從靈感到創新：我如何發明新型基因探針 

Tu Xiang Zheng (塗向真)

我的一項有關基因（DNA）探針的發明（美國專利號：US 6731831，發明名稱：Optical Switch Array Assembly For DNA Probe Synthesis And Detection）被美國專利局授權後，我的朋友，特別是國內的朋友，都異口同聲地問我，“你是搞半導體的，怎麼搞起生物芯片？”。問的很有道理，生物芯片和半導體是兩個不同的領域，從來都是不搭邊的，扯到一起必有其緣由。 

那是1993年，我在美國新澤西州拉特格斯(Rutges)大學的光纖材料研究中心當訪問教授，應邀參加研究中心教授舉辦的Party，與分子生物學系的一位教授聊起天來。他告訴我，他是從事基因研究的。我對新近熱門起來的基因話題很感興趣，就請他作個簡短介紹。這位教授很熱心，話題一拉開，就滔滔不絕，而我也聽得專心致志，津津有味。 

從此，我就迷上了生物芯片。當時，我研究的是微光機電系統，要轉向生物芯片，還是感到千頭萬緒，不知從何處入手。不過，我相信：只要堅定信心，不斷探索，終有一天，靈感降臨，從而暴發出巨大的創造力量。 

通過DNA芯片發展現狀分析，我了解到所有的生物芯片的核心技術是芯片的製備和反應信號的檢測，而這兩種現有技術都存在嚴重的問題。有的公司雖然可以製備高密度的DNA探 針，但它的缺點是耗時，操作複雜，光刻設備技術複雜，只能由專業化公司生產，加之成本高及合成效率低等問題。而反應信號的檢測要用專用的熒光掃描儀，並需 要圖像分析轉換數據。顯然，基因芯片技術發展的最終目標是將從探針製備到信號檢測的整個過程集成化，以便在一個封閉的系統內和在很短的時間內獲取所需的分 析結果。 

就在我苦思苦想的日日夜夜，奇蹟發生了。一天早晨醒來，我躺在床上還沒有起來，一個全新的想法閃現在我腦海里，我為全光通信設計的機械調製器，加大調製力度，不就可以實現光束傳輸的完全通行和完全關閉嘛！我高興極了，從床上跳起了，把我樓上的住戶都吵醒了。 

經過許多年的努力，我終於找到了一種新的DNA探針製備和DNA檢測技術，並獲得了美國發明專利。該發明將傳統分開進行的DNA探針製備和DNA序列檢測合併成一台小型的分析儀器，整個過程由電腦程序控制，並且探針密度高，檢測量大，操作簡便，價格低廉，容易推廣使用。 

生物遺傳的基礎是基因，地球上所有的生物都含有基因。一個簡單的病毒僅有幾個基因，而我們人類則擁有約１０萬個基因。每個人的身體內由１００兆個細胞組 成，每個細胞核中的ＤＮＡ分子，包含了人體的全部遺傳信息。人從一個受精卵開始逐漸發育成完整機體，控制這一過程的全部信息就在這１０萬個基因中。人類的 生長，發育，乃至健康，長壽等的全部信息，也都貯藏在這些基因之中。由於有關基因在結構上發生了變化，或其表達發生了故障才引起人的許多遺傳疾病，如某些 高血壓病，癌症，糖尿病，智力發育遲緩，老年痴呆症等。另外，人類之所以具有學習，語言，記憶，創造等智能，也正是由於基因含有了這些信息。 

基因的化學本質是ＤＮＡ。人體中的ＤＮＡ約有３０億個核苷酸，它們相互連接成長鏈。ＤＮＡ中核苷酸的排列次序是不同的，不同的排列次序，決定不同的生物功 能。因此，正確的核苷酸排列次序是至關重要的。只要有一個核苷酸的次序出了差錯，就會釀成了大禍。在膀胱癌的細胞中，有關基因上只要有一個核苷酸與正常細 胞不同，這個基因也就變成癌基因了。 

ＤＮＡ排列次序的測定要用生 物芯片。生物芯片像計算機芯片，可以對血液，尿液，痰液等中的靶標進行檢測。通過用正常樣品的數據與檢測樣品的數據比較，分析是否存在差異，醫生就可以根 據差異的情況判斷被檢測者的身體是否患有疾病。生物芯片就如同偵察兵，事先偵探病因，在一定程度上做到知己知彼。今後數十年內，對個人進行基因檢測將成為 診斷疾病的常規手段之一。醫生們可以通過研究個人的基因序列，向攜帶了不良基因的人士提出醫療建議，從而更有效地治療精神疾病，癌症，糖尿病等複雜疾病。 生物芯片還可以在感染性疾病診斷和耐藥檢測，器官移植，藥物篩選，指導個體化用藥，衛生檢疫，司法鑑定等多個方面發揮作用。