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基于基因芯片的应用非常宽泛。它在疾病预测、疾病预防、个体化治疗、药物开发、食品安全、司法鉴定、国家安全、农业育种、环境检测方面都能大有作为。
生物芯片推动个性化药物
如今，药物的研发过程已进入了一个新时代：以前是针对某一种疾病，未来会针对具体的某一个病人，以及他的所有遗传信息，也就是我们即将迎来个性化药物时代。《药物基因组学杂志》（Pharmacogenomics Journal）的研究显示，每年约有200万病人因不良的药物反应需要进行住院治疗，约100万病人因此死亡，而个性化药物能够显著减少这些事件。
个性化药物的实现要依赖于生物芯片，根据生物芯片的检测结果，我们可以得到特定患者的个体信息，从而预测出使用某种药物是否会在其体内产生高危险性甚至是致命性的反应。但由于生物芯片价格昂贵，而且医疗工作者对这一技术尚未完全掌握，因此目前生物芯片还没能广泛应用于个性化医疗。
不过，市场上已经出现了一些好苗头，比如罗氏诊断公司生产的生物芯片AmpliChip P450，它是针对抑郁症的。
近年来数据显示，某些年轻抑郁症患者的自杀行为可能与抗抑郁药的使用有关。
2004年，美国食品药物管理局就在一些抗抑郁药的说明中加以警示，提醒人们使用该药物可能会导致某些年轻患者产生自杀的念头。而随后的研究显示，通常在这些有轻生念头的患者体内，药物代谢的速率都很缓慢。
针对这一现象，罗氏公司推出了AmpliChip P450，它已经上市好几年了，可以用于预测抗抑郁药在不同个体中所引起的不良副作用。具体方法是检测病人的P450蛋白酶活性，以确定药物在不同病人的肝脏内进行代谢的速度。
一些病人肝脏内P450蛋白酶的活性很高，可以快速地分解药物，因此用药 效果甚微。而另一些病人的药物代谢速率过慢，对于别人来说很安全的药物用在他们身上则会不断地积累起来，可能会导致药物中毒的发生。还有一些病人完全不能代谢某种药物，用药治疗效果为零且会引起不必要的副作用，很多自杀的抑郁症患者就是如此。AmpliChip芯片检测能够按照药物代谢快慢程度把病人划分为四种人群，医生可以参考这一检测结果给予病人合适的药量。
当然，目前AmpliChip生物芯片还不是很流行，主要由于它不在医疗保险的涵盖范围之内，且费用高昂：500美金。美国梅奥诊所精神病学首席专家David Mrazek 博士也认为，生物芯片的发展肯定会帮助医生在开药方时进行更周全的考虑，但要推广开来还存在着几大障碍。一是花销太大，二是需要对医务人员进行相关培训。
生物芯片帮助准妈妈“打造”健康宝宝
家住伦敦的琳娜是个41岁的母亲，她发现她的宝宝有点不对劲。“他不大走路，后来大概一岁多的时候，他也睡不好了，夜里总会醒，就像是打了咖啡因一样。他还总前后摇晃身体，焦躁不安，很难让他安静下来。”
医生告诉琳娜，宝宝患有一种疾病，这是一种罕见的遗传疾病，会造成孩子癫痫、失明、失声、瘫痪，甚至更糟。
正在琳娜绝望不敢再怀孕的时候，她的基因专家告诉她，他们有一个新试验可以筛查缺陷基因。研究人员可以对体外受精的胚胎通过生物芯片比对进行遗传学诊断，确定正常后再将胚胎植入母亲子宫；而如果是缺陷细胞——用研究人员的术语来说——细胞会被冲掉丢弃。这样可避免选择性流产，并减轻终止异常胎儿妊娠给孕妇带来的压力。
这项技术称作预植入基因治疗，或PGD。直到近期才开始广泛使用，费用昂贵，程序复杂。在英国，只有很少数的单基因疾病如Batten疾病才获准使用这种治疗方法。对于更复杂的疾病，通过生物芯片比对还是太难实现了。不过，对 琳娜来说，采用这种诊断办法，她获得了一个健康宝宝，组成了个完整的家。
海文·汉德森教授是最先开展这项研究的科学家之一，他在伦敦妇科和遗传学中心工作。他表示，人类基因序列早已公布，但是这个基因序列并非某个特定个人的序列。每个人的基因都和人类基因组有这样或那样的不同，这就是单模标本。它们被储存在生物芯片中，开启了未来的产前医学。“在不久的将来，准妈妈就可以检测与精神疾病和自闭症有关的单模标本了。”
汉德森表示， “一直以来我们都知道，如果你有乳腺癌、中风或心脏病家族史，那么你也很可能会罹患这种疾病。这听起来很残酷，但是生物芯片技术可以让你知道，你的基因里确实遗传到家族乳腺癌的患病危险。我们同样可以用基因芯片技术检测，宣布你没有继承这种危险基因。我们还可以告诉你，这种具有患病危险的染色体是否遗传给了胎儿。”
生物芯片用于个人诊断
“我没有痛风，太好了。”《连线》杂志的新闻编辑吉尔很兴奋，“ 我也没有糖尿病、肌肉损伤、肝脏和前列腺疾病。这不是我自吹。我唯一的小毛病就是维生素D缺乏，高密度脂蛋白水平也有点低。”
吉尔之所以对自己的身体状况了解得这么清楚，是因为他在英国朗道检测中心做了检测，他用到的是生物芯片技术。在实验室里，生物芯片可以同时进行大范围的生物化学反应，超过100项检测都可以挤在1平方厘米左右的小小芯片上。使用这一方法能获得的信息比传统验血法多得多，耗时也更短。
以医学诊断为例，用一张芯片可以对某一病人标本同时进行多种不同指标的检测或对多个标本进行相同指标的对比分析。而且生物芯片所需要的样品非常少，能在极短的时间内，向医务人员提供大量的疾病诊断信息，这些信息有助于医生在短时间内找到正确的治疗措施，例如，对心脑血管疾病、肿瘤、糖尿病、传染性疾病等常见病和多发病的临床检验以及健康人群的体检和普查。
在朗道中心，有多种不同规格的身体检测。吉尔选择的是“大力神”检测组合，包含133种不同的检测项，他所需要提供的是3小瓶血液和1小瓶尿液样本。整个过程极其简单，用不了1个小时，当然需要他提前12个小时预约。 1个星期之后，吉尔拿到了检测结果，非常详细，他现在能够很具体地跟别人讨论自己的身体情况了。不过，有一点不太好的是，检测费用太高了。他选择的“大力神”检测组合需要花费1095英镑，当然其他检测项目略少的版本要便宜些，从150到725英镑不等。（本文部分内容编译自美国《连线》杂志）
司法、国防领域也能大显身手
而基因芯片在司法鉴定方面就很有用途。程京博士在美国读过犯罪诊断学，他说：“基因芯片在犯罪诊断学上用途也很广泛，现在犯罪取样都是在现场取样带回实验室分析，这种取样方式很容易出错，一是取样带回去的过程中可能搞错，另外在回实验室的途中可能受到污染，导致分析结果出错，用基因芯片的仪器可以在现场随时进行分析，尽快得到结果。”
基因芯片在国防上的用途也不可小视。美国在90年代初对伊拉克发动战争以后，士兵中出现了一些生理症状，开始不明显，后来越来越强，他们称为海湾综合征。美国对此很重视，投入巨资研究生物武器的预防，在战争中，不可能将生物实验室搬到战场，如果能有这样一个小东西，可以对战场上的空气、水和大量生物进行检测，就可以得出结论，采取措施，及时预警，阻止士兵进入危险区域。
找到真正的“上帝的使者”
但是基因芯片对人们最大的贡献，还是体现在医学上。而基因芯片也赋予了医学很多以前所不及的可能性。
程京院士提到，他们曾与北医三院做过一个关于人工受精的基因芯片。当时做这个事情的契机是一个偶然的机会，他们了解到人工受精目前还存在一些难点。在目前的医学认知水平下，人们对精子的活性、密度、形态这些数据是掌握的，但是有两个最关键的参数却无法检测。一个是输卵管的入口到卵细胞所在地，这段距离有2℃的温度差。这种精子对温度梯度的识别叫趋温性。第二是卵细胞会不停地代谢、分泌出不同的化学物质，产生浓度梯度，精子依靠这个浓度梯度，从低到高才能找到卵细胞，这叫趋化性。
为此，设计团队在芯片上设计了一个岔路口的微型管道，上面铺上像铁轨一样的电极。芯片的一端让卵子进来，另一端让精子进来。通电后，卵子被固定在芯片中间。而在精子进入芯片，循着卵子遗留的分泌物寻找它的过程中，它需要面临2条路径的选择。而这两条不同的通道模拟现实，设计出了2度的温差。所以只有最后选对通道（能正确感受趋温性），找到卵子（同时也能正确感受到趋化性）的精子，才是“上帝的使者”。
这张芯片虽然还没有进入临床的阶段，但是有些基因芯片已经开始造福百姓。比如使瑞瑞免受耳聋的基因芯片检测。
快速筛查致病基因
据统计，中国最多的残疾人是耳聋患者，有2780万之多。在残疾人艺术团表演千手观音的那21个女孩，其中18个是因为小时候吃药或打针造成的耳聋。而0至6岁的听力障碍儿童约有80万。每年还新增听力障碍儿童超过6万。普通人中，大约有5%至6%的人也会携带隐性耳聋基因。夫妻如果含有该基因，即使听力正常、无家族病史，也可能有高达25%的几率生出聋儿。而且很大一部分孩子本来听力正常，但是家长不知道他们的孩子可能含有一种药物易感基因，当孩子生病时一旦注射了像链霉素这样的氨基糖甙类药物，就会导致孩子“一针致聋”。
过去，对这些基因进行检测用的是基因测序法，检测难度非常大。通常一周才能拿到结果，还需要专家详细解读。全国也只有两三家医院的实验室能开展这项工作。技术手段的匮乏，使得孩子生病时就很容易服用链霉素这类药物。这种悲剧每年造成中国成千上万的孩子耳聋。而通过基因芯片，检测难度和时间大大降低。普通医生就能在电脑上直接读取检测结果。
另外，基因芯片还在耐药性方面大有作为。近些年，结核病在全世界范围内卷土重来，耐药性极强的分枝杆菌感染，更是来势凶猛。在中国西南、西北地区，结核病尤其多发。目前，博奥生物与结核病国家参比实验室合作，研制出两种芯片试剂盒。一种可以快速检测结核等17种临床常见分枝杆菌，而另外一种可以快速检测药物的耐药性，并将常规检测时间从6周缩短到6小时。
全球基因芯片的市场已达170亿美元
本世纪初，人类基因组图谱绘制成功，揭开了组成人体4万个基因的30亿个碱基对的秘密。这项计划最重要的意义是在于加深我们对自身的认识
俄罗斯科学家研制医药领域高科技生物芯片
生物芯片推动个性化药物
如今，药物的研发过程已进入了一个新时代：以前是针对某一种疾病，未来会针对具体的某一个病人，以及他的所有遗传信息，也就是我们即将迎来个性化药物时代。《药物基因组学杂志》（Pharmacogenomics Journal）的研究显示，每年约有200万病人因不良的药物反应需要进行住院治疗，约100万病人因此死亡，而个性化药物能够显著减少这些事件。
个性化药物的实现要依赖于生物芯片，根据生物芯片的检测结果，我们可以得到特定患者的个体信息，从而预测出使用某种药物是否会在其体内产生高危险性甚至是致命性的反应。但由于生物芯片价格昂贵，而且医疗工作者对这一技术尚未完全掌握，因此目前生物芯片还没能广泛应用于个性化医疗。
不过，市场上已经出现了一些好苗头，比如罗氏诊断公司生产的生物芯片AmpliChip P450，它是针对抑郁症的。
近年来数据显示，某些年轻抑郁症患者的自杀行为可能与抗抑郁药的使用有关。
2004年，美国食品药物管理局就在一些抗抑郁药的说明中加以警示，提醒人们使用该药物可能会导致某些年轻患者产生自杀的念头。而随后的研究显示，通常在这些有轻生念头的患者体内，药物代谢的速率都很缓慢。
针对这一现象，罗氏公司推出了AmpliChip P450，它已经上市好几年了，可以用于预测抗抑郁药在不同个体中所引起的不良副作用。具体方法是检测病人的P450蛋白酶活性，以确定药物在不同病人的肝脏内进行代谢的速度。
一些病人肝脏内P450蛋白酶的活性很高，可以快速地分解药物，因此用药 效果甚微。而另一些病人的药物代谢速率过慢，对于别人来说很安全的药物用在他们身上则会不断地积累起来，可能会导致药物中毒的发生。还有一些病人完全不能代谢某种药物，用药治疗效果为零且会引起不必要的副作用，很多自杀的抑郁症患者就是如此。AmpliChip芯片检测能够按照药物代谢快慢程度把病人划分为四种人群，医生可以参考这一检测结果给予病人合适的药量。
当然，目前AmpliChip生物芯片还不是很流行，主要由于它不在医疗保险的涵盖范围之内，且费用高昂：500美金。美国梅奥诊所精神病学首席专家David Mrazek 博士也认为，生物芯片的发展肯定会帮助医生在开药方时进行更周全的考虑，但要推广开来还存在着几大障碍。一是花销太大，二是需要对医务人员进行相关培训。
生物芯片帮助准妈妈“打造”健康宝宝
家住伦敦的琳娜是个41岁的母亲，她发现她的宝宝有点不对劲。“他不大走路，后来大概一岁多的时候，他也睡不好了，夜里总会醒，就像是打了咖啡因一样。他还总前后摇晃身体，焦躁不安，很难让他安静下来。”
医生告诉琳娜，宝宝患有一种疾病，这是一种罕见的遗传疾病，会造成孩子癫痫、失明、失声、瘫痪，甚至更糟。
正在琳娜绝望不敢再怀孕的时候，她的基因专家告诉她，他们有一个新试验可以筛查缺陷基因。研究人员可以对体外受精的胚胎通过生物芯片比对进行遗传学诊断，确定正常后再将胚胎植入母亲子宫；而如果是缺陷细胞——用研究人员的术语来说——细胞会被冲掉丢弃。这样可避免选择性流产，并减轻终止异常胎儿妊娠给孕妇带来的压力。
这项技术称作预植入基因治疗，或PGD。直到近期才开始广泛使用，费用昂贵，程序复杂。在英国，只有很少数的单基因疾病如Batten疾病才获准使用这种治疗方法。对于更复杂的疾病，通过生物芯片比对还是太难实现了。不过，对 琳娜来说，采用这种诊断办法，她获得了一个健康宝宝，组成了个完整的家。
海文·汉德森教授是最先开展这项研究的科学家之一，他在伦敦妇科和遗传学中心工作。他表示，人类基因序列早已公布，但是这个基因序列并非某个特定个人的序列。每个人的基因都和人类基因组有这样或那样的不同，这就是单模标本。它们被储存在生物芯片中，开启了未来的产前医学。“在不久的将来，准妈妈就可以检测与精神疾病和自闭症有关的单模标本了。”
汉德森表示， “一直以来我们都知道，如果你有乳腺癌、中风或心脏病家族史，那么你也很可能会罹患这种疾病。这听起来很残酷，但是生物芯片技术可以让你知道，你的基因里确实遗传到家族乳腺癌的患病危险。我们同样可以用基因芯片技术检测，宣布你没有继承这种危险基因。我们还可以告诉你，这种具有患病危险的染色体是否遗传给了胎儿。”
生物芯片用于个人诊断
“我没有痛风，太好了。”《连线》杂志的新闻编辑吉尔很兴奋，“ 我也没有糖尿病、肌肉损伤、肝脏和前列腺疾病。这不是我自吹。我唯一的小毛病就是维生素D缺乏，高密度脂蛋白水平也有点低。”
吉尔之所以对自己的身体状况了解得这么清楚，是因为他在英国朗道检测中心做了检测，他用到的是生物芯片技术。在实验室里，生物芯片可以同时进行大范围的生物化学反应，超过100项检测都可以挤在1平方厘米左右的小小芯片上。使用这一方法能获得的信息比传统验血法多得多，耗时也更短。
以医学诊断为例，用一张芯片可以对某一病人标本同时进行多种不同指标的检测或对多个标本进行相同指标的对比分析。而且生物芯片所需要的样品非常少，能在极短的时间内，向医务人员提供大量的疾病诊断信息，这些信息有助于医生在短时间内找到正确的治疗措施，例如，对心脑血管疾病、肿瘤、糖尿病、传染性疾病等常见病和多发病的临床检验以及健康人群的体检和普查。
在朗道中心，有多种不同规格的身体检测。吉尔选择的是“大力神”检测组合，包含133种不同的检测项，他所需要提供的是3小瓶血液和1小瓶尿液样本。整个过程极其简单，用不了1个小时，当然需要他提前12个小时预约。 1个星期之后，吉尔拿到了检测结果，非常详细，他现在能够很具体地跟别人讨论自己的身体情况了。不过，有一点不太好的是，检测费用太高了。他选择的“大力神”检测组合需要花费1095英镑，当然其他检测项目略少的版本要便宜些，从150到725英镑不等。（本文部分内容编译自美国《连线》杂志）
司法、国防领域也能大显身手
而基因芯片在司法鉴定方面就很有用途。程京博士在美国读过犯罪诊断学，他说：“基因芯片在犯罪诊断学上用途也很广泛，现在犯罪取样都是在现场取样带回实验室分析，这种取样方式很容易出错，一是取样带回去的过程中可能搞错，另外在回实验室的途中可能受到污染，导致分析结果出错，用基因芯片的仪器可以在现场随时进行分析，尽快得到结果。”
基因芯片在国防上的用途也不可小视。美国在90年代初对伊拉克发动战争以后，士兵中出现了一些生理症状，开始不明显，后来越来越强，他们称为海湾综合征。美国对此很重视，投入巨资研究生物武器的预防，在战争中，不可能将生物实验室搬到战场，如果能有这样一个小东西，可以对战场上的空气、水和大量生物进行检测，就可以得出结论，采取措施，及时预警，阻止士兵进入危险区域。
找到真正的“上帝的使者”
但是基因芯片对人们最大的贡献，还是体现在医学上。而基因芯片也赋予了医学很多以前所不及的可能性。
程京院士提到，他们曾与北医三院做过一个关于人工受精的基因芯片。当时做这个事情的契机是一个偶然的机会，他们了解到人工受精目前还存在一些难点。在目前的医学认知水平下，人们对精子的活性、密度、形态这些数据是掌握的，但是有两个最关键的参数却无法检测。一个是输卵管的入口到卵细胞所在地，这段距离有2℃的温度差。这种精子对温度梯度的识别叫趋温性。第二是卵细胞会不停地代谢、分泌出不同的化学物质，产生浓度梯度，精子依靠这个浓度梯度，从低到高才能找到卵细胞，这叫趋化性。
为此，设计团队在芯片上设计了一个岔路口的微型管道，上面铺上像铁轨一样的电极。芯片的一端让卵子进来，另一端让精子进来。通电后，卵子被固定在芯片中间。而在精子进入芯片，循着卵子遗留的分泌物寻找它的过程中，它需要面临2条路径的选择。而这两条不同的通道模拟现实，设计出了2度的温差。所以只有最后选对通道（能正确感受趋温性），找到卵子（同时也能正确感受到趋化性）的精子，才是“上帝的使者”。
这张芯片虽然还没有进入临床的阶段，但是有些基因芯片已经开始造福百姓。比如使瑞瑞免受耳聋的基因芯片检测。
快速筛查致病基因
据统计，中国最多的残疾人是耳聋患者，有2780万之多。在残疾人艺术团表演千手观音的那21个女孩，其中18个是因为小时候吃药或打针造成的耳聋。而0至6岁的听力障碍儿童约有80万。每年还新增听力障碍儿童超过6万。普通人中，大约有5%至6%的人也会携带隐性耳聋基因。夫妻如果含有该基因，即使听力正常、无家族病史，也可能有高达25%的几率生出聋儿。而且很大一部分孩子本来听力正常，但是家长不知道他们的孩子可能含有一种药物易感基因，当孩子生病时一旦注射了像链霉素这样的氨基糖甙类药物，就会导致孩子“一针致聋”。
过去，对这些基因进行检测用的是基因测序法，检测难度非常大。通常一周才能拿到结果，还需要专家详细解读。全国也只有两三家医院的实验室能开展这项工作。技术手段的匮乏，使得孩子生病时就很容易服用链霉素这类药物。这种悲剧每年造成中国成千上万的孩子耳聋。而通过基因芯片，检测难度和时间大大降低。普通医生就能在电脑上直接读取检测结果。
另外，基因芯片还在耐药性方面大有作为。近些年，结核病在全世界范围内卷土重来，耐药性极强的分枝杆菌感染，更是来势凶猛。在中国西南、西北地区，结核病尤其多发。目前，博奥生物与结核病国家参比实验室合作，研制出两种芯片试剂盒。一种可以快速检测结核等17种临床常见分枝杆菌，而另外一种可以快速检测药物的耐药性，并将常规检测时间从6周缩短到6小时。
全球基因芯片的市场已达170亿美元
本世纪初，人类基因组图谱绘制成功，揭开了组成人体4万个基因的30亿个碱基对的秘密。这项计划最重要的意义是在于加深我们对自身的认识
俄罗斯科学家研制医药领域高科技生物芯片