现代生物技术:生物特性装备

现代生物技术:生物特性装备

一提到生物技术,免不了会想到令人毛骨悚然的生物武器,而事实上生物技术是个门类比较广泛的技术统称,用于军事,能对武器装备变革起到巨大的引领作用。那么,生物技术究竟是什么呢?

其实,现代生物技术,就是以生命科学为基础,利用生物(或生物组织、细胞及其他组成部分)的特性和功能,设计、构建具有预期性能的新物质或新品系,以及与工程原理相结合,加工生产产品或提供服务的综合性技术。这门技术内涵十分丰富,它涉及到:对生物的遗传基因进行改造或重组,并使重组基因在细胞内部产生人类需要的新物质的基因技术,如克隆技术;从简单普通的原料出发,设计最佳路线,选择适当的酶,合成所需功能产品的生物分子工程技术;利用生物细胞大量加工制造产品的生物生产技术(如发酵);将生物分子与电子、光学或机械系统连接起来,并把生物分子捕获的信息放大传递转换成为光、电或机械信息的生物耦合技术;在纳米(即百万分之一毫米)尺度上研究生物大分子精细结构及其功能的关系,并对其结构进行改造,利用它们组装分子设备的纳米生物技术;模拟生物或生物系统、组织器官功能结构的仿生技术;等等。

生物技术有着区别于其他技术的独特优点,主要有:生产原料简单。生物在进行合成代谢时,大都以随手可得的物质(如空气、水、植物和矿物质等)为原料,以阳光等为能源,不仅原料成本低,而且取之不尽;安全、可靠性高。典型的生物化学反应都是在酶的催化作用下进行的,要求输入的能量少,反应条件缓和,工艺和设备简单,操作安全性好,生物系统在合成物质时,先把脱氧核糖核酸遗传信息转录给核糖核酸,然后以核糖核酸为模板进行合成,该过程虽然很复杂,但出错概率极小,无副产品,且生物系统能自动发现并纠正错误,进行自动化合成生产,生产可靠性高;产品具有特殊的活性。生物分子通常具有复杂的精细结构,这种结构往往会赋予生物分子特殊的活性,即所谓“生物特异功能”,例如准确、敏感的识别能力,高效的搜索能力,牢固的黏结性能等;系统结构紧凑。生物系统中的信息码模块、制造组装机构都是在分子水平以完美的方式自组装起来的,这就使生物系统(如眼球、大脑等)比类似功能的人造电子、光学或机械系统要紧凑得多,如果能运用生物耦合技术把一些生物系统与设计的装置耦合起来,或者利用纳米生物技术、自组装技术将它们制造出来,那么设备的尺寸就可能减少很多。另外,还有利于提高或扩展人类的能力,运用于生物医学可提高人类对疾病的治疗效果和抗病能力;通过人脑与设备的耦合可扩展人类的能力,减小人机界面的操作难度。

生物电子装备。利用生物技术设计生产的大分子系统是更高级的电子材料,能够确保电子装备在各种复杂条件下稳定工作。生物色素等分子结构偶矩极大的生物材料,能高速进行电子信息传递、存储和处理,不受电磁干扰和核电磁脉冲的影响。用这种电子元件制成雷达,可在强烈电磁干扰下,全天候、全方位、远距离搜索发现目标与识别敌我,并可使同功率、同频率范围的无线电台和干扰机的体积缩小至1/2~1/3,重量减至1/10。即将问世的蛋白分子计算机将比现有计算机的运算速度和存储能力高出数亿倍,并具有人脑的分析、判断、联想、记忆等功能。生物电子装备将使军队指挥自动化、军事情报的获取、武器的精确制导等发生质的变化。

生物炸弹。利用生物技术制造炸药,生产过程简单,成本低,燃烧充分,爆炸力强,威力比常规炸药大3~6倍。用生物炸药制成的武器战斗部可使武器的战术、技术性能提高一个数量级。用生物酶或微生物生产炸药、弹药或推进剂,可以在温和的条件下进行,操作安全,合成物更稳定。

军用仿生导航系统。自然界中许多动物具有导航能力,经研究发现,鸟体内的导航系统只有几毫克大小,但精确度极高,探测误差小于0.03微瓦/平方米。目前已有一些国家在利用生物技术手段模拟动物的导航系统来简化军事导航系统,以提高精度,缩小体积,减轻重量,降低成本,增强在复杂条件下的导航能力。

军用生物传感器。把生物活性物质,如受体、酶、细胞等与信号转换电子装置结合成生物传感器,不但能准确识别各种生化战剂,而且探测速度快,判断准确,与计算机配合可及时提出最佳防护和治疗方案。生物传感器还可通过测定炸药、火箭推进剂的降解情况来发现敌人库存的地雷、炮弹、炸弹、导弹等的数量和位置,它将成为实施战场侦察的有效手段。

生物工程口粮。美国陆军研究认为,现行作战口粮都不宜长期食用,如果连续食用两周以上,就会使士兵的智力和体力显著下降。美军研究发现,应用生物技术开发生物工程口粮,使口粮中含有可助消化的脂肪酶、能提高警觉性的改进氨基酸、受控释放的营养素、供特定器官用的营养成分等,可使士兵作战效能比食用现行作战口粮提高10%~20%。

生物膜净水装置。美国陆军针对现行单兵净水装置不能脱盐的问题,利用某些微生物可在高浓度盐水中存活并能形成跨膜渗透的特点,研究出新型生物膜净水装置,为野战供水保障探索出了新的途径。此外,目前美军还在开展用基因探针检测被污染的饮用水中病原体的研究。

基因克隆防护服。美军目前正在探索采用具有主动降解生物战剂的生物纤维材料制作防护服。美国陆军纳帝克研究发展与工程中心已研制出织网蜘蛛丝的基因克隆,可用来生产蜘蛛丝。将克隆基因转移到细菌中还可生产出可溶性丝蛋白,经浓缩后可织成一种强度超过钢的特殊纤维,这种纤维可用于生产防弹背心、防弹头盔和生物战剂防护服。美军即将把这种生物纤维材料制成新型防护服装备部队。美军目前还在研究通过生物技术将克隆的酶基因导入可大量繁殖的微生物体内来获得大量均一组成的克隆酶,然后采用化学方法和生物工程技术将这种克隆酶固化在防护材料上,做成能自动解毒的生化防护服。