——另辟蹊径：生物芯片研发聚集新方向

文/陈思进

（作者系科幻作家，著有《超时空拯救》）

2022年8月9日，美国总统拜登签署了总额高达2800亿美元的《芯片和科学法案》，是一份通过巨额产业补贴来遏制竞争的霸道条款，旨在推动芯片制造“回流”美国本土。到了10月14日，拜登政府在芯片法案上继续升级，宣布限制向中国出售半导体技术的新措施，以打击中国获得从超级计算机到高精尖武器等一切领域所需要的关键技术能力，达到我们“卡脖子”的目的。

美国的《芯片和科学法案》真能卡死中国吗？

不见得，中国的芯片专家普遍认为，中国除了依靠自力更生和加倍努力以外，现在很多开发制造芯片的企业，正在走另外一套工艺（比如FinFET——“鳍式场效应晶体管”），试图绕过被“卡脖子”的命运。

那么，是否还有另一条路可以走呢？在此篇文章中，我将简单地介绍一下生物芯片（biochip）。

所谓的生物芯片，起源于80年代末，是一项运用多学科交叉的前沿技术，如微电子学、微流体学、分子生物学、生物技术、基因检测、分析化学等原理进行设计，并以硅晶圆、玻璃或高分子为基材，配合微机电自动化、或其他精密加工技术，所制作之高科技元件，犹如半导体芯片一般能快速进行繁复运算，具有快速、精确和低成本之生物分析检验能力，更可能在未来成为探索生命奥秘的主要工具。

目前，发展中的生物芯片可大略分为：蛋白质芯片、基因芯片与实验室芯片等三类，它的发展趋势基本上从大到微型化，数字化、智能化发展，以后会解决生物兼容性问题，即可以植入人类体内。

基因芯片是所有不同种类之生物芯片中发展最快的一种，指的是在数平方公分之面积上安装数千或数万个核酸探针，经由一次测验，即可提供大量基因序列相关资讯。

而实验室芯片是它的主要发展方向。最新的进展已经能够在单个芯片上容纳超越10000个生物传感器，并使用它们来检测人体标志物，例如维生素水平或病毒感染，一个微小的芯片可以全自动地同时执行成千上万个生化反应。

当前，生物芯片应用还只是刚起步，未来的生物芯片应用将会更广，甚至可能会更加科幻。但是生物芯片应用会或多或少，涉及到一些伦理的问题。

例如，以蛋白质为基材、融合生物计算机技术制造的生物（蛋白质）芯片，可以当成生命有机体的生命模块，未来人类就可以像搭积木一样去软件定义，设计组织，以及合成生命。

那么，何谓半导体纳米线生物芯片呢？

事实上，半导体产业和生物产业，在此之前是没有相关的交集的，半导体最主要是研究微电子、硅材料和光刻机等；而生物医疗，主要是关注生命有机体和细胞组织器官。虽然两者看起来毫不搭界，但在其纳米层次上，它们是相通的——电子就是它们沟通的媒介，生物芯片是它的载体。这使得半导体产业变成了一个跨界的故事。

目前，中国掌握了一种核心技术，即半导体纳米线技术，而半导体纳米线芯片，是半导体的一个细分领域，它将是生物医疗的主方向，是一个前途光明的蓝海市场。

这种完整的生物芯片是个片上芯片，可以全自动地分析所需要的生物项目，其好处是成本很低，可同时拥有多种检测项目，速度很快，3-5分钟便可以出好几个结果，能根据修饰的抗体多少来决定，相比目前传统方式所需的半小时到几小时，那简直是快太多了。

另外，根据生物芯片表面纳米线修饰的抗体不同，又可以有不同的应用。比如用在食品安全方面：可检测是否有农药残留，有没有微生物、重金属，甚至能检测环境中的二氧化硫，BOD亚硝酸盐等；应用在生物医疗上，如体外诊断的POT设备、智能穿戴设备等，如果配合这样的生物芯片，可以检测核酸，即用来检验DNA，也可以检测各种疾病的生物标志物，检测血液里的离子、钙离子、钠离子PH值，甚至心肌酶的四五个指标可以同时进行检测。

正如前面提及的，上述生物芯片的应用只是跨出了一小步，未来的应用将会更广泛，可能会趋向于科幻，因为这些应用或多或少会涉及到一些伦理问题。

举例来说，如果采用生物兼容的、柔性的有机聚合物组成生物芯片，可以植入人体，实时检测人体的身体健康状况、实时记录人的大脑信息，或者把大脑信息存储在电脑或云端。

展望未来，如果以蛋白质为基材去融合，以生物计算机技术制造的生物芯片，可以当成生命有机体的生命模块，以后人类就能以像搭积木一样去软件定义、设计组织和合成生命了。如果这个愿望实现的话，未来的你可能就不完全是你了，其中一部分是你父母带给你的，一部分可能是电脑合成出来的。当然，这将是很遥远的未来。

总之，中国不被“卡脖子”的生物芯片，将与未来的你息息相关，前途光明，大有可为！

2022年11月20日写于多伦多安大略湖畔