0引言

"數字化"在化學和生物學中是指自然系統相應某種信號在不連續的狀態之間切換的現象（例如結合或不結合凝結或不凝結、激活或不激活、分化或不分化），導致切換的信號可能是多種生物分子，如碳水化合物、蛋白質、核酸、自身誘導物，也可能是氧化還原電位梯度等.

導致的切換既可以發生在整個反應系統及其網絡中，也可以發生在單個細胞內。生物化學中的"數字化"同計算機中的"數字"有所不同但也有類似.計算機中的"數字"指的是二進制代碼0和1的存儲和操作。

而生物化學反應中，"切換"是指在一個較小的輸入范圍中出現一個急劇的（通常是反曲線函數的）輸出量的變化.這種變化會導致在一定的信號閾值以上時某些物質濃度隨時間積累或者積累某些特定事件（例如DNA突變），從而增加機體的適應性，使生物在環境的選擇壓力下，切換到另一狀態.

微流控芯片技術是數字化生物化學研究的重要技術，基于微流控芯片技術的生物化學研究從其目的劃分主要有2個領域：對自然界切換系統的研究及對單個生物實體的研究.

1利用微流控芯片技術研究切換系統

在自然界中的切換現象非常普遍并為人所熟知，它們在自然系統以多種形式出現.

自然切換系統和單個生物實體的研究如圖1所示。

A左：信號切換的示意圖。切換的定義是在一個狹窄的輸入信號范圍內有一個急劇的輸出值變化。在該例子中，輸入信號的濃度超過一定的閾值（α）會導致輸出值發生急劇變化（即"切換"）達到γ。切換的銳度可以通過α和γ來表征。

A右：梯度輸入轉換為數字輸出的示意圖。

B左：含有多種單一生物實體的混合物的示意圖（如分子或細胞）.B右：示意圖顯示，生物實體可以使用微流控裝置實現單一分配，從而更容易檢出和分析.

切換系統的2個比較簡單例子是誘導操縱子（例如lac操縱子通常是"關閉"的，在誘導劑---乳糖的存在下切換成"開啟"）和共阻遏蛋白（例如轉錄阻遏蛋白MBD2,同HDAC和MeCP1形成復合物相關）.

當信號超過一定的閾值濃度時，就會引發一個單向的反應，發生系統狀態的切換。在比較復雜的系統中，狀態的切換過程常有數百個基因和蛋白質相互協調和作用.