科技带动时代进步，紧跟已经或将要影响我们生活的世界科技进展人类创造了科技，科技改变着生活。在建设创新型国家的进程中，科学家提出，发挥科技的作用，让科技走向公众，走向生活，让每个人触摸到科技，走近最新生活科技的桥梁，享受现代科技成果的指南，了解未来科技发展趋势的窗口。
人脑的奥秘
自从1946年问世以来，电脑正在迅速而深刻地改变着人们的生活，并已开始在某些方面取代人脑。但是，电脑真的已经战胜人脑了吗?
在我国的南北朝时代，著名数学家祖冲之曾推算出圆周率的值为3．1415926与3．1415927之间。几百年后，英国的数学家向克斯花了一生的时间将圆周率算到小数点以后的707位，曾被传为佳话。但是他在算第528位时犯了一个小小的错误，结果，后面的一百多位数字只是在浪费时间罢了。
但是，自从1946年，世界上的第一台电脑——“埃尼阿克”在美国宾夕法尼亚大学诞生以来，世界记录只能算是小菜一碟。现在，人们已经计算到小数点后面的1000多万位，如果把这些数字印成一本书，将会有几百页厚。不过，这也可能是世界上内容最枯燥、最乏味的一本书了。
这是不是表明由人类创造的电脑已经战胜了人脑了呢?在回答这个问题之前，我们首先应该先了解一下我们的大脑。
人类的大脑虽然只有1200～1500克重，但却是由140亿个神经细胞组成的极其复杂的神经网络。作为整个人体的“司令部”，人脑支配和指挥着人体的一切生理活动，如肢体的运动、感觉的产生、肌体的协调以及说话、识字、思维等等。可以毫不夸张地说，人脑不仅是人体中最复杂的部分，也是宇宙中已知的最为复杂的组织结构。
从生物学角度来看，人类的大脑主要由脑干、小脑与前脑三部分组成：位于大脑最下方的是由延髓、脑桥、中脑和网状系统四部分组成的脑干。它虽然貌不惊人，呈不规则的柱形，但却是连接大脑半球和脊髓的交通要道。从脊髓传来的神经冲动就是从这里进入人脑的，但令人疑惑不解的是，这些神经冲动是呈交叉方式进入的，也就是说，来自脊髓右边的冲动，先传到脑干的左边，然后再送入大脑；而来自脊髓左边的冲动则是先送入脑干的右边，再传到大脑的。不仅如此，包括心跳、呼吸、消化、体温、睡眠在内的一些维持个体生命的重要生理功能也都与脑干的功能有关。
脑干的后面是人脑的第二大部分——小脑，它由左右两个半球所构成，灰质在外部，白质在内部。小脑和大脑皮层一起共同控制人体肌肉的运动，籍以调节姿势与身体的平衡。
不过，人脑中最复杂、最重要的神经中枢还得数人脑的前脑。根据前脑各部分的特长和功能，我们可以将它分成视丘、下视丘、边缘系统和大脑皮质四个部分。外表呈卵圆形的视丘由白质神经纤维构成，左右各有一个，是感觉神经的重要传递站和人体情绪的控制中心。位于视丘下方的下视丘，一面连着大脑中的各个功能区，另一面连着脑垂体和延髓，是控制内分泌系统、维持正常的新陈代谢、调节体温的重要器官，并与人体的饥饿、渴、性等生理性动机有密切的关系。
边缘系统的主要功能是嗅觉、内脏、自主神经、内分泌、性、摄食、学习、记忆等。此外，它还包括两个十分重要的神经组织，一个是与情绪表现相关的杏仁核，另一个就是与记忆密切相关的“海马区”。人脑中最著名的组成部分当属大脑的表层——大脑皮层了。它由厚约1毫米到4毫米的灰质构成，而它下方大部分则由白质构成。大脑中间一道纵贯前后的大裂沟——大脑纵裂将人体的整个大脑分为左右两个半球，称为大脑半球。位于两个大脑半球之间的胼胝体，像是无数座桥梁横跨裂沟，使两半球的神经传导得以互通。
科学家的研究发现，人的大脑并不是像照相机那样，把外面的信息丝毫无差地翻印到人的大脑中，而是把外面纷繁而复杂的图像和信息经过眼、耳、鼻、舌、身等感觉器官以及人体的第六感觉转变成一种具有生物电特性的传人信息。当人脑中的某个神经细胞接受了这些信息后，就会释放出一种特殊的化学物质。周围的这些细胞在受到这种化学物质的刺激后，就又会释放出同样的物质，刺激它周围的神经细胞。就这样，大脑中的神经细胞像在举行接力赛一样，把外面传人的信息在大脑中快速传递。由于这种传播信息的速度实在太快，看起来就好像一道道电流在人脑中闪过。其中那些有特色的或者是我们渴求的知识，将经过一系列复杂而高速的处理后贮存在大脑的相应区域中。在需要时或有外部条件的刺激时就会被激活，在大脑中再现，成为我们意识活动的基础和创造性思维的源泉。
正因为有了大脑，人类才能拥有惊人的记忆力，从而使人不仅能够制定计划，而且能够把思想和观念整理得井井有条，进而进行逻辑思维，将感觉到的信息加以分析和综合，以揭示不能直接感知到的事物的本质和运动规律。
然而，对于我们人类来说，大脑作为宇宙中已知最复杂的组织结构，许多区域的功能至今仍是一个谜。难怪有人把关于大脑功能的研究作为现代科学最深奥的课题和最难攻克的科学堡垒，把2l世纪称为“脑科学的世纪”。
现在，电脑的功能已经达到了非常高的水平，既能进行计算、信息处理、预测、自动控制、办公、管理、通讯、教育和娱乐，又具有模糊识别、学习提高、自动纠错等自我优化能力和分析、归纳推理能力，有的甚至能模仿人的感觉和人的反应情绪。不仅如此，电脑的功能还正在不断的发展和完善之中，在某些方面，电脑显然已经远远超过了人脑或人的能力。一台普通电脑的计算能力超出全世界所有人加在一起的计算能力也绝不是神话。在这一点上，人脑只有自愧不如。此外，电脑对视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉的识别范围和精度也大大超过人的能力。
然而，电脑虽然在某些地方显得比人聪明或脑子快一些，但我们同时还应该看到，体现智能的最重要标志就是学习和自动纠错功能，换句话说，就是能够吸取经验教训，积极适应环境和不断完善自己，而不仅仅是拥有快速的计算能力和精确的分辨能力。而电脑却经常不知道它的行为是否正确，或如何进行纠正。因此，电脑在工作过程中还必须依赖人来反映了它的智能化水平。
另外，人脑还有电脑所不具备的生理和社会性两大功能。人脑的生理功能就是指人类可以通过大脑有效地控制和维持身体内各器官和组织的正常状态和代谢过程，而所谓的社会性功能是指人脑的社会交往功能。有人甚至把人的社会性看作人类的最重要属性，人只有通过与他人的交往、与周围环境的交流，才能不断提高自己的思维水平。
电脑和人脑，虽然有着相同的名字，但却是各有所长，电脑有着快速的计算能力和精确的辨别能力，而人脑则拥有无限的自我提高和社会交往的能力。因此，究竟是人脑超过了电脑，还是电脑胜过了人脑现在还是难分胜负。
人类基因组之谜
2000年6月26日是人类历史中值得纪念的一个日子。因为在这一天，与曼哈顿原子计划、阿波罗登月计划并称为人类科学史上的三大工程的人类基因组计划已初步完成，人类终于能够破译自己的“生命天书”了。但这对人类而言，究竟是福，还是祸呢?
在生物进化的历史长河中，为什么我们每个人的身材、相貌的差别会如此悬殊?为什么有的人会患上肿瘤、艾滋病、糖尿病等不治之症，而有的人却身强体壮呢?
原来，这一切十分玄妙的现象都是由人体细胞中肉眼根本无法看见的基因所控制的。基因是控制生物遗传性状的最基本单位，是两条由四种脱氧核苷酸分子连接而成的具有独特的双螺旋结构的长链，其中就隐藏着生物所有的遗传信息和遗传性状。 ’
不过，虽然我们已经知道控制着人类生老病死的神秘物质就是基因，但直到现在，我们还是不能确定每一个基因准确的位置和功能。因此，如何在这张巨大的“人体地图”上精确地标上约10万个基因的位置，可以说是对我们人类最大的挑战了。
1985年，当科学家们面临着是“零敲碎打”从人类基因组中找几处与疾病相关的基因，还是对人类基因进行全部测序这两种选择时，美国科学家、诺贝尔奖获得者杜伯克最先提出了人类基因组计划，希望通过国际间的合作，识别人类所有的基因，测定人类DNA的碱基对顺序，详细地绘制出人类基因组遗传图和物理图，解读人类的遗传信息。这项建议很快就得到了美国政府的积极支持，并在1990年投入30亿美元，正式启动了这项人类基因组计划。此后，英、日、法、德、中六国也先后加入这项计划，分别负担了其中54％、33％、7％、2．8％、2．2％和1％的研究工作。
1999年12月1日，一个由英、美、日等国科学家组成的研究小组率先宣布破译了人类第22号染色体中所有与蛋白质合成有关的基因序列，发现了至少545个基因，并确定这条染色体与人体的免疫系统、先天性心脏病、精神分裂、智力迟钝和白血病以及多种癌症相关。这是人类第一次了解一条完整的人类染色体的结构。
2000年4月13日，美国科学家宣布他们绘制完成了第5、第16和第19号染色体的遗传密码草图，在这些染色体上找到了10000到15000个基因，约占人体遗传物质总量的ll％。
2000年4月19日，中国科学家宣布，初步完成对第3号染色体上3000万个基因的测序任务。
2000年6月26日——一个值得全世界牢记的日子，美国总统和人类基因组的科学家骄傲地向全世界宣布，被誉为“达尔文以后意义最为重大的生物学发现”的人类基因草图已经绘制完毕，人类探索生命奥秘的进程和生物科学技术的发展进入一个崭新的时期。
那么，人类“生命天书”的破译最终将会给人们的生活带来怎样的变化呢?
我们相信，随着人类对自身基因了解的不断深人，一些过去只有在科幻小说才会出现的情节将真的会在我们身边再现。那时，科学家将根据每个人特定的基因图谱判断这个人的健康情况，预测他患有的某种潜在性疾病．从而讲行右糟舶预防；或是利用基因技术，通过向人体导入功能基因，修补、改变相应的缺陷基因来进行治疗；或是根据基因图所提供的遗传信息，最终解决长期以来一直困扰着人类的糖尿病、肥胖症、精神病等一些遗传性疾病。也许在不远的将来，活到150岁将不再只是人们的梦想。
不仅如此，人类基因组计划将可以帮助科学家根据癌症、心脏病等疾病的病因，有针对性的研制和开发价廉物美的基因工程药物。其实，早在80年代，就有一些颇具战略眼光的企业开始涉足基因工程制药领域，其中最为常见的是基因重组激酶、基因工程疫苗、细胞因子、干扰素等一些治疗性蛋白产品。据说，芬兰一家生物技术公司将促红细胞生成素基因植入牛体内，培育出一种转基因牛。它们所产的牛奶中就含有促红细胞生成素，基因价值高达42亿美元。我国在去年也成功培育出转基因羊，其分泌的乳汁中含有凝血第九因子，能对血友病患者进行治疗。
此外，基因组计划也将给与我们日常生活息息相关的传统的农业带来一场“绿色革命”。比如，我们可以根据水稻基因图谱，有选择地培育出具有高产、抗旱涝、抗虫等汇集了多种优点的农作物。山东农业大学的研究者在不久前将毒蛋白抗虫基因和抗除草剂的基因分别导入水稻细胞，培育出了具有明显的抗虫性、抗除草剂效果的新型水稻。而荷兰的一家公司则用转基因牛生产一种具有抗菌、转铁等功效的乳铁蛋白，一年的销售额达到50亿美元。
然而，在“生命天书”的破译给人们带来激动和欣喜的背后，它又给人类提出了一道道难题，这正如美国伍斯特工艺研究所宗教和社会伦理学教授汤姆·香农向人们所警告的：基因组图谱的绘就，促使人们对隐私权、保密权等伦理道德问题加以重新思考。
就像我们常说的，人无完人，在每个人各具特色的基因组中都会或多或少带有一些有缺陷、或是不正常的基因，可能会使人在将来患上某种疾病，或是产生某种不良后果。因此我们不能不担心，万一哪一天我们的“基因隐私”被流传出去，就很有可能会直接危害自身利益和生存空间。比如有些公司就会根据基因信息技术，以基因特征为标准来选择它的雇员，保险公司要通过基因信息来挑选客户。
到那时，一些政府机构、社会团体或是医务人员或许会出于人道主义考虑，对那些携带先天性基因缺陷的人们或家族采取预防性保护措施，从而造成社会偏见，使被监护者感到自卑，蒙受社会和心理压力，也许他们的一生都将在无形的精神压力下痛苦地度过，甚至还进而影响到他们的后代。就拿美国前总统里根来说吧，如果那时真的有人根据基因预测他有80％-90％的可能性会患上“老年性痴呆症”，这将会对选民的心理产生怎样的影响，他还能顺利地连任两届总统吗?
人们还担心，由于大家都希望自己拥有一个健康聪明的孩子，数以百万计的婴儿将会因他们所携带的先天性基因缺陷而在出生之前就和这个世界说再见了。《时间简史》的作者、20世纪天才之一、被誉为拥有爱因斯坦之后最杰出大脑的英国剑桥大学理论物理学家斯蒂芬·霍金也许就会因为患有严重的遗传性疾病——侧索硬化症而早早地就离开了这个世界，而这样罕见的天才对人类的贡献却常常令许多“正常人”都自叹不如。又如，假如荷兰著名画家梵高在未出生时就发现他携带着容易导致精神病的基因，而将他流产，那也许这个世界就不可能留下这一幅幅非凡的画作了。
更何况，一些专家提醒人们要警惕某些别有用心的个人、组织或国家利用基因组计划的成果去制作“基因武器”，针对不同群体或种族的特异性基因，实现赢得战争、灭绝整个种族的目的。这并非是耸人听闻，美、英、俄、德等国的政府专家都已经认识到了这种可能性。而且英国早在1997年就成立了由生物技术、医学等多学科专家组成的小组研究其对策。
这样看来，基因组计划不仅没有像预想的那样为人类带来幸福，反而招致了无穷的烦恼和灾难。
“生命天书”的破译对人类而言，究竟是福，还是祸呢?
人兽混合胚胎行得通吗
人兽混合医用胚胎从一开始便引起很大争议，但一些科学家对这项研究寄予厚望，认为它可以帮助科学家找到某些疑难疾病的治疗方法。但科学家如今发现，有关创造人兽混合医用胚胎的研究可能注定会以失败告终。
美国的最新实验发现，无法将人类DNA和雌兔或母牛的卵细胞完美地结合在一起。虽然人兽胚胎在显微镜下看起来貌似正常，但它们存在基因缺陷，这意味着这些胚胎可能对医学和科学毫无用途。英国克隆羊之父伊恩·威尔穆特认为这些新发现“太让人失望了”。
这个美国研究小组表示，如果同样的结果在其他地方也重复出现的话，这意味着过去几年来有关人兽胚胎道德问题的争议纯粹是浪费时间。
研究人员希望合成克隆胚胎以作为“无价之宝”干细胞的来源，干细胞是胚胎中的“母细胞”，可转化为从心肌到脑细胞的任何其他类型的组织。 ．
干细胞可用来治疗很多疾病，包括心脏问题、痴呆症和帕金森氏症。但是因为人类卵子捐赠者的缺乏，科学家提议用人兽混合胚胎作为合成大量人类克隆胚胎的方式来获得干细胞。但是最新研究显示，人兽胚胎很难成功。该研究报告发表于《克隆和干细胞》杂志。
美国先进细胞科技研究公司的罗伯特·兰扎博士将人类DNA植入兔子、母牛和人类的卵细胞内，然后观察各自的结果。卵细胞系统重新编程人类DNA，接通基因，形成正常胚胎。但他们发现，虽然人类卵子(也叫卵母细胞)能正确再编程DNA，动物卵子却不能。
兰扎说：“十年来，我们进行了数以百计的实验，想用动物的卵细胞生成患者匹配型干细胞。我们得到了很棒的小小混合胚胎，但不管我们多努力，它最终还是不成功。”
睡眠的最新科学发现
格里哥利解释说，大脑跟身体其他部分一样，也会消耗葡萄糖。除了给大脑补充能量之外，睡觉似乎还有给大脑提供解毒的功效。高效新陈代谢的动物，如田鼠和蝙蝠，消耗许多热量和产生大量含破坏性的游离基(或称自由基)。“大脑对它们特别敏感，因为神经一般都不会再生。”神经学家杰罗姆说。也许睡眠可以提供必要的“停工期”，从而让大脑好好对付那些游离基。
但是也有另外一种看法。有的研究发现，睡眠根本与大脑没有任何关系。在研究者将一种叫莱普停定的荷尔蒙隔离后的几年，伊凡卡特和她在芝加哥大学的同事们开始猜测，失眠是否对血液中的莱普停定有影响。莱普停定，让大脑知道脂肪是否足够的一种荷尔蒙，大脑根据信号作出对脂肪需求的不同反应。伊凡卡特对12名男性自愿者进行为期两周的测试，让他们每晚只睡4个小时，不久便发现，他们的莱普停定迅速下降，即向大脑发信号：需要补充热量了，而且还要很多。由长期失眠而引起的激素失衡，是否有助于暗示身体通过新陈代谢来增加体重呢?或许吧。去年，研究者在1000个自愿者身上也得到相似的结论。但体重超重的人常常受睡眠质量困扰依然是不争的事实。无论如何，“睡眠不仅为了大脑，”伊凡卡特说，“还为了身体的其他部位。”
多长叫睡饱了，多长叫睡得不够，
“每晚睡眠时间超过7．5小时的人，比睡眠时问相对少的人更早逝——真的吗?”
科研者承认，他们仍然不知道睡眠要维持多久，才足以让我们的身体精力充沛地工作。“现在有一种巨大的经济动力，让人们相信，如果一晚不睡够8个小时，就会觉得浑身不舒坦。”西亚格说。但事实上，8小时在概念上已经变得更神圣化，而不是实质了。上世纪80年代，有一项对超过100万人做调查的研究发现，每晚睡眠时间超过7．5小时的人，比睡眠时间相对少的人更早逝。但这数据的变化很广泛，我们不能对个人的特殊情况套以普遍的结论，更不能就此推断说，睡久一点就会危及健康。
另外，研究结果并不涉及睡眠质量。虽然调查表示，我们比一个世纪之前的祖先睡得已经少了很多，但这并不是一个必然性的问题。“我们的睡眠环境比他们的好多了。”英国睡眠研究中心吉姆霍恩说。在维多利形蒈甜丁场^们习-陋一n在长凳上，用一条条长绳将自己遮挡住，然后在里面睡觉，这叫“笼睡”。霍恩说，他们可能早就习惯这样了。确实，睡眠系统可以很灵活，很快就适应不同的新环境了。
那么，睡多久才够呢?大部分研究者都摆出经验丰富的姿态。“如果你在随后的几天觉得困倦，”法国里昂大学的皮尔·赫·鲁皮博士说，“如果你整天都感觉疲乏，那说明你睡得不够。”
人类年龄越大会越聪明
提到人脑，最普遍接受的一种看法就是：人脑在18到26岁问功能最强，但最新研究发现，人类年龄越大越聪明。
据《星期日泰晤士报》6日报道，科学家们发现，在人类青年时期，智力并非达到了最高点，而是保持稳定，在某些方面它反而会随着年龄的增长变得更敏锐。研究发现，过了20岁，语言能力会继续提升至少20年。
丹麦大学的一位心理学家拉斯·拉森领导了这项研究，他说：“口头表达能力随着年龄的增长也在不断提高。”刊登在《智力》学术杂志上的结果显示，在智力方面真正的变化比先前了解的更复杂。
拉森认为，语言能力的提升最有可能的原因是实践。因为年长者不得不处理比年轻人更复杂的社会和实际问题，所以他们被迫开发复杂的语言能力。该研究已经颠覆了智力在成年早期达到巅峰，然后开始一段漫长、必然下降的说法。
剑桥大学语言和大脑中心主管洛林·泰勒说：“在扫描大脑时，我们确实看到了身体随年龄出现的萎缩，但脑功能可以得到保持。这表明了大脑有多敏感，它随着年龄和其他挑战而改变。”曾是英国智力测试冠军的达芙妮·福勒在意识到自己拥有不同寻常的智商时已经40岁了。现年68岁的她说：“我一直用填字游戏和数字训练我的大脑。现在我的大脑比我二十多岁的时候敏锐多了，而且感觉越来越好。”研究人员表示，智力发育仍有一种限制，不过我们完全能够通过健康的饮食、锻炼来大大推迟这个过程。
生物芯片之谜
揭开生命奥秘，解开基因之谜，人类实现一生平安。生物芯片技术也许使这个愿望不再是一个纯粹的“好梦”。
随着社会的飞速发展和生活水平的日益提高，在温饱问题解决之后，人们越来越关心自身的健康状况，希望寿命更长，生命质量更高。当前的信息社会中，人自身内部的生命信息越来越成为人们关注的焦点：自己的家族遗传了什么?将来身体出现各种疾病的机率有多高?哪些环境因素对自己影响最大?体内生理代谢的总体状况如何?等等。而所有这些，都是新兴的“生物芯片”技术研究的内容和将要解决的问题。
生物芯片是20世纪80年代末，随着人类基因组计划的顺利进行而发展起来的一种新技术产品，它通过缩微工序，利用微电子、微机械、化学、物理技术和计算机技术，将生命科学研究中许多不连续的分析过程，集成于硅芯片或玻璃芯片之上，实现样品检测分析过程的连续化、集成化、微型化和信息化。它的出现将给生命科学、医学、化学、新药开发、生物武器战争、司法鉴定、食品与环境监督等众多领域，带来巨大的革新甚至革命。
生物芯片主要包括芯片实验室、基因芯片、蛋白芯片等。其中基因芯片是最重要的一种生物芯片，也是目前研究开发最为活跃的一种芯片。它是指将大量基因探针分子固定于支持物上，然后与标记的样品进行杂交，通过杂交信号的强弱判断靶分子的数量。用该技术可将大量的基因探针同时固定于支持物上，所以一次可对大量核酸分子进行检测分析，从而解决了传统核酸印迹杂交技术操作复杂、自动化程度低、检测目的分子数量少、效率低等不足。它能在同一时间内分析大量的基因，使人们准确高效地破译遗传密码，是继大规模集成电路后又一次意义深远的科技革命。
基因芯片的研究意义何在?它在医学研究与应用中具有广阔的应用前景，主要表现在大规模毒理研究、化合物致突变作用、疾病的病因学研究和药物筛选等方面。生物芯片在疾病检测诊断方面具有独特的优势，它可以在一张芯片上同时对多个病人进行多种疾病的检测。仅用极小量的样品，在极短时间内，向医务人员提供大量的疾病诊断信息，这些信息有助于医生在短时问内找到正确的治疗措施。例如对肿瘤、糖尿病、传染性疾病等常见病和多发病的临床检验及健康人群检查，均可以应用生物芯片技术。今后人们可以拥有个人化验室，无论在地球任何地方，随时可以对自己的健康状况进行监测。
目前，世界许多发达国家几乎所有的主要制药公司都不同程度地采用了生物芯片技术，应用生物芯片来寻找药物靶标，查检药物的毒性或副作用，用芯片作大规模的筛选研究可以省略大量的动物试验，缩短药物筛选所用时间，从而带动创新药物的研究和开发。
大规模基因测序是人类基因组计划面临的首要任务，它涉及到基因多态性、突变、缺失的检测。现在已可在1．28平方公分生物芯片上，用分子探针检测32Kb至几百I(b区域中任何区段，这对检测病人是一个还是多个基因突变，指导治疗和愈后具有十分重要意义。
怎样利用该技术所揭示的大量遗传信息，去探明人类众多疾病的起因和发病机理，并为其诊断、治疗及易感性研究提供有力的工具?这是继人类基因组计划完成后生命科学领域内又一重大课题。现在，以功能研究为核心的后基因组计划已经悄然走来，为此，研究人员必需设计和利用更为高效的硬软件技术来对如此庞大的基因组及蛋白质组信息进行加工和研究。建立新型、高效、快速的检测和分析技术就势在必行了。这些高效的分析与测定技术已有多种，如DNA质谱分析法，荧光单分子分析法，杂交分析等。其中以生物芯片技术为基础的许多新型分析技术发展最快也最具发展潜力。早在1988年，拜恩斯(Bains)等人就将短的DNA片段固定到支持物上，以反向杂交的方式进行序列测定。当今，随着生命科学与众多相关学科(如计算机科学、材料科学、微加工技术、有机合成技术等)的迅猛发展，为生物芯片的实现提供了实践上的可能性。
生物芯片的设想最早起始于20世纪80年代中期，90年代美国Aflymetrix公司实现了DNA探针分子的高密度集成，即将特定序列的寡核苷酸片段以很高的密度有序地固定在一块玻璃、硅等固体片基上，作为核酸信息的载体，通过与样品的杂交反应获取其核酸序列信息。生物芯片由于采用了微电子学的并行处理和高密度集成的概念，因此具有高效、高信息量等突出优点。
那么，研制生物芯片的最关键技术又是什么呢?首先是芯片的制备，目前，国外高密度基因芯片的制备技术主要是光脱保护原位合成法。该技术已被美国Affymetrix专利保护，因此，高密度芯片只有该公司生产。其他公司大都采用打印、喷印、点样等中、低密度基因芯片的制备技术。这使得Aftymetrix公司成为基因芯片领域的领头羊，其股票已在美国纳斯达克(NASDAQ)上市，一度涨势强劲。但其芯片在阵列杂交温度的一致性及基因探针的正确性方面尚有缺陷，因此，美国FDA尚未批准Aflymetrix公司生产的基因芯片用于临床。另一方面，由于光脱保护原位合成法合成高密度基因芯片价格十分昂贵，严重限制了它的应用。因此，引入市场竞争机制，发展其他新型核酸阵列原位合成法将是芯片市场发展的必然趋势。
其次是结果检测，目前主要有二种方式：激光共聚焦荧光显微扫描和CCD荧光显微照相检测。前者检测灵敏度、分辨率均较高，但扫描时间长；后者扫描时间短，但灵敏度和分辨率不如前者。虽然荧光检测在芯片技术中得到了广泛的应用，但是荧光标记的靶。DNA只要结合到芯片上就会产生荧光信号，而目前的检测系统还不能区分来自某一位点的荧光信号是由正常配对产生的‘，还是单个或二个碱基的错配产生的，或者兼而有之，甚或是由非特异性吸附产生的，因而目前的荧光检测系统还有待于进一步完善与发展。有研究者正试图绕过荧光标记，建立新的检测系统，以提高杂交信号检测的灵敏度。
美国《财富》杂志在1997年3月重点介绍了基因芯片技术，论述了未来产业化的前景，该文预测“在2005年仅仅在美国用于基因组研究的芯片销售额将达约50亿美元，2010年有可能上升为400亿美元”。这还不包括用于疾病预防及诊治以及由于生物芯片的重大意义和巨大的商业潜力，北美和欧洲许多国家的政府和公司投入大量人力物力来推动此项研究工作。如美国的国立卫生研究院、商业部高技术署、国防部、司法部和一些大公司以及风险投资者投入了数亿美元的巨资。基因芯片以及相关产品产业有可能成为下一世纪最大的高技术产业之一。
鉴于生物芯片技术具有巨大理论意义和实用价值，目前，国际上开展此类研究的大学、公司已超过百家，中国在1998年也开始此项研究，国家自然科学基金提供特别资助，许多大公司也相继投入资金参与研究开发。例如，军事医学科学院、清华大学、中科院上海冶金所等单位已在生物芯片技术方面取得了较大突破，相信不久将有中国生产的生物芯片产品投放市场。但与国外相比，中国基因芯片产业只是刚刚起步，大多仍处于实验室研制阶段。星湖科技重拳出击基因芯片第一次将基因芯片这一生命科技的前沿领域带入中国的资本市场。除星湖科技以外，复星实业、上海医药、哈高科、河池化工以及友好集团都已涉足基因芯片的研究和开发，而西安高科、陕西超群等公司也在积极谋求利用资本市场融资渠道尽快实现基因芯片的产业化，可以说中国在一定程度上形成了基因芯片开发的热潮。
生物芯片是一个学科高度交叉的研究课题，须依靠多学科的科学家和工程技术人员通力合作，它的深入研究和广泛应用，将对21世纪人类生活和健康产生极其深远的影响。
人造器官之谜
人体任何器官的短缺、老化、病变和衰竭，都将威胁到自身生活质量和健康。但如果有了各种各样的人造器官，情况就完全不同了：我们可以用人造皮肤来拯救烧伤患者的生命：用人造眼睛为盲人带来光明；用人造手指、脚趾使残疾人也能感觉到行动敏捷自如。
在普遍信奉“人造优于自然”的未来世界，人类对于人造器官的钟爱几乎达到了狂热的程度。只要他们稍稍对自己身体的某个自然器官感到不适或者不满意，便要去医院换上一个“人造器官”。未来的医院就像一个修理铺子，那里摆放有许许多多人造的器官，随时满足你修理自己的要求，就像现在自行车哪个零件坏了，可以调换一个新零件似的……久而久之，一些未来世界的有识之士开始感到忧虑了：人们换上的人造器官越来越多，以至于人和机器人很难分辨清楚，于是，未来的联合国不得不以立法进行干预，法律将明文规定，人体器官的机械数量不可超过50％……
这只是一部科幻小说中描述的未来人类对人造器官的忧虑。而对现代人来讲，面对着成千上万需要器官移植的病人的痛苦表情，我们真正忧虑的是如何利用人造器官，来拯救一个个垂危的生命。尽管在20世纪，器官移植已取得重大成就，但正如俄罗斯医学家、器官移植专家瓦列里·舒马科夫所言，可供移植的器官总是无法满足等待者的需要，患者不得不长时间地等待，有的人往往就在漫长的等待中撒手人寰。此外，异体器官的排斥反应也使手术成功率大大降低。所以，科学家们试图利用人造器官来造福人类。
美国科学家最近正在研制一种塑料“人造肺”，它将主要用于拯救肺癌患者的生命，同时还可用于替换慢性哮喘、肺囊肿性纤维化、肺气肿患者受损的肺脏。预计它是将一个如cD盘大小的、可以嵌入人体胸腔的塑料扁盒，盒子内包含一个向血液输送氧气的多孔纤维管网络。当人造塑料肺被置入患者胸内时，体内的血液就会通过多孔纤维管网络，这时氧气就会融人人体血液。同时，塑料肺把本该通过嘴和鼻子排出体外的二氧化碳，自动导出体外。尽管这种人造塑料肺已能取代大部分自然肺的功能，但它还无法进行自然肺为满足人体不同能量需要而产生的生理反应。然而科学家们相信，设计技术和材料上的改进，将使人造塑料肺很快进入实用化。
在研制“人造肌肉”方面，日本的科学家作出了杰出的贡献。日本茨城大学长田义仁教授主持的一个研究小组，成功开发出了用电压实现屈伸动作的人造肌肉。它的材质是一种化学名为“聚丙烯酰胺异丁烷横酸”的高分子凝胶，其三维结构的片状个体大小约2厘米。研究人员在实验过程中先用试棒从两端将其拉开，搭在加有表面活性剂(肥皂类)的水槽上，然后在材料表面交替施加正负电压；这时凝胶片就会像尺蠖一样屈伸拉动试棒，速度为每分钟25公分。这项技术可望用于将来制造假肢中的人工肌肉及人工脏器的动力源。
乌克兰科学家最近还研制成了具有人体肝脏功能的“人造肝脏”，并在临床应用上取得了很好的效果。这种人造肝脏重约50千克，主要由电子元件、探测仪和泵组成。肝脏患者利用这种人造肝脏接受治疗时，在4到10小时的一个疗程里，能够过滤20升到25升血液，同时排除自体肝脏中40％的有毒物质。在治疗过程中，人造肝脏不会损坏人体内的蛋白质，并能初步合成人的自体肝脏所能形成的对人体有用物质。
除了用人工合成材料来制造人体器官，用基因工程来培植活体器官也已成为许多国家的重点研究课题。如今，许多商业及学术研究组织正在利用从胚胎或病人身体上取下的细胞组织，辅以特殊的生物材料，培养活体组织或器官。科学家们预测，到2019年，通过基因工程方法培植的活体器官和组织，将被广泛用于器官移植。
到那时，如果一位老人被告之他的心脏正在急速衰竭，需要及早更换左心室的话，他的主治医师便会将他健康的心脏细胞组织切片送到一家“组织实验室”(即人造器官工厂)。在那里，专业研究人员利用组织切片和特殊聚合物，为患者“度身”制造出一个代用的左心室。三个月后，代用左心室将经过冷冻和包装后被送往医院，医生将它替换到老人的心脏内。由于代用品相当于老人自己的器官，手术之后自然不会发生任何排斥反应，老人的生命便因此而得以延续。
然而，对于制造整体器官来说，组织工程所面临的最大问题是：绝大多数器官需要自己的脉管系统(也就是血管网)来获取所需养料并实现器官应有的功能。因此，研究人员在制造完整器官之前，必须首先解决如何制造血管这一难题。
美国麻省理工学院的生物医药专家罗伯特：兰格和劳拉·尼科拉森，率先用少量从家猪体内提取的细胞制成了一条完整的血管，实现了此领域内的一项重大突破。人工合成的血管可以像真的血管一样工作。研究人员将这种人造血管移植到家猪大腿主动脉上，在几周内该血管一直保持畅通，未发生血液凝结。新的动脉血管对心脏血管替代手术来说，可谓是天赐良物。但要建造更为复杂的器官所需的最细的血管——毛细血管，就意味着组织工程要达到微米级，而这对当今普通的制造技术来说是一大难题。
研究人员计划使用芯片制造中的光刻技术来建造毛细血管。他们首先在手掌大小的硅片上蚀刻出毛细血管状相互交织的网状结构，然后以此为模板来浇铸可降解聚合物；再从模板上取出进行分层组装，就可以形成毛细血管框架；最后在管状框架上覆盖内皮细胞，这便构成了毛细血管。不过，仅仅浇铸一次还不可能满足人造器官的需要。例如制造人造肝脏所需的毛细血管，就需要用l／4个足球场大小的模板，而目前技术根本不可能制出直径30米的硅片。所以，研究人员希望通过将数千层毛细血管网与肝脏细胞相连，实现人造肝脏的基本结构。
尽管目前的技术还不能制成有复杂血管的器官，但是已经有一种用组织工程制成的器官开始为人类服务，这就是人造**。美国波士顿儿童医院泌尿科医师安东尼·艾特拉，从1990年左右就开始设计人造**。在20世纪90年代后期，艾特拉曾为6只小猎犬制作了人造**。他们发现不仅周围组织的血管长人人造**且发育良好，而且功能与健康小狗并无多少差别。这一实验大大坚定了研究人员的信心，他们决定从2000年开始研制人类**，不过这个过程将是漫长的。因为**是由20种不同类型的细胞组成的复杂系统，研究人员仍需克服许多技术难题，才能为众多需要移植**的患者解除痛苦。
而用组织工程构建人造心脏，就更是一项艰巨的任务了。虽然目前制造心脏的工作量十分巨大，但如果将此工作细分为提取心肌细胞、制造承载这些细胞的框架等部分的话，在众多研究人员的共同努力下，还是有望获得成功的。在美国国家卫生研究所的资助下，华盛顿大学的研究人员正计划用组织工程手段为受损心脏制造出修补组织，然后再制造出可用于移植手术的左心室：人们有理由相信，人造心脏的面世也不过是个时间问题。
有人预言，2l世纪人类将迎来人体器官更换的新时代。科学家们预计：到2013年，能长期保存的人体器官将培植成功；2014年，肺病患者将被植人人造肺脏；2017年，将出现第一个人造大脑；2019年，将为盲人和弱视者发明人造眼睛，同时，通过基因技术培植的活体器官和组织将成为移植器官的主要来源；而进入2020年，更将系统推出通过更换器官使人类延年益寿的方法，届时人类有望大幅度地提高寿命。若照此发展下去，也许将来有一天人类真能够“长生不死”、“万寿无疆”。但也有人担心，这未必是一件好事。正是因为生命有限，所以人们珍惜生命的意义，无限延长寿命，其实生命已经“异化”。
但目前还不用过于担心。据美国人体器官研究中心的调查报告来看，美国每年大约需要进行800万例器官移植手术，而其中有4000人在等待器官移植期间死去，另外还有10万人甚至连排队等候器官的资格还没有得到，便离开了人世。另外，目前器官移植成活率、存活期也都成问题。因此，有人提出，目前无论从道义角度或医学角度出发，除了不断研制人造器官以外，人造器官的商品化生产也已成为一件刻不容缓的事情。 ’
美国麻省理工学院的生物工程师琳达·格里菲思及其同事们，就在为制订统一、标准的生产流程(即建立人造器官工厂)而努力着。她们计划采用3D打印机(即快速原型制造机的一种)来大规模生产各种组织和器官所需的框架。这种打印机不仅可以使研究人员精确地控制框架外形，而且可以使研究人员根据各种细胞的不同属性选择适当的框架化合物。对于制造复杂器官的组织工程师们来说，3D打印机无疑是一把倚天之剑。
如果真的有一天，人类器官移植技术变得像机器调换零部件一样稀松平常，而且人们建立了各种“人造器官工厂”，那么科学幻想的描述就必然成为事实。随着机器的运转，患者所需要的大量器官就会走下生产线，然后通过流通渠道进入市场。届时，工业社会特有的“大众消费”又添新景观：需要(或者想要)器官移植的人(不一定是现在意义的“患者”)，只需到人造器官商店去，在琳琅满目、明码标价的货架前，挑选购买自己所需要和称心的器官，然后“携肝带肺”或者“提心吊胆”，直接走进修理铺子(手术室)就可以了。
不过，未来世界的一切不会变得比现在简单。那时也许人们不像现在二样为寿命担心，但肯定也像现在一样有许许多多新的烦恼。
植物“情感”之谜
人们常说草木无情。草木植物虽然不具备人类的情感，但是它们对外界各种刺激作出的反应，却远远超出人们通常的意料。正是在这个意义上，植物也有自己特定的“情感”，只不过人们平时不大注意，不愿意花费太多时间和精力罢了。
相对于人和各种动物，植物被认为是一种低级的生命形态。但是在大自然植物世界里，却有着许多奇幻莫测、令人费解的现象。科学家们进行了大量的实验，证明人们对待植物的传统观念有许多错误。有的植物不仅仅对阳光雨露感兴趣，它们还具备一定的“听觉”、“嗅觉”和“触觉”。有的植物能够“欣赏”音乐，有的则能够“翩翩起舞”。有的植物貌似柔弱无助，其实具有“自卫能力”，面对侵害会奋起保护自己。甚至，植物也可以和人进行某种“情感交流”。
法国一位园艺学家做过这样一个实验。他将耳机套在一个番茄上，让它每天“欣赏”三个小时的音乐。结果，这个番茄成熟后比一般番茄大许多。法国国家研究中心的科学家，尝试用超声波培植蔬菜。工夫不负有心人，蔬菜在超声波的“乐曲”声中，生长速度增加一倍以上。苏联和英国的科学家也曾经用超声波培植法，种出了25千克重的大萝卜和27千克重的卷心菜。在中国，科学家也曾用超声波处理桔梗等中草药种子，发芽率普遍提高了2倍至4倍。经研究后科学家认为，声波通过加速植物的光合作用，促进细胞分裂，从而加快了植物的生长速度。
植物不仅能够欣赏音乐，还“长袖善舞”。比如睡莲花在夜幕降临前，总要跳上一段“闭合舞”。含羞草就更有意思了，它不但在黑夜到来的时候，会自动合上羽状的叶子，就是在白天，只要你碰它一下，它的叶子也会很快闭合。如果触动它的力量大一些，甚至连枝干都会下垂。正如它的名字，含羞草确实像一位含羞的少女。
在植物“舞蹈家”中，最出色的莫过于舞草了。舞草又称“电信草”，是生长在印度和斯里兰卡的一种植物。在它的每一片大叶旁边，分别长着两片小叶。这两片小叶就像贪玩好动的孩子，从早到晚一刻不停地跳着舞，直到夜晚才安静下来。
植物为什么会跳舞呢?科学家探讨了其中的奥秘。现在有两种说法：一种认为，植物体内的生长素会发生一定的转移，这种转移又引起植物细胞生长速度的变化，导致植物“舞兴大发”；另一种则认为，植物体内实际上存在微弱的生物电流，电流的强度与方向发生变化时，这些植物就开始跳舞。
更令人称奇的是，有的植物在受到虫兽侵害之后，竟能生产“自卫”的化学武器。这种现象引起了科学家的极大兴趣。1981年，美国东北部的1000万英亩橡树林，曾经遭到舞毒蛾的侵害。由于嚣张的害虫大量繁殖蔓延，橡树叶子被啃得精光，惨不忍睹。可奇怪得很，第二年那儿的舞毒蛾突然销声匿迹了，橡树林绿荫浓稠，恢复了盎然生机。这是怎么一回事呢?森林科学家通过分析橡树叶子化学成分的变化，发现了一个惊人的秘密：在遭受舞毒蛾咬食之前，橡树叶子含有的单宁物质数量不多；惨遭“欺凌”后，这些树叶中单宁含量却大大增加了。害虫吃了含有大量单宁的叶子，就会浑身不舒服(这是单宁和害虫体内蛋白质结合的结果)，行动也变得呆滞起来。结果，它们不是病死就是被鸟类天敌吃掉。
橡树依靠奇妙的“自卫术”战胜舞毒蛾的怪事，使人们联想起发生在美国阿拉斯加原始森林里的一场“自卫战”。当时由于野兔繁衍无度，大片的森林濒于毁灭。正当人们为如何消灭野兔而犯愁时，这些蹦蹦跳跳的兔子却突然集体生起病来。最后，野兔竟然在森林中几乎消失了。科学家经过分析才知道，那些被野兔咬过的树木叶芽中，含有一种叫“萜烯”的化学物质；食量颇大的野兔在吃了这些看似鲜嫩的叶芽后，就会生病、死亡。一些人为此感到费解：如果说这一切不是过于偶然的巧合，难道说植物也有某种知觉吗?
最让人觉得匪夷所思的，是沃格尔的一系列研究。他对植物倾注了大大超过常人的情感，从而感受到了其他人难以体验的“植物情感”。
马塞尔·沃格尔是美国加利福尼亚州洛斯加托斯国际商品粮用机器公司的化学师，他多年坚持研究“植物情感”、“植物与人的交流”，并进行了一系列的实验，取得了较大进展。一次，他从树上摘下三片榆树叶，放到床边的一个碟子里。每天早饭前，他都要集中1分钟思想，注视其中的两片叶子，“劝勉”它们继续活下去；而对中间的那片叶子，他坚持“不予理睬”。一周后，中间那片被“冷落”的叶子已变黄枯萎，但是另两片仍然青绿，样子健康。使沃格尔更感兴趣的是，活着的两片叶子的小茎，由于摘自树上而留的伤痕似乎也已经愈合。
这件事给沃格尔以很大的鼓舞。他想，人的精神关注可以使一片叶子在超过它的生命时间里保持绿色，那么这种力量会不会影响到植物的叶茎呢?于是他用显微镜将叶茎活动放大300倍，并制下幻灯片。他在制作幻灯片时，倾注了更多的内心关注，“用心灵寻找人们用肉眼看不到东西”。他最后的结论是：植物可以“获知”人的意图。但不同的植物对人“意识”的反应也不同。就拿海芋属的植物来说吧，有的反应较快，有的反应较慢；有的很清楚，有的则模糊不清。整株植物是这样，就其叶子来说，也是各具特性。比如，电阻大的叶子似乎特别难“合作”，而水分大的新鲜叶子“态度”最好。另外，植物似乎有它的活动期和停滞期限。在某些天的某个时候，它们能充分进行反应，其他时间则“不想动弹”或“脾气不好”。
1971年沃格尔开始了新的实验，看能否获得海芋属植物进入与人沟通联系的准确时刻。他把氢电流计连在一株海芋植物上，自己站在植物面前弯下身来深呼吸，手指伸开几乎触到植物。然后，他开始向植物倾注一种像对待友人一样的亲密感情。他每次做这样的实验时，图表上的记录都发生微弱的向上波动，同时他感到在自己手心里，某种能量从植物身上发出来。过了3～5分钟，沃格尔再进一步表示这种感情，却未引起植物的进一步行动，好像它对他的热情反应已放出全部能量。
沃格尔在另一次试验中，将两株植物用电线串联在同一部记录器上。他从第一株上剪下一片叶子，第二株植物对它的同伴的“伤痛”做出了反应。不过这种反应只有当沃格尔注意它时才能有。如果他剪下这片叶子不去看第二株时，它就没有反应。
沃格尔清楚地看到，在一定程度上集中注意力，是监测植物的必须条件。如果他在植物前格外集中精神(而不是在通常的精神状态下)，希望植物愉快，祝福它健康成长，那么植物就从萎靡状态下苏醒。他认为在这方面，人和植物似乎互相影响，作为一个统一体，两者对事件的发生或者对第三者的意识，可以从植物的反应中记录下来。沃格尔发现，他可以和植物的生命“沟通感情”。在他看来，植物是活生生的物体，它们有意识，并占据空间。“用人的标准来看，它们是瞎子、聋子、哑巴，但我毫不怀疑它们在探询人的情绪时，是极为敏感的工具。它们放射出一种微妙的、人们可以感觉到的能量。它们把这种能量输给人的某个特定能量场，人又反过来把能量输给植物”。
沃格尔强调，在同植物进行感情交流时，千万不能伤害植物的感情。他曾经请一位心理学家在15英尺外，通过心理分析仪和电流记录器对一株海芋属植物表示强烈的感情。试验中观察到，植物先是作出了连续不断的反应，然后突然停止了。沃格尔问他心中是否出现了什么“想法”，心理学家坦率地承认，他暗暗拿自己家里的海芋属植物和沃格尔的做比较，认为沃格尔的远比不上他自己的。显然这种想法刺伤了沃格尔的海芋植物的“感情”。在这一天里，它再也没有反应——事实上两周内都没有反应。这说明，它对那位心理学家是“心存反感”的。
沃格尔发现，植物对有关性的话题比较敏感。一次，他邀请一些心理学家、医生和计算机程序工作人员，在自己家里聚会谈话，以便观察植物有什么反应。人们围绕各种话题谈了大约1个小时，植物都没有反应。但当有人提出谈谈性问题时，仪器上的图迹发生了剧烈的变化。沃格尔猜测，谈论性可以激发某种能量。在世界一些地区，远古时代人类祈祝丰产时，在新播种的地里进行和性有关的宗教祭祀活动，据说可以刺激植物的生长。沃格尔解释说，原始人可能意识到了什么。
沃格尔的研究为植物界打开了一个新领域。植物似乎不仅有“知觉”、“情感”，而且还似乎能揭示出任何恶意或善意的信息，这种信息比用语言表达更为真实可信。无独有偶，日本东京一家叫“新世纪”的研究公司，在长期的研究后也得出了跟沃格尔相似的结论。该公司宣布发明了一种机器，能够测定植物尤其是花草对外界刺激的反应，他们称之为“植物与人类之间奇妙的交流工具”。
他们先用一种叫“蜘蛛抱蛋”的花草做试验，以了解它的“感情状况”。把这个用电池作动力的小装置放在花盆边，把两根电线分别夹在“蜘蛛抱蛋”的叶子和茎上，第二根电线插进土里。当“蜘蛛抱蛋”受到外界刺激时会发出一种电脉冲，装置会感受到任何细小的变化，然后把植物脉冲通过电线传导给装置里面的扬声器，扬声器会发出一种类似于鸡蛋在杯子里煮爆了的噼啪声，脉冲越强声音越大。更令人惊奇的是，装置上的指示灯会亮起来，而且根据植物发出的脉冲的强弱指示灯会发出绿的、黄的或红的光。植物的这种反馈是对人类行为的反应。当一个陌生人接近时，植物会像一个小孩一样感到害怕，而如果是它的主人接近，它会显得很“高兴”。当植物的主人与它对话时它会高兴，但当主人轻拍它的叶子时它则更高兴，就像婴儿喜欢父母的抚摸一样。主人走近一棵植物并让它感受到他的呼吸和体温时，植物会感受到将要发生什么，并在10秒钟内作出反应。
相比较而言，花比别的植物反应更敏感。专家认为，在未来，人与植物“联网”也许不是什么“天方夜谭”。人与植物交流的效果比对植物放音乐的效果要好，花将开得更大更香，果将结得更多更甜。但怎样进一步开发“植物情感”，让它为人类服务，目前还只是处在研究之中。