狹義的生物芯片是將生物分子（寡聚核苷酸、cD-NA、基因組DNA、多肽、抗原、抗體等）固定于硅片、玻璃片、塑料片、凝膠、尼龍膜等固相介質(zhì)上形成的生物分子點陣。在待分析樣品中的生物分子與生物芯片的探針分子發(fā)生雜交或相互作用后，利用激光共聚焦顯微掃描儀對雜交信號進行檢測和分析。在此基礎上發(fā)展的微流體芯片，則是將整個生化分析過程集成于芯片表面，從而實現(xiàn)對DNA、RNA、多肽、蛋白質(zhì)及其他生物成分進行高通量檢測，它是將生命科學究中所涉及的許多分析步驟，利用微電子、微機械、化學、物理技術、傳感器技術、計算機技術，使樣品檢測、分析過程連續(xù)化、集成化、微型化。
　　目前應用最廣泛的生物芯片是基因芯片（Gene Chip, DNA Chip, DNA Microarray）。基因芯片是基因突變分析、基因測序、基因表達研究中的高效手段之一�；�因芯片的制作通常采用原位合成或合成后點樣的方法。在基因芯片中基因表達譜芯片的應用最為廣泛，這種芯片可以檢測整個基因組內(nèi)的成千上萬個，甚至數(shù)萬個基因在mRNA表達水平的變化，但對芯片點陣的密度要求較高，目前由Affymetrix公司研制的基因表達譜芯片的點陣數(shù)可高達400000個點。表達譜芯片可以分析兩種或兩種以上不同細胞或組織來源的mRNA轉錄豐度的差異，通過計算雜交信號的比值和統(tǒng)計分析，可以獲得差異表達基因的信息，同時還可以用聚類分析算法研究在功能或表達調(diào)控上具有相關性的基因，最終為研究基因功能和基因遺傳網(wǎng)絡提供有力手段。利用基因芯片進行基因表達的研究主要包括：陣列構建、樣品制備、雜交、芯片掃描、芯片圖像處理和基因表達信息分析。盡管表達譜芯片在操作上較為復雜，但在基因組水平平行分析上有著基因芯片不可替代的特點。在腫瘤基因組學研究方面，基因表達譜芯片正發(fā)揮著越來越大的作用，它被廣泛地用于分析腫瘤組織與正常組織基因表達在mRNA上的差異，不僅為研究腫瘤發(fā)生機制提供了分子依據(jù)，極大地推動了腫瘤分子病理學的發(fā)展。在新藥的研制過程中，高基因表達分析具有重要的作用。利用基因芯片研究疾病狀態(tài)下細胞基因表達的差異，有助于發(fā)現(xiàn)新的藥物作用靶分子；同樣基因芯片也可用于藥物作用機制、藥物篩選的研究。目前對單核苷酸多態(tài)性（Single Nuclectide Polymorphisms, SNPs）的研究為藥物基因組學的一個研究熱點。一方面可以用基因芯片大規(guī)模地篩選新的SNPs，更為重要的是藥物遺傳SNPs的研究有助于新藥的開發(fā)，并最終使“個體化醫(yī)療”得以實現(xiàn)。在不遠的將來，醫(yī)生可根據(jù)病人的個體基因型預測該個體對某種疾病的易感性、個體患病后治療該疾病的最好的方法、對特定藥物的敏感性等。在臨床基因診斷中，基因芯片也逐漸得以應用，如病原微生物的基因診斷（HIV、HCV、HBV、HPV、結核分枝桿菌等）、HLA分型、BRCA1突變分析、p53突變分析、囊性纖維化疾病檢測、地中海貧血基因突變檢測等。
　　用于蛋白質(zhì)功能研究及相互作用分析的生物芯片，即為所謂的蛋白芯片。蛋白芯片的制作基本上與基因芯片的制作過程類似，也基本上采用原位合成、機械點樣或共價結合的方法將多肽、蛋白、酶、抗原、抗體固定于芯片片基上。由于蛋白質(zhì)具有易于變性、不易于與固體表面結合的特點，故在蛋白芯片的制備及在蛋白質(zhì)功能及相互作用研究中的應用等方面的報道遠遠不及基因芯片的報道。在將蛋白質(zhì)固定在固體支持物表面時，必須保持蛋白質(zhì)的立體構象，才能使蛋白質(zhì)探針具有生物活性。有人用微細加工的聚丙烯酰胺墊捕獲蛋白質(zhì)，并用微電滬的方法加速蛋白質(zhì)的擴散，從而將蛋白質(zhì)固定在芯片片基表面，因聚丙烯酰胺凝膠中含有水份，故可使蛋白質(zhì)保持活性。哈佛大學Gavin MacBeath等則在用含醛的硅烷試劑處理玻片，并用含有30%甘油的PBS溶解蛋白質(zhì)后，再用Affymetrix生產(chǎn)的GMS417陣列點樣機將微量蛋白質(zhì)點在玻片上，蛋白質(zhì)的伯氨基與醛形成希夫式堿而將蛋白質(zhì)以共價結合的方式附著在玻璃表面。甘油可避免水份的揮發(fā)，始終使蛋白保持于水合狀態(tài)而維持其活性構像。在孵育幾小時后，將玻片浸入含牛血清白蛋白的緩沖液中，開成BSA分子層，以減少后續(xù)反應中蛋白質(zhì)的非特異性結合。該研究組制備了含有10800個蛋白點陣的蛋白質(zhì)芯片，并成功地用于蛋白間相互作用的過篩、蛋白激酶底物的確證小分子物質(zhì)與蛋白間相互作用的研究。耶魯大學的Heng Zhu等在克隆了酵母基因組的5800個開放閱讀框后，成功地表達及純化了他們編碼的蛋白質(zhì)。為加快酵母蛋白組的研究進度，他們也采用了與Gavin MacBeath相同的方法制備了高密度的酵母蛋白質(zhì)芯片，并利用此芯片進行了間相互作用的過篩及蛋白質(zhì)與磷脂間相互作用的研究。他們發(fā)現(xiàn)了許多新的與鈣調(diào)蛋白、磷脂發(fā)生作用的蛋白質(zhì)，確證了與鈣調(diào)蛋白結合的蛋白模體（motif）。該研究組指出，此類蛋白芯片還可用于蛋白表達譜差異的研究，從而在蛋白組整體水平上研究疾病的發(fā)生機制，及尋找新的疾病診斷標志物及藥物作用的新的靶分子。
　　縮微實驗室（Lab-on-a-chip）的構建是生物芯片研究的一個新的階段，是生物芯片技術發(fā)展的最終目標。它將樣品的制備、生化反應到檢測分析的整個過程集成化形成微型分析系統(tǒng)�，F(xiàn)在，有由加熱器、微泵、微閥量控制器、微電極、電子化學和電子發(fā)光控測器等組成的芯片實驗室問世，并出現(xiàn)了將生化反應、樣品制備、檢測和分析等部分集成的芯片。例如可以將樣品的制備和PCR擴增反應同時完成于一塊小小的芯片之上。再如Gene Logic公司設計制造的生物芯片可以從待檢樣品中分離出DNA或RNA，并對其進行熒光標記，然后當樣品流過固定于柵欄狀微通道內(nèi)的寡聚核苷酸探針時便可捕獲與之互補的靶核酸序列，并應用其自己開發(fā)的檢測設備即可實現(xiàn)對雜交結果的檢測與分析。這種芯片由于寡核苷酸探針具有較大的吸附表面積，所以可以靈敏地檢測到稀有基因的變化。同時，由于該芯片設計的微通具有濃縮和富集作用，所以可以加速雜交反應，縮短測試時間，從而降低了測試成本。由于縮微實驗室具有體積小、攜帶方便、能同時平行檢測多種生物分子的特點，在軍事醫(yī)學領域中有著潛在的巨大的應用價值，在戰(zhàn)區(qū)生物及化學素劑的快速檢測、戰(zhàn)創(chuàng)傷感染病原微生物的基因診斷及傷員內(nèi)臟功能損傷的早期診斷等方面都將發(fā)揮其獨特的作用。