电子信息技术与生命科学的融合.doc

电子信息技术与生命科学的融合.doc电子信息技术与生命科学的融合
摘要：本文主耍介绍了电子克隆，基因芯片，电子细胞等三方而关于电子技 术与生物学融合相关的内容。生物医学电子学冃前尚是一个采用单向移植和双科 交融的边缘科学，从交叉学科的层次来看，尚处于较低的层次，但是它肩负着生 命科学与信息科学两个自然科学领头羊的交叉任务，因此面向21世纪，人类必 须运用创新的发散思维，即采用对现有科学的求异和批判思维，建立更开放的大 学科观，以迎接21世纪的挑战。
关键词：基因芯片；电子细胞；电子克隆
生命科学与信息科学将并肩齐驱，交叉配合领导其他科学技术进步。今后科 学发展的水平，在很大程度上取决于齐个领域中的科学技术究竟能向人类自身的 机体逼近到何种程度。而在解决这一类问题中，21世纪的生命科学的研究成果 将以特有的方式向自然科学的其它学科进行积极的反馈与报答。
1基因芯片
1. 1基因芯片技术及其发展
生物芯片的概念由Fodor等人在1991年提出，是指能够快速并行处理多个 样品并对其所包含的各种生物信息进行解剖的微型器件，它的加工运用了微电子 工业和微机电系统加工中所采用的一些方法，只是由丁其所处理和分析的对象是 生物样品，所以叫生物芯片(Biochip) o在生物芯片技术中，某因芯片技术建 立最早，也最为成熟。基因芯片，乂称DNA微阵列(DNA microarray),是把大 量已知序列探针集成在同一个基片(如玻片、膜)上，经过标记的若干靶核苜酸 序列与芯片特定位点上的探针杂交，通过检测杂交信号，对生物细胞或组织中大 量的基因信息进行分析。其突出特点在于高度并行性、多样性、微型化和自动化。 高度的并行性不仅可以大大提高实验的进程，而且有利于DNA芯片技术所展示图 谱的快速对照和阅读。多样性可以在单个芯片中同时进行样品的多参数分析，从
而避免因不同实验条件产生的误差，大大提高分析的精确性。微型化可以减少试 剂用量和减小反应液体积，降低实验费用。高度自动化则可以降低制造芯片的成 本和保证芯片的制造质量。
基因芯片的制备方法主耍有两种：原位合成法和点样法。从冃前应用的情况 來看，原位合成的基因芯片的密度高，重复性好，制备过程中的质量控制比较容 易，但是成本较高。而点样技术主要应用在部分没有商业化芯片的物种的基因芯 片的制备，制备的成本较低。原位合成的芯片是今后的一个发展和应用方向。基 因芯片的原位合成法是基于组合化学的合成原理，通过一组定位模板来决定基片 表而上不同化学单体的偶联位点和次序，把腺瞟吟（A）、鸟瞟吟（G）、胞I密唳 （C）、胸腺U密唳（T）四种不同碱基的核昔酸按不同次序化学偶联在相应的位点, 原位合成序列不同的寡核昔酸探针，形成DNA芯片。该方法的优点在于精确性高, 缺点是制造光掩蔽剂既费时乂昂贵。

随着基因芯片技术的H渐成熟，在功能基因组、疾病基因组、系统生物学等 领域中得到了广泛的应用，已经发表了上万篇研究论文，每年发表的论文呈现增 长的趋势。芯片制备技术极大地推进了生物芯片的发展，从实验室手工或机械点 制芯片到丁•业化原位合成制备，从儿百个点的芯片到儿百万点的高密度芯片，生 物芯片从一项科学成为一项技术，被越来越多的研究者广泛运用。齐个实验室不 断产生海量的杂交数据，相同领域的研究者需耍比较不同实验平台产生的数据，