半導體與生物技術融合帶來的科技突破

　　電子尤其是半導體技術與生物、化學技術的關系比筆者想象的要緊密得多，而且今后還會進一步融合。并且，融合所帶來的沖擊力非常巨大，甚至可以說具有破壞性。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)務的收入來源。雖然目前市場尚未全面擴大，但未來幾年之內將會出現(xiàn)幾百億日元規(guī)模的檢查技術。

　　工程師很容易理解DNA技術

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

　　不過，國外有幾項生物技術，尤其是與DNA相關的研究，卻跟物理學和工學研究非常相似。筆者在學生時代讀過的、由發(fā)現(xiàn)DNA構造的沃森(J.D.Watson)編著的《雙螺旋》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、工程學與生物學的隔閡。

　　為撰寫報道，筆者大致了解了一些DNA的相關研究成果。通過學習，筆者還認識到DNA及其作用其實就是將“生命的設計信息”翻譯成蛋白質合成的一種信息通信技術。DNA也有相當于通信編碼和糾錯技術的機制。DNA分析技術則跟現(xiàn)有的通信技術相似。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分析技術的進步史也跟計算機和半導體技術非常相似。比如，分析技術大幅提高了速度。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。筆者有個從事DNA研究的大學同學就經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。半導體技術在1年半～2年內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”內的微細化跟半導體一樣

　　不過，直到幾年前，DNA分析技術大多還是化學方法?；瘜W的檢查技術不斷“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)”技術所取代，并且還推動了DNA分析技術的巨大進步。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，電子技術終于走進生物學領域，打破了以往的裝置常識，大幅減小了產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。

　　電子技術的參與是在化學技術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沒有聯(lián)系，但芯片實驗室技術可以自然地理解為該工作要依托半導體芯片。順便一提，流感病毒直徑大約為100nm，剛好跟10年前的半導體設計規(guī)則差不多。