生物工程中检测技术的需求和发展趋势

2014-08-15姜琳

生物技术世界 2014年8期

姜琳

(华东理工大学生物工程学院上海 200237)

作为一门研究生命的学科,16世纪末随着资本主义发展和文艺复兴时代的到来,生物学的雏形逐渐形成。但是,早期的生物学仅停留在对事物的描述阶段。生物学作为一门实验科学,其主要依据“细胞学说”和“进化论”的成立[1]。直至20世纪初,生物学中的“基因学说”将生物学的发展推入了近代自然科学的行列。在后期生物学不断发展的过程中,由于物理、数学、化学等学科的相互交叉渗透,应用先进的实验技术,生物学的发展获得了极大地提高。现代生物学主要以分子生物学为代表,使得生物学成为了更为精确定量的学科,促进了生物学的进一步发展。到21世纪,生物经济进入了一定的成熟发展阶段,生物应用技术已经开始应用到了我们生活中与生物无关的角落中。

1 生物工程对检测技术的需求

DNA分子重组技术的日益成熟以及对其广泛的应用,使得现代生物工程科学研究逐渐转向了更为精确定量的学科研究领域,在现代生物工程产业不断发展的过程中,其产业发展中的质量控制、监测、标准化等计量测试的要求越来越高。检测技术在生物工程中具有重要的作用。检测技术对生物工程后期的发展提供了质量保障。

1.1 波谱检测分析技术的应用

生物工程检测技术的需求主要包括了生物大分子、原生质的其它物质、结构、浓度、构像变化、膜电位变化、反应的动力学工程中能量的吸收和传递、分子运动等等。在这些研究领域中,生物学专家运用荧光光谱、拉曼光谱、紫外可见光谱等。这些研究领域生物物质所特有的标准特性很难被找到,同时生物体的活性会使的光谱呈现出动态的效果,运用传统的方法并不能更好的满足生物学的发展需求。可见,相关的计量测试和新的量值具有其发展的必要性。在生物工程检测技术中,生物反应动力学较为重要。生物分子中结构功能变化较大。当前所需要的时间分辨量级已短至皮秒或飞秒的水平。因此,生物工程检测涉及到实践的频率技术还应进一步研究。在化学机构分析中,核磁共振(NMR)是一种有力的研究手段[2]。核磁共振技术的生物分子和生物膜上的研究在药物学和医学中的应用已经显得较为重要。而电子顺磁共振主要利用的是未成对的电子物质在磁场作用下吸收电磁波的能量促进电子发生越级跳跃,以此来对顺磁性物质进行研究分析。酶促反应、细胞代谢等领域都适宜电子顺磁共振技术的研究。在生物工程技术中,被检测的生物通常是有生命的,在检测的过程中环境需要保持常温、常压、防污染。这些使得光谱检测技术和其它的电磁辐射检测技术获得了广泛的应用。已经逐渐成为生物检测技术研究的主导领域。

1.2 生物化工过程的参数检测

在生物技术、现代综合参数以及现代化工技术发展的过程中,生物化工技术成为了一种新型的工程技术。生物技术产业化方面,生物化工技术具有重要的作用。生物化工技术使得生物技术可应用的范围更为广泛,生产产品的技术不断提高,提高了生物技术产品的质量。在各项产业技术不断发展的过程中,生物化工技术成为生物技术产业发展的瓶颈。生物技术产业在不断完善和发展同时,其生产过程和工艺的研究促进了生物化工技术的发展。借助相关的催化剂进行生物产品的生产已经成为化学工程开发的基本内容。要想在生物化工生产中扩充相关的内容,就应当通过相应的参数检测,实现对生产过程的定量和定性分析,以此来控制生产过程,将化工生产推广应用到更大的范围中。通常情况下,按照性质的不同,可以将参数分为三大类:间接参数、物理参数以及化学参数。在工艺生产中,这些参数可以通过传感器或者是检测系统将非电量转变为电量,并通过二次仪表进行显示,记录并传送与之相应的数据。生物反应系统可以分为信号检测、计算机控制和工艺研究。在生物培养的过程中,可以通过多方面的获取直接参数,进过计算机的相关信息,可以反映菌体细胞的生理特性和工程特性。

2 生物工程检测技术的研究进展

生物工程的发展局有其一定的特殊项。尽管世界各国大力支持生物技术的发展,但是都处于一个“谨小慎微”的状态。这种谨小慎微局面的形成除了有生物工程特有的性质为,还具有其他的原因[3]。当前生物工程领域的总发展趋势主要为以下几方面:首先,安全性依赖与检测规范化和标准化。DNA重组技术已经发展的较为成熟,但其后期的生产有待于更长期的跟踪研究,做出更具有安全性的评价。在其后期跟踪研究的过程中,需要对生物的概念和单位进行定量化的界定。其次,检测技术多样性、快速的发展。在生物工程工程领域中,计量及检测向快速和多样性的方向发展。生物芯片检测技术具有多种方案和设备,在朝着快速发展的过程中,量值的统一标准研究十分重要。最后,生物工程技术运用向多领域渗透。DNA重组技术在不断成熟和完善的过程中,逐渐向新方向和新领域中广泛的应用。促进了生物产业发展的同时保障了产业化。