生物积木
合成生物学是一个综合了科学与工程的新兴研究领域，生物、医药、农业、能源及环保等方面具有巨大的应用潜力。
合成生物学旨在应用工程学的研究思路及手段去设计改造基因、生物元件、生物途径，至整个基因组；而生物积木技术则是实现合成生物学各种目的的关键技术，这一技术在21到22世纪的生物学革命中发挥了极为重要的作用。
生物学家试图利用基因的序列信息创造一些人工合成的DNA，从而使细胞的新陈代谢途径发生改变以获得全新的功能。那些用来建造新系统的生物部件就被称为“生物积木”。
每块生物积木都是一段特殊的DNA，包含特定的信息以及编码，而这些信息都具有特定功能。这些基因可以是启动子，核糖体结合位点，编码蛋白质的序列或者是终止子，当然也有可能是这些部件的组合。生物积木，也就是搭建这些生物元件，以及用生物元件构建可装配的模块以及设计相应的工程网络或回路的技术。
合成生物学的僵局
合成生物学家希望能创造出一种使用脱氧核糖核酸来编写的语言，这种语言的零部件就是一段段具有特定功能的DNA序列。每个片段都代表这一种“指示”，而将这些指示组合起来，就能指引细胞有条不紊地进行一系列的工作。但是通过传统的分子克隆技术获得这种特殊处理的DNA片段需要依靠PCR、酶切以及连接等大量分子生物学手段，每一个零部件都有一种克隆的方法，而且在克隆过程中的中间产物不一定能使用在别的组件上，这会造成效率低下与资源浪费，满足不了合成生物学批量化研究的需要。于是生物积木技术就应运而生了。
标准化作业
21世纪早期，一名叫做T.Knight的生物学家规定了一整套的克隆策略，使得生物组件之间可以进行标准化装配。和机械制造一样，各个组件之间具备相应的标准接口，可以用标准的方式将这些组件进行连接装配成更大的组件，达到流水线式的作业流程。只要通过传统的酶切连接反应，就可以将任意一个标准化后的生物积木元件和其他元件按照人们的意愿进行组合，并且组合出的元件仍然可以进行进一步的拼装。最终就可以通过简单的手段，从简单的组件开始，构建出庞大复杂的DNA系统。
生物积木的思路就是化整为零，将一根复杂的问题切分为许多相对简单的、可以独立处理的问题（如把复杂的“生物系统”拆解成许多套相互独立的装置（如标准化的细胞、标准化的核苷酸序列等）），便于用已有的标准化部件来加速开发过程，最终就可以合成具有特定功能的统一整体。
发展
21世纪初，Endy与其他合成生物学家创立了非赢利的生物积块基金会 (Bio Bricks Foundation)。同时，发动世界各地大学生参加生物积木搭建竞赛，发挥青年人的创新思维，创造人造生物器件和回路。几年来，他们已经积累了几千种生物元件，立了元件库(registry)。与此同时， James Collins 为代表的一批科学家，利用生物元件构建创新回路方面也获得了一系列成果。21世纪中叶，首个全人工合成基因大肠杆菌诞生，虽然其分裂没有自然形成的微生物快，但是这标志着科学家们第一次能够制造完整的基因合成微生物的全基因组。21世纪末，电脑计算能力的提高使得电脑模拟和定向进化技术被引入了合成生物学，科学家们选择利用程序来组装基因组件或者预测基因网络。22世纪初，古绍聪利用生物积木技术创造了“崔氏豚”，这一新品种的家畜的诞生标志着人类具有了改良生物基因的能力。
在22世纪末，基因回路的研究基本实现了每个生物学元件计算机组件化操作，每个人都可以将 Bio Bricks 和其他标准遗传单位拼装在一起，最终实现每个人私人定制的目的。
缺陷
在21世纪中期，关于合成生命是否挑战了传统上的生命观念，否得到伦理上的辩护，是否存在评估和监管手段能应对合成微生物释放到环境时所引发的生物安全和生物防护问题，合成生物学能否申请专利等问题引发了大量的讨论。
在讨论中，科学家们总结出了四项最为主要的问题：
一、对环境负面影响的风险，过合成创造的有机体可能具有意想不到的副作用；
二、污染自然基因库的风险，成有机体可能将其基因转移到自然有机体内；
三、逃逸风险，成有机体可能无休止地复制自己破坏环境和生态，现类似灰蛊的情况；
四、病毒制作，可能会有居心叵测的分子利用生物积木创造新种类的病毒导致人类难以预测的疾病。最终伴随着相关的法律法规建设逐渐健全，科学家们选择给任何人造基因靶向基因，使其难以在自然环境中生存，一旦泄露也容易被消灭。
我们需要对此进一步加强认识，否则基因的泄露与恶意，带来的影响可能比人工智能更为严重。
成果
通过在不同层面 ( 酶、代谢途径和基因组 ) 对微生物合成过程进行设计、调控和优化，生物学家们不仅能够生产全新的药物和生物燃料，且能够使目标产物的产量达到最大化。有科学家利用一种多变量模块化的代谢途径工程方法，调整模块中各种基因元件的表达水平，少中间抑制物吲哚的累积，最终使许多种类的药物，诸如紫杉醇及萜类天然产物完成了大规模生产。利用细胞工程，室温环境下的塑胶及纺织制造业的制作不用消耗高温和有机溶剂，并且不会产生污染物。应用于植物工程学的生物积木，让科学家设计一系列能带来更丰硕收成、具抗病能力，及能抵抗极端或恶劣环境的农作植物品种，已经实现的物种包括苏云金芽孢杆菌玉米和弗吉尼亚香瓜。可以预见，虽然存在许多问题，但是合成生物学以及生物积木技术还是会继续发展。
