計算機(jī)技術(shù)在生物技術(shù)中的應(yīng)用.doc

題目:計算機(jī)技術(shù)在生物技術(shù)中的應(yīng)用 摘要：隨著計算機(jī)性能的不斷提高、體積的不斷縮小、使用的不斷簡化，網(wǎng)絡(luò)的使用越來越方便，現(xiàn)在計算機(jī)技術(shù)已滲透到幾乎所有的領(lǐng)域中。有人說二十一世紀(jì)是生物技術(shù)的時代，自從進(jìn)入二十一世紀(jì)以來世界各地的生物技術(shù)取得了巨大的發(fā)展，而由于計算機(jī)變得越來越強(qiáng)大先進(jìn)，這讓計算機(jī)可以為生物技術(shù)做更多人無法完成的工作。然而，生物技術(shù)的發(fā)展也為計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展提供強(qiáng)大的動力。所以生物技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)現(xiàn)如今已達(dá)到了一個相輔相成的地步。本文主要介紹了計算機(jī)技術(shù)在分子生物學(xué)、生物醫(yī)藥技術(shù)等生物技術(shù)方面的應(yīng)用，以及生物技術(shù)對計算機(jī)技術(shù)發(fā)展的推動。 關(guān)鍵詞：計算機(jī)技術(shù)、分子生物學(xué)、基因工程、生物醫(yī)學(xué) 正文：計算機(jī)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(yīng)用于科學(xué)計算、過程檢測與控制、信息管理、計算機(jī)輔助系統(tǒng)等領(lǐng)域。 1、計算機(jī)技術(shù)在分子生物學(xué)中的應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)在基因作圖與測序中的應(yīng)用已隨著分子生物學(xué)的發(fā)展顯得越來越重要?，F(xiàn)在，世界上的分子生物學(xué)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(xué)校、研究所和企業(yè)所屬的實(shí)驗(yàn)室中技術(shù)研究人員正在進(jìn)行著從最低等的細(xì)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(jì)價值的新的利用和開發(fā)途徑。到本世紀(jì)末時,分子生物學(xué)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(jìn)化“藍(lán)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(dāng)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(jī)技術(shù)進(jìn)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(jī)技術(shù)和生物科學(xué)之間更加緊密地合作,同時也要求研究人員們在相關(guān)的物理學(xué)、數(shù)學(xué)、工程學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、化學(xué)和分子生物學(xué)等領(lǐng)域進(jìn)行全面培訓(xùn)。人類基因組計劃加速了計算機(jī)技術(shù)和基因工程的結(jié)合。若沒有計算機(jī)科學(xué)家們和日益復(fù)雜的計算機(jī)技術(shù)的幫助,對人類細(xì)胞中堿基對序列的測定和分析將是不可能實(shí)現(xiàn)的。人類的基因組計劃正把生物學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒖茖W(xué)。許多生物學(xué)家覺得獲得序列的過程很枯燥,但是從計算機(jī)科學(xué)的角度來,這是一流的富于挑戰(zhàn)的算法問題。基因組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(jìn)行重新排列,并著眼于把它轉(zhuǎn)化成網(wǎng)絡(luò)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(wù)。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(guān)系網(wǎng)絡(luò),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(fù)雜系統(tǒng)所不能處理的。只有通過跨學(xué)科途徑,尤其依賴于信息科學(xué)家的計算技巧,才有希望完成此任務(wù)。2、 計算機(jī)技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程方面的應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)工程是運(yùn)用現(xiàn)代自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)的原理和方法，從工程學(xué)的角度研究人體的結(jié)構(gòu)、功能及其相互關(guān)系以及其他生命現(xiàn)象。其目的是解決醫(yī)學(xué)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(xué)應(yīng)用的裝置和系統(tǒng)。用技術(shù)科學(xué)的概念和方法來解釋和描述人體各層次的成份、結(jié)構(gòu)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(xué)科的基礎(chǔ)部分。而防病、診斷、治療及功能輔助的具體技術(shù)和設(shè)備則形成這個學(xué)科的應(yīng)用部分。同時，計算機(jī)是生物醫(yī)學(xué)工程研究所必不可少的工具，下面做具體介紹： （1）、計算機(jī)在醫(yī)學(xué)上的輔助應(yīng)用：計算機(jī)輔助治療在臨床的應(yīng)用主要體現(xiàn)在計算機(jī)輔助外科（ ，）技術(shù)，技術(shù)通過將先進(jìn)的醫(yī)學(xué)成像與空間定位技術(shù)相結(jié)合，利用計算機(jī)技術(shù)特別是圖形圖像處理技術(shù)，輔助醫(yī)生制定合理手術(shù)方案, 引導(dǎo)手術(shù)安全準(zhǔn)確進(jìn)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(shù)已在臨床獲得了了廣泛應(yīng)用，特別是在神經(jīng)外科、骨科、耳鼻喉科手術(shù)中。計算機(jī)輔助設(shè)計( )是利用計算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計人員進(jìn)行設(shè)計工作，簡稱。在設(shè)計中通常要用計算機(jī)對不同方案進(jìn)行大量的計算、分析和比較，以決定最優(yōu)方案；各種設(shè)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(jī)的內(nèi)存或外存里，并能快速地檢索；設(shè)計人員通常用草圖開始設(shè)計，將草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工作可以交給計算機(jī)完成；由計算機(jī)自動產(chǎn)生的設(shè)計結(jié)果，可以快速作出圖形顯示出來，使設(shè)計人員及時對設(shè)計作出判斷和修改；利用計算機(jī)可以進(jìn)行與圖形的編輯、放大、縮小、平移和旋轉(zhuǎn)等有關(guān)的圖形數(shù)據(jù)加工工作。 能夠減輕設(shè)計人員的計算畫圖等重復(fù)性勞動，專注于設(shè)計本身，縮短設(shè)計周期和提高設(shè)計質(zhì)量。目前，計算機(jī)輔助設(shè)計已經(jīng)廣泛應(yīng)用于口腔修復(fù)、假肢設(shè)計等。 （2）計算機(jī)在醫(yī)院信息管理中的應(yīng)用：醫(yī)院管理系統(tǒng)是利用電子計算機(jī)和通訊設(shè)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(quán)用戶的功能需求。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了用計算機(jī)對醫(yī)院病人進(jìn)行看病和藥品流通的全過程管理進(jìn)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(jī)代替處理，大大減輕了管理人員的工作負(fù)擔(dān)，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(shù)的發(fā)展對計算機(jī)技術(shù)的推動作用目前，計算機(jī)工業(yè)飛速發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)日益成熟。然而我們所使用的傳統(tǒng)計算機(jī)晶體管的密度已接近當(dāng)前技術(shù)的理論極限，發(fā)展空間似乎越來越小。因此，要想在計算機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)?？茖W(xué)家們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)高集成度，使計算機(jī)得到進(jìn)一步的發(fā)展，他們把目光轉(zhuǎn)向了正在興起的生物技術(shù)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(jī)模型。在過去的半個多世紀(jì)中，分子生物學(xué)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(xué)研究發(fā)現(xiàn)了“生物電路”。他們對一種細(xì)菌中的蛋白質(zhì)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌內(nèi)部存在著由蛋白質(zhì)構(gòu)成的信息處理網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)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(qū)使細(xì)菌游向營養(yǎng)物質(zhì)所在的地方。同樣，美國斯坦福大學(xué)的專家在細(xì)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(yùn)算現(xiàn)象，找到了有關(guān)的“邏輯門”。因此，人類可以利用遺傳工程技術(shù)，仿制出這種蛋白質(zhì)分子，用來作為元件制成計算機(jī)。上世紀(jì)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(dǎo)或截止、電壓的高或低、脈沖信號的有或無等等，科學(xué)家們激發(fā)了研制生物元件的靈感。在此基礎(chǔ)上，1995年，來自世界各國的200多位有關(guān)專家共同探討了計算機(jī)的可行性，認(rèn)為分子間在酶的作用下通過生物化學(xué)反應(yīng)可以從某種基因代碼轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N基因代碼，轉(zhuǎn)變前的基因代碼可以作為輸入數(shù)據(jù)，反應(yīng)后的基因代碼可以作為運(yùn)算結(jié)果。利用這一過程也可以制成新型的生物計算機(jī)。目前最新一代實(shí)驗(yàn)生物計算機(jī)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(luò)的計算機(jī)。參 考 文 獻(xiàn)1鄧宏明 . 計算機(jī)