对于阵列密度较小的芯片可以用同位素，所需仪器均为实验室常规使用设备，易于开展相关工作，但是在信号检测时，一些杂交信号强的点阵容易产生光晕，干扰周围信号的分析。高密度芯片的分析一般采用荧光素标记靶基因，通过适当内参的设置及对荧光信号强度的标化，可对细胞内mRNA的表达进行定量检测。近年来运用的多色荧光标记技术可更直观地比较不同来源样品的基因表达差异，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，常用的双色荧光试剂有Cy3－dNTP和Cy5－NTP。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。
（1）同位素标记法传统的探针是采用放射性同位素标记，其中最常用的是（上标125）I，一般使用其钠盐碘化钠。标记方法包括化学氧化法、酶促氧化法和间接氧化法。其中最为常用的是化学氧化法中的氯胺T法，其原理是氯胺T为氯代酰胺类氧化剂，在水中不稳定，产生的游离氯将放射性碘离子氧化为放射性单质碘，后者与蛋白质中苯丙氨酸及酪氨酸残基的苯环或组氨酸残基的咪唑环共价相连使蛋白质碘化。标记化合物应与游离同位素分离，常用的分离方法有凝胶过滤、透析及超滤。相对来说，这种大分子与小分子的分离是比较简单的，但应注意避免放射性污染。标记化合物的保存除了按一般生物分子保存的要求外，还应考虑放射性带来的特殊问题。放射性同位素发出的射线可对标记化合物自身产生电离辐射分解作用，称作辐射自分解效应。这种作用对氘标蛋白损伤尤甚。为了防止辐射自分解，可以采用降低比放射性、分散标记分子、清除自由基、冷却等方法保存。
（2）荧光素标记目前为提高检测的灵敏度和使用者的安全性，常用荧光标记。荧光标记基本分为两种，一种是使用荧光标记的引物，一种是使用荧光标记的三磷酸脱氧核糖核苷酸。目前常使用的荧光物质有：荧光素、罗丹明、HEX、TMR、FAM、Cy3、Cy5等。根据扩增产物分离的方法不同，标记的方法也不同：进行单引物标记的，其扩增产物通常由聚丙烯酸胺凝胶电泳分离：对一个引物用生物素标记，另外一个引物用荧光素标记的，一般用亲合素偶联的磁珠捕捉其扩增产物，通过变性处理使荧光标记的产物解链。此外，也有用生物素残基标记引物，将生物素标记的扩增产物与芯片杂交，洗涤后加入亲合素连接的荧光物，通过生物素与亲合素的结合及靶序列与探针的结合产生荧光信号，然后利用荧光监测系统对荧光信号进行检测。
3．杂交反应
杂交反应是一个复杂的过程，受很多因素的影响，而杂交反应的质量和效率直接关系到检测结果的准确性，这些影响因素包括以下几方面。
（1）寡核苷酸探针密度的影响。低覆盖率使杂交信号减弱，而过高的覆盖率会造成相邻探针之间的杂交干扰。
（2）支持介质与杂交序列间的间隔序列长度的影响。研究表明当间隔序列长度提高到15个寡核苷酸时，杂交信号显著增强。
（3）杂交序列长度的影响。一般来说，短的杂交序列更容易区分碱基的错配，但复合物的稳定性要差一些；长杂交序列形成的复合物稳定，而区分碱基错配能力要差一些。
（4）GC含量的影响。GC含量不同的序列其复合物的稳定性也不同。
（5）探针浓度的影响。以凝胶为支持介质的芯片，提高了寡核苷酸的浓度，在胶内进行的杂交更像在液相中进行的杂交反应，这些因素提高了对错配碱基的分辨率，同时也提高了芯片检测的灵敏度。
（6）核酸二级结构的影响。在使用凝胶作为支持介质时，单链核酸越长，则样品进入凝胶单元的时间越长，也就越容易形成链内二级结构从而影响其与芯片上探针的杂交，因而样品制备过程中，对核酸的片段化处理，不仅可提高杂交信号的强度，还可提高杂交速度。由于基因芯片影响因素很多，所以要合理设置异种核酸平行实验、核酸质量、检测对照、封闭对照、归整化对照，以保证结果的准确性和重复性。
4．信号检测和分析
常用的芯片成像分析系统有激光共聚焦扫描仪和电荷耦合（CCD）扫描仪。激光共聚扫描仪具有快速传输高质量图像与数据的特性，且灵敏度高，是较理想的检测工具。激光光源可产生激发不同荧光染料的光，当探针与待测核酸完全正常配对时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，而且荧光信号的强度还与样品中靶分子的含量呈一定的线性关系。CCD扫描仪将图像分成若干小块，测定每个小块中的平均荧光强度，进而求阵列中每个点的相对荧光强度，通过计算机处理获得结果。CCD扫描仪扫描速度快，不需要移动X－Y二维平台且价格便宜，但其灵敏度较低。
在基因芯片得到广泛应用的同时，对其所得数据的处理方法也受到越来越多的关注。基因芯片的数据分析，就是把原始数据按一定标准精简、归类，然后从归类数据中寻找有实际生物学意义的过程。合理选择数据分析方法，是充分发挥基因芯片功能的必要条件。总体说来，对芯片的数据分析可以分为以下几步。
（1）标准化，也称归一化，用来消除不同芯片、不同标记物之间的差异。
（2）数据精简，也称降维，即在大量的芯片数据中删除掉那些不能提供一个显要意义的信息数据，达到精简的目的。
（3）统计学分析，利用聚类法或分类法等对所得到的芯片数据进行分析归类，还应对分类结果进行进一步的统计学检验，以保证其准确性。
（4）生物学意义分析，就是在得到统计学分析结果的基础上，对其所代表的生物学意义进行研究，以得到相应的结论。
在数据处理过程中，相关软件的开发和应用，也为基因芯片的数据分析提供了一个很好的助力。现在已有很多软件被投入使用，例如Genesist、AMADA、TIGR等，其中TIGR软件是目前使用较为广泛的软件。
三、基因芯片的应用和发展方向
目前基因芯片技术的主要应用包括：疾病的诊断和治疗、基因表达分析、基因突变检测、基因测序及基因图谱的分析、基因多态性检测、菌种鉴定以及致病机制分析。基因芯片技术还应用于环境化学毒物的筛选、药物开发及研究等方面。此外，基因芯片技术在环境卫生学、劳动卫生学、食品卫生学研究以及病毒检测等方面也正发挥着越来越大的作用。
基因芯片技术仍然处于发展阶段，要发展成为实验室普遍采用的技术仍有一些关键问题亟待解决：①相比Northern blotting或RT－PCR，不能检测微量mRNA；②荧光标记不均一，灵敏度低；④制作程序复杂，样品处理繁琐。成本高；④杂交条件高度个体化，难以形成统一的标准。随着芯片技术的不断成熟，很多问题正在逐步解决。如DNA合成方法的改进，现已允许更长的寡核苷酸探针用于点阵芯片。探针的构造变得简化，没有了PCR的扩增，仅要求清洗。这同时提高了杂交的一致性、批处理的一致性和点阵的一致性。为了使每一个样品杂交的费用降到最低，现在多采用单染色。因此，越来越多的cDNA芯片的研究转向于寡核苷酸芯片的研究。另一个改进方向是采用8cm×12cm的标准微型基片，通过机器人分配液体，96个样品从准备、扩增、标记、清洗及杂交都可以同时自动处理，即形成缩微芯片实验室。再进一步结合卫星传输和网络生物信息学的资源，真正实现高通量、一体化、移动性的“未来型掌上实验室”。
此外，基因芯片正结合以下新技术向新的方向发展。①激光捕获显微切割技术（Iaser capture microdissection，LcM）：由美国癌症研究所发明，可以得到某一特定细胞的纯群。该技术是用组织病理学方法对冷冻组织染色，用激光在显微镜下切割特定区域的组织，从微型胶片上得到纯细胞群。最近已有将基因芯片技术和LCM技术结合用来研究头颈部鳞状细胞癌基因表达谱的报道。②染色质免疫沉淀反应（chromatin immunoprecipitation，ChIPs）：ChIPs可以鉴别已知蛋白质和DNA序列的交互作用，提供靶基因特定转录因子的信息。该技术与基因芯片相结合，可以把已知基因组的DNA序列杂交到芯片上，这等同于把基因的启动子捆绑在蛋白质上面。这种相结合的方法已用于检测酵母的转录控制。③单核苷酸多态性分析：将来基因芯片技术的一个主要挑战就是识别单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms，SNPs）。现在已经通过特定的SNP芯片，大规模地研究SNPs分析。目前，基因芯片已经可以识别11 000个已知的SNPs，检测更大量的SNPs（达到100 000SNPs）基因芯片正在研究中。④蛋白质和抗体芯片：是在ELISA基础上采用xMAP（flexible multi－analyte profiling）技术发展起来的新芯片，又称液相芯片（liquichip）。与传统芯片相比，整个反应都在液相中进行，不需要洗涤，灵敏度高，被认为是质谱分析法后又一实用的分析复杂蛋白组分的技术，目前已用于细胞园子、激酶等的检测。