生物工程中檢測(cè)技術(shù)的需求和發(fā)展趨勢(shì)

姜琳

(華東理工大學(xué)生物工程學(xué)院 上海 200237)

作為一門(mén)研究生命的學(xué)科,16世紀(jì)末隨著資本主義發(fā)展和文藝復(fù)興時(shí)代的到來(lái),生物學(xué)的雛形逐漸形成。但是,早期的生物學(xué)僅停留在對(duì)事物的描述階段。生物學(xué)作為一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué),其主要依據(jù)“細(xì)胞學(xué)說(shuō)”和“進(jìn)化論”的成立[1]。直至20世紀(jì)初,生物學(xué)中的“基因?qū)W說(shuō)”將生物學(xué)的發(fā)展推入了近代自然科學(xué)的行列。在后期生物學(xué)不斷發(fā)展的過(guò)程中,由于物理、數(shù)學(xué)、化學(xué)等學(xué)科的相互交叉滲透,應(yīng)用先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù),生物學(xué)的發(fā)展獲得了極大地提高?，F(xiàn)代生物學(xué)主要以分子生物學(xué)為代表,使得生物學(xué)成為了更為精確定量的學(xué)科,促進(jìn)了生物學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展。到21世紀(jì),生物經(jīng)濟(jì)進(jìn)入了一定的成熟發(fā)展階段,生物應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用到了我們生活中與生物無(wú)關(guān)的角落中。

1 生物工程對(duì)檢測(cè)技術(shù)的需求

DNA分子重組技術(shù)的日益成熟以及對(duì)其廣泛的應(yīng)用,使得現(xiàn)代生物工程科學(xué)研究逐漸轉(zhuǎn)向了更為精確定量的學(xué)科研究領(lǐng)域,在現(xiàn)代生物工程產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展的過(guò)程中,其產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的質(zhì)量控制、監(jiān)測(cè)、標(biāo)準(zhǔn)化等計(jì)量測(cè)試的要求越來(lái)越高。檢測(cè)技術(shù)在生物工程中具有重要的作用。檢測(cè)技術(shù)對(duì)生物工程后期的發(fā)展提供了質(zhì)量保障。

1.1 波譜檢測(cè)分析技術(shù)的應(yīng)用

生物工程檢測(cè)技術(shù)的需求主要包括了生物大分子、原生質(zhì)的其它物質(zhì)、結(jié)構(gòu)、濃度、構(gòu)像變化、膜電位變化、反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)工程中能量的吸收和傳遞、分子運(yùn)動(dòng)等等。在這些研究領(lǐng)域中,生物學(xué)專(zhuān)家運(yùn)用熒光光譜、拉曼光譜、紫外可見(jiàn)光譜等。這些研究領(lǐng)域生物物質(zhì)所特有的標(biāo)準(zhǔn)特性很難被找到,同時(shí)生物體的活性會(huì)使的光譜呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)的效果,運(yùn)用傳統(tǒng)的方法并不能更好的滿(mǎn)足生物學(xué)的發(fā)展需求?？梢?jiàn),相關(guān)的計(jì)量測(cè)試和新的量值具有其發(fā)展的必要性。在生物工程檢測(cè)技術(shù)中,生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)較為重要。生物分子中結(jié)構(gòu)功能變化較大。當(dāng)前所需要的時(shí)間分辨量級(jí)已短至皮秒或飛秒的水平。因此,生物工程檢測(cè)涉及到實(shí)踐的頻率技術(shù)還應(yīng)進(jìn)一步研究。在化學(xué)機(jī)構(gòu)分析中,核磁共振(NMR)是一種有力的研究手段[2]。核磁共振技術(shù)的生物分子和生物膜上的研究在藥物學(xué)和醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用已經(jīng)顯得較為重要。而電子順磁共振主要利用的是未成對(duì)的電子物質(zhì)在磁場(chǎng)作用下吸收電磁波的能量促進(jìn)電子發(fā)生越級(jí)跳躍,以此來(lái)對(duì)順磁性物質(zhì)進(jìn)行研究分析。酶促反應(yīng)、細(xì)胞代謝等領(lǐng)域都適宜電子順磁共振技術(shù)的研究。在生物工程技術(shù)中,被檢測(cè)的生物通常是有生命的,在檢測(cè)的過(guò)程中環(huán)境需要保持常溫、常壓、防污染。這些使得光譜檢測(cè)技術(shù)和其它的電磁輻射檢測(cè)技術(shù)獲得了廣泛的應(yīng)用。已經(jīng)逐漸成為生物檢測(cè)技術(shù)研究的主導(dǎo)領(lǐng)域。

1.2 生物化工過(guò)程的參數(shù)檢測(cè)

在生物技術(shù)、現(xiàn)代綜合參數(shù)以及現(xiàn)代化工技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中,生物化工技術(shù)成為了一種新型的工程技術(shù)。生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化方面,生物化工技術(shù)具有重要的作用。生物化工技術(shù)使得生物技術(shù)可應(yīng)用的范圍更為廣泛,生產(chǎn)產(chǎn)品的技術(shù)不斷提高,提高了生物技術(shù)產(chǎn)品的質(zhì)量。在各項(xiàng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展的過(guò)程中,生物化工技術(shù)成為生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)在不斷完善和發(fā)展同時(shí),其生產(chǎn)過(guò)程和工藝的研究促進(jìn)了生物化工技術(shù)的發(fā)展。借助相關(guān)的催化劑進(jìn)行生物產(chǎn)品的生產(chǎn)已經(jīng)成為化學(xué)工程開(kāi)發(fā)的基本內(nèi)容。要想在生物化工生產(chǎn)中擴(kuò)充相關(guān)的內(nèi)容,就應(yīng)當(dāng)通過(guò)相應(yīng)的參數(shù)檢測(cè),實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的定量和定性分析,以此來(lái)控制生產(chǎn)過(guò)程,將化工生產(chǎn)推廣應(yīng)用到更大的范圍中。通常情況下,按照性質(zhì)的不同,可以將參數(shù)分為三大類(lèi):間接參數(shù)、物理參數(shù)以及化學(xué)參數(shù)。在工藝生產(chǎn)中,這些參數(shù)可以通過(guò)傳感器或者是檢測(cè)系統(tǒng)將非電量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?并通過(guò)二次儀表進(jìn)行顯示,記錄并傳送與之相應(yīng)的數(shù)據(jù)。生物反應(yīng)系統(tǒng)可以分為信號(hào)檢測(cè)、計(jì)算機(jī)控制和工藝研究。在生物培養(yǎng)的過(guò)程中,可以通過(guò)多方面的獲取直接參數(shù),進(jìn)過(guò)計(jì)算機(jī)的相關(guān)信息,可以反映菌體細(xì)胞的生理特性和工程特性。

2 生物工程檢測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展

生物工程的發(fā)展局有其一定的特殊項(xiàng)。盡管世界各國(guó)大力支持生物技術(shù)的發(fā)展,但是都處于一個(gè)“謹(jǐn)小慎微”的狀態(tài)。這種謹(jǐn)小慎微局面的形成除了有生物工程特有的性質(zhì)為,還具有其他的原因[3]。當(dāng)前生物工程領(lǐng)域的總發(fā)展趨勢(shì)主要為以下幾方面:首先,安全性依賴(lài)與檢測(cè)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。DNA重組技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的較為成熟,但其后期的生產(chǎn)有待于更長(zhǎng)期的跟蹤研究,做出更具有安全性的評(píng)價(jià)。在其后期跟蹤研究的過(guò)程中,需要對(duì)生物的概念和單位進(jìn)行定量化的界定。其次,檢測(cè)技術(shù)多樣性、快速的發(fā)展。在生物工程工程領(lǐng)域中,計(jì)量及檢測(cè)向快速和多樣性的方向發(fā)展。生物芯片檢測(cè)技術(shù)具有多種方案和設(shè)備,在朝著快速發(fā)展的過(guò)程中,量值的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)研究十分重要。最后,生物工程技術(shù)運(yùn)用向多領(lǐng)域滲透。DNA重組技術(shù)在不斷成熟和完善的過(guò)程中,逐漸向新方向和新領(lǐng)域中廣泛的應(yīng)用。促進(jìn)了生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時(shí)保障了產(chǎn)業(yè)化。

3 結(jié)語(yǔ)

生物工程檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展具有一定的前景性。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展,生物工程檢測(cè)技術(shù)將會(huì)獲得更好地發(fā)展。

[1]王中立.議未來(lái)生物工程及應(yīng)用[J].安陽(yáng)工學(xué)院學(xué)報(bào),2011(5):56-57.

[2]賀文義.高效液相色譜核磁共振儀聯(lián)用技術(shù)在耐哌地爾雜質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用[J].分析化學(xué),2011(7):36.

[3]鐘年丙,陳艷.光電式生物量濃度在線(xiàn)檢測(cè)傳感器研究[J].壓電與聲光,2010(6):22-23.