生物工程中檢測技術(shù)的需求和發(fā)展趨勢

朱婉玉

摘要：生物工程在近現(xiàn)代發(fā)展迅速，給社會(huì)各行各業(yè)都帶來了深遠(yuǎn)的影響，逐漸成為未來的四大研究學(xué)科之一。生物工程檢測技術(shù)作為生物工程發(fā)展的一個(gè)重要趨勢也受到越來越多的重視，其發(fā)展前景也不容小視。本文結(jié)合社會(huì)需求和生物工程技術(shù)的發(fā)展對生物工程檢測技術(shù)的需求及其發(fā)展趨勢進(jìn)行探討分析，供各位同行參考指正。

關(guān)鍵詞：生物工程；檢測技術(shù)；需求；發(fā)展趨勢

生物學(xué)是跟生命研究息息相關(guān)的學(xué)科，是整個(gè)社會(huì)關(guān)注和研究的重點(diǎn)。早期的生物科學(xué)由于受到認(rèn)知的局限性，僅停留在描述階段，直到19世紀(jì)，隨著“進(jìn)化論”以及“細(xì)胞學(xué)說”的誕生，才標(biāo)志著生物科學(xué)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)研究的階段。當(dāng)發(fā)展到20世紀(jì)初時(shí)，“基因?qū)W說”開始進(jìn)入主流，使生物學(xué)正是成為了現(xiàn)代自然科學(xué)。近些年，由于數(shù)學(xué)、物力、化學(xué)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，生物學(xué)也迎來了發(fā)展的春天，在各個(gè)研究領(lǐng)域都有所突破，而且隨著其研究的不斷深入，未來的發(fā)展將進(jìn)入一個(gè)難以預(yù)測的程度，就跟20實(shí)際50年代的人很難想象計(jì)算機(jī)技術(shù)將給現(xiàn)代人的生活造成革命性影響一樣。因此，人們有理由相信，當(dāng)生物學(xué)逐漸發(fā)展成熟時(shí)，其技術(shù)應(yīng)用必將遍布我們?nèi)粘Ｉ钪械母鱾€(gè)方面。而生物工程檢測技術(shù)作為生物工程發(fā)展的一個(gè)重要分支，在分子生物學(xué)領(lǐng)域必將有著很高的需求和廣泛的應(yīng)用前景。

一、生物工程對檢測技術(shù)的需求

DNA分子重組技術(shù)在近些年發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛，促使人們對現(xiàn)代生物工程的科學(xué)技術(shù)的研究發(fā)展由原來的實(shí)驗(yàn)科學(xué)逐漸轉(zhuǎn)變成精確定量的科學(xué)，同時(shí)由于現(xiàn)代生物工程技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，整個(gè)行業(yè)對產(chǎn)業(yè)化過程中的質(zhì)量控制、標(biāo)準(zhǔn)制定、監(jiān)測等方面都有著越來越高的要求。生物工程檢測技術(shù)貫穿生物工程的上游、中游和下游，整個(gè)生物工程研究領(lǐng)域?qū)ζ溆兄鴱V泛的需求，其質(zhì)量發(fā)展的高低也直接影響著現(xiàn)代生物工程技術(shù)的發(fā)展和影響深度。

1.波譜檢測分析技術(shù)的運(yùn)用

檢測技術(shù)覆蓋生物工程的各個(gè)方面，比如生物大分子（核酸、蛋白質(zhì)）的研究，原生質(zhì)物質(zhì)濃度、含量以及結(jié)構(gòu)變化等的觀察測定，還有各種生命過程中能量的傳遞跟吸收等。現(xiàn)在比較常用的檢查技術(shù)有拉曼光譜、紅外光譜、紫外-可見光譜等。但是，由于活性生物體的光譜具有動(dòng)態(tài)的性能，而且在生物領(lǐng)域很難找到具有標(biāo)準(zhǔn)特性的物質(zhì)，傳統(tǒng)的量值溯源技術(shù)無法滿足生物學(xué)研究的發(fā)展需求。因此，在現(xiàn)代研究領(lǐng)域?qū)ι锕こ虣z測技術(shù)進(jìn)行開發(fā)探討是相當(dāng)重要且必要的。同時(shí)，由于組成生物的大分子的結(jié)構(gòu)功能變化迅速而且時(shí)間差異大，對檢測技術(shù)設(shè)備的時(shí)間分辨量級要求劇增，目前需要達(dá)到皮秒甚至是飛秒的水平，也就是10-12s或10-15s。因此，整個(gè)研究領(lǐng)域要對時(shí)間頻率計(jì)量技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究。電子順磁共振技術(shù)通過利用未成對電子在磁場力的作用下能夠吸收電磁波能量從而使電子發(fā)生能級間躍遷的特征，對順磁性物質(zhì)加強(qiáng)了分析檢測。未成對電子存在于很多生物大分子里面，比如細(xì)胞在新陳代謝過程中產(chǎn)生的中間體，酶促反應(yīng)中的中間體等，這些物質(zhì)都相當(dāng)適合通過電子順磁共振技術(shù)來進(jìn)行相關(guān)研究。核磁共振技術(shù)是進(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)分析的重要工具，現(xiàn)階段已經(jīng)在生物膜、藥物研究等方面有了廣泛應(yīng)用。上述兩種非光譜分析的檢測技術(shù)涉及放射性、和電磁等方面，如果沒有高靈敏度熱分析儀器的出現(xiàn)，其應(yīng)用發(fā)展也是具有局限性的。因此，開展熱分析技術(shù)研究可以促進(jìn)生物工程的發(fā)展。在實(shí)際操作過程中，無論是核酸電泳還是蛋白質(zhì)電泳，他們都是已知分子量的參照物，表面上看，已經(jīng)有了量值溯源的標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)際上這種標(biāo)準(zhǔn)的可靠性還有待進(jìn)一步研究確定。這就引申出采用質(zhì)樸分析法來研究分子質(zhì)量的量值溯源標(biāo)準(zhǔn)問題。在生物工程研究領(lǐng)域，被研究檢測的對象一般是有生命的活體物質(zhì)，其整個(gè)過程需要在常溫、常壓、沒有污染和破壞的適合生命生存的環(huán)境下進(jìn)行，這進(jìn)一步促進(jìn)了光譜檢測技術(shù)和電磁輻射技術(shù)的廣泛應(yīng)用，并主導(dǎo)了研究的方向。

2.生物化工過程的參數(shù)檢測

生物化工技術(shù)是一種集生物技術(shù)、現(xiàn)代化工技術(shù)、在線控制和參數(shù)檢測等多種技術(shù)于一體的新型工程技術(shù)，在生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展過程中有著舉足輕重的作用，能夠增加生物技術(shù)的應(yīng)用范圍和深度，同時(shí)還能夠提高生物工程技術(shù)產(chǎn)品的質(zhì)量。但由于技術(shù)的局限性，生物化工技術(shù)也成為了生物工程產(chǎn)業(yè)化路上的一個(gè)瓶頸。在生物化學(xué)工程開發(fā)過程中，基本的內(nèi)容是利用細(xì)胞或者酶作為催化劑生產(chǎn)生物產(chǎn)品，要想實(shí)現(xiàn)這一目的，需要對各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行檢測，從而對生產(chǎn)過程進(jìn)行定量、定性的描述，在此基礎(chǔ)上對整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行有效控制，確保其在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。開發(fā)系統(tǒng)是生物反應(yīng)過程的特征之一，生物從外界獲取物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞里面，通過自身的生化反應(yīng)獲得需要的能源，然后通過新陳代謝把廢棄物排出。過程檢查技術(shù)可以對這一過程中的各種信息進(jìn)行收集、統(tǒng)計(jì)分析，得到反映細(xì)胞變化的各種信息。工業(yè)領(lǐng)域培養(yǎng)細(xì)胞一般是分批進(jìn)行的，各種參數(shù)隨著細(xì)胞的生長代謝不斷發(fā)生變化，需要在計(jì)算機(jī)的幫助下對過程進(jìn)行全方面的跟蹤控制，并且將所有檢查數(shù)據(jù)通過二次儀表顯示出來，需要的時(shí)候還可以傳送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行后期分析處理。一般情況下，計(jì)算機(jī)生物反應(yīng)系統(tǒng)包含信號(hào)檢測、計(jì)算機(jī)控制和工藝研究相結(jié)合三部分。在進(jìn)行生物培養(yǎng)的時(shí)候，可以通過前面獲得的各項(xiàng)參數(shù)分析出有關(guān)的信息，這些信息就構(gòu)成了間接參數(shù)，這些間接參數(shù)能夠有效的反應(yīng)細(xì)胞的生理特性，更加有利于細(xì)胞培養(yǎng)工作的開展。

二、生物工程檢測技術(shù)發(fā)展趨勢

生物工程是一把雙刃劍，雖然其研究能給社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到相當(dāng)重要的促進(jìn)作用，但一旦出現(xiàn)問題，其后果也是不可估量的，因此，世界上的大多數(shù)國家在生物工程研究方面都比較“謹(jǐn)小慎微”，屬于處著摸著石頭過河的狀態(tài)。造成這種狀況的原因比較多。但根本原因還是生物工程具有自身的特殊性--跟人的生命安全、社會(huì)倫理道德密切相關(guān)。在未來，那些能使生物工程檢測技術(shù)要有所突破，取得大跨度的發(fā)展的技術(shù)，就逐漸成為各國研究的重點(diǎn)和生物學(xué)技術(shù)發(fā)展的趨勢。

1.檢測技術(shù)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化

DNA 重組技術(shù)現(xiàn)在已近基本處于比較成熟的狀態(tài)，但重組之后長生什么樣的影響還是及其不確定的，需要在大規(guī)模實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行長期的跟蹤觀察、研究，并進(jìn)行總結(jié)和安全評價(jià)。就算實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示重組技術(shù)完美，后續(xù)危害幾乎沒有，那也存在著立法方面的問題，只有立法了，這項(xiàng)技術(shù)才能正式廣泛的應(yīng)用。在立法過程中，有很多的單位、概念需要有嚴(yán)格的界定。因此，生物工程檢測技術(shù)在發(fā)展過程中要不斷標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，使整個(gè)研究領(lǐng)域形成一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，利于立法和技術(shù)的交流應(yīng)用。

2.檢測技術(shù)的多元化發(fā)展

社會(huì)在進(jìn)步，生物工程技術(shù)的發(fā)展也是瞬息萬變的，生物工程檢測技術(shù)也要在自身方面尋求突破，向多元化發(fā)展。在滿足傳統(tǒng)檢測需求的基礎(chǔ)上，隨時(shí)迎接新的技術(shù)突破和變革，力爭跟生物工程技術(shù)的發(fā)展同步。

3.檢測技術(shù)的多領(lǐng)域滲透

現(xiàn)在，很多檢測技術(shù)都處于比較成熟的狀態(tài)，其應(yīng)用是相對安全和穩(wěn)定的，因此，科研人員要大膽突破，加強(qiáng)檢測技術(shù)向其他行業(yè)的擴(kuò)展?jié)B透，既能增加其社會(huì)價(jià)值，又能在應(yīng)用的過程中尋求突破，在發(fā)展中求生存，在應(yīng)用中擴(kuò)展市場，進(jìn)一步促進(jìn)生物工程檢測技術(shù)的商業(yè)化。將技術(shù)轉(zhuǎn)為生產(chǎn)力、創(chuàng)造社會(huì)價(jià)值。

結(jié)束語

生物工程作為一個(gè)極具影響力和創(chuàng)造力的學(xué)科越來越受到各個(gè)國家和科研機(jī)構(gòu)的重視，但因?yàn)槠涮厥庑裕谘芯堪l(fā)展的過程中還比較拘謹(jǐn)。生物工程檢測技術(shù)作為其安全及質(zhì)量的保障，也應(yīng)該受到重視，要加強(qiáng)相關(guān)應(yīng)用研究，確保滿足生物工程技術(shù)的發(fā)展需求，確保將生物工程技術(shù)及時(shí)安全有效的應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1]李致勛.現(xiàn)代生物工程技術(shù)簡介[J].化工生產(chǎn)與技術(shù)，2018，01（06）：16-22.

（作者單位：天津科技大學(xué)）