ไมโครอาร์เรย์เป็น ห้องปฏิบัติการ แบบมัลติเพล็กซ์บนชิป^{[ 1} ] วัตถุประสงค์คือการตรวจจับการแสดงออกของปฏิสัมพันธ์ทางชีวภาพหลายพันรายการพร้อมกัน เป็นอาร์เรย์สองมิติบนพื้นผิวแข็ง —โดยปกติจะเป็น^แผ่นกระจกหรือเซลล์ฟิล์มบางซิลิคอน — ที่ทำการทดสอบวัสดุชีวภาพจำนวนมากโดยใช้ วิธี การคัดกรองแบบความเร็วสูงการประมวลผลและการตรวจจับแบบย่อส่วน มัลติเพล็กซ์ และขนาน แนวคิดและวิธีการของไมโครอาร์เรย์ได้รับการแนะนำและแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกในไมโครอาร์เรย์แอนติบอดี (เรียกอีกอย่างว่าเมทริกซ์แอนติบอดี ) โดยTse Wen Changในปี 1983 ในสิ่งพิมพ์ทางวิทยาศาสตร์^{[ 2 ]}และชุดสิทธิบัตร^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} อุตสาหกรรม " ชิปยีน " เริ่มเติบโตอย่างมีนัยสำคัญหลังจาก บทความ ในนิตยสาร Science ปี 1995 โดยห้องปฏิบัติการของ Ron Davis และ Pat Brown ที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด^{[ 6 ]}ด้วยการก่อตั้งบริษัทต่างๆ เช่นAffymetrix , Agilent , Applied Microarrays, Arrayjet, Illuminaและอื่นๆ เทคโนโลยีไมโครอาร์เรย์ DNAจึงมีความซับซ้อนและใช้งานกันอย่างแพร่หลายมากขึ้น ในขณะที่การใช้ไมโครอาร์เรย์โปรตีน เปปไทด์ และคาร์โบไฮเดรต^{[ 7 ]}กำลังขยายตัว

ประเภทของไมโครอาร์เรย์ ได้แก่:

• ไมโครอาร์เรย์ดีเอ็นเอเช่น ไมโครอาร์เรย์ซีดีเอ็นเอ, ไมโครอาร์เรย์โอลิโกนิวคลีโอไทด์, ไมโครอาร์เรย์บีเอซี และไมโครอาร์เรย์เอสเอ็นพี
• MMChipsสำหรับการเฝ้าระวังประชากรไมโครอาร์เอ็นเอ
• ไมโครอาร์เรย์โปรตีน
• ไมโครอาร์เรย์เปปไทด์สำหรับการวิเคราะห์โดยละเอียดหรือการปรับปรุงปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรตีนกับโปรตีน
• ไมโครอาร์เรย์เนื้อเยื่อ
• ไมโครอาร์เรย์เซลล์ (เรียกอีกอย่างว่า ไมโครอาร์เรย์การถ่ายทอดสารพันธุกรรม)
• ไมโครอาร์เรย์สารประกอบเคมี
• ไมโครอาร์เรย์แอนติบอดี
• อาร์เรย์ไกลแคน (อาร์เรย์คาร์โบไฮเดรต)
• ไมโครอาร์เรย์ฟีโนไทป์
• ไมโครอาร์เรย์ไลเซตโปรตีนเฟสย้อนกลับ , ไมโครอาร์เรย์ของไลเซตหรือซีรั่ม
• เซ็นเซอร์ภาพสะท้อนแสงแบบอินเตอร์เฟอโรเมตริก ( IRIS )

ผู้คนในสาขาเทคโนโลยีชีวภาพ CMOS กำลังพัฒนาไมโครอาร์เรย์ชนิดใหม่ เมื่อป้อนอนุภาคนาโนแม่เหล็กเซลล์แต่ละเซลล์สามารถเคลื่อนย้ายได้อย่างอิสระและพร้อมกันบนไมโครอาร์เรย์ของขดลวดแม่เหล็ก ไมโครอาร์เรย์ของ ขดลวด แม่เหล็กนิวเคลียร์กำลังอยู่ระหว่างการพัฒนา^{[ 8 ]}

เทคโนโลยีจำนวนมากเป็นพื้นฐานของแพลตฟอร์มไมโครอาร์เรย์ รวมถึงวัสดุพื้นผิว^{[ 9 ]}การหยอดอาร์เรย์ชีวโมเลกุล^{[ 10 ]}และการบรรจุอาร์เรย์ด้วยไมโครฟลูอิดิก^{[ 11 ]}ไมโครอาร์เรย์สามารถจำแนกได้ตามวิธีการแยกองค์ประกอบแต่ละส่วนของอาร์เรย์ออกจากกันทางกายภาพ ได้แก่ การหยอด (การสร้างหลุมขนาดเล็ก) การสังเคราะห์บนชิป (การสังเคราะห์โพรบ DNA เป้าหมายที่ยึดติดโดยตรงบนอาร์เรย์) หรือแบบใช้ลูกปัด (การยึดตัวอย่างเข้ากับลูกปัดที่มีบาร์โค้ดซึ่งกระจายแบบสุ่มทั่วทั้งอาร์เรย์) ^{[ 12 ]}

การตีพิมพ์ครั้งแรกเกี่ยวกับกระบวนการผลิตไมโครอาร์เรย์ย้อนกลับไปในปี 1995 เมื่อ มีการพิมพ์ cDNA 48 ตัว ของพืชลงบนแผ่นกระจกที่ใช้สำหรับกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ในทางกลับกัน ไมโครอาร์เรย์สมัยใหม่ในปัจจุบันประกอบด้วยโพรบหลายพันตัวและตัวพาที่แตกต่างกันพร้อมการเคลือบ การผลิตไมโครอาร์เรย์ต้องใช้ข้อมูลทั้งทางชีววิทยาและทางกายภาพ รวมถึงไลบรารีตัวอย่าง เครื่องพิมพ์ และพื้นผิวของแผ่นสไลด์ แม้ว่าขั้นตอนและวิธีแก้ปัญหาทั้งหมดจะขึ้นอยู่กับเทคนิคการผลิตที่ใช้ก็ตาม หลักการพื้นฐานของไมโครอาร์เรย์คือการพิมพ์คราบเล็กๆ ของสารละลายที่มีโพรบชนิดต่างๆ ลงบนแผ่นสไลด์หลายพันครั้ง^{[ 13 ]}

เครื่องพิมพ์สมัยใหม่มี การกรอง HEPAและมีสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุมความชื้นและอุณหภูมิ ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 25°C และความชื้น 50% ไมโครอาร์เรย์ในยุคแรกๆ นั้นพิมพ์ลงบนพื้นผิวโดยตรงโดยใช้เข็มพิมพ์ที่วางตัวอย่างในรูปแบบที่ผู้ใช้กำหนดบนสไลด์ วิธีการสมัยใหม่นั้นเร็วกว่า ลดการปนเปื้อนข้าม และให้รูปร่างจุดที่ดีกว่า พื้นผิวที่พิมพ์โพรบต้องสะอาด ปราศจากฝุ่น และไม่ชอบน้ำ เพื่อให้ได้ไมโครอาร์เรย์ที่มีความหนาแน่นสูง การเคลือบสไลด์ประกอบด้วยโพลี-แอล-ไลซีน อะมิโนไซเลน อีพ็อกซี และอื่นๆ รวมถึงสารละลายของผู้ผลิต และจะถูกเลือกตามประเภทของตัวอย่างที่ใช้ ความพยายามอย่างต่อเนื่องในการพัฒนาเทคโนโลยีไมโครอาร์เรย์มีเป้าหมายเพื่อสร้างอาร์เรย์ที่สม่ำเสมอและหนาแน่น ในขณะที่ลดปริมาณสารละลายที่จำเป็นและลดการปนเปื้อนหรือความเสียหายให้น้อยที่สุด^{[ 13 ] [ 14 ]}

สำหรับกระบวนการผลิต จำเป็นต้องมีไลบรารีตัวอย่างที่มีข้อมูลที่เกี่ยวข้องทั้งหมด ในช่วงเริ่มต้นของเทคโนโลยีไมโครอาร์เรย์ ตัวอย่างที่ใช้เพียงอย่างเดียวคือDNAซึ่งได้มาจากไลบรารีโคลนที่หาได้ทั่วไปและได้มาจาก การขยาย DNAโดยใช้เวกเตอร์แบคทีเรีย แนวทางที่ทันสมัยไม่ได้ใช้DNAเป็นตัวอย่างเพียงอย่างเดียวอีกต่อไป แต่ยังรวมถึงโปรตีน แอนติบอดี แอนติเจน ไกลแคน สารละลายเซลล์ และโมเลกุลขนาดเล็กอื่นๆ ตัวอย่างที่ใช้ทั้งหมดได้รับการสังเคราะห์ไว้ล่วงหน้า อัปเดตเป็นประจำ และบำรุงรักษาได้ง่ายกว่า เทคนิคการผลิตอาร์เรย์ ได้แก่ การพิมพ์แบบสัมผัส ลิโทกราฟี การพิมพ์แบบไม่สัมผัส และการพิมพ์แบบไม่มีเซลล์^{[ 14 ]}

การพิมพ์ไมโครอาร์เรย์แบบสัมผัส ได้แก่ การพิมพ์ด้วยเข็ม การพิมพ์ด้วยไมโครสแตมป์ หรือการพิมพ์แบบไหล การพิมพ์ด้วยเข็มเป็นวิธีการที่เก่าแก่ที่สุดและยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดใน การพิมพ์ไมโครอาร์เรย์ DNAแบบสัมผัส เทคนิคนี้ใช้เข็มชนิดต่างๆ เช่น เข็มแข็ง เข็มแยก หรือเข็มขนนก เพื่อโหลดและส่งสารละลายตัวอย่างโดยตรงบนพื้นผิวไมโครอาร์เรย์ที่เป็นของแข็ง การพิมพ์ด้วยไมโครสแตมป์เป็นอีกทางเลือกหนึ่งนอกเหนือจากการพิมพ์ด้วยเข็มที่ใช้กันทั่วไป และยังถูกเรียกว่าการพิมพ์แบบอ่อน (soft lithography ) ซึ่งในทางทฤษฎีครอบคลุมเทคโนโลยีการถ่ายโอนรูปแบบต่างๆ ที่เกี่ยวข้องโดยใช้พื้นผิวพอลิเมอร์แบบโมโนลิธิกที่มีลวดลาย ซึ่งที่โดดเด่นที่สุดคือการพิมพ์ด้วยไมโครสแตมป์ เมื่อเปรียบเทียบกับการพิมพ์ด้วยเข็ม การพิมพ์ด้วยไมโครสแตมป์เป็นวิธีการวางแบบขนานมากกว่าโดยมีความเป็นเอกลักษณ์น้อยกว่า แสตมป์บางอันจะถูกโหลดด้วยสารเคมีและพิมพ์ด้วยสารละลายสารเคมีเหล่านี้เหมือนกันทุกประการ^{[ 15 ]}

ลิโทกราฟีเป็นการผสมผสานวิธีการต่างๆ เช่น โฟโตลิโทกราฟี, ลิโทกราฟีแบบแทรกสอด, การเขียนด้วยเลเซอร์, ลำแสงอิเล็กตรอน และปากกาจุ่ม วิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและมีการวิจัยมากที่สุดยังคงเป็นโฟโตลิโทกราฟี ซึ่งใช้หน้ากากโฟโตลิโทกราฟีเพื่อกำหนดเป้าหมายนิวคลีโอไทด์เฉพาะไป ยังพื้นผิว แสงยูวีจะถูกส่งผ่านหน้ากากซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกรองเพื่อส่งผ่านหรือปิดกั้นแสงจากพื้นผิวไมโครอาร์เรย์ที่ได้รับการป้องกันทางเคมี หากแสงยูวีถูกปิดกั้น พื้นที่นั้นจะยังคงได้รับการปกป้องจากการเพิ่มนิวคลีโอไทด์ ในขณะที่ในพื้นที่ที่ได้รับแสงยูวี สามารถเพิ่มนิวคลีโอไทด์เพิ่มเติมได้ ด้วยวิธีนี้ สามารถผลิตอาร์เรย์แบบกำหนดเองคุณภาพสูงที่มีความหนาแน่นของ คุณลักษณะ DNA สูงมาก โดยใช้อุปกรณ์ขนาดกะทัดรัดที่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่น้อย^{[ 16 ] [ 17 ]}

วิธีการพิมพ์แบบไม่สัมผัสมีหลากหลาย ตั้งแต่ การพิมพ์โดยใช้ ปฏิกิริยาเคมีแสง การพิมพ์ด้วยไฟฟ้า และการจ่ายหยด แตกต่างจากวิธีการอื่นๆ การพิมพ์แบบไม่สัมผัสไม่เกี่ยวข้องกับการสัมผัสระหว่างพื้นผิวกับแสตมป์ เข็ม หรืออุปกรณ์จ่ายอื่นๆ ข้อดีหลักๆ คือ ลดการปนเปื้อน ทำความสะอาดน้อยลง และมีปริมาณงานสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง วิธีการหลายวิธีสามารถโหลดโพรบแบบขนานได้ ทำให้สามารถผลิตอาร์เรย์หลายชุดพร้อมกันได้^{[ 14 ] [ 15 ]}

ในระบบที่ปราศจากเซลล์ การถอดรหัสและการแปลจะดำเนินการในแหล่งกำเนิด ซึ่งทำให้การโคลนนิ่งและการแสดงออกของโปรตีนในเซลล์โฮสต์ไม่จำเป็นอีกต่อไป เนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้เซลล์ที่สมบูรณ์ โมเลกุลที่สนใจจะถูกสังเคราะห์โดยตรงบนพื้นผิวของพื้นที่แข็ง การทดสอบเหล่านี้ช่วยให้สามารถวิเคราะห์ปริมาณมากในสภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้โดยไม่มีผลกระทบที่เกี่ยวข้องกับเซลล์ที่สมบูรณ์^{[ 18 ]}

• ฐานข้อมูลไมโครอาร์เรย์
• เทคนิคการวิเคราะห์ไมโครอาร์เรย์
• ไมโครอาร์เรย์ดีเอ็นเอ
• ไบโอชิป