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硅藻为芯片制造提供新思路

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无论是海洋，湖泊，还是沼泽地，只要有水的地方，就有硅藻。硅藻是一种单细胞的藻类，由几个或很多个细胞可以联结形成复杂有序的、草样的外壳。令人奇怪的是，这些极其微小的浮游植物，却可能是下一代计算机芯片重大突破的关键。

硅藻坚硬的细胞壁由排成线状的硅质组成，硅质与半导体工业最关键的材料硅有关。美国威斯康星大学麦迪逊分校（University of Wisconsin-Madison）的生化教授、UW-Madison生物技术中心的主任Michael Sussman说，如果我们能够在遗传上控制硅藻细胞壁生成的过程，我们就发明了一种新的纳米制造方法，使我们能用硅藻制造芯片。

为了实现这个目的，Sussman和华盛顿大学的硅藻专家Virginia Armbrust领导的一个小组对硅藻进行研究，结果在海链藻（Thalassiosira pseudonan）中发现涉及硅质生物合成的75个基因。研究结果发表在1月222日在线版的美国《国家科学院院刊》（PNAS）上。硅藻的基因组序列在2004年就由Armbrust教授主导完成。Armbrust是海洋学教授，主要研究硅藻的生态学。

硅藻的基因组序列使得Sussan教授可以开始操纵与硅质生成有关的基因，有可能利用它们来生产计算机芯片的超精细线。Sussman表示，这将极大提高芯片的速度，因为硅藻生产出的超精细线，远远小于现今技术所能达到的极限。

Sussman表示，每隔几年，半导体工业就能够将计算机晶体管的密度增加一半。在过去的30年通过光刻法实现这种飞速发展，但现在却遇到了瓶颈，因为人们已达到可见光的分辨极限。

Armbrust实验室的博士后、该论文的第一作者Thomas Mock表示，在硅藻超凡的工程技术被发现之前，生态学家感兴趣的，主要是硅藻在地球碳循环中的作用。这些光合作用细胞吸收二氧化碳并沉入海底。每年从环境中移除的二氧化碳，有超过20%是被硅藻吸收的，这个数字与地球上所有的热带雨林吸收的二氧化碳相当。

但研究这些水藻发现了其它迷人的前景。大约100,000种硅藻，每一种都有结构独特的细胞壁。在研究硅藻的过程中，这一点让Sussman着迷不已。

为了确定与这些独特的细胞壁有关的基因，研究人员使用了由Sussman、UW-Madison电气工程师Franco Cerrina和遗传学家Fred Blattner设计制造的DNA芯片。上述三人联合创建了一家生物技术公司NimbleGen。简单地说，DNA芯片能够让科学家找出一个特定的细胞反应过程，涉及到哪些基因。在这个例子中，硅藻在低浓度的硅酸（合成硅质的原料）环境生长，DNA芯片用来鉴定哪些基因起了作用。

在硅酸缺乏时，表达量增高最多的30个基因中，有25个完全是新的，与已知的基因没有任何相似性。

Sussman说，现在我们知道了这个单细胞浮游植物的13,000个基因中，哪一些与硅质的生物合成过程有关。我们可以从零开始研究这30个基因，并以基因工程的方法操纵这些基因的表达，看看结果如何。

Sussman非常有信心，他表示，长远来看，这些发现能够帮助他进一步改进这个研究中所用的DNA芯片。这就像狮子王在唱主题曲“生生不息”。（来源：生物通揭鹰）

发表时间：2008年2月10日生物通

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