計算機技術在生物技術中的應用.doc

題目:計算機技術在生物技術中的應用 摘要：隨著計算機性能的不斷提高、體積的不斷縮小、使用的不斷簡化，網(wǎng)絡的使用越來越方便，現(xiàn)在計算機技術已滲透到幾乎所有的領域中。有人說二十一世紀是生物技術的時代，自從進入二十一世紀以來世界各地的生物技術取得了巨大的發(fā)展，而由于計算機變得越來越強大先進，這讓計算機可以為生物技術做更多人無法完成的工作。然而，生物技術的發(fā)展也為計算機技術的發(fā)展提供強大的動力。所以生物技術和計算機技術現(xiàn)如今已達到了一個相輔相成的地步。本文主要介紹了計算機技術在分子生物學、生物醫(yī)藥技術等生物技術方面的應用，以及生物技術對計算機技術發(fā)展的推動。 關鍵詞：計算機技術、分子生物學、基因工程、生物醫(yī)學 正文：計算機以其高速的計算功能、數(shù)值與邏輯計算功能以及存儲記憶功能，廣泛應用于科學計算、過程檢測與控制、信息管理、計算機輔助系統(tǒng)等領域。 1、計算機技術在分子生物學中的應用計算機技術在基因作圖與測序中的應用已隨著分子生物學的發(fā)展顯得越來越重要?，F(xiàn)在，世界上的分子生物學家們正在致力于有史以來最大的數(shù)據(jù)收集工作。在國家、學校、研究所和企業(yè)所屬的實驗室中技術研究人員正在進行著從最低等的細菌到最高等的人的全部基因組的測定和序列測定作圖工作，為的是發(fā)現(xiàn)對遺傳信息具有經(jīng)濟價值的新的利用和開發(fā)途徑。到本世紀末時,分子生物學家們希望獲得上萬種生物的基因組序列。這將是一個含有分布在地球上不同地方的眾多植物、動物和微生物的進化“藍圖”的巨大數(shù)據(jù)庫。然而，它所產(chǎn)生的生物信息量是我們無法想象的，當然，也會是我們?nèi)祟悷o法用筆、紙所能去管理與查閱的。對于所產(chǎn)生的如此之大的生物信息量,我們只能通過計算機技術進行管理,以電子方式儲存在分布于世界上不同國家和地區(qū)的數(shù)據(jù)庫中。收集、下載、管理和使用基因組信息將要求計算機技術和生物科學之間更加緊密地合作,同時也要求研究人員們在相關的物理學、數(shù)學、工程學、計算機科學、化學和分子生物學等領域進行全面培訓。人類基因組計劃加速了計算機技術和基因工程的結合。若沒有計算機科學家們和日益復雜的計算機技術的幫助,對人類細胞中堿基對序列的測定和分析將是不可能實現(xiàn)的。人類的基因組計劃正把生物學轉變?yōu)樾畔⒖茖W。許多生物學家覺得獲得序列的過程很枯燥,但是從計算機科學的角度來,這是一流的富于挑戰(zhàn)的算法問題?；蚪M的作圖和序列測定工作剛剛開始。在遺傳水平上把整個自然世界進行重新排列,并著眼于把它轉化成網(wǎng)絡市場上的有用產(chǎn)品,是一個令人望而卻步的挑戰(zhàn),這無疑是人類曾經(jīng)難以想象過的龐大的管理任務。理解和描述所有基因之間、組織之間、器官之間、物種之間和外界環(huán)境之間的相互關系網(wǎng)絡,以及引起遺傳突變和表型改變的因素,是曾經(jīng)研究過的任何復雜系統(tǒng)所不能處理的。只有通過跨學科途徑,尤其依賴于信息科學家的計算技巧,才有希望完成此任務。2、 計算機技術在生物醫(yī)學工程方面的應用生物醫(yī)學工程是運用現(xiàn)代自然科學和技術科學的原理和方法，從工程學的角度研究人體的結構、功能及其相互關系以及其他生命現(xiàn)象。其目的是解決醫(yī)學問題，即研究和開發(fā)為防病、治病以及人體功能輔助等醫(yī)學應用的裝置和系統(tǒng)。用技術科學的概念和方法來解釋和描述人體各層次的成份、結構和功能，以及人體各種正常生理功能和病理狀態(tài)之間的差異，這些內(nèi)容形成了這個學科的基礎部分。而防病、診斷、治療及功能輔助的具體技術和設備則形成這個學科的應用部分。同時，計算機是生物醫(yī)學工程研究所必不可少的工具，下面做具體介紹： （1）、計算機在醫(yī)學上的輔助應用：計算機輔助治療在臨床的應用主要體現(xiàn)在計算機輔助外科（ ，）技術，技術通過將先進的醫(yī)學成像與空間定位技術相結合，利用計算機技術特別是圖形圖像處理技術，輔助醫(yī)生制定合理手術方案, 引導手術安全準確進行。隨著現(xiàn)代外科對治療個體化、治療精確化和創(chuàng)傷有限化的不斷追求，技術已在臨床獲得了了廣泛應用，特別是在神經(jīng)外科、骨科、耳鼻喉科手術中。計算機輔助設計( )是利用計算機及其圖形設備幫助設計人員進行設計工作，簡稱。在設計中通常要用計算機對不同方案進行大量的計算、分析和比較，以決定最優(yōu)方案；各種設計信息，不論是數(shù)字的、文字的或圖形的，都能存放在計算機的內(nèi)存或外存里，并能快速地檢索；設計人員通常用草圖開始設計，將草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工作可以交給計算機完成；由計算機自動產(chǎn)生的設計結果，可以快速作出圖形顯示出來，使設計人員及時對設計作出判斷和修改；利用計算機可以進行與圖形的編輯、放大、縮小、平移和旋轉等有關的圖形數(shù)據(jù)加工工作。 能夠減輕設計人員的計算畫圖等重復性勞動，專注于設計本身，縮短設計周期和提高設計質(zhì)量。目前，計算機輔助設計已經(jīng)廣泛應用于口腔修復、假肢設計等。 （2）計算機在醫(yī)院信息管理中的應用：醫(yī)院管理系統(tǒng)是利用電子計算機和通訊設備，為醫(yī)院所屬各部門提供病人診療信息和行政管理信息的收集、存儲、處理、提取和數(shù)據(jù)交換的能力，并滿足所有授權用戶的功能需求。該系統(tǒng)實現(xiàn)了用計算機對醫(yī)院病人進行看病和藥品流通的全過程管理進行動態(tài)監(jiān)測，那些傳統(tǒng)上全靠手工操作，工作量大、效率低、易出錯的大量數(shù)據(jù)完全可以用計算機代替處理，大大減輕了管理人員的工作負擔，同時又可向病人提供完整的數(shù)據(jù)，為病人提供方便和快捷。3、 生物技術的發(fā)展對計算機技術的推動作用目前，計算機工業(yè)飛速發(fā)展，計算機技術日益成熟。然而我們所使用的傳統(tǒng)計算機晶體管的密度已接近當前技術的理論極限，發(fā)展空間似乎越來越小。因此，要想在計算機方面重新取得較大的發(fā)展，人們需要不斷的尋找新的計算機結構。科學家們?yōu)榱藢崿F(xiàn)高集成度，使計算機得到進一步的發(fā)展，他們把目光轉向了正在興起的生物技術方面，并借鑒生物界的各種處理問題的方式，提出了一些新型的生物計算機模型。在過去的半個多世紀中，分子生物學將生命現(xiàn)象分解成大量基因和蛋白質(zhì)的組成。國際著名雜志曾經(jīng)報道，英國劍橋大學研究發(fā)現(xiàn)了“生物電路”。他們對一種細菌中的蛋白質(zhì)進行研究，發(fā)現(xiàn)細菌內(nèi)部存在著由蛋白質(zhì)構成的信息處理網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡可根據(jù)分子密度和形狀等性質(zhì)的變化傳遞和處理信息，并根據(jù)接收到的信息而驅使細菌游向營養(yǎng)物質(zhì)所在的地方。同樣，美國斯坦福大學的專家在細菌中也發(fā)現(xiàn)了“生物電路”，并在生物利用能量糖酵解過程中發(fā)現(xiàn)了邏輯運算現(xiàn)象，找到了有關的“邏輯門”。因此，人類可以利用遺傳工程技術，仿制出這種蛋白質(zhì)分子，用來作為元件制成計算機。上世紀70年代以來，人們發(fā)現(xiàn)脫氧核糖核酸（）處在不同的狀態(tài)下，可產(chǎn)生有信息和無信息的變化。聯(lián)想到邏輯電路中的0與1、晶體管的通導或截止、電壓的高或低、脈沖信號的有或無等等，科學家們激發(fā)了研制生物元件的靈感。在此基礎上，1995年，來自世界各國的200多位有關專家共同探討了計算機的可行性，認為分子間在酶的作用下通過生物化學反應可以從某種基因代碼轉變?yōu)榱硪环N基因代碼，轉變前的基因代碼可以作為輸入數(shù)據(jù)，反應后的基因代碼可以作為運算結果。利用這一過程也可以制成新型的生物計算機。目前最新一代實驗生物計算機正在模擬人類的大腦。人們正努力尋找神經(jīng)元與硅芯片之間的相似處，研制基于神經(jīng)網(wǎng)絡的計算機。參 考 文 獻1鄧宏明 . 計算機