生物芯片研究论文

计算机科学与技术的发展日新月异，因此，我们要把握其发展趋势，才能更好的推动计算机科学与技术的发展。下面是我整理了计算机科学与技术论文 范文 ，有兴趣的亲可以来阅读一下!

对计算机科学与技术发展趋势的探讨

摘要：计算机科学与技术的发展日新月异，因此，我们要把握其发展趋势，才能更好的推动计算机科学与技术的发展。本文分析了计算机科学与技术发展的整体方向，并就计算机技术的几个具体发展趋势进行了探讨。

关键词：计算机科学与技术;发展趋势;研究

中图分类号：TP3-4文献标识码：A 文章 编号：1007-9599 (2012) 05-0000-02

计算机科学与技术与我们的社会、生活、工作等方方面面都息息相关，因此，分析计算机科学与技术发展的趋势问题具有十分重要的现实意义。为此，本文分析了计算机科学技术的发展趋势，以下是本人对此问题的几点看法。

一、计算机科学与技术发展的整体方向

计算机科学与技术的发展可以说是日新月异，发展速度非常的快，但统观计算机技术的未来发展，主要向着“高”、“广”、“深”三个方向发展。具体分析如下：

第一，向“高”度发展。体现在计算机的主频上，随着主频的逐步提高，计算机的整体性能会越来越稳定，速度会越来越快。英特尔公司已经研制出能集成超出10亿个晶体管的微处理器，也就是说一台计算机不止使用一个处理器，可能会用到几十、几百甚至更多的处理器，即并行处理，截止目前，在世界范围内性能最高的通用机就采用了上万台处理器。而专用机的并行程度又要高出通用机，其关键核心技术是 操作系统 ，体现在两方面，一方面是如何高效能的使很多计算机之间产生联系，实现处理机间的高速通信，另一方面是如何有效管理这些计算机，并使之互相配合、协调工作。

第二，向“广”度发展。随着计算机的高速发展，计算机已经普及，成为个人常用之物，可以说人手一台。向“广”度发展指网络化范围的扩大以及向各个领域的逐渐渗透。到那时，计算机就会无处不在，像现在的发动机一样，应用于所有电器中，你家里的电器不管是冰箱、洗衣机还是 笔记本 、书籍等都已电子化。说不定多少年后学生用的教科书也被淘汰，被和教材大小一样的笔记本计算机所代替，学生可根据自己实际需要查阅、记录所需的资料。有人预言未来的计算机如此普及价格就和买一本书一样便宜，还有一次性使用的，用完就可以扔掉，它将成为人们生活中最常用、最方便的日用品。

第三，向“深”度发展。即向人工智能方向发展。比如说，如何把网上丰富的、有用的信息变为己有，如何使人机更好地互动等，这是计算机人工智能发展、研究的的主要课题。所谓人工智能，即计算机的智能成分占主要，会具备多种感知能力、 逻辑思维 能力，到那时，人们可以与计算机自由交流，用手写字输入，甚至可以用表情、手势和计算机沟通，人机交流方便、灵活、快捷。使人产生身临其境之感的交互设备也已经发明出来，主要体现在虚拟现实技术领域方面。同时，信息将实现永久性存储，百年存储器正在研发当中，让我们一起期待吧。

二、计算机科学技术的几个具体发展趋势

从近几年来计算机科学的发展来看，计算机科学技术的具体发展趋势，主要有以下几个方面：

(一)运算速度大大提高的高速计算机

近年来，美国人发明了一种通过空气的绝缘性来大幅度提高电脑运行速度的新技术。由纽约保利技术公司研究人员发明生产出一种电脑中使用的新型电路，这种电路的芯片之间是由一种“胶滞体包裹的导线”进行连接的，而组成这种“胶滞体”的物质中有90%的成分是空气，众所周知，空气恰恰是一种不导电的优良的绝缘体。经实践研究表明，计算机运行速度的快慢与晶体管或芯片之间信号的传递速度有直接关系，目前国际上普遍采用的“硅二氧化物导线”在信号传递的过程中一般都会吸收掉一部分信号，因此延长了传递信息的时间。而保利技术公司研究制造的这种“胶滞体导线”，在信息传输过程中几乎没有吸收任何信号，所以它能够更快的传递信息。除此之外，这种导线不但有利于大幅度降低电耗，节约材料成本，而且无需更改计算机芯片，可直接安装，最重要的是极大的提高了计算机运行速度。但美中不足的是，这种导线的散热效果较差，无法及时排出电路生成的热量。为此，保利公司迅速组织科研人员，针对这一缺陷进行创新改造，终于研究出一种“电脑芯片冷却”技术，即在计算机电路中置放许多装有液体的微型管道，用以吸收电路在工作中形成的热量。电路开始发热时，其产生的热量可以将微型管中的液体汽化，汽化之后的物质逐渐扩散到微型管的另一端，会重新凝结，顺流到微型管底部，从而达到吸收热量、有效散热的功效。目前，美国宇航局正在对该项技术进行太空失重实验，如果实验取得成功，“空气胶滞体”导线技术将被广泛应用于全球计算机的使用中，有助于大幅度提高计算机的运行速度。

(二)超微技术领域的生物计算机

早在二十世纪八十年代，生物计算机就已经投入研制了，这种计算机最大的特点就是利用生物芯片，由生物工程技术中所产生的“蛋白质分子”组合构成。在这种生物芯片中，信息是以波的方式进行传递的，其运算速度快的惊人，几乎相当于普通计算机运算速度的十万倍，且具备强大的储存空间，而其能量消耗仅为普通计算机的十分之一，这种生物计算机的优势作用显而易见。由于蛋白质分子具有再生能力，因此，它可以通过自我组合而合成新的微型电路，这样就使得计算机具备了生物体的基本特征，因此被称为生物计算机。例如：这种计算机可以通过生物自身的调节作用自主修复出现故障的芯片，甚至能够模拟人脑进行思考。1994年，美国首次将生物计算机公诸于世，随之公布的还有模拟电子计算机而进行的逻辑运算，并提出了解决“虚构”的七座城市之间路径问题的最佳设计方案。前不久，来自世界各国的二百多名计算机专家学者就曾经齐聚美国的普林斯顿大学，联名呼吁计算机科技应向生物计算机领域努力进军。根据现在的生物计算机技术发展来看，预计将在不久的未来，制造出通过物理和化学作用就能检测、处理、储存、分析、传输数据信息的分子元件。现阶段，计算机科学家们已经在生物超微技术领域取得了一定成就，实现了部分突破，制造出了超微机器人。而科学家们更长远的计划是让这种超微机器人变成一部微型生物计算机，从而在生物体内取代某些人体器官，完成血管、内脏等器官的修复作用，并杀死病毒细胞，使人类身体健康、延年益寿。

(三)以光为传输媒介的光学计算机

光学计算机是一种以光作为信息传输手段的计算机，这种计算机与传统计算机(电子)相比，具有诸多优势特点：光的速度有目共睹，这是电子计算机永远无法比拟的，并且光速具有一定的频率和偏振特征，大大提高了光学计算机传输信息的能力;光的发射根本不需要任何导线，即使发生交会也不会造成干扰;光学计算机的智能水平也大大高于电子计算机。可见，光学计算机是人类不断追求的理想计算机。早在二十世纪九十年代，世界各国以及各个科研机构，就已经投入大量的人力、物力、财力用以研发“光脑技术”。其中，由英国、德国、法国、意大利等60多个国家组成的科研队伍研发的光学计算机成果显著，该计算机的运算速度比电子计算机快了一千多倍，而且准确率相当高。除此之外，有些超高速计算机只能在低温状态下运行，而光学计算机不受温度的限制;光学计算机的存储量超大，抗干扰能力超强，不管在什么条件下都能正常运行;光脑具有与人脑相似的特性，就算系统中的某一元件出现损坏，也不影响运算结果。

(四)含苞待放的量子计算机

计算机专家已经根据量子学理论知识，在量子计算机的研制方面取得了一定成果，如：美国科学家已经成功完成了4个“锂离子”量子的缠结状态，这一成果体现了人类在量子计算机研究领域上已经更上一层楼。

(五)应用纳米技术的纳米计算机

纳米计算机是用纳米技术研发的新型高性能计算机。应用纳米技术研制的计算机内存芯片，其体积只有数百个原子大小，相当于人的头发丝直径的千分之一。美国正在研制一种连接纳米管的 方法 ，用这种方法连接的纳米管可用作芯片元件，发挥电子开关、放大和晶体管的功能。专家预测，10年后纳米技术将会走出实验室，成为科技应用的一部分。纳米计算机体积小、造价低、存量大、性能好，将逐渐取代芯片计算机，推动计算机行业的快速发展。

当然，以上仅是本人对计算机科学与技术发展趋势的几点浅薄认识和看法，对于此问题的研究，有待于我们做进一步的探讨和思考。

参考文献：

[1]蔡芝蔚.计算机技术发展研究[J].电脑与电信,2008,2

[2]陈相吉.未来计算机与计算机技术的发展[J].法制与社会,2007,10

[3]文德春.计算机技术发展趋势[J].科协论坛(下半月),2007,5

[4]张瑞.计算机科学与技术的发展趋势探析[J].制造业自动化,2010,8

[5]李晨.计算机科学与技术的发展趋势[J].化学工程与装备,2008,4

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现代生命科学技术的论文基因芯片——“生物信息精灵”——浅谈数学、计算机在现代生命科学研究中的作用二十世纪是物理科学的世纪，而二十一世纪则是生命科学的世纪。生命科学，尤其是生物技术的迅猛发展，不仅与人类健康，农业发展以及生存环境密切相关，而且还将对其它学科的发展起到促进作用，所谓"今天的科学，明天的技术，后天的生产"。而生命科学的基础性研究是现代生物技术的源泉、科学和技术创新的关键。现代生物技术，是一门领导尖端科技的学科，正因如此，我很想知道它与数学——我得专业课，计算机等理论或技术是怎样有机的联系在一起的。基于此，我利用课余时间查阅了许多网站、书籍，并有了小小的收获。现就“基因芯片”技术，浅谈如下。一、基因芯片简介基因芯片，也叫DNA芯片，是在90年代中期发展出来的高科技产物。基因芯片大小如指甲盖一般，其基质一般是经过处理后的玻璃片。每个芯片的基面上都可划分出数万至数百万个小区。在指定的小区内，可固定大量具有特定功能、长约20个碱基序列的核酸分子（也叫分子探针）。 由于被固定的分子探针在基质上形成不同的探针阵列，利用分子杂交及平行处理原理，基因芯片可对遗传物质进行分子检测，因此可用于进行基因研究、法医鉴定、疾病检测和药物筛选等。基因芯片技术具有无可比拟的高效、快速和多参量特点，是在传统的生物技术如检测、杂交、分型和DNA测序技术等方面的一次重大创新和飞跃。二、基因芯片技术 生物芯片技术是于90年代初期随着人类基因组计划的顺利进行而诞生，它是通过像集成电路制作过程中半导体光刻加工那样的微缩技术，将现在生命科学研究中许多不连续的、离散的分析过程，如样品制备、化学反应和定性、定量检测等手段集成于指甲盖大小的硅芯片或玻璃芯片上，使这些分析过程连续化和微型化。也就是说将现在需要几间实验室、检验室完成的技术，制作成具有不同用途的便携式生化分析仪，使生物学分析过程全自动化，分析速度成千上万倍地提高，所需样品及化学试剂成千上万倍地减少。可以预见，在不远的将来，用它制作的微缩分析仪将广泛地应用于分子生物学、医学基础研究、临床诊断治疗、新药开发、司法鉴定、食品卫生监督、生物武器战争等领域。 生物芯片技术是目前应用前景最好的DNA分析技术之一，分析对象可以是核酸、蛋白质、细胞、组织等。目前全世界用生物芯片进行疾病诊断还处于研究阶段，国外已将其用于观察癌基因及肌萎缩等一些遗传病基因的表达和突变情况。 生物芯片技术还可以用于治疗，例如已开发出在4平方毫米的芯片上布满400根有药物的针，定时定量为病人进行药物注射。另外，科学家还在考虑制作定时释放胰岛素治疗糖尿病的生物芯片微泵及可以置入心脏的芯片起搏器等。生物芯片技术与组合化学相结合将开辟另一个极有价值的应用方向，即为新药研制提供超高通量筛选平台技术，这必将使新药研究开发和传统中药的成分评估获得重大突破。三、基因芯片的应用技术举例1、基因破译 目前，由多国科学家参与的“人类基因组计划”，正力图在21世纪初绘制出完整的人类染色体排列图。众所周知，染色体是DNA的载体，基因是DNA上有遗传效应的片段，构成DNA的基本单位是四种碱基。由于每个人拥有30亿对碱基，破译所有DNA的碱基排列顺序无疑是一项巨型工程。与传统基因序列测定技术相比，基因芯片破译人类基因组和检测基因突变的速度要快数千倍。 基因芯片的检测速度之所以这么快，主要是因为基因芯片上有成千上万个微凝胶，可进行并行检测；同时，由于微凝胶是三维立体的，它相当于提供了一个三维检测平台，能固定住蛋白质和DNA并进行分析。 美国正在对基因芯片进行研究，已开发出能快速解读基因密码的“基因芯片”，使解读人类基因的速度比目前高1000倍。图1所示为一种内嵌基因芯片的基因检测装置。2、基因诊断 通过使用基因芯片分析人类基因组，可找出致病的遗传基因。癌症、糖尿病等，都是遗传基因缺陷引起的疾病。医学和生物学研究人员将能在数秒钟内鉴定出最终会导致癌症等的突变基因。借助一小滴测试液，医生们能预测药物对病人的功效，可诊断出药物在治疗过程中的不良反应，还能当场鉴别出病人受到了何种细菌、病毒或其他微生物的感染。利用基因芯片分析遗传基因，将使10年后对糖尿病的确诊率达到50％以上。 未来人们在体检时，由搭载基因芯片的诊断机器人对受检者取血，转瞬间体检结果便可以显示在计算机屏幕上。利用基因诊断，医疗将从千篇一律的“大众医疗”的时代，进步到依据个人遗传基因而异的“定制医疗”的时代。3、基因环保 基因芯片在环保方面也大有可为。基因芯片可高效地探测到由微生物或有机物引起的污染，还能帮助研究人员找到并合成具有解毒和消化污染物功能的天然酶基因。这种对环境友好的基因一旦被发现，研究人员将把它们转入普通的细菌中，然后用这种转基因细菌清理被污染的河流或土壤。4、基因计算 DNA分子类似“计算机磁盘”，拥有信息的保存、复制、改写等功能。将螺旋状的DNA的分子拉直，其长度将超过人的身高，但若把它折叠起来，又可以缩小为直径只有几微米的小球。因此，DNA分子被视为超高密度、大容量的分子存储器。 基因芯片经过改进，利用不同生物状态表达不同的数字后还可用于制造生物计算机。基于基因芯片和基因算法，未来的生物信息学领域，将有望出现能与当今的计算机业硬件巨头――英特尔公司、软件巨头――微软公司相匹敌的生物信息企业。四、基因芯片的实际应用 基因芯片在生命科学、医药研究、环境保护和农业等领域有极其重要的应用价值。在基因芯片的驱动下，人类正进入一个崭新的生物信息时代。1、在美国科学家第一次将一个他们称之为生物芯片的计算机芯片植入人体的细胞上，从而使人体细胞与计算机连接。这是美国科学家波利斯·鲁宾斯基（Boris Lubinsky）和他的同事黄永（译音）在3月份的美国《生物医学微设备》杂志中著文披露的。 2、人体细胞外面包有一个细胞膜，该细胞膜具有使特定物质单向通过的功能。多年来，科学家们一直寻求找到用电冲击的方法，使所希望的物质进入细胞膜，但直 到目前为止，所用的方法有时成功，有时失败。而使用鲁宾斯基和黄永研究出来的 新方法，细胞膜由计算机得到一个信号，让某些物质进入到细胞中。随具体场合的 不同，这些物质可以是例如用来改变基因的遗传物质，也可以是药物或蛋白质。这样，就可以更好地使这些物质发生效力。 鲁宾斯基等科学家打算研制出能对例如神经细胞和肌肉等人体组织发出指令的生物芯片，这样至少会使人所服用的药物发挥更大的效力。俄亥俄州立大学生物医学工程中心主任莫里罗·弗拉里称鲁宾斯基的这项发明是处在发展阶段早期的具有潜在作用的实验室工具。美国科学家们称，他们已经找到了一种能使人体细胞和电路进行交配的生物工程芯片，它能在医学和基因工程学方面发挥关键的作用。 这种比头发还小还细的微型装置使健康人体细胞和电子芯片结合，通过电脑对芯片进行控制，科学家认为他们能够控制细胞的活动。 电脑向细胞芯片发送电脉冲，激发细胞膜孔张开，并激活细胞。科学家希望能够大批量地生产这种细胞芯片，并能够把它们植入人体，取代或修正病变组织。 领导这项研究的加州大学机械工程学教授鲍里斯·鲁宾斯基说：“细胞芯片还使科学家在复杂的基因治疗过程中更准确地进行控制，因为他们能够更准确地开启细胞孔。” 鲁宾斯基还说：“我们在生物学领域里引入了工程学的精髓，我们完全可以在不影响周围其它细胞的情况下输入DNA、提取蛋白质以及注射药物。” 该细胞芯片的出现与长期存在的一种理论有关，即一定量的电压能够穿透细胞膜。 多年来，科学家一直在进行用电力轰击细胞试验的遗传研究，希望藉此引入新的疗法和基因物质。研究人员希望能最终制造出与激活不同的身体组织（从肌肉到骨骼到大脑）所需的准确的电压量相调合的细胞芯片。那样的话，将会有数以千计的细胞芯片用来治疗各种类型的疾病。3、用独创技术自行研制的中国第一片应用型基因芯片于近日在第一军医大学正式诞生。 据第一军医大学有关负责人透露，该军医大研制成功的基因芯片，是中国首次应用一种创新的基因片扩增技术，率先攻克了内地同行在基因芯片研究中首先面临的快速经济地搜集数以万数基因探针难题，并巧妙运用新技术手段明显地降低成本。 目前，该芯片已完成实验室工作，即将进入临床验证阶段，如果顺利，用於临床诊断的基因芯片可望不久投入批量生产。但到目前为止，全世界还没有实际用於临床应用诊断的基因芯片生产。 在实验室里，将这几片比大拇指盖稍大的基因芯片，放在检测器上，与之相连的电脑屏幕上立刻出现了纵横交错的红红绿绿荧光点，出现的每个荧光点就是一个基因片断的点阵。只要取病人一滴血放在芯片检测卡上，经过分子杂交后，连上电脑就可以立刻显示出基因变化情况，并通过电脑把基因语言翻译成医生能读得懂的信息，从而对疾病做出准确的诊断。 这种芯片的成功诞生，标志着疾病的诊断由细胞和组织水平推进到基因水平。它们的开发应用将在环境污染控制、动植物检疫、器官移植、产前诊断、药物筛选、药物开发等方面展示出广阔的前景。五、生命科学渐成IT公司关注焦点 人类基因组工作草图绘毕的消息像打开了阿里巴巴宝藏的大门，以基因技术为核心的生命科学市场正吸引着越来越多的淘金者。近来，为这些淘金者生产“铁锨”的资讯科技（IT）公司的积极行动颇为引人注目。1、揭开基因之迷须破译大量数据 人类基因组草图仅仅是读出了“生命之书”，而要真正读懂它，揭示所有基因编码所代表的信息，还必须破译浩如烟海的数据。 在著名的英国桑格中心里，有关人类基因组的数据已经达到22万亿字节，是世界上首屈一指的美国国会图书馆藏书内容的两倍多。据这家中心估计，在未来两至三年内，与人类基因组有关的数据量还将上升到50万亿至100万亿字节。2、生命科学公司10%投资用于开发资讯科技 为了解决处理数据所需的庞大计算能力的问题，世界上最大的12家生命科学公司目前把近10%的科研预算用于资讯科技投资，而且这个比例可能还将增长。 据美国国际商业机器公司（IBM）估计，与生命科学有关的资讯科技市场将在今年达到35亿美元，到2003年达到90亿美元。3、市场潜力巨大 一些著名的IT企业，已将眼光瞄准了这一潜力巨大的市场。例如，IBM已经决定投资1亿美元，用五年时间研制一种名为“蓝基因”的超级电脑。 “蓝基因”的运算能力将是美国现有40台最快的超级电脑运算能力总和的40倍，它主要用于模拟人类蛋白折叠成特殊形状的过程。世界最大的个人电脑制造商美国康柏公司，也垂涎这块“肥肉”。4、康柏趁早下手培养未来客户基础 已经成为生命科学领域电脑服务器主要供应商的康柏公司最近宣布，它将继续投资1亿美元，支持新兴生物技术公司，以培养未来的客户基础。 其实，IT公司还远不止盯着这些近期利益。以基因研究为基础的生物经济可能在新世纪里成为新经济的重要组成部分，对此人们已经达成共识。5、行业标准制定者能享有巨大经济利益 根据以往的经验，率先进入市场的公司大多能够成为行业标准的制定者，这些行业标准往往意味着巨大的经济利益。 今年8月，德国狮生命科学公司的股票上市。由于投资者看中这家公司的基因次序检索系统（SRS）可能成为行业新标准，其股票价格在短短时间里迅速上涨了50%。6、政府支持基因研究 IT公司进军生命科学领域，与各国政府对基因研究的支持密不可分。为了在基因组研究的下一个阶段——分析蛋白质结构的国际竞争中领先，不少国家积极采取措施，促进信息业与生物产业的结合。 例如，日本不久前就组织了“官产学”大联合的“生物产业信息化研究共同体”，参加这个共同体除了制药、食品、生物、化学等与基因科学相关的企业外，还有不少电脑公司。 小结：科学界公认，生物芯片技术将给下个世纪生命科学和医学研究带来一场革命。目前我国科学家正在加速研制这种可能快捷便利提取DNA，查找遗传基因特性的新技术。相信，这一现代生物与高科技联姻的成果将为二十一世纪的发展作出巨大的贡献！