雖然「基因工程」一詞已經使用了至少30年，DNA重組也成為現代研究中主要的技術，但大部份生技專家的研究，還是很少和工程學有交集。原因之一是我們目前製造生物「零件」的工具，還尚未達到標準化的程度，應用性也不能和其他工程領域並駕齊驅；再者，雖然生物學會受到科技的影響，但其研究方法和觀念仍與工程學有差距。

舉例來說，電機工程的蓬勃發展始於1957年。當年霍爾尼（Jean Hoerni）在現今所稱的矽谷中，為快捷半導體（Fairchild）這家小公司工作。他開發出平面製程技術。這套系統利用光罩為模版，以金屬和化合物在矽晶片上蒸鍍和蝕刻，讓工程師能夠生產清潔又均一的積體電路，並能透過改變光罩樣本而變化出多樣的電路種類。沒多久，工程師就能利用他人設計的簡單電路，加以合併重組，製造出更複雜的電路設計，增加應用的範圍。

在平面製程技術出現之前，電子電路的標準製程是將電晶體電路一個個焊接起來，由於這個步驟純靠手工，成品良莠不齊，是剛起步電子業的一大瓶頸。而在平面製程技術研發之後，其製程就不斷改良，進步速度恰好符合著名的摩爾定律。

半導體晶片的設計和製程，結合了科技和方法學，是工程學史上最成功的例子，可做為生物系統製程等新興科技師法的典範。

今日的基因工程學家就像當年電子業者一樣，用手工連接系統中的每一個線路。我們的同事，美國麻省理工學院人工智慧實驗室的奈特（Tom Knight）一語道破了基因工程的困境：「由於缺乏標準化的DNA序列組合技術，使得每一次DNA組合反應既是解決研究題材的工具，本身也是一項實驗。」

生物工程使用的方法和零件如果能夠標準化，就能建立相容組件的設計庫，並將系統製程外包。觀念與製造分開後，生物工程學家才有餘力去構思更複雜的裝置，利用更有效的工具（像是電腦輔助設計）來控制系統的複雜度。為了達成這個目標，我們研究團隊的成員開始找尋並發展可做為「生物製程」基礎的配備和技術。我們也想要促成一個社群，能夠採用最好的工程學原理和做法，來發展生物科技。

量產特定序列的DNA

由特定DNA序列構成的基因，就相當於電路中的電晶體，是生物工程的最基本元件。如果想用基因組裝出先進的生物儀器，首先我們必須能夠可靠、快速的合成長段的DNA，而且價格要合理。

20年前，美國科羅拉多大學波爾德分校的卡拉瑟斯（Marvin H. Caruthers），根據其他人先前的研究，利用DNA的天然化學性質發展了一套合成單股DNA的系統。DNA是由四種核酸所組成，這四種核酸內分別含有不同的鹼基：腺嘌呤（adenine, A）、胞嘧啶（cytosine, C）、鳥糞嘌呤（guanine, G）和胸腺嘧啶（thymine, T）。鹼基之間由於親和力，會形成特定的配對：A對T，C對G，構成梯子狀雙股DNA分子的梯級。

卡拉瑟斯的方法稱為固相亞磷胺化學法（solid phase phosphoramidite chemistry），是大部份商業用DNA合成儀器的基礎。在合成反應開始時，溶液中懸浮的固體圓珠（聚苯乙烯）上會黏附著一個核酸分子；當溶液接觸到酸，第一個核酸可與新加入的核酸形成鍵結，然後當第二個核酸接觸到酸，又可以和下一個核酸連接起來，如此核酸鏈就會變得越來越長；不斷重複這個步驟，就可以製造出任何想要的核酸序列，誤差為每100個核酸中會有一個錯誤。

然而，生物工程學家想製造的基因，大多比這套系統能生產的DNA長得多，一個簡單的基因組合，可能就有數千個核酸長；即使像細菌這樣小的生物，基因組也有幾百萬個核酸。我們需要其他產量較高、錯誤率較低的合成方法，於是我們從自然界尋求線索。

生物細胞內有由酵素（聚合）組成的機具，以每秒500個核酸的作用速度，製造以及修補DNA分子，而且平均在10億個核酸中才有一個錯誤。目前最好的DNA合成儀器，加長一個核酸需要300秒。相較之下，自然生物機具的效能（產量除以錯誤率）是人造機器的兆倍。而且在複製像細菌基因組這樣長的DNA時，生物體會有許多聚合同時作用，20分鐘內，就可以製造出含有500萬個核酸的DNA。

作者之一邱契於是想到，利用現有的微陣列技術來效法生物機具的平行處理。我們的做法是在一塊大玻片上，每平方公分放置100萬個小點，每個小點都含有長度為50~70個核酸的單股DNA（也稱為寡核酸），這些DNA都是利用亞磷胺化學法在微陣列上同步製造出來的。和傳統技術一樣，我們也在序列之前加上了可切割的連接分子，讓微陣列可釋出特定的寡核酸。我們實驗所用的微陣列每個點約有30微米寬，其中含有約1000萬個寡核酸分子。