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生物電子學是一個科技名詞。

中國文字是歷史上最古老的文字之一[1]。也是至今通行的世界上最古老的文字。世界上還沒有任何一種文字像漢字這樣經久不衰。 從甲骨文發展到今天的漢字,已經有數千年的歷史。文字的發展經過了甲骨文、金文、大篆、小篆、隸書[2]、草書、楷書、行書等書體演變。

名詞解釋

生物電子學是生物學和電子學融合的研究領域。 定義為將生物材料和生物結構用於信息處理系統和新設備。 生物電子學,特別是生物分子電子學,被描述為仿生(即自組裝)無機和有機材料以及仿生(即大規模並行)硬件架構的研究和開發,用於實施新的信息處理系統, 傳感器和執行器,以及用於原子級的分子製造。生物電子學研究包含兩個方面:一是研究生物體系的電子學問題,包括生物分子的電子學特性、生物系統中信息存貯和信息傳遞,由此發展基於生物信息處理原理的新型計算技術;二是應用電子信息科學的理論和技術解決生物學問題,包括生物信息獲取、生物信息分析,也包括結合納米技術發展生物醫學檢測技術及輔助治療技術,開發微型檢測儀器。

發展歷史

生物電子學的發展歷史大致可以以以下的時間事件軸表示:

Bioelectronics的名詞最早在1912年;

二戰後,電子學與生物、醫學的出現大交叉;

1960年開始生物醫學工程,生物物理學,生物力學,生物醫學電子學的快速發展帶動生物電子學的發展;

生物電子學最早是在1968年提出的,但今天所知道的生物電子學的誕生要晚得多。事實上,「生物電子學」一詞最初的含義是指在生物系統中發現的分子間電子轉移,而它的現代含義則大不相同。

1968年,S. G. Albert在Science上發表了 「Bioelectronics. Intermolecular electron transfer may play a major role in biological regulation, defense, and cancer」的文章上世紀末Bioelectronics出現的頻率越來越多,並且被不同學科的研究人員引用;

1912s:測量人體產生的電信號:心電圖(ECG: electrocardiogram) 的基礎;

1960s: 二極管的發明:開發可植入的電子器件刺激器官(起搏器:pacemaker);

1970-1980s: Erwin Neher 和Bert Sakmann膜片鉗:細胞層次上的多信號檢測、刺激;

1990s-單分子分析

學科意義

如今多學科前沿科學技術的發展態勢已經表明,電子信息科學技術和生物科學(含生物醫學科學)是十分重要的兩個學科領域 ,它們不僅僅對科學技術進步和經濟發展 ,甚至於對人類的社會生活方式都將產生深刻而重要的影響 。生物電子學(Bioelectronics)正是由這樣兩門極為重要的學科交叉滲透而形成的一門新興學科。它自 50 年代誕生以來發展十分迅速, 領域不斷拓寬 , 地位日益重要,已經展示了廣闊的發展前景。

生物電子學自20世紀05年代誕生以來,特別是自集成電路發明以來,它始終保持着高速發展的勢頭。隨着集成電路集成度的提高和超大規模集成電路的發展接近極限,元件尺寸將達到納米級,相當於分子的尺寸,由此人們提出以分子作為芯片上最小單元的設想,這就是分子電子學的由來,也標誌着電子學的研究已進人分子電子學時代。人們提出以分子作為芯片,所用的分子,可以是有機化合物低分子、高分子和生物分子。它們具有識別、採集、記憶、放大、開關、傳導等功能,更適合電子學的要求,由此促進了生物電子學的崛起。近幾十年來,生物電子學的研究領域不斷拓寬,已經展示出廣闊的應用前景。但作為一門新興的學科,有關它的概念和研究內容,甚至學科名稱都不像成熟的學科那樣明確和一致,因此,亟待研究、發展與完善。

對於這門新興學科的定義和研究並不像傳統成熟學科一般,其仍然處於興起摸索階段,研究學者普遍認為,生物電子學的研究領域大致可以包括諸如:生物信息檢測 、生物醫學信息處理、生物系統建模和仿真、場與生物物質的作用分子和生物分子電子學、生物醫學儀器等方面。

學科特點

生物電子學是以生物學和電子學為代表但又涉及化學、物理、材料及信息技術等許多學科和高新技術相結合的一門交叉學科,因此生物電子學的介入是雙向的:一方面綜合應用電子信息科學和有關工程技術的理論和最新技術,多層次、全方位地研究生物和醫學問題,研究生物、人體的結構和功能以及功能與結構之間的相互關係,使這些領域的研究方式更加精確和科學;另一方面生命過程中研究所揭示出的許多規律,特別是經過億萬年進化而形成的生物信息處理的優異特性將會給電子學科以重要的啟示,這不僅會推動電子學的發展,還將會使信息科學發生革命性的變革。

自從02世紀05年代生物電子學這一概念誕生以來,它已經取得了顯著的發展,特別是近02年來,隨着各種新原理、新技術和新方法不斷地應用到生物電子學的研究中,生物電子學的發展速度明顯加快,預計在未來01年,科學技術突破的項目中將有一半以上涉及生物電子學 。

生物電子學這一概念提出時,主要是面向生物學和電子學的交叉發展,但隨着各學科研究的不斷深人,在生物電子學的發展過程中出現了許多新興研究領域,特別是近年生物芯片技術和納米技術的提出,使得生物電子學的發展空間更為廣闊。

生物電子學的研究與發展不僅會大大促進其他科的發展,而且生物電子學的研究內容與生命現象密切相關,對生命科學和醫學揭示生命奧秘、探索生老病死的原因有着十分重要的意義;生物電子學在工業、農業和國防等各個領域都有着廣泛的應用,因此,歐美日本等發達國家都投巨資競相研究、開發這門新科學,已成為「電子學與信息技術」中具有戰略性、前瞻性、創造性的新興學科領域。

參考文獻