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不同个体基因组之间存在的序列差异主要包括单核苷酸多态性(SNPs)和突变两种情况。SNPs和突变的快速和准确检测，对个体确定、遗传研究、遗传病和肿瘤等疾病研究诊断等具有重要意义。寡核苷酸芯片是公认的、大规模和高通量的核酸序列差异分析技术之一，它能够适用于整个基因组水平。但常规寡核苷酸芯片存在检测特异性和灵敏度不高、步骤繁琐等问题，而且待检测靶标核酸分子范围较窄，不包括RNA仅限于DNA。
本论文提高了寡核苷酸芯片的检测特异性和检测灵敏度，并首次实现了寡核苷酸芯片对RNA分子序列差异的直接检测。首先，本论文优化了碱基堆积杂交技术和酰胺信号放大技术在寡核苷酸芯片上的应用，提高了寡核苷酸芯片的检测特异性和灵敏度。首次报道了当寡核苷酸芯片表面固定探针的Tm值为36℃时(长度约为11nt)，对单碱基错配的判别能力最高，并首次将酰胺信号放大技术的反应时间缩短了一半；其次，本论文首次将寡核苷酸芯片用于RNA序列差异的直接检测，并系统研究了寡核苷酸芯片中的碱基堆积杂交技术中各种杂交条件对RNA：DNA双螺旋中不同碱基错配形式判别能力的影响。实验结果表明碱基堆积杂交技术同寡核苷酸芯片结合，能够清晰地判别出RNA：DNA双螺旋中的不同错配碱基对，实现了寡核苷酸芯片对RNA分子中的序列差异进行高通量地直接检测。
本论文将改进的寡核苷酸芯片技术应用到遗传病恶性突变位点的检测和细菌检测。首先，本论文将改进的碱基堆积杂交技术同寡核苷酸芯片技术结合用于原发性肥厚型心肌病恶性突变位点的检测，包括6个单核苷酸替代突变和1个三碱基缺失突变在内的总共7个突变都能被清晰地判别开，其平均判别率是已发表文献的2.3倍；其次，首次将碱基堆积技术、酰胺信号放大和寡核苷酸芯片技术结合起来，以细菌16srRNA为杂交靶标分子，实现了寡核苷酸芯片技术对细菌灵敏和特异的检测，检测灵敏度为pmol级，使绕过PCR技术的核苷酸芯片灵敏检测成为可能；第三，本论文首次将不需任何核酸纯化处理的细菌破胞溶液直接滴加到寡核苷酸芯片上，即可达到对核酸序列的快速和特异检测、极大简化了寡核苷酸芯片检测细菌的实验步骤。整个实验过程只需破胞、杂交两个主要步骤，为芯片实验室的实现提供了实验基础。
本论文所提出的方法，提高了寡核苷酸芯片的检测特异性、检测灵敏度，将寡核苷酸芯片直接检测的模板扩展到RNA分子，这些技术同寡核苷酸芯片结合起来，成功地应用于遗传病恶性突变位点检测和细菌鉴定，促进了寡核苷酸芯片技术的发展和芯片实验室的实现。