从灵感到创新：我如何发明新型基因探针 

Tu Xiang Zheng (涂向真)

我的一项有关基因（DNA）探针的发明（美国专利号：US 6731831，发明名称：Optical Switch Array Assembly For DNA Probe Synthesis And Detection）被美国专利局授权后，我的朋友，特别是国内的朋友，都异口同声地问我，“你是搞半导体的，怎么搞起生物芯片？”。问的很有道理，生物芯片和半导体是两个不同的领域，从来都是不搭边的，扯到一起必有其缘由。 

那是1993年，我在美国新泽西州拉特格斯(Rutges)大学的光纤材料研究中心当访问教授，应邀参加研究中心教授举办的Party，与分子生物学系的一位教授聊起天来。他告诉我，他是从事基因研究的。我对新近热门起来的基因话题很感兴趣，就请他作个简短介绍。这位教授很热心，话题一拉开，就滔滔不绝，而我也听得专心致志，津津有味。 

从此，我就迷上了生物芯片。当时，我研究的是微光机电系统，要转向生物芯片，还是感到千头万绪，不知从何处入手。不过，我相信：只要坚定信心，不断探索，终有一天，灵感降临，从而暴发出巨大的创造力量。 

通过DNA芯片发展现状分析，我了解到所有的生物芯片的核心技术是芯片的制备和反应信号的检测，而这两种现有技术都存在严重的问题。有的公司虽然可以制备高密度的DNA探 针，但它的缺点是耗时，操作复杂，光刻设备技术复杂，只能由专业化公司生产，加之成本高及合成效率低等问题。而反应信号的检测要用专用的荧光扫描仪，并需 要图像分析转换数据。显然，基因芯片技术发展的最终目标是将从探针制备到信号检测的整个过程集成化，以便在一个封闭的系统内和在很短的时间内获取所需的分 析结果。 

就在我苦思苦想的日日夜夜，奇迹发生了。一天早晨醒来，我躺在床上还没有起来，一个全新的想法闪现在我脑海里，我为全光通信设计的机械调制器，加大调制力度，不就可以实现光束传输的完全通行和完全关闭嘛！我高兴极了，从床上跳起了，把我楼上的住户都吵醒了。 

经过许多年的努力，我终于找到了一种新的DNA探针制备和DNA检测技术，并获得了美国发明专利。该发明将传统分开进行的DNA探针制备和DNA序列检测合并成一台小型的分析仪器，整个过程由电脑程序控制，并且探针密度高，检测量大，操作简便，价格低廉，容易推广使用。 

生物遗传的基础是基因，地球上所有的生物都含有基因。一个简单的病毒仅有几个基因，而我们人类则拥有约１０万个基因。每个人的身体内由１００兆个细胞组 成，每个细胞核中的ＤＮＡ分子，包含了人体的全部遗传信息。人从一个受精卵开始逐渐发育成完整机体，控制这一过程的全部信息就在这１０万个基因中。人类的 生长，发育，乃至健康，长寿等的全部信息，也都贮藏在这些基因之中。由于有关基因在结构上发生了变化，或其表达发生了故障才引起人的许多遗传疾病，如某些 高血压病，癌症，糖尿病，智力发育迟缓，老年痴呆症等。另外，人类之所以具有学习，语言，记忆，创造等智能，也正是由于基因含有了这些信息。 

基因的化学本质是ＤＮＡ。人体中的ＤＮＡ约有３０亿个核苷酸，它们相互连接成长链。ＤＮＡ中核苷酸的排列次序是不同的，不同的排列次序，决定不同的生物功 能。因此，正确的核苷酸排列次序是至关重要的。只要有一个核苷酸的次序出了差错，就会酿成了大祸。在膀胱癌的细胞中，有关基因上只要有一个核苷酸与正常细 胞不同，这个基因也就变成癌基因了。 

ＤＮＡ排列次序的测定要用生 物芯片。生物芯片像计算机芯片，可以对血液，尿液，痰液等中的靶标进行检测。通过用正常样品的数据与检测样品的数据比较，分析是否存在差异，医生就可以根 据差异的情况判断被检测者的身体是否患有疾病。生物芯片就如同侦察兵，事先侦探病因，在一定程度上做到知己知彼。今后数十年内，对个人进行基因检测将成为 诊断疾病的常规手段之一。医生们可以通过研究个人的基因序列，向携带了不良基因的人士提出医疗建议，从而更有效地治疗精神疾病，癌症，糖尿病等复杂疾病。 生物芯片还可以在感染性疾病诊断和耐药检测，器官移植，药物筛选，指导个体化用药，卫生检疫，司法鉴定等多个方面发挥作用。