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5。生物技术的发展 （二）
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——酶工程、蛋白质工程和发酵工程
酶工程、发酵工程形成于60—70年代，现在已成为生物技术的重要组成
部分。蛋白质工程在80年代迅速崛起，使生物技术发展到一个新的阶段。
（1）酶工程和蛋白质工程
酶工程的核心是酶的固定化技术。60年代以来，酶的固定化新方法研究
迅速发展，美国、日本及欧洲一些国家在酶的固定化技术方面都取得了卓著
的成果。1969年，日本首先将固定化酶用于左、右旋氨基酶的分析，实现了
工业生产的连续反应。近年来，固定化酶技术已有10多种制备方法，用固定
化酶转化的产品也已有多种。目前已有耐 110—115℃高温的葡萄糖淀粉酶，
耐100℃高温的纤维素酶；耐高温蛋白酶和耐低温碱性蛋白酶也研制成功。
生物传感器是酶工程研究的一个热点。60年代，科学家将生物大分子酶
与各种电化学传感器结合起来，创造出新的分析装置“酶电极”。它兼有酶
法分析和电极法的优点，测定速度快，而且准确。目前，酶生物传感器已用
于病人的床头连续监护、工业发酵和环境污染的监控，显示出高效率、高灵
敏度、微型化的优点。
蛋白质工程是第二代生物技术。它的产生掀起了生物技术的新浪潮。它
集中了当代分子生物学一些前沿领域的最新成就，把核酸研究与蛋白质研究
结合起来。70年代末，蛋白质工程开始萌芽。1982年，美国3家实验室同时
运用蛋白质工程改变酪氨酸tRNA合成酶等几种蛋白质，首次取得成功，标志
着蛋白质工程的诞生。短短数年来，蛋白质工程在基础理论、技术方法和应
用方面都取得了一批重要成果。科学家弄清楚了加速酶促反应的原因，为酶
的催化作用、蛋白质工程的应用找到了正确的理论依据。他们还发展了两种
蛋白质修饰的方法，一种是定位突变，另一种是盒式突变。近来，利用免疫
学方法来制造酶成为蛋白质工程最新、最有前途的方法。目前，利用蛋白质
工程技术制造的工业用酶，已从实验室进入生产领域。1987年，美国科宁遗
传技术公司已向一家客户供应一种工程酶，并加紧开发生产几种人造酶。西
欧、日本许多大公司现在也竞相开发蛋白质工程。为了洗掉衣服上的血迹、
汗渍等，人们在洗衣粉中加入了一些酶。但这些酶容易在漂白剂的作用下被
破坏。蛋白质工程可以解决这一技术难题。荷兰已设计出一种能够和漂白剂
一同起作用的去污酶。蛋白质工程应用前景十分广阔。目前，一些公司在研
究蛋白质工程如何作为制造农用化学制剂、塑料和纤维的手段，并探索可制
造塑料复合材料、人造骨、人造血管的人造蛋白质。蛋白质工程不仅可以促
进生物技术的进一步发展，还将推动医学、材料科学技术等高科技的进步。
（2）发酵工程
发酵工程又叫微生物工程。当代发酵工程兴起于40年代。70年代以来，
细胞融合、细胞固定化及基因工程等技术的建立，使发酵工程进入了一个崭
新的阶段。
50年代前，氨基酸生产靠蛋白质水解和化学合成。50年代后期，发酵工
程生产氨基酸实现了产业化。这样生产的氨基酸具有光学活性，生产工艺简
单、成本低，污染较轻。国外用发酵法和酶法生产的氨基酸目前已达18种，
年产量超过50吨。
在药物生产方面，目前各国利用发酵法生产的抗生素达400余种，1985
年己达3万余吨。80年代以来，用发酵工程生产的6种维生素，销售量已达
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10亿多美元。我国发明出维生素C两步发酵法，工艺简单、成本低、污染轻，
在这方面处于世界先进行列。
用发酵工程生产出的柠檬酸、葡萄糖酸、乳酸和二羧酸类，已成为食品、
医药、化工等工业的重要原料。
基因工程、细胞工程等生物技术的发展，使单细胞发酵工业在70年代迅
速崛起。英国、法国、意大利等国都建起了年产1万吨以上的单细胞蛋白工
厂。单细胞蛋白工业的发展将对畜牧养殖业、食品工业产生巨大的促进作用。
微生物发酵在新能源开发中也大有用武之地。现在已有20多个国家正在
研究用它来生产酒精。1983年，巴西用甘蔗发酵生产的酒精达400万吨。用
纤维素物质生产酒精的方法也开始出现，美国、英国、日本在这项技术方面
居于领先地位。美国一家公司利用纤维素酶处理纤维素，日处理量达 2000
多吨，可产几百吨乙醇。中国在农村建起了数以万计的小型沼气发酵池，为
利用发酵工程解决能源问题开辟了一条途径。此外，发酵工程在治理环境方
面也将大显身手。
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六、信息技术的发展
信息技术是在信息论、微电子技术、电子计算机等学科和技术的基础上
产生的。信息技术主要包括传感技术、计算机技术和通信技术等。电子计算
机是信息处理的工具。通信、遥感是信息传输和获取的手段，微电子技术是
信息技术的基础。信息技术是新技术革命的核心技术之一。40年来，信息技
术以惊人的速度发展。50年代，信息技术的主要标志是编程计算，60年代进
入数据处理阶段，70年代逐步形成计算机网络，80年代达到了模式识别。今
天，信息技术已渗透到社会生产和生活的一切领域，并产生了巨大而深远的
影响。信息产业正逐步取代传统工业而跃居主导地位。从某种意义上说，人
类社会己进入了信息时代。
1。微电子技术的发展
微电子技术是采用微细加工工艺，在微小的半导体结构内制成微型电子
线路或系统的技术。它是伴随集成电路技术而发展起来的一门新技术。微电
子技术的形成引起电子设备和系统的设计、工艺、封装等方面的巨大变革。
它最突出的成就是微处理器。
1947年底，美国贝尔实验室研制成了世界上第一个晶体管，微电子技术
开始萌芽。50年代末期，集成电路出现了。这一发明的功绩应属于美国得克
萨斯仪器公司的基尔比（1923—
）和仙童公司研究与开发部的诺伊斯（1927—）。早在1958年，基尔比
就开始了对集成电路的探索。当时他正参与美国军方的一项微型组件研制。
这种微型组件由晶体管、电阻、电容等元器件装配到一片陶瓷基片上，然后
叠成立体结构。它的焊点多，制作技术复杂，可靠性差，成本较高。基尔比
便想设计出一种更优越的微型电路。他的方案是用一块半导体材料制成由若
干晶体管和电阻、电容组成的功能电路。在公司负责人的支持下，经过坚韧
不拔的努力，他终于在1959年初制成了包括电阻、电容和晶体管的单块锗晶
体触发器。同年2月6日，基尔比向美国专利局申请了专利。不久，这种集
成触发电路在美国无线电工程师协会公诸于世，被人称为硅晶体管后的“最
重要的开发成果”。几乎与此同时，仙童公司的诺伊斯等人也在从事集成电
路的研究。他们曾在肖克利手下参与半导体的研究，后来雄心勃勃地创建了
仙童半导体公司，以大展宏图。正当他们信心百倍地逐鹿集成电路时，基尔
比已捷足先登。但诺伊斯并未灰心丧气。经过仔细分析，他发现基尔比的设
计与自己迥然不同，基尔比的集成电路的缺点在于元器件的连线采用的是热
焊合金丝，并非与元件一道加工的。诺伊斯则设想把连线也变成集成电路制
造过程的一部分。他和同事们经过探索，改进了晶体管制造的平面工艺，巧
妙地在硅片上的二氧化硅层被刻蚀的窗口中扩散一定的材料，形成各种元器
件，并利用PN结使元器件相互隔离，又在晶片表面上沉积金属作为连线。诺
伊斯等人的设计获得了成功，于1959年7月申请了专利。后来，得克萨斯�