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算力这一概念与计算机的发展史紧密相连。最初的计算机十分笨重,足有几十吨重,为了让计算机“瘦身”,人们开始尝试将电子元器件用一些方法聚集起来。20世纪50年代末,集成电路诞生了,它将一个电路的大量元器件集合在了一块单晶片上,而这一载体就是赫赫有名的芯片。芯片的性能直接决定着电子设备的算力,计算机也因芯片时代的到来变得越来越强、越来越轻、越来越小。
当提到“芯片”,大多数人的第一反应往往是集成电路,即电子芯片,它是现代电子技术和信息技术的核心。电子芯片是一种微型化的电子电路,通过将晶体管、电阻、电容和连线等电子元件集成在一块半导体材料(通常是硅)上,实现特定的电子功能。
芯片功能不一,用途不同,从日常生活中的手机到遨游太空的卫星,内部都搭载着多种类型的芯片,其中,我们最常听说的恐怕就是CPU和GPU了。
不同于电子芯片,生物芯片并不依赖电流或电信号传输,它利用的是生物分子之间的特异相互作用,将本来需要在实验室内进行的生化分析,集成到玻璃片、硅片、尼龙膜等载体上。而且,在面对电子芯片最大的克星——液体时,生物芯片也能表现得如鱼得水,甚至很多生物芯片上处理的样品都是在液体中提取,或直接使用了血液、唾液等液体。
目前,生物芯片主要包括以下几个类型:
基因芯片:这种芯片就像一个小型的DNA图书馆,能快速检测样品中的DNA序列,还可以根据与参照序列比对的结果,来判断一个人是否患有某种基因疾病以及适合何种药物等。现如今,我国很多地区都会借助生物芯片,用基因筛查方式检测新生儿是否携带药物性耳聋基因。这种检测操作非常简单,可以快速出具结果,进而实现早发现、早干预。
蛋白芯片:蛋白芯片可以检测样品中不同类的蛋白质,帮助科研人员了解细胞如何工作,甚至发明新药物。
细胞芯片:细胞芯片可以培养和观察细胞在不同条件下的反应,有助于研究细胞行为和疾病机制。
组织芯片:是一种特殊类型的生物芯片,将组织切片按照特定的方式固定在载体上,用来模拟和研究人体或动植物体内的组织和器官,可以帮助我们深入理解疾病的发生机制等。生物芯片作为生物技术与微电子技术的结合体,实现了生物学研究的微型化、自动化和高通量化。它的发展,也使得生命科学研究和临床应用达到了前所未有的精度和速度,推动了精准医疗、疾病早期诊断、药物研发等领域的发展。
撰文| 张尉东 苏晓
责任编辑 | 牛一名 王佳璇 岳焕琦
运营编辑 | 岳焕琦 李元龙
质量审核 | 业蕾
❖ 文章来源:《知识就是力量》杂志《芯片:越来越聪明的电子大脑》《生物芯片:探索微观世界的生物实验室》 ❖