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为了解决这个问题,这对搭档搭建了他们认为更好的凝胶电泳仪。这个产品背后的技术并没什么创新之处。他们用LED灯摆成网格状,代替了紫外灯和荧光染料。电流通过透明的凝胶时,会使小片段的DNA比更大更重的DNA片段向凝胶另一端跑得更远,在这个过程中,他们利用这些LED灯使DNA样品显示所在位置。这样他们能更早得知自己是否需要停下来重做实验。
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发明这个方法的人并非杨科夫斯基和小王。他们也不是第一个制作能让实验者更好地跟踪样品的电泳仪的团队。他们说,自己本可以花1200美金从一家大型生物技术供应部门购买一台有这种效果的机器。但是,作为两个二十出头刚刚大学毕业的小伙子,这种钱还是能省则省。不过,他们倒是做了北加州很多20出头的小伙子想做的事情——开公司。
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他们二人创建了珀尔生物技术公司(Pearl Biotech),生产这种可时时追踪电泳进度的电泳槽,每个仅售200美元。当然,这个产品是提托和诺曼亲手为你打造的。与大型生物公司产品的市场价相比,他们的价格很有诱惑力。不过,你还可以花更少的钱,而且是少得多的钱,得到一模一样的产品。因为,这俩人跟很多北加州的年轻企业家一样,他们会很高兴,甚至很热切地想免费给你点什么东西,这俩人想免费提供的是他们的产品设计图。
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软件工程领域中,占据正统地位的是传统的封闭式软件开发方法。而创新的开源模式发挥作用的时日也很长了,以至于撼动了传统方式的地位。20世纪90年代,主流社会首次关注到开源运动,当时这一运动仅仅被视为对Windows系统的膨胀与无聊的得意回应。来自世界各地的身为程序员的志愿者们开发出了Linux操作系统,这个操作系统的创建者们相信,在个人电脑上,Linux比造就了世界首富的Windows系统运行更流畅。他们认为,做义工的时候,工作的唯一动机就是创新,也许还有当你完成了一段特别牛的代码的时候,极客同僚们授予你的荣耀。
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21世纪的头十年里,火狐浏览器是最富盛名、使用最广泛的开源软件。即便到现在,学习Linux系统依然难度很大,这限制了其用户只能是代码战士和版权改良者。他们因为无法容忍受企业控制的编程经历,所以投入了Linux的怀抱。而火狐不一样。任何人都能弄明白怎么使用它。除了免费之外,这款浏览器也很容易实现个人定制。它让用户上网冲浪的体验更好。因此,火狐证明了开源模式可以拥有真正的用户影响力。尽管IE浏览器与这个世界上使用最广泛的操作系统——Windows——绑定销售,但是在过去的五年中,IE的市场占有率明显下降了〔28〕。那些还想参与创新游戏的公司不得不注意到开源的力量。人们希望拥有更好的产品,而开源模式似乎就是解决之道。
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2008年,谷歌公司在发布自己开发的浏览器的同时,公开了它的源代码,这在所有人的意料之内。谷歌公司同时通过应用程序编程接口(API)公开本公司很多产品的代码,在更适度却更易理解的尺度上树立了协作众包式创新的标准。之后诞生了众多谷歌地图“插件”,但它们都只是创新生态系统中的一个物种。正是由于谷歌把一个能将自己的创意注入到公司产品中的简易途径赋予了玩客、并由此开发极具独创性的新工具,这个创新生态系统才能最终形成。推特将API推向深入,它从一开始就公开了本公司唯一产品的源代码。这个决定让开发者创造出成百上千种个性化使用和体验推特的方法。推特公司的高管报告说,他们的API通信量是网站通信量的两倍,这都是由其他人设计的服务软件产生的,推特公司没有为这些服务软件出一分钱。
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把软件开源模式的成功用于其他产业的创新是很让人激动的,但是,开源硬件并没有跟上这个步伐。杨科夫斯基和小王相信,真正的实体物品的发明者和程序员是不一样的,他们连如何跟彼此交流的问题都没有解决。
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“我们没有编程领域中的那种通用语言。”我们坐在一张桌子旁,上面散落着一些制作电泳槽的电子元件,杨科夫斯基这样跟我说:“这种感觉就像早期时候,做点正经事是很难的。”
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这对合作伙伴在大学里都是学工程的,他们都必须学习如何将蓝图变成实物的这个从无到有的整个基本制造工艺。与编程不同,你不能指望着一个三维物体从设计到制作都在茶几上的笔记本电脑里完成(不过,你倒是能听到技术爱好者对此一致保持乐观)。
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相反,杨科夫斯基必需得深入研究日常生活中的真正实体物品。他发现,自己原本可以到街尾的那家标识车间去切割塑料板。与此同时,小王开始摆弄一个叫做阿都伊诺(Arduino)的开源电子原型设计平台,它有点像设计电子电路的乐高积木,各种不同的黑客都对它多有赞誉。他花了一天的时间鼓捣出了一个控制LED网格灯的装置,LED网格灯用来照亮凝胶,并激发电泳槽里用来显示DNA的染料。他又花了一天多的时间搞明白该怎么将设计图交到中国生产商的手中,这是大量生产制作电泳槽板子的最便宜的方式。零件一到手,他们就开始一小批一小批地手工组装电泳槽。
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这个过程是很花力气的,收益却微乎其微。珀尔公司也不能以此谋生,可能部分原因是,据他们所说,他们的电泳槽比标准的名牌货的售价低1000美元左右。由于模具成本高昂,他们只能采用单一设计,再加上设计必须让电泳槽方便微调,所以他们避免大规模组装。小王马上要从火奴鲁鲁的夏威夷大学获得生物工程博士学位。他每天在实验室所用的那些工具,其制造商是有专利权的,所以像他一样的研究者不能改动设备,这一点让他无法忍受。但是,跟其他热衷开源模式的人一样,赚钱对他来说并不是最主要的事情,至少目前还不是。
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“我们在打造一个品牌。我们在创造一种哲学,不仅仅是让工具变得越来越便宜。”小王这样说。
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杨科夫斯基的下一个项目更加野心勃勃,因而受到的关注也更多。电泳槽一种很实用的工具,而且在任何实验室都必不可少。但是它们毕竟是分析工具,功能只是将DNA分开,却用不到生物技术中的基本的、革命性的技巧——以大自然从没用过的方式重新组合基因。他的下一步计划就是,让发烧友的实验室既能基因分离,也能实现基因剪接。任何生物技术实验室想达到这一目的,需要的头一个工具就是基因复印机。
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早期的基因剪接实验中,做PCR意味着要花数小时站在不同温度设置的水槽旁,反复地把试管从一个水槽移动到另一个水槽。这个实验需要极高的精准性,但是这种手工操作很不精确。最早的自动PCR仪对于实验室的意义就相当于办公室里有了施乐复印机。PCR仪因为给实验室带来了很多便利,因而大受欢迎,尽管仪器制造商要价过高,可是实验室都心甘情愿地付钱,以降低实验的乏味和高失败率。但是,PCR成为了常规实验后,厂家的要价仍旧居高不下。PCR仪变得更加高级、精确,也更加数字化。但这些机器仍旧很贵。然后OpenPCR出现了。
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OpenPCR的仪器外壳是用木头做的,这是它与标准大批量生产的塑料外壳PCR仪最明显的区别。它的大小跟烤面包机差不多,里面有16个格子,用来放置装着待复制DNA的管子。数字显示屏会追踪记录升温降温的循环周期,当PCR完成时,机器会自动发微博或者短信给实验者。杨科夫斯基与OpenPCR的另一个合伙人乔希·佩尔菲多(Josh Perfetto)一起用Arduino设计、制作了仪器的内部结构。由于PCR反应成本里最主要的一部分是来自于试剂而非仪器本身,因而他们同样开发了PCR仪的控制软件,从而优化反应,使错误最少、实验所需的试剂体积最小。
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我们难以预测OpenPCR会不会让杨科夫斯基辞掉自己的正职。顾客可以买了工具盒然后自己组装仪器,或者也可以花更高的价格让这两个人帮你组装好。他们计划最高收取400美金,而从大厂家购买这样的PCR仪需要花几千美金。由于OpenPCR的全部意义就在于开源精神,所以任何需要PCR仪的人都可以从网上下载仪器的设计图、亲自组装一台,而不需要向杨科夫斯基和乔希支付任何费用。杨科夫斯基说,要是有人足够勤劳,大概就能根据这项计划雇佣工人,然后开始大规模生产OpenPCR,将它作为一个盈利性业务经营起来。杨科夫斯基受到了Linux和开源硬件运动这样的开源倡导者的鼓舞,他相信让每个人都能接触到生物技术比发家致富更有意义。他还没有发明出一种能有望盈利的新技术。不过他在努力以一种创新的方式应用一种早已存在的技术。他希望能说服足够多志同道合的理想主义者加入自己的项目。
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2010年6月,他迎来了开门红。几乎各领域的DIY爱好者和独立创意人员,都肯定会去Kickstarter.com这个网站寻求项目资金。这个网站的经营理念非常简单,即,有些人提出项目,不管是电影、烤馅饼比赛还是DNA复制仪器都可以,项目创意者说出他们需要多少钱,并设定1-90天不等的资金募集截止日期,之后他们就要使出浑身解数去吸引大家的注意和支持,任何进入网站并觉得某个项目有意思的人都可以出任何金额资助他们。至于如何评定他们能否得到项目资金,Kickstarter.com是这样规定的:在设定的截止日期前,如果创意者无法募集到他们需要的全部资金,那么已募集到的资金他们一分也不能拿走。Kickstarter网站认为,这种全或无的理念能为所有人降低风险。“如果你需要5000美金,但手里只有2000美金,身上还背负着一些人的期望,在这种情况下去完成这个项目是非常困难的。”
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梅瑞狄斯·帕特森将OpenPCR的计划写在了自己的博客上。杨科夫斯基在DIYbio的邮件组中公开了这一项目计划。大家纷纷开始给这个项目注入资金。但是杨科夫斯基清楚,得到支持的关键在于得到更大的DIY社区的赞助。他给每一个在“创造者”中颇具影响力的人都发了一封邮件,并且得到了回报。戴尔·多尔蒂(Dale Dougherty)是创造者大会(the Maker Faire)的创办人,同时也是《创造者》杂志(MAKE)的创始人,他在推特上发布了OpenPCR在Kickstarter网站上的链接,当时他们才募集到了自己所需的6000美金的一半左右。那时,多尔蒂的推特上有大概1900个粉丝,这是个相当可观的数字。几小时之后,技术出版业巨星蒂姆·奥莱利(Tom O’Reilly)转发了这一链接,而他的粉丝数目则高达1400万。两天内,这对合作伙伴募集到的投资保证金就超过了6000美元。此时距离他们7月份的截止日期还有一个多月。
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但是,无论OpenPCR仪器本身变得多好多便宜,所有的生物技术最终都不可能仅依靠无生命的工具就够了。剪接基因,甚至是仅仅复制基因都需要化学试剂来完成切割、复制DNA的工作。这些化学试剂有的黏糊糊、有的毒翻天,不过基本上都是昂贵的生物物质,正是这些试剂使生物技术有别于其他工程学,比它们更有难度。在Kickstarter募集资金的活动没多久,这对搭档就看到了来自批评家的怀疑。他指出PCR反应中,仪器并不是主要的成本。没有了分分秒秒的通话,手机也没什么用处。同理,当有了正确的化学反应试剂,PCR仪才不至于沦为要价过高的高级电陶锅。
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解决试剂的问题就成为了杨科夫斯基下一个推动开源生物技术进步的重大计划。但他相信,他手中不需要大量资金的生物黑客项目不止一个。他在自家的车库里学到了一条宝贵经验:首次试验往往不会成功,也许第二次也不会。每一次失败的试验都要耗费资金,而且不只有没试验过的新科学方法才会失败。从新的尝试中总结出来的常规,通常并不能保证万无一失。污染是每个生物实验室都会出现的灾难。如果没有完全严格按照实验步骤进行,一些有害的微生物就会进入实验体系、害死你迫切想做基因剪接的细胞。杨科夫斯基相信,除了要多发明点能自动进行中间操作的开源仪器外,要实现故障保护和降低成本的关键之处在于,采用开放的实验操作标准。也就是说,让每个人都能尝试对实验步骤加以改良,直到群众的智慧让实验步骤万无一失。然后再以一个大家都能理解的规范形式发布,就像菜谱或漫画书那样。
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募款运动结束时,这对搭档筹集到了12000多美元,是他们预期的两倍。杨科夫斯基说,这些多出来的资金意味着他们也许能够将PCR仪的技术精度提升一个等级,让它能够完成所谓的定量聚合酶链式反应,也就是实时PCR(Real-time Quantitative Polymerase Chain Reaction Detecting System)。通过这个反应,仪器能够实时地定量检测产应中产生的目标DNA的浓度。
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尽管直接操作DNA进行基因剪接的方法发明于近40年前,但是,基因工程这个概念仍旧带有未来主义的色彩。除非你是个生物学家,或身处生物科技产业之中,不然揭秘生命的分子本质并将其重新加以利用可不是什么寻常体验,至少不是你所了解的那种寻常体验。当然,转基因作物在美国大地上无处不在。2009年,美国国内超过一半的玉米田和棉花田、90%以上的大豆田中种植的都是转基因品种。生物技术药物尽管昂贵,却也成了处方中标准药物的一部分。随着生物燃料越来越普遍,遗传工程燃料很快就能注入我们的车里。尽管重组DNA技术听上去陌生,但其实并非难得一见。
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杨科夫斯基希望,类似他的发明的这些工具能够帮助更多人摆脱那种自己跟DNA没什么关系的感觉。他希望有更多人意识到生物技术的光明前途,并愿意为之付出努力。他将电泳槽和链式反应仪卖给越多的没有分子生物学经验的人,他的愿望就越有可能实现。他尤其希望,能够让基因修饰成为像发短信一样的普通技术,并通过这种方式让年轻人了解生物技术的工具和技艺。
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“以前,花5000美金买个PCR仪可能还说得过去。但我觉得这种情况在改变。”杨科夫斯基对我说:“你会接触到很多有意推动生物学进步但却不一定拥有标准装备的人。他们可能在车库、团体实验室或者高中校园里。现在的情况就是这样。这也是我们做的仪器有现实意义的原因。”
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