人類基因組測序計劃完成之后，科學家們憑借良好的DNA芯片及堅實的生物信息學平臺可以全面地了解生命細胞系統(tǒng)。然而在不同的細胞生理

狀態(tài)下，細胞內(nèi)蛋白表達及蛋白的功能存在著差異，細胞蛋白質(zhì)組存在著差異。而且多種因素影響著細胞在不同環(huán)境下的生理狀態(tài)，比如，細胞信號分子，細胞間及細胞與基質(zhì)的相互作用等等。細胞內(nèi)調(diào)控通過調(diào)節(jié)mRNA轉(zhuǎn)錄水平，蛋白表達水平，以及蛋白的修飾與定位，控制著蛋白的功能，決定著細胞生理狀態(tài)。

在這種情況下，一些實驗技術已被用來進行生命細胞系統(tǒng)中蛋白成分的分析研究。然而這些技術還不能進行細胞內(nèi)高度復雜且高度動態(tài)變化（變化范圍達107級）的蛋白表達的研究。如今被廣泛應用的可同時檢測大量蛋白成分的分析技術是二維凝膠電泳（2D-PAGE）。但其面臨著諸多的檢測缺陷，比如：較弱的樣品檢測結(jié)果，較窄的動態(tài)檢測范圍以及不能對疏水、極酸或極堿的小蛋白分子進行檢測分析等等。作為二維凝膠電泳（2D-PAGE）的替代方法，多層色譜分析方法被用于分離蛋白樣品成分，降低樣品中復雜物質(zhì)的含量，以進行大規(guī)模色譜蛋白鑒別分析。這項分析方法包括了多層蛋白識別技術和多種親和捕捉色譜法，如：同位素親和標記和金屬螯合物親和標記等。

雖然蛋白質(zhì)組的分析技術有了巨大發(fā)展，一種新的能全面進行蛋白質(zhì)組研究的技術是相當有必要的。芯片技術恰能很好地滿足進行蛋白質(zhì)組全面研究的要求，它具有強大的監(jiān)視細胞內(nèi)基因表達，研究蛋白與大量潛在相關分子相互作用的功能。

從DNA芯片到蛋白芯片
蛋白芯片是指將大量蛋白質(zhì)分子按預先設置的排列固定于一種載體表面行成微陣列，根據(jù)蛋白質(zhì)分子間特異性結(jié)合的原理，構(gòu)建微流體生物化學分析系統(tǒng)，以實現(xiàn)對生物分子的準確、快速、大信息量的檢測。

雖然早在上世紀80年代早期Roger Ekin在他的環(huán)境物質(zhì)理論中描述了蛋白芯片的技術原理，但直到基因組和蛋白組研究領域中取得顯著成就后微芯片檢測技術才得到了極大的關注。只需在一個平面上進行一次試驗，就可對上千個細胞生物學參數(shù)實施測定的可能性，為建立蛋白質(zhì)組全面檢測分析工具提供了完美的解決方案。DNA芯片具有良好的雜交系統(tǒng)，能通過一次反應試驗分析出細胞的全部轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)。由于細胞內(nèi)的mRNA和蛋白質(zhì)沒有絕對的相互對應關系，要解決基因組和蛋白質(zhì)組研究之間的差異問題需要有其它可以直接分析檢測蛋白特性的高通量技術。在過去的幾年中，不同的高通量分析檢測技術平臺已經(jīng)建立，而且微芯片技術的發(fā)展已經(jīng)超出了DNA芯片技術，基于大量不同樣品的蛋白芯片檢測已有了相關報道。

蛋白芯片基本原理：
蛋白芯片與基因芯片的原理相似。不同之處有，一是芯片上固定的分子是蛋白質(zhì)如抗原或抗體等。其二，檢測的原理是依據(jù)蛋白分子、蛋白與核酸、蛋白與其它分子的相互作用。


蛋白芯片應用：
蛋白芯片檢測
蛋白芯片檢測技術按照模式和應用的不同可以分為：正相和反相檢測技術。目前廣泛使用的是正相蛋白芯片分析技術，它利用不同樣品與固定在芯片上的大量已知捕捉分子的相互作用，來同時進行多參數(shù)的檢測分析。這項技術包括了用于識別和定量目標蛋白的抗體芯片技術和用于分析蛋白和固定結(jié)合分子相互作用的蛋白親和檢測技術，常用的固定結(jié)合分子有蛋白質(zhì)、肽、低分子量復合物、寡糖和DNA等。反相蛋白芯片是在蛋白質(zhì)芯片技術領域中剛剛發(fā)展起來的一項技術。它通過把樣品以距陣的方式固定在固體支持物上，用單個可溶的探針，如抗體，用于分析檢測在不同的樣品點中目的蛋白的存在與否，可用于大量組織樣品、細胞樣品或細胞樣品碎片的不同種類參數(shù)的檢測。
在蛋白芯片技術領域中一項雄心勃勃的計劃是進行基于芯片的蛋白質(zhì)組學研究，即建立起蛋白質(zhì)芯片檢測系統(tǒng)，來做為先進的DNA芯片檢測技術的補充。然而具有高度專一檢測能力的芯片設計和制造的先決條件是獲取芯片中的專一性捕捉物質(zhì)。由于DNA芯片中有多種捕獲分子的分析制備系統(tǒng)，這個先決問題能夠輕易地解決。DNA是一種均一性很高的分子，單鏈的DNA依據(jù)堿基配對原理可與其互補DNA鏈配對結(jié)合。依據(jù)目的DNA的最初序列，科學家可以輕易的推測出具有高度選擇性和特異性的DNA捕捉序列。此外，高通量的寡核苷酸合成儀及基因擴增（PCR）方法能夠快速方便的得到DNA捕捉分子。因此，捕捉分子的分析設計和DNA芯片的制造技術是非常直接明了的。
與DNA芯片相比，蛋白質(zhì)芯片卻沒有這么容易制作�？茖W家們僅從蛋白一級序列結(jié)構(gòu)出發(fā)很難預測出其具有高親和力的捕捉分子。這是因為蛋白的高級結(jié)構(gòu)是多樣的，與捕捉分子有多種可能的相互作用模式，而且蛋白與捕捉分子的相互作用是通過蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)的靜電力、氫鍵、疏水的范德華力，以及這三種力的聯(lián)合作用而產(chǎn)生的。此外，蛋白質(zhì)可以同時和不同分子結(jié)合發(fā)生作用，形成復合物，加之胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄后動態(tài)的修飾過程（如：糖基化和磷酸化）可對蛋白相互作用產(chǎn)生重大影響使得蛋白質(zhì)芯片的制作就更難了。因此，每一種蛋白捕捉分子必須單獨制備出來，所獲得的捕捉分子不僅需要具有親和力強的特點還需要有選擇性強且交叉反應性低的特點。

在蛋白質(zhì)研究中沒有類似基因擴增（PCR）來進行蛋白擴增的技術，因此在制作蛋白質(zhì)芯片的道路上必須克服的第一個障礙就是快速，低成本，大量地制備出高度專一性和高親和力的蛋白捕捉分子。此外還要保證被固定的蛋白分子的功能保持不變，這個問題也并不容易解決。把蛋白分子固定在片基上而不損壞它們的高級結(jié)構(gòu)，這比把寡核苷酸或DNA片段固定在片基上要困難得多。然而這些難題已經(jīng)部分或完全的得到了解決。通過優(yōu)化固體片基的表面，改進蛋白標記技術，可以使具有功能狀態(tài)的蛋白質(zhì)被固定；通過重組蛋白及捕捉分子的大量生產(chǎn)制備有效地拓寬了高度專一性和選擇性捕捉分子的獲取瓶頸。這些技術成果使得蛋白芯片技術能夠成功地應用在高通量的檢測分析當中，畢竟第一個含有幾百個蛋白抗體的抗體芯片已進入商業(yè)化生產(chǎn)銷售階段。


蛋白芯片的制備及使用儀器： 點樣制備蛋白分子微陣列

載體表面蛋白的固定: 蛋白芯片與樣品反應。探針可以與相應的目的分子特異性的結(jié)合，帶有熒光的報告分子與目的分子特異性的結(jié)合。 反應結(jié)果的檢測儀器: