爱华网作者：大卫8226;罗特曼 实现新技术的商业化为什么需要那么长时间？ 南旧金山的新创企业富鲁达公司（Fluidigm）所制造的微流体芯片凝聚着10年来连续的发明创造。这种小正方形的海绵状聚合物——与隐形眼镜和窗户嵌缝中使用的是同一类型——拥有微观通道、泵和阀门这种复杂的网状结构。比如说，来自血液样本的极少量液体能够流过错综复杂的通道，被阀门和泵分离到将近1万个微小腔室中。在每个腔室中，可以对每纳升（十亿分之一升）的液体进行分析。 在微观规模下，使液体在芯片上四处流动的技术是近十年来生物化学领域所取得的最令人印象深刻的成就之一。微流体芯片，目前只有少数新创企业和同样少数的大学——有铸造厂作为基地——能生产，它使得生物学家和化学家能用一种精确且高度自动化的方式，对微量流体进行控制。潜在的应用种类繁多，包括能检测多种疾病的手持设备，以及能对大量单个细胞（每一个约含有1微微升的液体）内含物进行快速分析和识别的仪器，例如，罕见致命的癌基因突变体。但微流体还象征着研究者与生物世界相互影响所取得的根本性突破。发明了很多微流体技术的哈佛大学化学家乔治8226;怀特赛兹（George Whitesides）说：“生命就是流过通道的液体，如果我们对生命感兴趣，我们必须对小规模的液体感兴趣。” 为了解释技术的重要性和微观仪器的复杂性，那些牵涉到微流体的技术和仪器经常被拿来与微处理器和集成电路作比较。事实上，微流体芯片和电子微处理器有类似的结构，用阀门取代晶体管，用通道取代电线。但是，通过各种通道控制液体要比通过集成电路控制电子困难得多。液体是杂乱的，有时会很难有序地移动，它们常常由复杂的成分组成，它们会粘附和泄漏。 过去十年间，研究人员们已经克服了许多类似的挑战。但是，如果微流体技术要与微电子技术真正媲美，它需要克服一个更艰巨的挑战：从有前途的实验室工具过渡到广泛使用的商用技术。它能不能变成科学家、医药技术人员以及医生都愿意使用的产品呢？怀特赛兹说，生物学家对使用微流体系统越来越感兴趣了。但是，他补充说：“当你进入实验室时，是否发现到处都是这种设备呢？答案是否定的。它还没有真正地迅速发展。问题是，为什么不呢？” 类似的问题也同样存在于至少另外两个在过去十年中已经出现的重要技术：基因药物和纳米技术。每项技术在本世纪开始时都有很大的突破，赢得了许多追捧。在2001年年初，人类基因组测序首次公布；2000年，国家纳米技术计划（National Nanotechnology Initiative）——帮助发起了如今许多的纳米技术研究——首次获得联邦政府资助。然而，三种技术都只生产了少量的新产品，没有一项技术带来了许多专家们所预期的变革性效果。为什么如此重要且有价值的技术需要那么长的时间来产生影响？如何从全新的技术中创造出广为欢迎的产品？如何吸引潜在的用户？ 耐心，耐心 尽管技术在经济、社会和科学方面具有重要性，人们对它的创造过程却知之甚少。特别是，研究人员大多忽略了一个问题：技术如何随着时间的发展而发展。这就是布赖恩8226;阿瑟（W. Brian Arthur）的著作《技术的本质》（The Nature of Technology）一书的出发点，全书试图对“什么是技术，以及它如何演变”建立一个全面的理论体系。阿瑟是在斯坦福大学的图书馆书库中开始工作的。在最近一次采访中，他回忆说：“当我开始阅读，我惊讶地发现许多关键问题都没有得到非常深入的思考。”他说，虽然在科技社会学和工程学方面已有很多著作，而且有大量各种技术的历史，“但在文献中存在着很大缺口。技术到底是如何演变的？如何来定义技术？” 正如阿瑟所说，问题在于工具箱中缺少了关键部分。其中最显著的就是在芯片上的特定部位以开关方式控制液体流动的阀门。没有阀门，意味着你只是拥有一个软管；有了阀门，你就可以建造泵，并开始想办法构造整个管道。斯蒂芬8226;奎克的实验室已经解决了这个问题，他当时是加州理工学院的应用物理学教授，现在在斯坦福大学生物工程系。奎克和他加州理工学院的同事们发现了一个在聚合物板上的微流体通道内制作阀门的简单方法。在有关阀门的论文发表两年之内，这个团队已经掌握了如何用成千上万个阀门和成百上千个反应室来创建一个微流体芯片。这是第一个能够和集成电路相比较的芯片。这项技术现在授权给富鲁达公司，它是1999年由奎克共同创办的。 与此同时，其他的学术实验室也发明了各种在微流体设备中控制液体的复杂方法。其结果就是，新一代的公司配备了更强大的技术。不过，许多潜在的用户仍然持怀疑态度。微流体再次进入了一个大家熟悉的技术发展的阶段。正如哈佛大学物理学教授及几家微流体公司的共同创办人大卫8226;魏茨（David Weitz）所说的：“这是个非常好的解决答案，却在寻找最合适的问题。” 这存在很多可能性。生物医学研究人员们已经开始使用微流体来观察单个细胞如何表达基因。在一项实验中，癌症研究人员正在使用富鲁达公司生产的芯片来分析前列腺肿瘤细胞，以寻找能够帮助他们选择药物最有效地对抗肿瘤的方法。此外，富鲁达公司近期推出了一种用来在精确控制的微环境中培养干细胞的芯片。目前，尽管干细胞在实验室里培养，实验室却很难模拟生物体内的化学环境。但微小的干细胞群可以在微流体芯片中被分隔成几个部分，并在生化药剂化合物中被浸泡，这使得科学家能够完善干细胞的生长环境。 微流体技术可以使得廉价的便携式诊断设备成为可能，这些设备可以用在医生办公室甚至偏远地区的诊所中。从理论上讲，比如说，一份血液样本放入微流体芯片中，芯片会做必要的生物鉴定——识别病毒，检测能说明问题的癌蛋白，或者发现心脏病发作的生化迹象。但相比生物医学研究领域，微流体技术在医疗诊断上尚待被广泛采用。 阿瑟的分析再一次提供了一个解释：发现新工具的用户必须确定它们是否值得使用。就许多诊断应用来说，为了制定测试方案，生物学家必须更好地了解哪种生物药剂适合检测。同时，微流体设备的发展必须使其更易于使用。正如阿瑟提醒我们的，科学和技术必须相辅相成，技术专家必须发明用户需要的缺失部件；它是一个缓慢而艰苦的演变过程。 预测哪些是缺失部件往往是很难的事。汉凯皮勒回顾了DNA自动测序仪商业化的历史，这是一台由汉凯皮勒及其同事们在加州理工学院发明的仪器，1986年在应用生物系统公司（Applied Biosystems）实现商业利用。（这台仪器帮助实现人类基因组计划。）他说：“有时候，让一项技术得以发展是一件很奇异的事。”直到1991年或1992年左右，当公司推出了一款制备试剂盒样品，自动测序技术才得到普及。虽然这不是一个特别令人印象深刻的技术进步——至少和自动测序技术本身相比，不在一个层面上——该套件产生了巨大的影响，因为它让机器的使用变得更容易，并且导致了更可靠的结果。突然，他回忆说，销量暴涨：“为一台机器支付10万美元不再是什么大事情了。” 在最近的一次采访中，怀特赛兹演示了液体在用纸做的微流体芯片中通过通路进入腔室，进行测试反应。然后，他从盒子里拿出一个新的智能手机，外面的塑料包装还没拆开。他沉思着，如果你可以设法使用手机摄像头捕捉微晶片的数据，并使用其计算功能处理结果，而不是利用笨重的专业读卡器，这会怎么样？手机上简单的读出器可以为用户提供他或她所需的信息。但在那之前，他承认，将需要各种其他先进技术。确实，仿佛被提醒了所面临的困难的工作，怀特赛兹迅速把智能手机放回盒子中。 【图片说明】 芯片实验室：富鲁达公司的微流体芯片（中间灰色的小正方形）使用微小通道和阀门来控制液体。它可以快速、灵敏地进行生物鉴定。
图片来源：约书亚8226;斯科特（Joshua Scott） 本文为美国Technology Review授权文章，未经书面许可，严禁转载使用。
