无标记光学蛋白质芯片技术可以避免标记对样品活性的影响，省略了第二试剂(即二抗)，简化了检测流程，因此受到越来越多的关注。但这项技术的生物医学应用尚处于发展初期，需要针对待测样品的要求，解决操作流程中各个环节的筛选、优化和有效流程的评估等问题，建立标准化操控流程和规范化数据处理方法，才可能推进生物医学应用。建立无标记光学蛋白质芯片的生物学系统成为目前推进该技术应用的关键。　　 本文针对无标记光学蛋白质芯片生物传感器系统的生物医学应用的要求，建立实用化生物学系统，同时解决应用中所遇到的一系列实际问题，如配基组装、活性保持、非特异性抑制和活性标定及其检测定量等。生物学系统内容包括：①进行探针(配基)分子筛选、优化；②芯片设计、制定操作流程和针对应用类型确定设计方案；③对芯片表面化学改性和生物分子改性方法进行筛选、优化和确定及实施，以实现探针分子最佳组装方式；④选择具有代表性的生物医学试验，制定定性和定量检测方案以及数据处理方法，归纳芯片设计、探针分子组装、检测结果分析等各技术环节中的可行试验条件和流程，建立标准化模块；5.将标准化模块应用于生物医学实践。　　 本文建立了3个无标记光学蛋白质芯片生物学系统：⑴乙肝(Hepatitis B virus，HBV)五项定性检测：建立了HBV五项探针阵列式筛选方法，与早期生物探针和单点筛选方法结合形成了较完整的HBV组合探针筛选；建立了HBV五项血清检测的芯片标准程序，实现了临床HBV指标检测灵敏度(1ng/ml)，建立了受试者工作特征(ROC)曲线方法，并确定了HBV五项指标阈值(CoV)，并与临床酶联免疫(ELISA)并行对比分析，使之与临床诊断对接。⑵疾病标志物检测：进行了乳腺癌标志物CA15-3定量检测，建立了能够精确定量检测血清中CA15-3的芯片方法和定量标准曲线，x2和Z测验证明该生物学系统得到的结果与定量检测黄金标准电化学发光法(ECLIA)相一致。将此标准化操作流程和数据处理方法应用于乳腺癌血管新生因子TP和心血管疾病血清标志物Tie-2等多项生物医学应用，其结果与传统医学检测方法无显著差异。⑶病毒芯片生物学系统：以常用噬菌体病毒建立病毒芯片模型，确立了亲和素-生物素定向固定噬菌体抗体的方法，实现了溶液中病毒直接检测；以SARS病毒颗粒做探针，鉴定了两种高效中和SARS病毒的人工抗体B1和H12，并对10例临床SARS病人血清中抗体进行了检测，取得了与临床诊断相一致的结果，同时实现了SARS病毒与抗体相互作用实时试验方法，首次获得SARS病毒与上述抗体之间相互作用的动态检测参数。进一步发展成可用于禽流感病毒(AIV)检测的病毒芯片系统，建立了蛋白A定向固定抗体的技术途径，有效完成了从腹水中纯化和定向固定抗体，可特异性识别高致病性H5N1亚型，也可广谱性地检测多种AIV亚型；并用扫描探针显微方法证实病毒芯片可以特异性捕获病毒的效果。　　 本研究在上述3个生物学系统建立过程中遵循重复、随机和局部控制三项统计学基本原则，使用顺序排列和随机排列方法，制定了10余种配套芯片设计方案；针对芯片上配基活性表现和保持问题，形成了醛基、羧基等成熟的表面改性模块，以及蛋白A、G和亲和素-生物素几种配基定向固定技术。推动蛋白质芯片微反应系统由3通道手动式快速发展成48通道全自动系统；样品用量减少到微升量级，检测时间缩短到1小时以内，高通量降低了芯片检测成本，使批量检测成为可能。