硅作芯片的片基,只有一些是玻璃做的。”
他拿起一个玻璃制的芯片,说:“这是一个玻璃制成的体外受精生物芯片,我们看到玻璃上刻有很多回路,有直角的,有弯角的,在上面放很多精子,在一个特定位置放一个卵子在显微镜下,可以看到精子的活动特点,精子直行,在活动到直角刻痕的时候不会拐弯,就死在那里,而在弯曲处可以挣扎通过。在这个“马拉松”似的长途跋涉中,精子活动也有分工,有打掩护的,有冲锋的,这些都是我们原来不知道的现象,经过这个被动式的生物芯片的取样观察分析以后,我们对生命的形成有了更深的认识”。
我们原先的印象是生物芯片将以往许多庞大的生化分析设备缩小,对此程京博士进一步介绍说:‘确实,生物芯片技术可以把生命科学研究中许多不连续的分析过程,比如样品制备、化学反应和分离检测,移植到芯片中使其连续化和微型化。原来这些各自分离的分析设备要占用很多层楼。在分析速度成千上万倍提高的同时,所需样品的量也成千上万倍减少。生物芯片的一个好处是它的兼容性,它不像有的生物仪器和分析仪器,一次只能做一种分析,除此以外别无他用。生物芯片是一个平台,没有太多歧视性,它是开放的。另外,生物芯片的设计都是并行设计,可以同时做很多事情,不像原来有的仪器一次只能完成一项测试,它可以一次进行多个测试,取得成千上万的数据。从量的关系上来看,生物芯片从宏观世界进入到微观世界,在微米、纳米级的线路上,将原来的生物实验装置很慢的生物分析处理过程,加速到只有几秒钟的过程。”
那么这个过程是如何集成到一个芯片上去的?程京博士说:“这个问题比较复杂,不是一两句话可以说清楚的。”他拿起一片被称为“主动式”的生物芯片说:“在这片生物芯片上,硅基上布排着电路,然后通过焊接工艺封装。”在这块芯片的外面还套着一个塑料器件,他解释说“因为生物芯片分析的是液体的生物样品,因此在生物芯片外面还套有一个流体通道,流体由光学系统进行检测,形成一个完整的回路。这个流体通道是一次性使用的。”
“如果我们观察一个生理检测的生物芯片,就可以发现上面有很多点,在显微镜下可以看见一个个方阵,有进口和出口。生物样品经过这些节点时,就可以得出很多信息。”
谈到生物芯片的第二次“硅革命”时,程京博士认为生物芯片所用的材料是很广泛的,如同电子计算机开始也并不是硅基,只是由于半导体材料的发展,人们对娃的认识加深了,用得多了,硅才成为电子集成电路的主要载体。
程京博士指着这一盒生物芯片说:“在这些生物芯片中,有些是研究用的,有些是医学检测用的。有的芯片可以将肿瘤细胞分离出来,这样对肿瘤的诊断和疾病的诊断,可以一次拿到很多分析结果”。
“作研究用的芯片,我们可以称为“锅碗瓢盆”,以前一般是从国外进口,不仅价格贵,而且由于在美国需求量大,他们优先考虑本国的需求。而这些东西我们自己完全能做出来,我认为工具性的东西如果依赖于别人,在一些情况下会受制于人。再者我们如果靠别人的信息做研究,但是别人产生的信息依赖的是自己的工具。
“在疾病诊断生物芯片上,清华大学已经用自己的专利在美国成立公司,这是一个产业化过程,靠我们自己的专利,产品的附加值很大”。
我们从最近的报道中知道生物芯片主要是实验手段上的革命,程京博士为我们展示了生物芯片的广阔应用前景。生物芯片对人类的好处首先是医学上的,他说:‘将来我们甚至可以有一些很小的‘傻瓜型”分析仪,可以携带在身上,携带者按说明书的指示自己取样,这个分析仪就可以告诉你身体出了什么问题,然后通过因特网将这些数据传送给医生,这样就不必到医院里检查了,这样的话,有可能将来医院的检验科将会消失。
再过几年,我们就可以实现远程诊断和治疗。如果解决了生物兼容性问题,将来可以将生物芯片植入人体,通过芯片了解人们的身体健康状况,变现在的治疗医学为将来的预防医学。这是生物芯片对医学的贡献。”
程京博士在美国读过犯罪诊断学,他说:“生物芯片在犯罪诊断学上用途也很广泛,现在犯罪取样都是在现场取样带回实验室分析,这种取样方式很容易出错,一是取样带回去的过程中可能搞错,另外在回实验室的途中可能污染,导致分析结果出错,用生物芯片的仪器可以在现场随时进行分析,尽快取得结果。”
“生物芯片在国防上的用途也很多,美国在90年代初对伊拉克发动战争以后,士兵中出现了一些生理症状,开始不明显,后来越来越强,他们称为海湾综合症。美国对此很重视,投入巨资研究生物武器的预防,在战争中,你不可能将生物实验室搬到战场,如果能有这样一个小东西,可以对战场上的空气、水、和大量生物进行检测,就可以得出结论,采取措施,否则一旦进入污染区就来不及了。另外,在战场上对残骸的鉴定也需要生物芯片技术,在第二