Microarray
Microarray（微阵列，俗称“生物芯片”或“基因芯片”）是一种高通量的生物技术，其核心原理是将成千上万个特定的 DNA 片段（称为探针, Probes）以高密度点阵的方式固定在硅片、玻璃或塑料载体上。通过Hybridization (分子杂交) 原理，这些探针能与样品中标记了荧光的靶分子（如 cDNA 或 gDNA）进行特异性结合。通过扫描荧光信号的强弱，研究人员可以一次性检测数万个基因的表达水平 (Gene Expression) 或基因型 (Genotyping)。虽然在转录组定量方面逐渐被 RNA-Seq 取代，但在大规模人群的 GWAS (全基因组关联分析) 和消费级基因检测（如 23andMe）中，Microarray 仍因其低成本和高稳定性占据主导地位。
核心原理：微观钓鱼
可以将 Microarray 想象成一个巨大的、微缩的棋盘。棋盘上的每一个格子里都固定着一种特定的 DNA 序列（探针），就像“鱼钩”一样。
三大步骤
- 制备探针 (Probe)： 将已知基因的 DNA 片段固定在芯片表面。位置是确定的。
- 样品标记 (Labeling)： 从患者样本中提取 mRNA，逆转录为 cDNA，并标记上荧光染料（如 Cy3-绿, Cy5-红）。
- 杂交与扫描 (Hybridization)： 样品流过芯片。根据碱基互补配对原则 (A-T, C-G)，样品中的 DNA 会被对应的探针“捕获”。扫描仪读取荧光强度：光越强，表达量越高。
技术博弈：芯片 vs. 测序
在 2010 年之前，Microarray 是转录组学的霸主。如今，RNA-Seq 已夺取了这一桂冠，但芯片并未消亡，而是转向了特定的细分市场。
| 特性 | Microarray (芯片) | RNA-Seq (测序) |
|---|---|---|
| 系统类型 | 封闭系统 (Closed) 只能检测已知的基因。 |
开放系统 (Open) 可发现全新基因和异构体。 |
| 定量原理 | 模拟信号 (荧光强度) 有背景噪音和饱和上限。 |
数字信号 (Read Count) 动态范围更广。 |
| 成本 | 极低 适合大规模样本筛查。 |
较高 (随测序深度增加)。 |
| 当前主力应用 | GWAS (SNP 芯片) CGH (染色体核型) |
差异表达分析 新转录本发现 |
核心战场：SNP Genotyping
尽管在表达定量上退居二线，但在基因分型 (Genotyping) 领域，Microarray 依然不可替代。
- GWAS (全基因组关联分析)： 科学家需要检测数万人的基因组来寻找疾病位点。用全基因组测序 (WGS) 太贵，而用 SNP 芯片检测数百万个常见变异位点则非常经济高效。
- DTC 消费级基因检测： 像 AncestryDNA 和 23andMe 这样的公司，使用的是定制的 Illumina SNP 芯片，成本可控在几十美元以内。
学术参考文献 [Academic Review]
[1] Schena M, Shalon D, Davis RW, Brown PO. (1995). Quantitative monitoring of gene expression patterns with a complementary DNA microarray. Science.
[点评]：Microarray 技术的奠基之作，展示了并行检测多个基因表达的能力，开启了高通量生物学时代。
[2] Bumgarner R. (2013). Overview of DNA microarrays: types, applications, and their future. Current Protocols in Molecular Biology.
[点评]：详细综述了芯片技术的不同类型（如 cDNA 阵列与寡核苷酸阵列）及其在测序时代的定位。
[3] Tam V, et al. (2019). Benefits and limitations of genome-wide association studies. Nature Reviews Genetics.
[点评]：讨论了 SNP 芯片在 GWAS 研究中的核心作用，证明了芯片技术在遗传学研究中依然具有生命力。