電子技術(shù)與生物技術(shù)“合體” 形成巨大沖擊力

　　筆者在最近的采訪時了解到在檢測和分析病毒、病原菌、癌癥中用到的DNA及蛋白質(zhì)分析技術(shù)中，現(xiàn)在已開始全面采用電子技術(shù)。

　　電子、尤其是半導(dǎo)體技術(shù)與生物、化學(xué)技術(shù)的關(guān)系比筆者想象的要緊密得多，且今后還會進一步融合。另外，融合所帶來的沖擊力非常巨大，甚至可以說是具有破壞性。通過采訪，讓筆者更加相信兩者的融合將成為今后很多業(yè)務(wù)的財源。雖然目前市場尚未正式擴大，但未來幾年之內(nèi)將會出現(xiàn)幾百億日元規(guī)模的檢查技術(shù)。

　　工程師很容易理解DNA技術(shù)

　　說實話，筆者對生物學(xué)曾經(jīng)不以為然。說來慚愧，可能因為筆者在高中的時候沒學(xué)好孟德爾定律，由此認定生物學(xué)是一門非常復(fù)雜、需要死記硬背的科目。筆者的專業(yè)是物理學(xué)及其應(yīng)用，而不知為什么日本的生物學(xué)家中有不少人否定物還原論及通過研究和實驗增長知識的科學(xué)觀，這也是筆者抵觸生物學(xué)的原因。

　　不過，國外有幾項生物技術(shù)，尤其是與DNA相關(guān)的研究卻跟物理學(xué)和工學(xué)研究非常相似。筆者在學(xué)生時代讀過的、由發(fā)現(xiàn)DNA構(gòu)造的沃森(J.D.Watson)著的《雙螺旋》（講談社文庫，1986年）是非常有趣的一本書。這既是一本非常棒的研究筆記，又能讓外行像讀最好的推理小說一樣津津有味地閱讀，可以體驗到研究的驚險和興奮。筆者完全沒有感覺到物理學(xué)、工程學(xué)與生物學(xué)的隔閡。

　　為撰寫報道，筆者大致了解了一些DNA的相關(guān)研究成果。通過學(xué)習(xí)，筆者還認識到DNA及其作用其實就是將“生命的設(shè)計信息”翻譯成蛋白質(zhì)合成的一種信息通信技術(shù)。DNA也有相當于通信編碼和糾錯技術(shù)的機制。DNA分析技術(shù)則跟現(xiàn)有的通信技術(shù)相似。比如，首先放大微弱的信號，然后進行分析。

　　進步神速超過超級計算機

　　DNA分析技術(shù)的進步史也跟計算機和半導(dǎo)體技術(shù)非常相似。比如，分析技術(shù)大幅提高了速度。解讀人類DNA中的30億個堿基對序列的“DNA測序”在1990年代之前大部分采用人海戰(zhàn)術(shù)。筆者有個從事DNA研究的大學(xué)同學(xué)就經(jīng)常抱怨連睡覺的時間都沒有。

　　而到了2000年代以后，分析程序的自動化和并行化迅速發(fā)展，“分析速度2年提高了大約10倍”。那么10年就提高10萬倍。半導(dǎo)體技術(shù)在1年半～2年內(nèi)集成度和工作性能提高到了原來的2倍，超級計算機的速度2年提高了約4倍，10年提高了約1000倍，由此可見DNA分析技術(shù)的進步有多快。在1990年代，解讀人類DNA所有堿基對需要幾年時間，而現(xiàn)在只需1～2天即可完成。

　　“實驗室”內(nèi)的微細化跟半導(dǎo)體一樣

　　不過，直到幾年前，DNA分析技術(shù)大多還是化學(xué)方法?；瘜W(xué)的檢查技術(shù)不斷“微細化”，過去晃動試管的工作已逐漸被整個實驗室建立在芯片上的“芯片實驗室（Lab-on-a-chip）”技術(shù)所取代，并且還推動了DNA分析技術(shù)的巨大進步。但是，即使解讀時間縮短，所使用的光分析裝置的小型化速度卻沒有能象分析時間那樣縮短得那么快。到現(xiàn)在，主要的分析裝置大多還有大衣柜那么大，能放到放在桌子上的儀器已算是非常小的了。

　　最近，電子技術(shù)終于走進生物學(xué)領(lǐng)域，打破了以往的裝置常識，大幅減小了產(chǎn)品尺寸并提高了精度。比如，2012年英國OxfordNanoporeTechnologies公司推出的DNA分析裝置跟U盤差不多大，可拿在手里。

　　電子技術(shù)的參與是在化學(xué)技術(shù)的小型化之后才實現(xiàn)的。雖然晃動試管的工作與電子技術(shù)沒有聯(lián)系，但芯片實驗室技術(shù)可以自然地理解為該工作要依托半導(dǎo)體芯片。順便一提，流感病毒直徑大約為100nm，剛好跟10年前的半導(dǎo)體設(shè)計規(guī)則差不多。

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　　生活的變化超過通信技術(shù)的進步？

　　隨著DNA分析技術(shù)的進步，還會出現(xiàn)一些讓人難以高興的事情，比如：可以了解自己未來的疾病及在孩子出生之前掌握孩子的遺傳信息。不過，DNA分析技術(shù)的進步也確實對我們的生活提供了幫助。比如，不僅可以檢測出病毒及立即診斷出其他疾病，還能辨別藥效的不同。電子技術(shù)已開始用于檢查食品的種類、品牌及產(chǎn)地。不論好壞，這些DNA分析技術(shù)的進步今后將極有可能大幅改變我們的生活。僅日本就有幾萬億日元的市場規(guī)模，也不算夸張。我們生活的改變程度或許會超過電話機變成手機和智能手機的沖擊力。

　　或許會有人反駁說，基本沒有實例證明DNA分析技術(shù)跟生活有關(guān)系。這樣說也不無道理。實際上，DNA分析技術(shù)過去可以說跟我們的生活根本沒有關(guān)系。直到最近，DNA分析大多還是以研究為主。

　　但是，這或許只是因為過去在技術(shù)上和成本上條件還不成熟。幾十天完成DNA測序是幾年前才實現(xiàn)的；而幾天完成DNA測序是2～3年前才實現(xiàn)的；而通過采用電子技術(shù)可將分析裝置拿在手里則是1年半前才實現(xiàn)的。十幾年前做一次DNA測序需要幾百億日元，而現(xiàn)在只需大約10萬日元，今后還會更便宜。將分析結(jié)果用于具體疾病診斷的認識也在迅速普及。DNA分析技術(shù)的進步速度非?？?，是其他技術(shù)無法比擬的，因此誰都難以準確預(yù)測其沖擊力。

　　另一方面，有廉價的技術(shù)出現(xiàn)，人們不可能不用。比如，只需對著智能手機吹氣即可診斷出病毒感染及癌癥等，當場查看酒店的高級餐廳端上來的蝦的種類及產(chǎn)地等以前只能認為是科幻小說中場景在不久的將來就會實現(xiàn)。某位從事DNA分析的技術(shù)人員介紹說：“DNA檢測食品產(chǎn)地和品牌要比身份確認等容易得多”。

　　半導(dǎo)體技術(shù)人員有很大的活躍余地

　　化學(xué)與電子之所以加速融合，主要是因為曾經(jīng)的半導(dǎo)體技術(shù)人員很多參與到了DNA分析技術(shù)之中。美國生物技術(shù)廠商中，有不少風(fēng)險企業(yè)都在硅谷設(shè)立研究基地。日本技術(shù)人員中也有從量子計算機及攝像元件研究轉(zhuǎn)行做DNA分析的，以及到德國大學(xué)留學(xué)重新考取生物相關(guān)學(xué)位的。

　　他們在轉(zhuǎn)行時，也確實會因電子與生物技術(shù)的差異而感到過困擾。在德國大學(xué)留過學(xué)的一位技術(shù)人員說：“半導(dǎo)體技術(shù)和生物技術(shù)的技術(shù)用語不同，我花了很長時間才習(xí)慣”。比如，“控制”在電子技術(shù)中用于表示控制，而在生物技術(shù)中則用來表示“做對照實驗或與對照群進行比較”。

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來源：[db:出處]

作者：tee