3.2.3 第三代测序技术
该技术就是直接测序方法，这一测序技术是基于纳米孔（nanopore）的单分子读取技术，不同于之前的两代技术，可以直接读取序列信息，简捷快速。单分子测序法是美国Los Alames国家实验室发展的一种通过检测标记在单个分子上的荧光进行DNA快速，探针的5′末端分别标记了CY5、TexasRed、CY3、6－FAM这4种颜色的荧光染料。探针3′端1-5位为随机碱基，可以是ATCG四种碱基中的任何一种碱基，其中第1、2位构成的碱基对是表征探针染料类型的编码区，图中下面的双碱基编码矩阵规定了该编码区16种碱基对和四种探针颜色的对应关系，而3-5位的“n”表示随机碱基，6-8位的“z”指的是可以和任何碱基配对的特殊碱基。单向SOLiD测序包括五轮测序反应，每轮测序反应含有多次连接反应。第一轮测序的第一次连接反应由连接引物“n”介导，由于每个磁珠只含有均质单链DNA模板，所以这次连接反应掺入一种8碱基荧光探针，SOLiD测序仪记录下探针第1、2位编码区颜色信息，随后的化学处理断裂探针3′端第5、6位碱基间的化学键，并除去6-8位碱基及5′末端荧光基团，暴露探针第5位碱基5′磷酸，为下一次连接反应作准备。因为第一次连接反应使合成链多了5个碱基，所以第二次连接反应得到模板上第6、7位碱基序列的颜色信息，而第三次连接反应得到的是第11、12位碱基序列的颜色信息……几个循环之后，引物重置，开始第二轮的测序。由于第二轮连接引物n－1比第一轮错开一位，所以第二轮得到以0、1位起始的若干碱基对的颜色信息。五轮测序反应反应后，按照第0、1位，第1、2位……的顺序把对应于模板序列的颜色信息连起来，就得到由“0，1，2，3…”组成的SOLiD原始颜色序列。
测序的方法。模板DNA分子首先通过酶法修饰或合成，使不同的荧光素标记不同的碱基，然后用两个激光束夹住标记的DNA分子，将其置于液流系统，从被固定的核苷酸上游段开始用外切酶逐一切下被标记的核苷酸，通过单分子荧光检测被切下的标记碱基，再根据监测到的信号顺序确定DNA顺序。单分子测序减少了试剂的使用，测序成本价格大大降低，使得人的基因组测序低于1000美元逐渐成为可能；同时，这种方法不需要建立DNA库，从而切断数据结果中潜在错误的来源。
使用第三代测序方法的Heli Scope测序仪是一种循环芯片测序设备。首先，将待测DNA随机切割成小片段，在每个片段末端加上poly dA尾；然后，通过poly dA尾和固定在芯片上的poly dT杂交，将待测模板精确固定到芯片上，制成测序芯片；之后，借助聚合酶逐一加入荧光标记的末端终止子，洗涤，单色成像，采集荧光信号，切除荧光标记基团，进行下一轮测序反应，如此反复，即可获得大量的序列信息；最终借助软件系统的辅助，可分析出完整的核酸序列。与其他单分子测序仪类似，Pac Bio RS测序仪在标记的核苷酸掺入到单链DNA分子时读取那一瞬的荧光。然而，这项技术的与众不同之处在于锚定的DNA聚合酶实时处理核苷酸结合，将单个DNA聚合酶锚定在反应孔的底部。标记的核苷酸涌入反应孔，自由扩散。当聚合酶检测到正确的核苷酸时，便将其掺入新生链中，这个过程需要几毫秒，而单纯的扩散只需要几微秒，这种时间差使掺入的核苷酸产生了很高的信号强度，类似于脉冲信号。
研究人员能在短短的几分钟内对长片段DNA进行测序。从样本制备到测序，所需的时间还不到一天。典型的测序运行时间低至30分钟。此外，Pac Bio RS目前的读长超过1kb，比第二代测序要长得多。试剂消耗和样本制备也极少，不需要常规的PCR扩增，失误也大大减少。
DNA测序技术经过30多年的发展，目前已经到了第三代。三代测序技术有各自的优势。。第一代测序技术虽然成本高，速度慢，但是对于少量的序列来说，仍是最好的选择，所以在以后的一段时间内仍将存在；第二代测序技术刚刚商用不久，正在逐渐走向成熟；第三代测序技术有的刚刚出现，有的则正在研制，很快便可进行商业化运作。可以预见，在未来的几年里会出现三代测序技术共存的局面。同时，生物学研究的进展将会更多地依赖于测序技术的进步，不同领域的科学家花很少的钱就可以对自己熟悉的物种基因组进行测序，从而更好地指导试验设计，取得更多新发现。同时，伴随着测序技术和仪器设备的进步，测序的费用也可以大大降低，使每个人的基因组序列作为身份证信息之一可以在不久的将来实现，从而改变个体化医疗的前景。
3.3 移植法
移植，原指从苗床上挖出秧苗移至别处栽种，或将身体的一部分或某一器官移到其他部位。移植法，在工程技术研发领域，是指将一技术领域中成功的技术原理、方法、结构、功能、工艺、材料等，应用到另一技术领域中去的方法。
与3.2节的演绎法相比，演绎法是将成功的技术推广到其他领域，移植法是将其他领域的成功技术移植过来，二者似乎有异曲同工之妙。站在技术发展的角度看，二者的确有一定的联系。但是从研究者的角度看，二者是不同的。因此，对每个研究者而言，如果能够熟练地使用这两种方法，技术创新的能力必定有很大的提高。
3.3.1 技术移植的必要性
“成功产生成功”（success breeds success）是一种广泛存在的社会现象，也被称为“马太效应”（Mattheweffect）。它源于圣经《新约·马太福音》第25章中这样的一个故事：一个国王交给3个仆人每人一锭银子，吩咐他们去做生意。第一个仆人用一锭银子赚了10锭，于是国王奖励了他10座城邑；第二个仆人赚了5锭，于是国王便奖励了他5座城邑；第三个仆人把那锭银子一直包在手巾里保存得好好的，于是国王命令将第三个仆人的一锭银子也赏给第一个仆人，并且说：“凡有的，还要给他，叫他有余；凡没有的，连他的所有，也要夺走。”1968年，默顿将这种社会心理现象命名为“马太效应”，用以论述社会中的评价与奖励机制。后来人们发现，“马太效应”在人类社会生活的各个方面中都普遍存在，因而马太效应被广泛地引申和应用。
马太效应真实地概括了优势和劣势的积累过程：一旦存在优势，这种优势局面会不断加强；反之，若处于劣势，这种不利情形则也会持续加剧，这就是“马太效应”，或者说是“成功产生成功”原理。“成功产生成功”背后的基本机制是：事物的增长速度与现存事物的量成正比。
移植法，借用已成熟技术的原理、方法、结构、功能、工艺、材料等，避免重复思考和研究，使已有的有效方法在新的技术领域下延续、发挥和拓展。不少新的技术发明，常常伴随着方法的更新与突破，而新方法的推广应用，其意义也许比发明成果本身重要得多。而且，移植法是技术创新和进步过程中一种最常用而最简单有效的方法。
1.举例一：半衰期测量
半衰期（halflife）参数最早是用来描述放射性物质衰变过程的。放射性物质的衰变过程服从负指数率，半衰期用来衡量一定数量放射性同位素原子数目减少到其初始值一半时的存放时间。受此启发，1958年贝尔纳（J.D.Bernal）将提出了用“半衰期”
来表征文献老化现象，他用半衰期表示“已出版的文献有一半已不使用的时间”。与此类似，1960年伯顿和开普勒把文献的半衰期定义为“发表所有最新被引文献的一半的时间”。后来，美国ISI的期刊引用报告（JCR）综合这两种定义提出引用半衰期（citinghalf life）和被引半衰期（citedhalf life），成为引文分析的两个重要指标。1955年，英国理论化学家库尔森（C.A.Coulson）反用半衰期描述微生物的指数增殖。1956年，研制出微波激射器（Maser）的汤斯（C.H.Towns）带着家人到日本旅游，碰上了同是哥伦比亚大学教师的生物学家，生物学家谈到库尔森关于微生物指数增殖的论文，使汤斯大受启发，进而移植到Maser中光子的增殖，创立了非常有效的速率方程方法。
速率方程在指导完善激光器技术方面发挥了极大的作用。
2.举例二：材料技术中的移植法
在材料技术中，用新型材料代替旧材料，以改进产品性能的例子是屡见不鲜的。以塑料代替钢材是当今最明显的移植法应用案例之一。
金属是当今世界使用最广泛的材料之一，尤其是钢材，更是工业生产中不可缺少的。有统计说明，铺设1km铁路要用100-120t钢铁，一辆公共汽车要用5-10t钢铁，一艘万吨轮需要用几千吨钢铁，消耗量非常大。因为塑料容易制造和合成，并且具有钢材的很多性质，因此用塑料代替钢材成了很多科学家想做的题目。使用塑料具有很多优点：如自来水管，过去都是使用金属管，由于水压不高，只利用了它强度的百分之几；利用某种尼龙来制造齿轮，机器发出的噪声可大大降低；在机床金属导轨表面喷一层塑料，就会使导轨的寿命延长；用玻璃纤维增强塑料来制造氧气瓶，其耐压力超过钢瓶，而且轻很多，便于运输和使用；并且塑料零件和产品制作方便，易于加工。
在材料技术中，另一个例子是用陶瓷代替金属。陶瓷非常稳定，耐氧化，并且陶瓷具有金属的很多性质，在很多地方已经得到了广泛的应用。
3.举例三：生物芯片
20世纪90年代初开始实施的人类基因组计划（Human Genome Project，HGP），取得了人们当初意料不到的巨大进展。目前已经测定了十多种微生物及高等动植物的全基因组序列，海量的基因序列数据正在以前所未有的速度膨胀。一个现实的科学问题摆到了人们面前：如何研究如此众多基因在生命过程中所担负的功能？如何有效利用如此海量的基因信息揭示人类生老病死的一般规律，并为人类最终战胜各种病魔提供有效武器？于是，一项类似于计算机芯片技术的新兴生物高技术——生物芯片（biochip），随着人类基因组研究的进展应运而生了。
芯片泛指所有的电子元器件，特指内含集成电路的硅片，体积很小，常常是计算机或其他电子设备的一部分，承担着运算和存储的功能。生物芯片借助微加工和微电子技术，将大量已知序列的核酸或蛋白质片段有序地组合在一个微小基片表面，通过与标记的核酸或蛋白质分子进行反应，分析待检标本的相应成分。广义的生物芯片指一切采用生物技术制备或应用于生物技术的微处理器，包括用于研制生物计算机的生物芯片、将健康细胞与电子集成电路结合起来的仿生芯片、缩微化的实验室即芯片实验室，以及利用生物分子相互间的特异识别作用进行生物信号处理的基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片和组织芯片等。狭义的生物芯片就是微阵列，包括基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片和组织芯片等。基因芯片（Gene chip）技术是指通过微阵列（Microarray）技术将高密度DNA片段阵列通过高速机器人或原位合成方式以一定的顺序或排列方式使其附着在如玻璃片等固相表面，以荧光标记的DNA探针，借助碱基互补杂交原理，进行大量的基因表达及监测等方面研究的最新革命性技术。蛋白质芯片（protein chip），采用原位合成、机械点样或共价结合的方法将多肽、蛋白、酶、抗原、抗体固定于硅片、玻璃片、塑料片、凝胶、尼龙膜等固相介质上形成的生物分子点阵，主要有两种形式：一种是抗体阵列（antibody arrays），利用阵列上的抗体识别样品中的蛋白或其他分子；另一种是靶蛋白阵列（target protein arrays），利用阵列上的蛋白检测我们感兴趣的蛋白和其他分子，如药物、抗体、核酸、脂类或其他蛋白的作用。
细胞芯片（cell chip）是以活细胞作为研究对象的生物芯片技术，在芯片上完成对细胞的捕获、固定、平衡、运输、刺激及培养等精确控制，并通过微型化学分析方法，实现对细胞样品的高通量、多参数、连续原位信号检测和细胞组分的理化分析等研究目的。有整合的微流体细胞芯片、微量电穿孔细胞芯片和细胞免疫芯片三种类型。组织芯片（tissue chip），也称组织微阵列（tissue microarrays），是生物芯片技术的一个重要分支，是将许多不同个体组织标本以规则阵列方式排布于同一载玻片上，进行同一指标检测的原位组织学研究。该技术于1998年问世，可以与其他很多常规技术如免疫组织化学、核酸原位杂交、荧光原位杂交、原位PCR等结合应用，使其应用领域不断地拓展。高通量、微型化和自动化是生物芯片的特点，它是继大规模集成电路之后的又一次具有深远意义的科学技术革命。
