病病毒基因基因突變診斷芯片和細胞色素P450基因突變診斷芯片。
二、微電子芯片
Nanogen開發了多位點電控陣列并含獨立可尋址檢測區域的微電子基因芯片，其基質全部以硅、鍺與基礎的半導體材料，在其上構建25-400個微鉑電極位點，各位點可由計算機獨立或組合控制。無論在芯片制造或成品芯片檢測，均可通過相似微電極的電場變化來使核酸結合，引入“電子嚴謹度”參數使芯片檢測通過靶、探針序列特征和使用者要求來控制雜交過程中的嚴格性。這種微電子基因芯片具有以下優點：
1．電場定位過程能選擇性地轉運帶電荷DNA分子，通過每個微電極位點的電場正負、強弱變化，能準確有效地隨意調控芯片表面的核酸，既可將核酸結合在微電極位點上，也可以使核酸轉運出來。
2．通過電場變化能加快DNA雜交速率，通過導入正電場后，可以大大加快待測核酸同已知探針的結合速率，減少了雜交反應時間，同普通的“被動”雜交反應的幾小時相比，這種“主動”雜交反應僅僅幾秒鐘就可完成。另外電場變化又可有效地去除未結合游離分子，減少未結合熒光信號干擾。
3．通過電子嚴謹度可有效地控制雜交過程中的錯配度，雜交錯配的程度，對不同的要求上要給以不同的電場就可以符合不同的電子嚴謹度，這對核酸雜交嚴格度可以非常靈活地控制，這可以非常準確地進行SNP檢測。
三、微量點樣技術
目前大部分生產基因芯片的公司都是使用這一方法，采用了先進更加微量的點樣技術，可以點更加微量的探針。這種方法生產的芯片上探針不受探針分子大小種類的限制，能夠靈活機動地根據使用者的要求制作出符合目的的芯片。由于同時有生產和檢測儀器出售，使擁護能夠根據自己的需要制作相應的芯片，并且價格較低，所以近期內國內將會有一定的市場。生產這種設備的公司有很多，象美國的Genomicsolutions公司、英國的BioRobotics公司、美國的Cartesian公司和加拿大的Engineering公司等。
對于微量點樣技術生產的基因芯片來說從儀器組成上可以分為點樣儀器、雜交裝置、檢測儀器和分析儀器，點樣儀器是否先進決定芯片上的探針密度和結合牢固程度，雖然芯片的探針密度是一個很重要的指標，達到極高密度的探針陣列是許多芯片生產公司夢寐以求的目標，但是具體的點樣密度根據使用者的目的來決定，而且還要考慮到隨后的雜交和檢測過程。衡量點樣裝置有幾個比較重要的指標，如儀器整體設計、功能多樣性、芯片基質多樣性、點樣穩定性、點樣速度、點樣密度等等。
點陣器一般采用實心或空心點樣針，點樣方式有非接觸噴點（inkjet printing）和接觸點樣（Contact
printing）兩種方式。目前，有兩種非接觸噴點技術用于DNA點樣，一種是用壓電晶體將液體從孔中噴出的壓電技術（piezoelectric
technology），噴滴大小一般為50-500pl；另一種為注射器螺線管技術（syringe-solenoid
technology），這種技術是通過高分辨率注射器泵和微螺線管閥門有機結合起來精確控制滴液的。
檢測儀器也是一個重要的限制條件，如果檢測儀器的分辨率不高，那么即使點樣儀器制造出了很高密度的芯片也沒有用，對高密度的芯片通常使用激光共聚焦顯微鏡和高性能的冷卻CCD，二者各有利弊，須根據要求綜合衡量。
顯色和分析測定方法主要為熒光法，目前正在發展的方法有質譜法、化學發光法、光導纖維法等。以熒光法為例，當前主要的檢測手段是激光共聚焦顯微掃描技術和高性能的冷卻CCD，以便于對高密度探針陣列每個位點的熒光強度進行定量分析。因為探針與樣品完全正常配對時所產生的熒光信號強度是具有單個或兩個錯配堿基探針的5-35倍，所以對熒光信號強度精確測定是實現檢測特異性的基礎。
分析儀器從硬件上說只是一部高性能的計算機，但其中最重要的是分析軟件，如果只是進行簡單的檢測或科學實驗，待測樣品所要分析的基因很少很簡單，采用直觀的觀察就可以得出結論，但對于大量的基因分析或是臨床檢驗人員使用就需要有全面智能化的分析軟件輔助，這樣還需要考慮到軟件的升級。