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DNA微阵列是生物芯片的一种，是生命科学领域里兴起的一项高新技术，也就是基因芯片技术。它集成了微电子制造、激光扫描、分子生物学等先进技术。基因芯片技术有多种，下面将介绍多种基因芯片技术的介绍和对比。
1、DNA探针的大量收集和纯化，基因芯片探针制备方法可以是根据基因设计特异性的PCR引物，对基因进行特异性地扩张，也可以是建立均一化的cDNA文库，通过克隆鉴定、筛选、扩增产生；
2、将纯化后的探针固定在片基上，首先要将基片（主要用的是玻璃片）进行特殊的化学处理，使玻璃片醛基化或氨基化，然后将纯化的探针通过显微打印或喷打在基片上，再将打印好的玻璃片进行后处理，如水合化、加热或紫外交联等；
3、样品的标记，标记的方法一般是采用逆转录法或随机引物延伸法等；
4、杂交后芯片的扫描、图像处理的采集和数据分析。
由于芯片上的每一点，即每个探针都可以精确定位和选址，加上每个探针都可以精确设计及制备，因此可以精确检测出不同的靶基因、同一靶基因不同的状态以及在一个碱基上的差别。
基因芯片选用了不易产生扩散作用的载体，探针及样品靶基因的的杂交点非常集中，加上杂交前样品靶基因的扩增和杂交后检测信号的扩张，极大地提高了检测的灵敏度，可以检测出1个细胞中低至1个拷贝的靶基因，从而使检测所需的样品量大幅度减少，一般只需要10～20μL样品。
在一定的条件下使样品中的靶基因片段同时与芯片的多个探针进行杂交，并采用扫描仪器测量杂交信号和分析处理数据。从而，从根本上提高了测量工作的速度和效率，也极大降低了测量工作的强度和难度。
目前基因芯片制作工艺可达到在1cm2的载体平面上固定数万至数十万的探针，可对样品中数量巨大的相关基因，甚至整个基因组及信息进行同步检测和分析。
商品化芯片制作上的精密及检测试剂和方法上的统一在一定程度上保证了芯片检测的高精密度和重现性，使不同批次乃至不同实验室之间的检测结果，可以进行有效比对及分析。
基因芯片类型较为繁多，可以依据不同的分类方法进行分类，一般可分为以下几种：
1、按照载体上所添加DNA种类的不同，基因芯片可分为寡核苷酸芯片和cDNA芯片两种：寡核苷酸芯片一般以原位合成的方法固定到载体上，具有密集程度高、可合成任意系列的寡核苷酸等优点，适用于DNA序列测定、突变检测、SNP分析等；其缺点是合成寡核苷酸的长度有限，因而特异性较差，而且随着长度的增加，合成错误率增加。寡核苷酸芯片也可通过预合成点样制备，但固定率不如cDNA芯片高，寡核苷酸芯片主要用于点突变检测和测序，也可用作表达谱研究。cDNA芯片是将微量的cDNA片段在玻璃等载体上按矩阵密集排列并固化，其基因点样密度虽不及原位合成寡核苷酸芯片高，但比用传统载体的点样密度要高得多，cDNA芯片最大的优点是靶基因检测特异性非常好，主要用于表达谱研究。
2、按照载体材料分类：载体材料可分为无机材料和有机材料两种，无机材料有玻璃、硅片、陶瓷等，有机材料由有机膜、凝胶等。膜芯片的介质主要采用的是尼龙膜，其阵列密度比较低，用到的探针量较大，检测的方法主要是用放射性同位素的方法，检测的结果是一种单色的结果。而以玻璃为介质的芯片，阵列密度高，所用的探针量少，检测方法具有多样性，所得结果是一种彩色的结果，与膜芯片相比，结果分辨率更高一些，分析的灵活性更强。
3、按照点样方式的不同可以分为原位合成芯片、微矩阵芯片、电定位芯片三种。
由于芯片种类较多，其制备方法也不尽相同，传统的制备方法基本可分为两类：一类是原位合成，另一类是直接点样。原位合成是用于寡氨基酸，直接点样多用于大片段DNA，有时也用于寡核苷酸甚至mRNA。原位合成主要有光刻法和压电打印法两种途径。
原味打印合成
此原理与油墨打印类似，不过芯片喷印头和墨盒有多个，墨盒中装的是四种碱基的液体而不是碳粉，喷印头可在整个芯片上移动，并根据芯片上不同位点探针序列的需要，将特定的碱基喷印在芯片上的特定位置。该技术采用的化学原理与传统的DNA固相合成一致，因此不需要特殊制备的化学试剂。
原味光刻合成
其利用固相化学、光敏保护基及光刻技术得到位置确定、高度多样化的化合物集合。合成的第一步是利用光照射，使固体表面上的羟基脱保护，然后固体表面与光敏保护基保护的、亚磷酰胺活化的碱基单体接触，使一个核苷酸单体连接上去，合成只在那些脱去保护基的地方发生，这个过程反复进行直至合成完毕。这个方法最大的优点就是在一个较小的区域，可制造大量不同的探针。但是这种制备方法需要预选设计，制造一系列掩盖物，造价较高，制造过程中采用光脱保护方法，掩盖物孔径较小时会发生光衍射现象，制约了探针密度的进一步提高。
分子印章原位合成
其合成原理类似于传统的印章，其表面按照阵列合成的要求制作成凹凸不平的平面，依此将不同的核酸或多肽合成试剂按印到芯片片基特定的位点，然后进行合成反应。
点样法
与原位合成法比较，点样法较为简单，只需将预先制备好的寡核苷酸或cDNA等样品通过自动点样装置点样于经原位特殊处理的玻璃片或其他材料上。即其样品可以事先纯化，交联的方式多样；而且可以通过调节探针的浓度使不同碱基组成的探针杂交信号一致，研究者可以方便地设计、制备符合自己需要的基因芯片。但是芯片的这种制备过程中，样品浪费较为严重，对寡核苷酸的化学修饰也会增加合成成本，而且芯片制备前需要储存大量样品。
微电子基因芯片
利用微电子工业常用的光刻技术，芯片被设计构建在硅/二氧化硅等基底材料上，如图2所示，经热氧化，制成1mm×1mm的阵列，每个阵列含有多个微电极，在每个电极上通过氧化硅沉积和蚀刻制备出样品池。将连接链亲和素的琼脂糖覆盖在电极上，在电场作用下生物素标记的探针即可结合在特定电极上。电子芯片最大特点是杂交速度快，可大大缩短分析时间，但制备复杂、成本高。
三维生物芯片
这种芯片技术主要是利用官能团化的聚丙酰氨凝胶块作为基质来固定寡氨基酸。通常的制备方法是将有活性基团的物质或丙烯酰胺衍生物与丙烯酰胺单体在玻璃板上聚合，机械切割出三维凝胶微块，使每块玻璃片上有10 000个微小的聚乙烯酰胺凝胶条，每个凝胶条可用于靶DNA、RNA或蛋白质的分析，光刻或激光蒸发除去凝胶块之间的凝胶，再将带有活性基团（氨基、醛基等）的DNA点，加到凝胶上进行交联，再将DNA样品转移到凝胶块上。
流过式芯片
即在芯片片基上制成格栅状微通道，设计及合成特定的寡氨基酸探针，结合于微通道内芯片特定区域。从待检测样品中分离DNA或RNA，并对其进行荧光标记，然后该样品流过芯片，固定的寡氨基酸探针捕获与之相互补的核酸，再用信号检测系统分析结果。其特点是敏感度高、速度快、价格较低。
微电子芯片
无论在芯片制造或成品芯片检测，均可通过相似微电极的电场变化来使核酸结合，引入“电子严谨度”参数使芯片检测通过靶、探针序列特征和使用者要求来控制杂交过程中的严格性。Nanogen开发了多位点电控阵列并含独立可寻址检测区域的微电子基因芯片，其基质全部以硅、锗与基础的半导体材料，在其上构建25-400个微铂电极位点，各位点可由计算机独立或组合控制。这种微电子基因芯片具有以下优点：
1) 电场定位过程能选择性地转运带电荷DNA分子，通过每个微电极位点的电场正负、强弱变化，能准确有效地随意调控芯片表面的核酸，既可将核酸结合在微电极位点上，也可以使核酸转运出来。
2) 通过电子严谨度可有效地控制杂交过程中的错配度，杂交错配的程度，对不同的要求上要给以不同的电场就可以符合不同的电子严谨度，这对核酸杂交严格度可以非常灵活地控制，这可以非常准确地进行SNP检测。
3) 通过电场变化能加快DNA杂交速率，通过导入正电场后，可以大大加快待测核酸同已知探针的结合速率，减少了杂交反应时间，同普通的“被动”杂交反应的几小时相比，这种“主动”杂交反应仅仅几秒钟就可完成。另外电场变化又可有效地去除未结合游离分子，减少未结合荧光信号干扰。
光引导原位合成技术生产寡聚核苷酸微阵列
开发并掌握这一技术的是Affymetrix公司，Affymetrix采用了照相平板印刷技术技术结合光引导原位寡聚核苷酸合成技术制作DNA芯片，生产过程同电子芯片的生产过程十分相似。采用这种技术生产的基因芯片可以达到1×106/cm2的微探针排列密度，能够在一片1厘米多见方的片基上排列几百万个寡聚核苷酸探针。
原位合成法主要为光引导聚合技术（Light-directed synthesis），它不仅可用于寡聚核苷酸的合成，也可用于合成寡肽分子。光引导聚合技术是照相平板印刷技术（photolithography）与传统的核酸、多肽固相合成技术相结合的产物。半导体技术中曾使用照相平板技术法在半导体硅片上制作微型电子线路。固相合成技术是当前多肽、核酸人工合成中普遍使用的方法，技术成熟且已实现自动化。二者的结合为合成高密度核酸探针及短肽列阵提供了一条快捷的途径。
微量点样技术
目前大部分生产基因芯片的公司都是使用这一方法，采用了先进更加微量的点样技术，可以点更加微量的探针。这种方法生产的芯片上探针不受探针分子大小种类的限制，能够灵活机动地根据使用者的要求制作出符合目的的芯片。由于同时有生产和检测仪器出售，使拥护能够根据自己的需要制作相应的芯片，并且价格较低，所以近期内国内将会有一定的市场。生产这种设备的公司有很多，象美国的Genomicsolutions公司、英国的BioRobotics公司、美国的Cartesian公司和加拿大的Engineering公司等。
点阵器一般采用实心或空心点样针，点样方式有非接触喷点（inkjet printing）和接触点样（Contact printing）两种方式。目前，有两种非接触喷点技术用于DNA点样，一种是用压电晶体将液体从孔中喷出的压电技术（piezoelectric technology），喷滴大小一般为50-500pl；另一种为注射器螺线管技术（syringe-solenoid technology），这种技术是通过高分辨率注射器泵和微螺线管阀门有机结合起来精确控制滴液的。
对于微量点样技术生产的基因芯片来说从仪器组成上可以分为点样仪器、杂交装置、检测仪器和分析仪器，点样仪器是否先进决定芯片上的探针密度和结合牢固程度，虽然芯片的探针密度是一个很重要的指标，达到极高密度的探针阵列是许多芯片生产公司梦寐以求的目标，但是具体的点样密度根据使用者的目的来决定，而且还要考虑到随后的杂交和检测过程。衡量点样装置有几个比较重要的指标，如仪器整体设计、功能多样性、芯片基质多样性、点样稳定性、点样速度、点样密度等等。
检测仪器也是一个重要的限制条件，如果检测仪器的分辨率不高，那么即使点样仪器制造出了很高密度的芯片也没有用，对高密度的芯片通常使用激光共聚焦显微镜和高性能的冷却CCD，二者各有利弊，须根据要求综合衡量。
显色和分析测定方法主要为荧光法，目前正在发展的方法有质谱法、化学发光法、光导纤维法等。以荧光法为例，当前主要的检测手段是激光共聚焦显微扫描技术和高性能的冷却CCD，以便于对高密度探针阵列每个位点的荧光强度进行定量分析。因为探针与样品完全正常配对时所产生的荧光信号强度是具有单个或两个错配碱基探针的5-35倍，所以对荧光信号强度精确测定是实现检测特异性的基础。
分析仪器从硬件上说只是一部高性能的计算机，但其中最重要的是分析软件，如果只是进行简单的检测或科学实验，待测样品所要分析的基因很少很简单，采用直观的观察就可以得出结论，但对于大量的基因分析或是临床检验人员使用就需要有全面智能化的分析软件辅助，这样还需要考虑到软件的升级。
其他技术
主要是美国NIH、Caliper公司和Orchidbio公司等，Orchidbio公司研制了一种毛细管微流泵芯片，在边长2英寸的芯片上集成了144个微室，分别由流入孔、反应室、循环管和废液流出孔组成，这种芯片不但可以用于基因诊断和分析，还可用于合成化学，利用芯片的微指结构，Caliper公司的芯片可以用作细胞分选器，能够利用血细胞体积和变形性等特点可以很容易地把红细胞和白细胞分开，NIH研制微型芯片反应器可以很快地完成一系列生化反应。
