生物技術(shù)與信息技術(shù)的融合分析

蔣凱

摘要：現(xiàn)如今，多種技術(shù)融合發(fā)展已經(jīng)成為技術(shù)創(chuàng)新的重要趨勢(shì)之一，其中生物技術(shù)和信息技術(shù)的融合發(fā)展受到極大關(guān)注。生物技術(shù)和信息技術(shù)的融合是指利用信息技術(shù)對(duì)生物信息進(jìn)行采集、傳輸、存儲(chǔ)、加工和表達(dá)等處理，促使生物技術(shù)向可調(diào)控、可計(jì)算的方向發(fā)展。生物技術(shù)和信息技術(shù)作為新時(shí)代科學(xué)技術(shù)，二者相輔相成，共同促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：生物技術(shù);信息技術(shù);融合分析

前言：

21世紀(jì)以來(lái)，多種數(shù)據(jù)信息爆炸增長(zhǎng)，信息技術(shù)在收集、存儲(chǔ)和分析數(shù)據(jù)的過(guò)程中遭遇瓶頸，效能性面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。生物體中的信息存儲(chǔ)和神經(jīng)元交換給信息技術(shù)革新帶來(lái)了新的思路，DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和神經(jīng)元計(jì)算等生物結(jié)構(gòu)信息處理作為新興研究方向，給信息技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展提供了方案。

一、生物技術(shù)和信息技術(shù)融合發(fā)展的現(xiàn)實(shí)意義

（一）是新世紀(jì)科技發(fā)展的必然需求

事實(shí)表明，上個(gè)世紀(jì)就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)應(yīng)用于生命科學(xué)研究，各國(guó)建立生命信息數(shù)據(jù)庫(kù)以供生物技術(shù)研發(fā)，“人類(lèi)基因組計(jì)劃”的實(shí)施導(dǎo)致生命數(shù)據(jù)急劇增長(zhǎng)，推動(dòng)了信息技術(shù)與生物技術(shù)的融合創(chuàng)新。從DNA存儲(chǔ)信息處理到半導(dǎo)體合成生物技術(shù)，生物技術(shù)的發(fā)展伴隨著信息技術(shù)的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、高性能計(jì)算等優(yōu)良效能，屬于新時(shí)代前沿發(fā)展領(lǐng)域。生命科學(xué)研究需要生物技術(shù)的改革創(chuàng)新，生物技術(shù)依靠信息技術(shù)發(fā)展的有力支撐，而信息技術(shù)發(fā)展遇到的“瓶頸”問(wèn)題可以從生命結(jié)構(gòu)信息處理中找到答案，二者相互促進(jìn)，對(duì)占領(lǐng)新一輪科學(xué)和產(chǎn)業(yè)革命陣地至關(guān)重要。

（二）是大國(guó)戰(zhàn)略和技術(shù)革新的必然抉擇

本世紀(jì)初，美國(guó)多個(gè)國(guó)家部門(mén)聯(lián)合布局信息技術(shù)、生物技術(shù)和納米技術(shù)等技術(shù)的融合發(fā)展，最為典型的是“半導(dǎo)體合成生物技術(shù)”的研究開(kāi)發(fā)，信息技術(shù)和生物技術(shù)的融合發(fā)展受到高度重視，由各界共識(shí)形成的《21世紀(jì)的新生物學(xué)》已經(jīng)是技術(shù)發(fā)展的核心內(nèi)容，在多個(gè)國(guó)家計(jì)劃中融入信息技術(shù)手段。生物技術(shù)和信息技術(shù)相互發(fā)展支撐，由此海量的生命信息數(shù)據(jù)得以存儲(chǔ)分析，信息處理也可以借鑒生物結(jié)構(gòu)信息，朝著高效能不斷發(fā)展。美國(guó)在加速部署的同時(shí)，歐洲和日本等多方面也投入到生物技術(shù)和信息技術(shù)的融合研究中。除此之外，多家企業(yè)紛紛與大型醫(yī)藥企業(yè)、生物研究企業(yè)等開(kāi)展戰(zhàn)略合作，以期共同研發(fā)占領(lǐng)科技競(jìng)爭(zhēng)和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的有利地位。

（三）衍生出多個(gè)新興研究方向

生物技術(shù)和信息技術(shù)的融合研究將會(huì)催生其他新興領(lǐng)域的發(fā)展，如美國(guó)科研項(xiàng)目“人類(lèi)細(xì)胞圖譜計(jì)劃”等可以促進(jìn)3D細(xì)胞打印、人工智能等領(lǐng)域的研究;除此之外，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)進(jìn)行生命組學(xué)研究，可以促進(jìn)遠(yuǎn)程醫(yī)療、醫(yī)生教育等相關(guān)行業(yè)的發(fā)展;生命組學(xué)與腦科學(xué)企業(yè)融合發(fā)展，催生了3D生物學(xué)、計(jì)算機(jī)神經(jīng)科學(xué)等前沿方向的突破;與半導(dǎo)體研究企業(yè)相伴改革創(chuàng)新，生物CAD/CAM、DNA合成等方向也會(huì)取得進(jìn)展;與通信企業(yè)交叉融合，促進(jìn)電子處方、移動(dòng)醫(yī)療等研究方向的創(chuàng)新。伴隨著生命科學(xué)的新突破，現(xiàn)代生物技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)牧業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保等眾多領(lǐng)域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

二、生物技術(shù)和信息技術(shù)融合發(fā)展帶來(lái)的變革

（一）提升科學(xué)認(rèn)知

生物系統(tǒng)和信息系統(tǒng)有著驚人的相似之處，因?yàn)槎叨际峭ㄟ^(guò)極為嚴(yán)苛的下級(jí)有序構(gòu)成上級(jí)、上級(jí)約束下級(jí)單元的系統(tǒng)模式構(gòu)成的。在生物系統(tǒng)中，最基本的下級(jí)單元是細(xì)胞，以此往上，細(xì)胞構(gòu)成組織，組織構(gòu)成器官，器官形成系統(tǒng);同樣，在信息系統(tǒng)中，最基本的下級(jí)單元是晶體管，依次是晶體管形成邏輯門(mén)，邏輯門(mén)形成模塊，模塊組成計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)連接成為系統(tǒng)。二者在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和運(yùn)行等方面高度重合，信息系統(tǒng)的發(fā)展探究可以借鑒生物系統(tǒng)，二者融合發(fā)展，必然推動(dòng)生命科學(xué)研究和智能化信息系統(tǒng)的發(fā)展，提升科學(xué)認(rèn)知。

（二）推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新

生命系統(tǒng)的運(yùn)行、演算促進(jìn)了生物技術(shù)的發(fā)明創(chuàng)新，例如，人工突觸、基因測(cè)序和基因合成等技術(shù)，與信息技術(shù)融合發(fā)展，衍生了生物學(xué)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具等現(xiàn)代技術(shù)手段。基于生物技術(shù)下信息技術(shù)的革新必將成為新時(shí)代“會(huì)聚技術(shù)”發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力，以帶動(dòng)各種技術(shù)相互借鑒融合，從而促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新。

（三）轉(zhuǎn)變健康理念

生物技術(shù)和信息技術(shù)的交叉融合，逐漸使人們的健康理念發(fā)生轉(zhuǎn)變，由“治已病”轉(zhuǎn)為“治未病”，“依靠衛(wèi)生系統(tǒng)”轉(zhuǎn)為“社會(huì)整體聯(lián)動(dòng)”，由“服務(wù)部分人群”轉(zhuǎn)為“維護(hù)生命周期健康”。此外，構(gòu)建起從嬰幼兒到老年時(shí)期、從家庭到醫(yī)院的健康信息平臺(tái)，打破數(shù)據(jù)壁壘，實(shí)現(xiàn)信息共享，推動(dòng)醫(yī)學(xué)治療的發(fā)展。

三、關(guān)于生物技術(shù)和信息技術(shù)融合發(fā)展的建議

美國(guó)、歐洲和日本前瞻性強(qiáng)，對(duì)生物技術(shù)和信息技術(shù)融合發(fā)展布局較早，關(guān)于其基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)。技術(shù)交叉融合研究未來(lái)必會(huì)占據(jù)科技經(jīng)濟(jì)制高點(diǎn)，因此國(guó)內(nèi)也要及時(shí)調(diào)整部署策略，推動(dòng)我國(guó)高新技術(shù)向智能化和密集化發(fā)展。

（一）開(kāi)發(fā)關(guān)鍵共性工具

對(duì)于生命信息采集工具，分析儀器表征設(shè)計(jì)相關(guān)軟件，通過(guò)對(duì)環(huán)境和體系的模擬驗(yàn)證，仿照生物進(jìn)行研究、計(jì)算、控制和通訊，以此達(dá)到多維度、跨尺度和多模態(tài)的信息采集過(guò)程及其結(jié)果。抓緊部署關(guān)鍵共性工具的研發(fā)應(yīng)用，在“設(shè)計(jì)—構(gòu)建—測(cè)試—應(yīng)用—學(xué)習(xí)”的開(kāi)發(fā)過(guò)程中不斷推進(jìn)工具研發(fā)能力占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。

（二）布局前沿引領(lǐng)技術(shù)

前沿引領(lǐng)技術(shù)研發(fā)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要，針對(duì)生物技術(shù)和信息技術(shù)融合發(fā)展領(lǐng)域，DNA數(shù)據(jù)信息采集驗(yàn)證研究、3D細(xì)胞打印、人機(jī)交互、細(xì)胞半導(dǎo)體界面等技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r要密切關(guān)注，加大科研投資力度，提出高目標(biāo)高追求，以類(lèi)似于“摩爾定律”性能升級(jí)路徑為參考路線，制定相關(guān)發(fā)展計(jì)劃路線圖，依據(jù)路線加以實(shí)施和布局。

（三）構(gòu)建使能技術(shù)平臺(tái)

構(gòu)建多個(gè)相關(guān)性使能技術(shù)平臺(tái)，生命健康數(shù)據(jù)平臺(tái)、智能化細(xì)胞構(gòu)建與制造平臺(tái)等，推動(dòng)技術(shù)融合和集成，工程協(xié)同發(fā)展，實(shí)現(xiàn)高效的技術(shù)融合創(chuàng)新發(fā)展。

結(jié)語(yǔ)：

生物技術(shù)的發(fā)展需要信息技術(shù)的支撐，而信息技術(shù)需要借鑒生物結(jié)構(gòu)信息存儲(chǔ)、保存、運(yùn)行等來(lái)突破壁壘，二者互為對(duì)方發(fā)展所需。技術(shù)融合發(fā)展思想為其他科技創(chuàng)新和應(yīng)用提供了廣闊的思路，必將在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和醫(yī)療業(yè)等開(kāi)拓新的市場(chǎng)前景。生物技術(shù)和信息技術(shù)融合發(fā)展為解決技術(shù)難題、占領(lǐng)新一輪科技革命制高點(diǎn)、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步向好提供了新的原理和方式，是新興產(chǎn)業(yè)布局的必然選擇。

參考文獻(xiàn)：

[1]李海洋.生物技術(shù)與信息技術(shù)的融合發(fā)展[J].科技風(fēng).2021，（4）.78-79.

[2]劉曉，王躍，毛開(kāi)云，等.生物技術(shù)與信息技術(shù)的融合發(fā)展[J].中國(guó)科學(xué)院院刊，2020，（1）.34-42.

[3]汪洋，陳樞舒，魏鑫，等.生物技術(shù)啟發(fā)下的信息技術(shù)革新[J].中國(guó)科學(xué)院院刊，2020，（1）.43-51.