生物芯片技術，被喻為21世紀生命科學的支撐技術，是便攜式生化分析儀器的技術核心。該技術利用微電子工業(yè)技術，將現(xiàn)在生命科學研究中“各自為陣”的分析過程、成千上萬與生命相關的信息集成在一塊指甲大小的生物芯片上，使生命科學及醫(yī)學工作者可以在方寸之上進行和完成一系列實驗程序，專家們因此將其稱之為“縮微芯片實驗室”。

“生物芯片”一詞源于1980年代，應用生物分子于電腦芯片上，接下來一個重要的發(fā)展是Manz及其伙伴在CibaGeigy發(fā)展出第一件uTAS(micrototal analytical system)。進一步則是由Affymax應用半導體中光化學技術合成寡核酸陣列。另一個重要的進展是由賓州大學和Lawrence Livermore實驗室所發(fā)展出的微小PCR反應器。特別是美國賽雷拉(Celera)公司及跨國組織“人類基因組計劃(Human Genome Project)”完成人類基因圖譜草圖，對人類23對染色體中DNA(去氧核醣核酸)之30億個堿基(攜載遺傳信息)進行識別、排序后，便揭開人類生命遺傳奧秘的第一步，使得生物科技產(chǎn)業(yè)儼然成為下一個明星產(chǎn)業(yè)。其中生物芯片(Biochip)因生產(chǎn)技術進入門檻不高、應用范圍廣泛，被視為最具發(fā)展?jié)摿χa(chǎn)業(yè)。
 
生物芯片為結合生物(Bio)與芯片(Chip)觀念的產(chǎn)品，是運用分子生物學、分析化學等原理進行設計，以硅芯片、玻璃或高分子有機塑膠為基材，配合微機電或其他精密加工技術，所制成的高科技元件，其大小有如一般電腦芯片，具有反應迅速、結果精確及低成本的生物分析檢驗能力。

生物芯片分為基因芯片(Gene Chip或稱DNA Chip或稱DNA Microarray)與實驗室芯片(Lab-On-A-Chip或稱處理型芯片或稱Microfluidic Chip)。所謂生物芯片系利用微加工技術將不同序列的基因段(又稱核酸探針)以陣列方式排列在硅晶等基材上，再加上微小化流體操作裝置及控制、偵測系統(tǒng)而成。而目前大家所稱的生物芯片并未有明確的定義與分類，一般而言是泛指以硅芯片、玻璃或高分子為基材，以微小化技術整合微機電、光電、化學、生化、醫(yī)學工程及分子生物學等領域的先進技術，用以執(zhí)行醫(yī)療檢驗、環(huán)境檢測、食品檢驗、新藥開發(fā)、基礎研究、軍事防御、化學合成等用途的精密微小化器件，其主要特性包括：
· 具有反應迅速、結果精確及低成本的生物分析檢驗能力。
· 生物芯片體積小，所需試劑極為微量，反應快速；也因此所產(chǎn)生的信號極為微弱，需有高靈敏度的偵測系統(tǒng)才能解析反應結果。
· 生物芯片相較于傳統(tǒng)分子生化分析技術的主要特點是其可信度及精確性高、分析速度快，所使用的樣品及試劑少，同時又可獲得大量整體性(平行化)的實驗數(shù)據(jù)。

生物芯片應用很廣泛，包括新藥開發(fā)、疾病臨床檢驗、親子鑒定、環(huán)境與食品檢驗等。

1. 新藥開發(fā)：傳統(tǒng)新藥開發(fā)系由實驗室調(diào)制配方，以嘗試錯誤的方法進行。即先發(fā)現(xiàn)新藥物，再研究療效，使新藥開發(fā)速度緩慢，在美國平均一件FDA核準上市的藥品須耗費12年的時間。自人類基因圖譜解碼后，生物技術公司與制藥公司合作，利用生物芯片及基因學找到人體生病細胞上的蛋白質，找出那些基因會導致人類生病，那些基因可作為藥物開發(fā)的目標。亦即先了解病因，知道致病原因為何，再據(jù)以開發(fā)有效的藥物、疫苗或療效，以提升新藥開發(fā)速度，并真正達到對癥下藥。

2. 臨床檢驗：ffymetrix公司的HIV生物芯片可檢驗愛滋病患對雞尾酒療法的抗藥性，是生物芯片在檢驗上的首例。此外，生物芯片也可應用在病人檢體之細菌、病毒、寄生疾病的檢驗。

3. 醫(yī)療診斷：可利用生物芯片做分子生物檢驗。即由病人檢體中萃取核酸，再將目標核酸放大(Amplification)、雜交進而獲得結果。

4. 親子鑒定：每個人DNA特異性結構為個人身分之表征。因此利用生物芯片可進行DNA順序(Sequence)檢定，以驗證是否有親子關系。

5. 環(huán)境與食品檢驗：利用生物芯片檢測食物是否受到某種微生物或毒物污染等。

在上述各式應用中，目前應用最多的是新藥開發(fā)及其相關領域。過去二十年來，已知藥物開發(fā)目標大約五百種，預估基因解碼完成后，可能會在幾年內(nèi)找到千種藥物開發(fā)的目標，將可慢慢解決眼前一些疑難雜癥。目前Affymetrix公司已發(fā)展出基因分類芯片，用以判讀人體基因，并加以分類，區(qū)分出何種藥物對具有那些基因特性的病人有效，對于那些人群具有副作用，可解開個人基因差異對特效藥接受度差異之原因，如此醫(yī)療機構或藥廠可針對不同種族、個人調(diào)整藥劑，對癥下藥并減少副作用，以提高用藥效率、節(jié)省醫(yī)療成本。未來，生物芯片加上基因資料庫后，個人的基因信息、患病器官的信息都可以記錄在芯片上，就醫(yī)時隨身攜帶，以達到個人醫(yī)藥診療之新境界。此外，醫(yī)療行為將可從預防做起，即先找出遺傳、致病的基因，再做基因矯治、修補或用正常基因取代缺陷基因，完全顛覆過去發(fā)病后再接受治療的作法。

至于疾病臨床檢驗方面，傳統(tǒng)的檢驗方式系針對每一種酵素或荷爾蒙，開發(fā)一種檢驗試劑，若需要同時監(jiān)測多種酵素或荷爾蒙時，不但耗時，人力成本高，且檢體需求量多，發(fā)生錯誤及污染的機會高等，而生物芯片可以一次完成成千上萬基因的對比分析，較傳統(tǒng)逐一比對節(jié)省時間、人力成本。如結核病臨床檢驗，傳統(tǒng)方式培養(yǎng)結核桿菌分裂1次需17小時，測知結果需9個星期才能得到足夠結核菌數(shù)量，然而生物芯片檢驗只要40分鐘，甚至可以同時執(zhí)行多種病原檢驗等，以提高檢驗效率。由于采用生物芯片檢測，一次就可產(chǎn)生大量各種不同的基因序列相關信息，免除以往一次只能檢測一個基因表現(xiàn)的缺點，對加速解讀基因信息有很大的助益。