Основа нынешней технологии производства биочипов была независимо разработана в конце 80-х годов двумя группами исследователей – югославами и россиянами, а также британским ученым. История создания «русского биочипа» связана с отечественно командой под руководством директора ИМБ академика РАН Андрея Мирзабекова (недавно ушедшего из жизни). Югославскую группу вскоре пригласили работать в США, но довести теоретические замыслы до реализации она не сумела и распалась. Британец продал технологию фирме, производящей диагностическое оборудование, но там ее также не реализовали.
В начале 90-х годов академик Мирзабеков собрал в Москве круглый стол с участием ведущих зарубежных специалистов, которым был показан работающий биочип. Его увидел, в том числе, и Чарльз Кантор, один из руководителей международной программы «Геном человека». После того, как г-н Кантор поверил в идею, началась «гонка» международных компаний и институтов за лидерство на зарождающемся рынке биочипов.
В середине 90-х годов, когда в России наступил экономический кризис и науку почти перестали финансировать, академика Мирзабекова пригласили в Аргоннскую национальную лабораторию (Чикаго, США). В ответ на предложение он заявил, что будет работать там только при условии создания совместной исследовательской группы, включающей американских специалистов, а также российских сотрудников из его лаборатории в ИМБ, насчитывающей в то время 30 человек. Сначала американцы не соглашались, но в конце концов приняли поставленное условие. В течение 5-6 лет, когда исследования в области биочипов проводились совместно, финансирование этой группы обошлось в несколько миллионов долларов. Проект контролировал Департамент энергетики США, в свое время курировавший разработку атомной бомбы.
Американцам не нравились две аспекта сотрудничества с российскими учеными. Во-первых, они хотели, чтобы наши специалисты работали в США на постоянной основе и под контролем - тогда плоды их трудов полностью принадлежали бы Штатам. Американцы даже уговаривали исследователей остаться в США и получить гражданство. Мирзабеков же и часть его коллег, напротив, хотели работать «вахтовым» методом. Во-вторых, американцы были недовольны тем, что руководит проектом не их соотечественник, а иностранный ученый, который половину своего времени проводит в России. В результате группа раскололась: часть исследователей осталась в США, другая под руководством Мирзабекова вернулась в Россию.
Базовый патент на биочипы, объединяющий в одном пакете несколько технологий, разработанных в Аргоннской лаборатории, принадлежал России. Однако право использовать данный патент купили Motorola и НР. По соглашению с руководством Аргоннской национальной лаборатории, 50% доходов от патентов поступало ей, 50% - в Московский институт молекулярной биологии.
Компаниям, выкупившим технологию у ученых, не нравилось, что выплаты за пользование патентом увеличивались в геометрической прогрессии. Если до коммерческого запуска проекта они платили только за использование технологии, то впоследствии прибавились еще и выплаты процентов от доходов. После этого Motorola и НР зарегистрировали свой патент на модифицированную технологию. Специалисты из ИМБ хотели подать в суд, но, возможно, в силу особенностей менталитета разбирательства не состоялось. Вместо этого группой академика Мирзабекова была разработана и запатентована более совершенная технология биочипов.
В настоящее Институтом молекулярной биологии (ИМБ) им. Энгельгардта основана компания "Биочип-ИМБ" (Biochip-IMB), руководителем которой стал Виктор Барский.

Биочип представляет из себя матрицу - крохотную пластинку со стороной 5-10 миллиметров, на которую можно нанести до нескольких тысяч различных микротестов. Профессионалы называют этот носитель "платформой". Чаще всего используют стеклянные или пластиковые платформы, на которые наносятся биологические макромолекулы (ДНК, белки, ферменты), способные избирательно связывать вещества, содержащиеся в анализируемом растворе.
В зависимости от того, какие макромолекулы используются, выделяют различные виды биочипов, ориентированные на разные цели. Основная доля производимых в настоящее время биочипов приходится на ДНК-чипы (94 процента), то есть матрицы, несущие молекулы ДНК. Оставшиеся 6 процентов составляют белковые чипы.
Биологические микрочипы во многом схожи с электронными - и те, и другие собирают и обрабатывают огромное количество информации на малой поверхности. И те, и другие состоят из огромного количества идентичных миниатюрных элементов, размещенных рядом друг с другом, - правда, ячейки биочипа по полупроводниковым меркам просто огромны - 100х100х20 микрометров.
При этом действие электронного, компьютерного чипа основано на ответе "да-нет", а биологический чип позволяет выбрать из миллионов или миллиардов возможностей единственно верную. Компьютерный чип производит миллионы математических операций в секунду, но и на биочипе за пару секунд проходят тысячи биохимических реакций.
Как работает биочип?
Генетический код человека хранится в виде двойной спирали ДНК, образованной двумя полимерными цепями. Каждая из этих цепей представляет собой длинную последовательность, образованную из четырех нуклеотидов: аденина, гуанина, тимина и цитозина. При этом последовательность одной цепи однозначно определяет последовательность другой, поскольку нуклеиновые кислоты, расположенные на одинаковых позициях в разных цепях, являются комплементарными.
То есть если на сто тридцатой позиции в одной цепи находится аденин, то на той же позиции во второй цепи должен находится тимин, а если на двадцатой позиции во второй цепи стоит цитозин, то с полной уверенностью можно утверждать, что в первой цепи на двадцатом месте стоит гуанин. Когда две цепи объединяются в спираль, между комплементарными нуклеиновыми основаниями образуются водородные связи, которые и удерживают цепи вместе.
Именно на способности комплементарных оснований образовывать химические связи основан принцип действия биологических чипов. В ходе реакции происходит взаимодействие комплементарных цепей ДНК: одна из них (ДНК-проба) с известной последовательностью нуклеотидов зафиксирована на подложке (пластине), а другая одноцепочечная ДНК-мишень (зонд), меченная флуоресцентной меткой, вносится в ДНК-чип.
Разработанный в России биочип - это стеклянная пластинка, на которую нанесены десятки едва видимых глазом полусферических гидрогелевых ячеек, диаметром менее 100 микрон каждая и содержащих известные вещества-маркеры. При взаимодействии биочипа с исследуемым образцом, предварительно обработанным светящимся (флуоресцентным) красителем, в соответствующих ячейках происходит химическая реакция, и тогда эти ячейки начинают светиться - тем сильнее, чем интенсивнее процесс.
По сути, именно в выявлении и сопоставлении наиболее ярко светящихся ячеек и заключается работа прибора-анализатора биочипов. Таким образом, определяются различные характеристики образца - например, присутствие в организме тех или иных возбудителей инфекций или, скажем, наличие в геноме каких-либо измененных генов.
Особенность российских биочипов в том, что их ячейки заполнены гелем трехмерной структуры. Такие гели удерживают большее количество пробы, нежели двумерные, и потому чувствительность отечественных биочипов выше, а, следовательно, ниже требования к регистрирующей аппаратуре. Немаловажно и то, что реакции в объемном геле протекают так же, как и в жидкостях - а значит, как и в живом организме. Это позволяет получить результат, максимально приближенный к реальности.
На Западе исследователи пошли по другому пути, и разработали для создания ДНК-чипов процесс фотолитографии, аналогичный процессу производства кремниевых процессоров. Например, Affimetrix (США) создал GeneChip-технологию , основанную на высокоплотных чипах, содержащих ДНК-последовательности, и предназначенную для анализа генетической информации человека.
Правда, хотя такие чипы обладают гораздо большей емкостью, стоят они значительно дороже, что пока позволяет использовать их исключительно в крупных исследовательских центрах или в коммерческих клиниках.
Другим методом конструирования биочипов является использование "технологии струйного принтера" для нанесения необходимого нуклеотида в строго определенное место матрицы. Он менее дорог, но при этом не позволяет достичь высокой скорости синтеза.