即把不同来源的靶基因用不同激发波长的荧光素标记，并使它们同时与基因芯片杂
交，通过比较芯片上不同波长荧光的分布图获得不同样品间差异表达基因的图谱［
12，13］，常用的双色荧光试剂有Cy3- dNTP和Cy5- dNTP。对多态性和突变检测型
基因芯片采用多色荧光技术可以大大提高芯片的准确性和检测范围，例如用不同的
荧光素分别标记靶序列及单碱基失配的参考序列，使它们同时与芯片杂交，通过不
同荧光强弱的比较得出靶序列中碱基失配的信息［14］。
基因芯片与靶基因的杂交过程与一般的分子杂交过程基本相同，杂交反应的条
件要根据探针的长度、GC碱基含量及芯片的类型来优化，如用于基因表达检测，杂
交的严格性较低，而用于突变检测的芯片的杂交温度高，杂交时间短，条件相对严
格。如果是用同位素标记靶基因，其后的信号检测即是放射自显影，若用荧光标记
，则需要一套荧光扫描及分析系统，对相应探针阵列上的荧光强度进行分析比较，
从而得到待测样品的相应信息。由于基因芯片获取的信息量大，对于基因芯片杂交
数据的分析、处理、查询、比较等需要一个标准的数据格式，目前，一个大型的基
因芯片的数据库正在构建中，将各实验室获得的基因芯片的结果集中起来，以利于
数据的交流及结果的评估与分析。
2 基因芯片的应用
基因表达图谱的绘制是目前基因芯片应用最广泛的领域，也是人类基因组工程
的重要组成部分，它提供了从整体上分析细胞表达状况的信息，而且为了解与某些
特殊生命现象相关的基因表达提供了有力的工具，对于基因调控以及基因相互作用
机理的探讨有重要作用［15～19］。人类基因组编码大约100000个不同的基因，因
此，具有监测大量mRNA的实验工具很重要。基因芯片技术可清楚地直接快速地检测
出以1∶300000水平出现的mRNA，且易于同时监测成千上万的基因［16］。目前，
已能够在1.6cm2面积上合成和阅读含400000个探针的阵列，可监测10000个基因的
表达状况。斯坦福大学的Brown用制备的酵母cDNA芯片，获得酵母在不同细胞周期
状态以及在热休克冷休克处理后其2473个基因的表达图谱［19］，较直观地反应了
不同条件和状态下基因转录调控水平，从而为寻找基因调控的机理提供了一条有效
的途径。
定量监测大量基因表达水平在阐述基因功能、探索疾病原因及机理、发现可能
的诊断及治疗的靶基因等方面具有重要价值的。Derisi等选用来自恶性肿瘤细胞系
UACC903中的1161个cDNA克隆制成芯片，通过比较正常和肿瘤细胞的表达差异，发
现在恶性肿瘤细胞中P21基因处于失活或关闭状态，但在逆转的细胞系中呈高表达
［17］。Golub等应用cDNA 芯片检测基因表达的差异进行癌症的分类，成功地区分
出急性髓细胞性白血病（AML）和急性淋巴细胞性白血病（ALL），预期这种方法还
能诊断出新的白血病种类［20］。在炎症性疾病类风湿性关节炎(RA)和炎症性肠病
(IBD)的基因表达研究中，可检测出炎症疾病诱导的基因如TNF-α、IL或粒细胞集
落刺激因子，同时发现一些以前未发现的基因如HME基因和黑色素瘤生长刺激因子
［11，21］。目前，大量涌现的人类ESTs给cDNA微阵列提供了丰富的序列资源，数
据库中ESTs代表了人类基因，因此ESTs微阵列可在缺乏其它序列信息的条件下用于
基因发现和基因表达检测，从而加快人类基因组功能分析的进程。
基因芯片的另一重要应用是基因多态位点及基因突变的检测，现有大量实例说
明，基因组多样性的研究对阐明不同人群和个体在疾病的易感性和抵抗性方面表现
出的差异具有重要意义，一旦对基因组的编码序列进行系统筛查，就有可能找出与
疾病易感性有关的大量基因变异［2］。基因芯片技术可大规模地检测和分析DNA的
变异及多态性。Wang等应用高密度基因芯片对2.3Mb人类基因的SNP 进行筛查，确
定了3241个SNPs位点，显示出大规模鉴定人类基因型的可能［22］。Lipshutz等人
采用含18,495个寡核苷酸探针的微阵列，对HIV-1基因组反转录酶基因(rt)及蛋白