工程師很容易理解DNA技術(shù)
說(shuō)實(shí)話，筆者對(duì)生物學(xué)曾經(jīng)不以為然。說(shuō)來(lái)慚愧，可能因?yàn)楣P者在高中的時(shí)候沒(méi)學(xué)好孟德?tīng)柖桑纱苏J(rèn)定生物學(xué)是一門(mén)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)家中有不少人否定還原論，以及通過(guò)研究和實(shí)驗(yàn)增長(zhǎng)知識(shí)的科學(xué)觀，這也是筆者抵觸生物學(xué)的原因。
不過(guò)，國(guó)外有幾項(xiàng)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(shí)代讀過(guò)的、由發(fā)現(xiàn)DNA構(gòu)造的沃森（J.D.Watson）編著的《雙螺旋》是非常有趣的一本書(shū)。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(shuō)一樣津津有味地閱讀，可以體驗(yàn)到研究的驚險(xiǎn)和興奮。筆者完全沒(méi)有感覺(jué)到物理學(xué)、工程學(xué)與生物學(xué)的隔閡。
為撰寫(xiě)報(bào)道，筆者大致了解了一些DNA的相關(guān)研究成果。通過(guò)學(xué)習(xí)，筆者還認(rèn)識(shí)到DNA及其作用其實(shí)就是將“生命的設(shè)計(jì)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(dāng)于通信編碼和糾錯(cuò)技術(shù)的機(jī)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(hào)，然后進(jìn)行分析。
進(jìn)步神速超過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)
DNA分析技術(shù)的進(jìn)步史也跟計(jì)算機(jī)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(lèi)DNA中的30億個(gè)堿基對(duì)序列的“DNA測(cè)序”在1990年代之前大部分采用人海戰(zhàn)術(shù)。筆者有個(gè)從事DNA研究的大學(xué)同學(xué)就經(jīng)常抱怨連睡覺(jué)的時(shí)間都沒(méi)有。
而到了2000年代以后，分析程序的自動(dòng)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(wàn)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(lái)的2倍，超級(jí)計(jì)算機(jī)的速度2年提高了約4倍，10年提高了約1000倍，由此可見(jiàn)DNA分析技術(shù)的進(jìn)步有多快。在1990年代，解讀人類(lèi)DNA所有堿基對(duì)需要幾年時(shí)間，而現(xiàn)在只需1～2天即可完成。
“實(shí)驗(yàn)室”內(nèi)的微細(xì)化跟半導(dǎo)體一樣
不過(guò)，直到幾年前，DNA分析技術(shù)大多還是化學(xué)方法。化學(xué)的檢查技術(shù)不斷“微細(xì)化”，過(guò)去晃動(dòng)試管的工作已逐漸被整個(gè)實(shí)驗(yàn)室建立在芯片上的“芯片實(shí)驗(yàn)室（Lab-on-a-chip）”技術(shù)所取代，并且還推動(dòng)了DNA分析技術(shù)的巨大進(jìn)步。但是，即使解讀時(shí)間縮短，所使用的光分析裝置的小型化速度卻沒(méi)有能象分析時(shí)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(jìn)生物學(xué)領(lǐng)域，打破了以往的裝置常識(shí)，大幅減小了產(chǎn)品尺寸并提高了精度。比如，2012年英國(guó)OxfordNanoporeTechnologies公司推出的DNA分析裝置跟U盤(pán)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(shí)現(xiàn)的。雖然晃動(dòng)試管的工作與電子技術(shù)沒(méi)有聯(lián)系，但芯片實(shí)驗(yàn)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(jì)規(guī)則差不多。
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