浅述生物技术与信息技术的融合发展

浅述生物技术与信息技术的融合发展

杨晨

四川汇金商贸有限公司 四川成都 610000

摘要：众所周知，目前我国科学技术的飞速发展，其中信息技术发挥了重要作用。随着海量数据爆发式增长给信息技术的发展带来了更多的挑战，信息技术的计算、存储和分析得到爆发式的增长，随之而来的能耗、效能挑战使得信息技术急需寻求新的发展方向。生物技术作为重要的基础学科，其神经形态和DNA数据存储为信息技术的发展提供了新的方向。基于此，本文简要进行了相关介绍与分析。

关键词：生物技术；信息技术；融合发展

1.生物技术与信息技术的融合发展理论基础

根据物理学家埃尔温·薛定谔（ErwinSchrödinger）于1944年发表的《生命是什么？活细胞的物理学观》一书。在书中，薛定谔提出“是什么让生命系统似乎与已知的物理学定律相悖”的问题，启发了詹姆斯·沃森（JamesWatson）和弗朗西斯·克里克（FrancisCrick）等物理学家投身生命科学的研究，进而发现DNA的双螺旋结构，开启了现代生命科学的发展。同时，薛定谔提出在生命系统中“必须努力找到一种新的物理定律”，这也启发了克劳德·香农（ClaudeShannon）和诺伯特·维纳（NorbertWiener）对于新概念的探索，并进而在“信息”的探索中分别提出了信息论和控制论。以此为起点，20世纪下半叶，生物技术和信息技术分别沿着各自的轨迹渐进发展。1990年正式启动的“人类基因组计划”，使得人们从“三论”（系统论、控制论和信息论）的角度重新审视生命科学的发展规律。“人类基因组计划”最早的倡导者之一莱诺伊·胡德（LeroyHood）提出了“系统生物学”研究的必要性，并进而提出预见性（predictive）、预防性（preventive）、个性化（personalized）和参与性（participatory）的“4P医学”发展方向。此外，美国麻省理工学院从控制论的角度审视了“系统生物学”在合成生物学中的应用。

2.生物技术与信息技术的融合发展的意义

2.1科技驱动力

信息技术与生物技术的融合，改变了生命科学“实验驱动”的发展方式，向着“数据驱动”转型。信息技术的发展得益于生物体的处理过程，受到了更多的启发，是信息技术发展的有力支撑。近年来，产业界和科技界逐渐将目光投向了生物启发计算、DNA存储、神经形态芯片等新的交叉技术领域。相互推动、齐头并进是当前生物技术和信息技术融合发展的新方式，成为了新一轮科技革命的重要驱动力。

2.2重要的战略选择

早在2001年，美国各界就高度关注信息技术与生物技术融合的发展趋势。在《会聚观》《21世纪的新生物学》等报告中都提出了生物技术发展的核心驱动力就是信息技术等的会聚。随之在一些重大计划像“精准医学计划”“脑科学计划”等计划中广泛地融人了信息技术手段。同时，美国的信息技术联盟对于“半导体合成生物学”这一邻域十分关注，并实行了重点布局，这些信息技术与生物技术融合的发展举措，加快了生命科学解决方案的开发，催生了信息技术大数据存储和分析的需求。除此之外，各大型信息技术企业也纷纷和生物技术企业或医药投资者展开了战略合作，像美国麻省理工学院与Sunovion、拜耳、巴斯夫等医药制药公司开展合作和交流，再比如，泛林公司作为半导体设备龙头企业，已经在合成生物学研究等方面做好了战略布局，还有像谷歌、微软等大型信息技术企业也加强了和大型生物技术企业的战略合作。

2.3催生更多的新兴布局空间

生物技术和信息技术的融合发展，像美国的“脑科学计划”“人体微生物组计划”等项目，也将促进人工智能、健康、工业等更多的新兴布局空间。生命组学与半导体领域的交叉融合，将促进生物电子细胞、CAD/CAM等的发展;与通信领域的交叉融合，将带来移动医疗、可穿戴设备、电子处方等的发展;与互联网领域的交叉融合，将带来人机交互、远程医疗等的发展;与脑科学领域的交叉融合，将促进计算神经科学、3D生物学等的发展。

3.生物技术与信息技术融合发展带来的重要变革分析

主要从以下两个方面进行分析与介绍。

3.1健康方面

生物技术和信息技术的融合发展，将使“生物-社会-心理-环境”医学模式具备强大的技术支撑，进而将该医学模式的理论优势转化为实践优势，促成以“疾病”为中心向以“健康”为中心的转变、从“治已病”向注重“治未病”的转变、从“单一要素防控”向“全方位干预健康影响因素”的转变、从“依靠卫生健康系统”向“社会整体联动”的转变、从“服务部分人群”向“维护全生命周期健康”的转变。此外，使“每个人都是自己健康的第一责任人”理念得到健康状态辨识、健康风险评估、健康自主管理和健康主动促进等技术的全面支持。从而，构建起支撑从尚未出生的胎儿到老年人群、贯穿家庭社区和医院的健康信息平台，消除数据壁垒，畅通共享通道，推动医学取得突破，帮助百姓获得实惠；推动覆盖全生命周期的健康管理服务、支持全链条管理的重大慢性疾病防治，实现预防、治疗、康复和自我保健管理一体化发展。综合来看，在技术交叉融合的驱动下，健康管理或将实现早发现、早诊断、早干预的“关口前移”，数字化、个性化、精准化的“一人一方案、一病一路径”，全面筛查、全程管理、全民健康的“全方位诊疗”，以进一步满足人民群众的健康需求。

3.2制造方面

信息技术的引入，使生物技术的工程化开发有了强有力的工具支撑，从而使在DNA合成、细胞制造等方面的能力实现质的突破。以DNA合成为例，半导体技术的引入促进了新的发展：第二代DNA合成仪的开发借鉴了半导体技术，通过半导体工艺引入发展了物理掩膜法原位合成仪器、光敏保护基团介导的光控原位合成仪器、基于电化学介导酸脱保护合成方法的半导体原位合成仪器、喷墨式打印DNA原位合成仪器、基于硅片的喷墨式合成仪器及原位拼接技术等。其中，基于硅片的喷墨式合成仪的开发，或将意味着这一领域走出类似“摩尔定律”的路径，并为第三代DNA合成仪的开发提供基础支撑（酶法合成或许也可以与基于硅片的喷墨式平台相结合）。细胞制造的产业发展，或将经历类似半导体领域的从“垂直一体化”向“垂直分工”的分化发展，形成“设计—制造—测试”的垂直链条分工，即“细胞设计”“细胞制造”和“细胞测试（分为基本质量控制测试和临床应用测试）”三大环节，由价值链上的不同企业分工来完成。2017年，美国国家细胞制造协会（NCMC）发布了《面向2025年大规模、低成本、可复制、高质量的细胞制造技术路线图》的更新版，从其定义的细胞处理，细胞保存、分配与操作，处理监测与质量控制、标准化与监管支持，以及员工发展等环节，也可以看出分工协同的思路。因而，细胞制造的成本或将也以类似“摩尔定律”的路径下降，从而带来生物制造能力的巨大突破。上述方面的突破，将为信息技术的发展带来新空间。例如，美国发布的“半导体合成生物学路线图”提出了“高能效、小规模、细胞启发的信息系统”的开发方向。通过编程细胞机器与半导体平台的相互作用，“生物-半导体混合系统”或将具有超过传统电子设备的、前所未有的能力，能够对环境信号进行连续复杂的计算。这些创新产品的制造能力升级，将带来空前的发展潜能。

4.结语

总而言之，信息技术与生物技术的融合发展不仅是科学技术进步的重要表现，为人类社会的发展提供帮助的同时，是人类社会和时代发展的必然趋势，应当予以高度的关注。

参考文献

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[2]闫双巧.人脸识别等生物识别技术侵权救济——以个人信息保护为视角[J].河南工学院学报,2020,28(06):74-80.

[3]员建武.生物信息学技术在病原生物学中的应用分析[J].热带农业工程,2020,44(05):25-27.

作者简介：杨晨 （1993年07月），男，职称:助理工程师，职务:总监，学历:专科。