纳米医疗技术范文1
1．1纳米材料的鉴别和表征
目前，由于不断有研究工作揭示出与纳米材料相关的风险。企业为规避监管，可能不会宣称其产品使用了纳米材料或者在产品的生产过程中应用了纳米技术。因为国家食品药品监督管理总局早在2006年就将纳米产品从Ⅱ类升级为Ⅲ类，并对其安全性和有效性进行审慎的考察。因此，企业并不以纳米技术作为其产品的主要宣传点，在这类情况中，由于纳米物质具有某些优异性能，或者在生产工艺中需要采用纳米技术，从而可能产生一批没有贴纳米标签的，实质上的纳米产品。对于此类产品，在技术审评工作中，首先要求审评人员具备一定的专业知识，能够从企业递交的注册资料中准确判断产品中是否有纳米物质成分，或者在生产中采用了纳米技术。为了准确鉴别医疗器械中是否使用了纳米材料，证明等同性非常重要。化学成分的相似性并不足以证明纳米材料的等同性，因为纳米材料是否呈现出特定性质可能取决于纳米材料的化学成分和形状，和(或)纳米材料的来源(供货方)。当判定了产品确实是纳米产品之后，对于其安全性和有效性的把握，需要具备必要的纳米表征手段知识。对含有纳米材料的医疗器械的生物学效应的试验和评价要求对纳米材料进行全面表征。因为纳米材料的毒性，不仅取决于其化学成分，也与其粒度(粒度分布)、长径比、形状、表面形貌、表面电势、表面化学、亲水(疏水性)、团聚(聚集)态等因素密切相关。因此，对于某些产品，可能需要根据扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜、电感耦合等离子质谱等表征手段所获得的图像和数据来判断其安全性和有效性。应该根据纳米材料的类型和形式，以及器械的预期用途来选取表征方法。对特定物理化学参数的表征通常可采取多种方法。单一的表征方法可能无法提供对于参数的准确评估(例如:粒度分布、表面成分)。在该类情况下，如果可行，可能需要采取补充方法来对需要表征的性质进行充分评估，即采用两种独立的表征方法。需要特别注意的是，用不同的方法获取的有关特定性质的结果不能直接进行对比。例如，正如指导性文件所指出的，对于粒径测定，应至少采用两种显微镜技术(例如:透射电镜和激光扫描共聚焦显微镜)。为了对使用纳米技术的医疗器械进行可靠的表征，需要毒理学、物理学、化学、工程学和其他专业领域的专家之间的跨专业合作。
1．2纳米材料剂量
用于毒理学研究的剂量水平通常是以质量浓度为基础。然而，纳米材料的多个属性可能会影响其毒理性质。普遍认为，除了质量浓度以外，还应使用包括表面积和数量浓度在内的其他参数来充分表征纳米材料剂量。在确定用于纳米材料体外研究的毒理学相关的剂量时，应该考虑可分沉淀物的可能性。小纳米颗粒(例如:水动力学直径＜40nm)与培养细胞层之间的接触主要取决于扩散和对流力。由于沉降力的额外影响，在细胞培养基中形成的稍大的纳米材料和纳米材料聚集体的沉淀速度更快。这些因素，以及与蛋白质和培养基其他成分的相互作用，可能会影响直接接触培养细胞的颗粒的数量。应该根据具体情况评价可分沉淀物出现的可能性。若有必要，应开展对于体外细胞剂量的分析性或计算性评估。目前，对介质中的剂量(分散/溶液浓度)或实际的纳米颗粒细胞摄入/接触量是否应该被用于剂量本身的表达还存在争议。
1．3纳米材料参照样品
试验结果的可靠性在一定程度上取决于是否可获得适合的参照样品。参照样品指拥有一项或多项特性参数、具有足够可重复性的已经确认的材料。可利用该材料或物质对仪器进行校准，评估测量方法或为材料赋值。纳米尺度参照样品的最初研发重点在于将其用于校准试验仪器，而不是作为生物响应基准进行参照样品研发。开发一种广泛接受的参照样品，包括在适合不同的试验系统的阳性对照与阴性对照纳米颗粒方面达成共识，已经成为纳米材料风险评估的一个关键性要求。虽然参照样品对于评估医疗器械中应用的纳米材料至关重要，但是因为存在实际困难，研发进度还是很慢。认识到纳米材料代表性样本的可用性对于纳米物质安全试验的可重复性和可靠性至关重要。ISO/TC229nm技术委员会已提出使用“代表性试验材料”，并且正对其进行讨论。代表性试验材料的拟议定义为“来自同一批的物质，在其一个或多个特定性质方面具有同质性和稳定性，被认为适合于开发用于针对除已表现出的同质性和稳定性以外的性质的试验方法”。目前这种方法已被应用于OECD人造纳米材料工作组的纳米材料安全性试验合作项目，该项目使用欧洲委员会联合研究中心代表性纳米材料库中的代表性纳米材料来进行。
1．4纳米材料样品制备
纳米材料体积小，并且其物理化学特性可能发生改变，这使得与宏观(非纳米尺度)颗粒或化学物质的试验相比，纳米材料的样品制备会遇到重大的挑战。带来挑战的因素包括能加强纳米材料反应性的表面性质;聚集或团聚颗粒的形成;纳米颗粒在通过水合作用，部分溶解或其他过程的分散中发生的转变;以及低浓度水平污染物对纳米材料的物理化学性质和毒理性质的强烈潜在影响。如同其他类型的试验样品，纳米物体有可能吸附到容器表面。因此，确认标称浓度非常重要。对于研发针对含有纳米材料的医疗器械的可靠的样品制备方案来说，必须认识到这些问题。相比于使用常规材料的医疗器械，解决这些问题也许需要极大提高直接针对样品制备的研发力度，并制定处理策略。由于其独特的表面性质，纳米材料对用于样品制备的技术表现出极强的敏感性。颗粒之间以及颗粒与周围环境之间的相互作用会影响颗粒的分散。分散的纳米材料不一定呈现单分散颗粒的形式。呈聚集形式的单分散颗粒(由强结合或强融合的颗粒组成的颗粒)和呈团聚形式的非单分散颗粒(弱结合颗粒，聚集体，或两者的混合体)可以出现在以液体、粉末和气溶胶形式出现的纳米材料中，除非通过表面电荷或立体效应进行稳定化处理。因此，样品中纳米材料的分散状态和粒度分布可能随时间变化。这一属性对于制备浸提液和(或)储存溶液和剂量分散溶液有着非常重要的意义，pH值、离子强度或分子成分的轻微调整就可能显著改变颗粒分散度。基于该原因，受试品的稳定性对于在生物评价中获取具有代表性的和可重复性的结果来说显得尤为重要。纳米材料的样品制备可能包含对于制造商生产的或供应商提供的材料的表征，以及制备用于动物试验或体外实验的储存溶液和剂量溶液。制备细节可能根据给药途径和递送方法的不同而有所差别。
1．5纳米材料对于生物相容性研究试验的影响
将纳米材料用于试验系统时，必须认识到需要测定的一些性质可能会受到周围环境的影响，并且在很大程度上依赖于周围环境(例如:组织培养基、血液/血清、蛋白质存在)。与环境的相互作用可能导致纳米材料本身发生暂时性改变，如通过获得/脱落蛋白涂层，形成纳米颗粒团聚/聚集，或纳米材料其它方面的变化。由于这样的变化可能会影响纳米材料的特性，因此会影响纳米材料的毒性特征。因此，纳米材料应完全根据制造出来的形态/组成，以及最终用户所接收的形式(如果该形式包含自由纳米材料)进行表征。最后，还应该对最终产品中的纳米材料进行评价。对于生物安全性评价，需要将纳米材料分散在适当的介质中进行评价。这些介质与纳米材料之间的相互作用可严重影响到纳米材料在试验系统中的表现。应该在试验过程和试验结果评价过程中考虑该因素。纳米物体在生物环境中很容易将蛋白质迅速吸附在其表面，形成所谓的蛋白质“冕晕”。据报道，冕晕是由两层结构组成，内层是由强结合的蛋白质组成，而外层是由快速交换的分子组成。蛋白质冕晕并不是静态的，可能根据纳米材料所处环境的不同而发生改变。作为有机体内的异物，纳米材料的归宿为从被吸收、分布、代谢到排泄/消除。众所周知，纳米材料表现出与其对应的常规材料不同的物理化学特性(力学、化学、磁学、光学或电学特性)，因此，可以合理的期望纳米尺度材料会影响生物学行为，并且生物学行为会引发在细胞、亚细胞和生物分子层面(例如:基因和蛋白质)包括细胞摄取的各种不同反应。因此，与由常规材料引发的毒理学反应所不同的各种毒理学反应可能在接触到纳米材料后才会显现。应该注意的是，不仅蛋白质会以冕晕形式参与这个过程，而且脂质也会参与这个过程。因此，毒物动力学研究应被视作针对含有纳米材料的医疗器械开展的毒理学风险评估的一个部分。当接触到生物环境的时候，纳米材料会与蛋白质发生相互作用，这种相互作用的定量和定性水平取决于生理环境的性质(例如，血液、血浆、细胞质等)和纳米材料的特性。同样，当接触到试验介质的时候，纳米材料也会与周围环境发生相互作用并且/或者也会对环境产生干扰，这取决于其本身的性质和所接触的条件;跟相应的常规材料相比，它们可能会有不同的表现。因此，对于任何被设计用来对医疗器械进行生物学评价的试验方法，对其进行专门的验证是十分有必要的。试验方法的选择将取决于纳米材料的特性。在纳米材料的毒性试验中，有几个已知的风险因素应该避免。对纳米材料的毒性和最终结局了解的还不多，所以一些未知的隐患还会在将来逐渐显露出来。由于纳米材料的毒性试验存在许多不确定性，所以公开透明变得至关重要。潜在的生物相互作用不是直接取决于分子的浓度或数量，而是取决于纳米颗粒本身。在纳米毒理学中，剂量反应关系的单位可能不是传统意义的质量单位，而可能是以纳米颗粒的数量或者他们的总表面积来表示剂量。除了表征以外，还应该以文件的形式记录下实验条件的详细情况。
2纳米材料标准化工作
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2012年8月，美国经济发展局奖给布法罗大学349，565美元（约2，171，672元），用于在纽约西部10个县扶植培养创新精神，创造工作岗位和鼓励私人投资。联邦基金将用于创造一个创新中心，这是一个为期两年的项目，推动从纽约大学各个分校产生的发明和创新。目的是加速创新和发明商业化的渠道，把企业家和大学及社区的资源紧密联系起来。这一创新中心将会为企业家、商业和经济开发商提供一个合作和信息交流的平台，为企业提供新的商业信息，提供开发技术公司在早期阶段的领导能力训练，提供新产品开发的工艺流程，帮助解决中小企业的技术难题。
二、建立大量的多学科研究中心
UB建立有大量的研究中心和研究所，共有158个。这些研究中心主要侧重于协作、多学科的工作，覆盖了从建筑和新生媒介到国家安全和妇女的健康等广泛的研究领域。例如布法罗大学的多学科地震工程研究中心（MCEER）是由来自整个美国许多学科和研究机构的多名研究人员和工业界的合作伙伴组成的科研团队。MCEER最初由美国自然科学基金委于1986年建立，作为第一个国家地震工程研究中心。1998年，更名为多学科地震工程研究中心。MCEER的使命已经从最初侧重于研究地震工程到研究各种各样的自然或人为的灾害对于关键的基础设施、结构和社会的技术和社会经济等方面的影响。MCEER通过一个多学科的、多种自然灾害研究，同教育和外界紧密联系的系统来完成研究工作。
三、制订长远和前瞻性的学校发展计划，强化优势学科
为了确保布法罗大学持续的繁荣和发展，保持长期的创新活力和世界一流研究型大学的地位，学校董事会制订了UB2020计划。UB2020计划旨在提供学生最好的大学教育，提供社会（社区）最前沿的科研和医疗。其中计划的主要内容之一是培养战略优势学科。其战略优势主要分布在如下的八个方面：（1）艺术和表演艺术；（2）公民参与公共政策；（3）文化和文本；（4）极端事件的减缓和应对；（5）整个生命周期的健康问题；（6）信息与计算技术；（7）集成纳米结构系统（INS）；（8）生物系统和生物分子识别。每一个方面都设定达到世界一流的目标。如在集成纳米结构系统方面，倡导纳米科学和纳米技术的合作研究，做出能改变世界的发明和创新成果。集成纳米结构系统的研究人员们主要集中在下面六个主要的研究区域：（1）自旋电子学。用电子的自旋来储存、处理和传播信息，从而开发出一些以前不可能实现的电子仪器设备，使未来计算机的体积更小效率更高。（2）纳米电子技术。纳米电子技术侧重在创造纳米尺度的仪器和电路元件，克服现在微电子电路的不足，并实现这些仪器的包装。UB的研究人员正在设计和制造纳米尺度的电路、芯片和包装技术，未来的电器元件能够承受很高的电流密度和温度梯度，从而能够提供更快、更小、功能更加强大的计算机。（3）纳米医学。纳米医学的进展在UB包括新的微创诊断方法，药物和基因的目标（靶向）递送系统，促进光动力癌症治疗的方法，新的医学成像模式和实时药物疗效监测方法。这些研究向着临床实践的方向发展，最终能够提高病人的生命周期和生活质量。（4）传感器和纳米技术在生物医学中的应用。UB在传感器领域的工作包括神经元网络、模式分析、低功率光探测器和光源、新的分析物的识别技术。确定复杂化学模式作为各种疾病的标志，例如糖尿病和各种不同类型的癌症，最终能够实现这些疾病的早期诊断和治疗。（5）太阳能。UB研究人员正在开发一种新的科技用于制造和组装无机纳米材料，用于创造造价低、更加经济有效的太能电池。研究活动包括在一个导电聚合物母体上基于无机纳米晶体组装纳米材料用于制造和测试完全混合无机/有机太阳能电池的工艺过程中所发生的光诱导表面电子转移反应的基本表征。（6）能量储存和转换。改进的能量储存对于许多新兴的技术从电动和混合动力汽车到植入式医疗设备是非常关键的。UB的研究人员正在开发（研发）纳米材料并将它们应用到电池中，与现在的技术相比，新材料的应用能产生更高的功率体积比、更高的电流密度和更长的工作时间。这些微型电源对于许多传感器技术来说是必不可少的。
INS的研究人员来自整个的UB校园，并且和许多系（共约18个系）和研究中心（4个研究中心）一起工作，INS是纳米科学的焦点。并且INS拥有一套集中调配的仪器支持（支撑）纳米科学和相关的物理、工程和材料的研究工作，所有的仪器对于UB的工作人员和外部的用户是开放的，收取适度的成本回收费用。其中的设备有高分辨率投射电子显微镜装置、聚焦离子束扫描电镜设施、洁净室设施、电子束普光设备和原子力显微镜设备等。这些高精的尖端科研设备有力地推动了研究工作的进展。通过合作基金、研讨会和学术会议，INS形成了一个良好的研究环境，已经获得了很多突破性的研究成果。比如化学系教授SarbajitBanerjee被麻省理工技术评论（MITTechnologyRe-view）评为世界上35岁以下最优秀的发明家之一。他最有名的发明之一即是“智能玻璃”。这种玻璃具有夏天隔热，冬天透热的温度调节功能。
四、研究生课程设置
以美国布法罗大学的土木工程博士学位为例，分析一下课程设置和有关的要求。有如下三个方面的要求：（1）完成研究生课程学习；（2）通过博士资格考试（书面考试和口试）；（3）毕业论文答辩和评审。具体来讲，博士学位必须包括除了本科学位之外的72个学分，包括12到24个学分来自论文，至少18个学分来自课程学习。论文是最为重要的工作，必须能够对所学习的领域做出有意义的贡献。课程通常是由导师和研究生共同选定，但是必须包括在数学方面的两门课程和力学（流体力学或固体力学）方面的两门课程。在专业课程的设置方面，既重视基础知识学习，同时注意学科交叉和最新知识进展的介绍。如开设有结构健康监测和无损测试、桥梁工程中的新兴技术、材料的力学行为，土木工程中的统计方法等课程。课程的设置为研究生的学习打下了良好的基础，并使研究生对最近的学科知识和技术有所了解，为他们进行创新性的研究工作打下了良好的基础。
五、从事具有突破性的创新发明工作
2012年，布法罗大学评出了7项最令人震惊的发明。（1）自生长血管。研究者们开发了一种可以特别为病人产生部分血管的方法。当移植入病人体内的时候这些分段的血管能够产生几乎正常的血管。发明小组是由医学、化学和生物工程以及生物物理学等科研人员组成的团队。（2）超级细菌毁灭者。医学人员发明了能够给予平均抗生素超级强度的方法。采用一种在乳汁中的脂质蛋白质复合物，在单独使用时具有很小的抗菌能力。当与存在的抗生素结合的时候，即可具有很强的药物敏感性。（3）生物膜去除剂。布法罗大学的工程师和医学研究人员合作开发了一种能够除去医用金属植入物上的感染生物膜的电化学方法。（4）蛋白质疗法的纳米保护壳。蛋白质基的药物能够治疗多种疾病，但是人体的免疫系统经常把蛋白质作为侵入异物而进行攻击。UB的药物科学家们利用lipid-based纳米颗粒（分子）训练整个免疫系统来接收这些蛋白质治疗分子。（5）肿瘤抑制基因。许多癌细胞在它们的表面有碳水化合物结构（也叫CD176抗原），在肿瘤的传播中起着重要的作用。UB科学家们发现一种小鼠抗体对这种抗原非常有效。KateRit-tenhouse-Oslon（发明人）教授已经开始注册了一个公司（For-Robin）来开发这种抗体应用于人体内。（6）发明了用作控制癌症的microRNA。UB科学家发现了可以恢复的microRNA水平能够对抑制某种类型的癌症肿瘤的生长。（7）新的显像剂。UB的科学家们已经开发了一系列的用于核磁共振的造影剂。这些智能的造影剂将来可能用于监视癌症治疗的整个过程，并且能够进一步决定具体的实施疗程（治疗措施）。这些新的发明成果对整个社会都产生了很大的影响。
六、总结
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生物医学工程(biomedicalengineering,BME)是20世纪50年代形成的一门独立的边缘科学，现代医疗器械则是这一新兴学科的产品形式。它是工程技术向医学科学渗透的必然结果。20世纪50年代以来，心脑血管疾病、癌症、糖尿病等现代文明流行病开始威胁人类健康。因此，医学科学的进一步完善和发展不是以定性观察、现象归纳为方法学特征的医学本身所能解决的，它必须和以定量观测、系统分析为方法学特征的工程科学相结合，并综合运用各种已有的和正在发展的高新技术，才有可能逐步解决这些问题。生物医学工程学科应运而生。当前生物医学工程已成为生命科学的重要支柱，是21世纪最具有潜在发展优势的领先科技之一[1]。
1、什么是生物医学工程？
1.1含义
生物医学工程是一个新兴的多学科交叉领域，其内涵是：工程科学的原理和方法与生命科学的原理和方法相结合以认识生命运动的“定量”规律，并用以维持、改善、促进人的健康。“生物医学工程”这个词汇蕴含了三个专业领域的相互影响：生物学、医学和工程学。生物医学工程是综合生命科学和工程技术的理论、方法、手段,研究人类及其他生命现象结构功能的理、工、医相结合的新兴交叉学科，是多种工程技术学科向生命科学渗透和相互交叉的结果,并已成为生命科学的重要支柱。生物医学工程是应用基础科学，主要服务于人类疾病的诊断、预防、监护、治疗及保健、康复等方面；生物医学工程的主要研究任务是利用工程技术手段解决医学诊断、治疗和信息化管理等问题，为医学提供高技术含量的现代医疗装备。
1.2内容与领域
生物医学工程的研究内容可分为基础研究和应用研究两个方面。基础研究，包括生物力学、生物控制、生物效应、生物系统的质量和能量传递、生物医学信息的提取与处理、生物材料学、生物系统的建模与仿真、各种物理因子的生物效应等;应用研究，直接为医学服务，包括生物医学信号检测与传感技术,生物医学信息处理技术,医学成像与图像处理技术,人工器官、医用制品和仪器,康复与治疗工程技术等。后者是医学工程研究领域中最主要的内容之一，它的成果直接推动医疗卫生事业的发展，效果最明显、最迅速,所以特别受医学工程人员和医生的重视。
2课程安排
根据我国《生物产业发展“十一五”规划》，生物医学工程高技术专项将按照当代生物医学工程技术和产业发展的方向，重点发展医疗影像设备、医疗监护系统及设备、肿瘤物理治疗设备等11大类产品,强化新型医用植入器械和人工器官、数字化与智能化医疗装备、可生物降解医用高分子及药物控释载体、医疗监护和远程诊疗系统等领域的创新能力。针对这一方向，我们将设定14次课，分别介绍各项技术产品或领域的现状和发展，让学生对生物医学工程学科有个整体的了解和认识。课程设置如下[2]：
1.生物医学工程概况：介绍生物医学工程学科概况、发展历程、学科内容、工程分支，以及国内外高校建设发展生物医学工程学科的情况。
2.组织工程学：应用细胞生物学和工程学的原理,吸收现代细胞生物学、分子生物学、材料与工程学等学科的科研精华,在体内或体外构建组织和器官,以维持、修复、再生或改善损伤组织和器官功能,是继细胞生物学和分子生物学之后,生命科学发展史上又一新的里程碑,标志着医学将走出器官移植的范畴,步入制造组织和器官的新时代。目前组织工程已经成为再生医学研究和发展的核心与主要方向。
3.生物材料学：研究与生物体（特别是人体）组织、血液、体液相接触或作用时，不凝血、不溶血、不引起细胞突变、畸变和癌变，不引起免疫排异和过敏反应,无毒、无不良反应的特殊功能材料。许多重点院校和科研单位都成立了相应的研究机构，从事生物材料及制品的开发研究，在天然高分子和合成高分子、无机和金属生物材料研究方面均取得了举世公认的成果。
4.人工器官：主要研究人体组织与器官的再生、修复与替代。人工器官在临床上的应用，挽救了不少垂危的生命，为临床医学的发展开拓了新途径。目前人工器官的研究和应用已基本遍及人体全身。
5.生物传感器技术:使用固定化的生物分子结合换能器,用来侦测生物体内或体外的环境化学物质或与之起特异性交互作用后产生响应的技术。目前,生物传感器正朝着以下几个方面发展:①向高性能、微型化、一体化方向发展；②生化检测的智能化系统；③仿生生物学的发展。
6.生物系统的建模与仿真：对生物体在细胞、器官和整体等各层面的参数及其相互关系建立数学模型，并用计算机求解该模型以分析和预测各种条件下生物系统运行的机制和状态。研究领域涵盖生物力学、复杂生物医学系统的建模与仿真等领域，主要采用计算力学、图形图像分析和数学建模等方法，对生物医学中的科学问题进行计算机建模和分析。
7.生物医学信号检测与处理技术：生物医学信号的检测与处理几乎成为了生物医学工程学科共同的研究方向。从生物体中获取各种生物医学信息，并将其转换为易于检测和处理的电信号。
8.医学成像与图像处理技术：研究如何将人体有关生理、病理的信息提取出来并显示为直观的图像、图形方式，或对已有的医学图像进行分析处理，为疾病的早期诊断和治疗提供了可能性,也为临床诊断引入了新的概念。
9.数字化X射线影像技术及设备：数字化X射线影像技术现已成为临床诊断的最主要手段。涉及的关键技术包括:直接数字化平面X射线影像技术;数字化X射线三维影像技术;低剂量CT、容积CT等。
10.磁共振影像技术及设备：磁共振影像是检测人体解剖、生理和心理信息的多因素、多层面和多对比度成像设备。
11.核医学成像技术及设备：核医学成像是对放射性核素标记化合物的体内生化过程成像的装备,是目前能够在临床应用的最主要的分子成像手段。涉及的关键技术：单光子断层成像(SPECT)技术和系统、正电子发射(PET)影像技术和系统、PET与CT融合技术等。
12.数字化超声波成像技术及设备：超声成像设备在四大影像设备中使用最为广泛。目前重点发展技术包括：多波束成像技术、谐波成像技术、多角度复合成像技术、三维成像技术、电容式微机械超声换能器、彩色超声成像设备系统、数字黑白超声影像设备等。#p#分页标题#e#
13.医学纳米技术和纳米材料：可运载肿瘤标志物分子的特异性抗体、肿瘤治疗药物以及造影剂等新的高效药物(基因)载体；发展纳米尺度的显微探针成像技术；发展用于组织再生修复的纳米生物材料；建立用于纳米材料健康与安全评价的技术与方法，都是当前重点发展方向。
14.康复工程技术:重点发展假肢仿生智能控制技术、低成本假肢矫形、适应不同功能障碍者工作和学习的环境控制系统与远程交流、认知功能康复、人工电子耳蜗汉语识别、电子助视、老年人室内安全监护等技术。
3教学模式的探索
针对课程本身的特点和学生认知的特点，设想从以下几个方面探索课程的教学：
3.1多媒体教学
多媒体教学具有直观、生动、易于理解的特点，并可节约教学时间，提高效率。由于每次课针对的是某项技术领域相关理论知识和行业动态的介绍，涉及的知识点多且泛，采用多媒体教学课件进行教学，形象直观，趣味性强，可以使学生印象深刻，降低了抽象知识的理解难度和记忆难度，激发了学生的学习兴趣。
3.2优化课程内容，加强实践教学
在教学中注意把握课程的整体体系，强调课程知识点和适用性。教学重点清晰，适当补充行业最新动态作为课外知识。课堂授课的重点应放在概念的理解和相关模型的建立。同时，应创造条件充实参观和实验内容，让复杂的理论实物化、形象化、简单化。跟有教学合作基础的医院联系，安排学生到相应科室参观相关设备和操作系统，开展现场教学和尽可能多的实验课，提高学生的学习兴趣。如果条件允许，还可以让学生参与到实际操作中。通过这种实践教学，使学生觉得取得临床上的应用成就并不是遥不可及，从而增强他们对理论知识学习的兴趣。
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1.1使命和愿景
(1)使命：
建立一支能够弥补专业之间界限的研究团队，并创新医疗技术，为来自世界各地的临床医生和研究人员培训转化实践和先进技术。
(2)愿景：
通过有实用性和创造性的发展实践来简化新发现进入临床的过程，以改善全球健康状况。
(3)价值观：
正直，仁慈，责任，尊重，卓越和执行明确的目标。
(4)战略重点：
转化研究和教育基础设施；注重多学科领先技术平台；通过科研合作网招聘精英和专业员工队伍；创建一种支持全球协作和转化新发现的文化和网络；以调动社区为使命，通过研究来改变医疗保健。
1.2研究空间和设施
美国休斯敦卫理公会医院研究所占地面积40877m2，大楼共12层，150个实验台；医院内部有额外9290m2的研究空间。其中转化研究大楼拥有能够容纳90名主要研究员的开放实验室，拥有增强跨学科研究的核心设施，还拥有两个符合GMP认证的实验室，以制备临床级放射性药物、生物制剂和小分子研究的开展；拥有先进的手术模拟训练设施。该研究所拥有用于临床前和临床研究所需的最先进影像设备。主要包括：拥有最先进的商用级SPECT，大口径MRI和PET；共聚焦激光扫描显微镜、在体内多光子激光扫描显微镜、场发射扫描型电子显微镜；1台能建立放射性同位素的回旋加速器；在cGMP的放射化学实验室中有9个热室（铅盒化学实验室），用于生产放射性药物。研究所能提供20项核心尖端试验技术和数据分析平台，包括分子诊断学、蛋白质组学、流式细胞术、病理、生物医学信息学和生物统计学的支持、芯片和血清/组织标本库。
1.3研究资金和项目
2013年，研究所有1450万美元美国国立卫生研究院资助资金和3700万美元校外资助资金，总年度研发投入达到1.2亿美元。2013年底，研究所拥有840个临床研究项目，形成了10个比较稳定的研究方向，包括癌症、心血管疾病、炎症及表观遗传学、糖尿病及代谢性疾病、感染性疾病、神经科学、移植免疫学、基因组医学、组织工程及再生医学的研究成果。经过多年积累，在癌症研究上形成了领先优势，成立了3个美国国家癌症研究所资助的多学科中心：创新癌症研究中心、德州纳米医学癌症中心和癌症发展系统化模拟中心；并形成了3个跨学科优势研究领域，包括纳米医学、系统医学与生物工程、转化影像。
1.4合作机构与人员
目前，研究所拥有270个成员和1400个具备资格的研究人员。美国国内合作伙伴主要有威尔康乃尔医学院、休斯顿大学等；国际合作伙伴包括中国科学院研究生院、清华大学在内的多个国家有合作。
1.5培训与教育
研究所高度重视科技教育与创新，使先进的研究成果及时应用和转化。目前拥有手术训练和虚拟医院设施、15个程序技能站、心胸手术室、3个研究手术室、无生命的技能实验室、视频编辑套件。负责监督500多名学员研究，具体项目包括：学术课程、本科生暑期学生计划、研究生2年培训实习、医疗研究项目、博士后培训计划、临床科学家与研究系列讲座、实习项目等。学员来自于美国全国各地合作大学以及国际合作伙伴。
1.6管理与运营
研究所实行董事会管理下的独立运营模式，执行管理办公室全面负责日常运营和管理事务，下设交流与对外关系办公室、辐射安全办公室、科研经费结算管理办公室、治理与学部事务办公室、资助和合同管理办公室、中心实验室运营管理办公室、休斯敦卫理公会学院、研究受试者保护办公室、科研技术管理办公室、技术转让办公室、科研权益冲突管理办公室。研究所重点管理领域包括：
(1)成员及资格认证管理。
包括科研资格认证、研究所成员管理、成员入职培训等。
(2)资助和合同管理。
包括科研经费审核。
(3)技术转让。
支持基础研究成果转化应用到临床；确定哪些专利、发明和其他知识产权可转化成商业产品和服务技术。
(4)科研权益冲突政策。
确保科研设计、实施、报告和公布的研究不会因实际或可能发生的冲突而失之偏颇。
(5)卫理在线研究技术倡议。
允许以电子方式提交的所有行政审查和批准、IRB、IACUC、赠款和跟踪、合同意见书等。
(6)研究受试者保护。
负责监督涉及使用人类受试者、动物或限制材料研究的审批程序。有关使用人类受试者、动物或研究生物制剂，经过机构审查委员会、机构动物伦理委员会、生物安全委员会的审核。
(7)技术攻关。
支持其研究人员自动执行管理流程，包括管理应用程序开发和实验室技术运作。
2对我国医院建立临床医学研究所的启示
2.1建立临床医学研究所是提升临床科研水平和学科综合实力的重要平台
(1)重视转化医学是建立临床医学研究所的根本。
转化医学是一个致力于克服基础研究与临床和公共卫生应用间严重失衡的医学发展的新模式，其意义及价值已引起欧美国家高度重视，美国已在近40所大学建立了转化医学中心。美国休斯敦卫理公会医院研究所将基础研究向临床应用转化研究为重点，促进了基础研究成果的转化和现代医学技术的创新。对我国医学研究机构而言，从传统的基础研究向重视转化医学研究转型，或是建立以转化医学为重点的临床医学研究所意义重大。
(2)注重成果推广和培训是临床医学研究所的价值体现。
美国休斯敦卫理公会医院研究所有较为完整的教育和培训体系，培训内容丰富，培训设施先进，拥有手术训练和虚拟医院设施、15个程序技能站、心胸手术室、3个研究手术室、无生命的技能实验室。这一战略发展理念更加体现了临床科研为临床服务的思想，这些硬软件设施保证了临床科研成果更加迅捷地向临床应用转化，直接产生生产力，为提高社会健康水平服务。
2.2重视学科交叉融合是综合性临床医学研究所生存和发展的基础
(1)学科交叉融合是医学研究的重要趋势。
美国休斯敦卫理公会医院研究所有意混合传统部门间的界限，促进不同学科和背景的科学家团队进行合作和创新研究，以解决人类多个关键领域的疾病。学科交叉融合和整合创新也是当前医学研究的一个重要发展趋势，充分利用最先进的数字技术、纳米材料技术、全基因检测技术等，与各传统医学学科融合，将面临共同疾病和健康问题的不同学科整合在一起，协同研究和创新。学科交叉融合也是我国医院在设立临床医学研究所时必须重点考虑的问题，也使得在大型综合医院设立综合性临床医学研究所变得意义重大。
(2)引进先进设备和建立综合技术
平台有利于提高研究所运营效率和发挥资源优势。先进的仪器设备和一流的技术平台是美国休斯敦卫理公会医院研究所取得的卓越科研成就的重大保障。如该研究所拥有国家最先进的影像设备、符合GMP认证的实验室设施、最先进的模拟手术设备等，都是国内研究机构在建设思路上不具备的。共有的设备和技术平台也是提高资源利用效率的有效方式，尤其是对于高端、高成本的设备，更应该充分发挥其价值，这也是设立综合性医学研究所的意义所在。
2.3紧跟国际医学发展前沿和结合
各医院学科优势是临床医学研究所战略定位的关键
(1)临床医疗优势和研究所的品牌优势相辅相成。
美国休斯敦卫理公会医院研究所的一项重要启示是从PI管理模式到形成研究所的品牌优势。该研究所面向全院乃至全国开发实验室平台，建立840个研究项目组和10相对稳定的研究方向，在此基础上再形成研究所的优势和品牌，逐步形成了系统医学、分子影像和生物工程、纳米医学3个领先研究领域，其研究和创新能力达到国际领先水平。我国医院在设立研究机构时，应充分借鉴这一管理理念和思路，开放实验室平台，实行灵活PI管理模式，结合医院当前各学科临床医疗优势，整合优势学科资源，凝练学科方向，在此基础上形成研究所的领先研究领域和品牌。
(2)加强国际交流与合作是提高我国医学研究所水平的必经之路。
纳米医疗技术范文5
关键词：5G无线通信技术；概念；相关技术
5G无线通信技术能够在短期内得到快速的发展除了自身优势的因素之外，也是因为5G无线通信技术符合人们的通信需求。人们现今的生活节奏相对较快，所以对通信行业的要求就是高速，5G无线通信技术的高速性特点完全符合现今人们对通信行业的要求，所以5G无线通信技术才会得到突飞猛进的发展。5G无线通信技术和2G、3G以及4G无线网络通信技术相比，不仅仅只是通信技术上的一个创新和升级，同时也是网络架构上的一种创新和升级。5G无线通信技术不仅能够给用户提供更加快速的网络服务，同时还能够给用户更加稳定的网络服务，用户的使用需求得到满足，才能使得通信技术行业得到更好的发展。
15G无线通信技术相关概述
5G无线通信技术就是在之前无线通信网络技术的基础之上进行了升级和创新，使得无线通信网络技术的功能和性能更加的优质和完善，从而更好的满足了现今用户的使用需求[1]。5G无线通信技术继承了2G、3G以及4G无线网络通信技术的优势，并且对2G、3G以及4G无线网络通信技术进行了进一步的优化，使得无线网络通信技术的优势更加明显，极大程度上推动了无线网络通信行业的发展。现今的5G无线通信技术充分运用了纳米技术、云计算技术等先进的科学技术，更加注重传输过程的安全性和便利性，在降低能量损耗的同时提升传输速度，极大程度上提高用户的使用质量。
25G无线通信技术的关键技术
2.1MIMO技术
MIMO技术是多端口输入与输出技术的英文缩写。MIMO技术通过加大对发射功率以及通信带宽的复用，实现对无线通信网络的性能优化。初期MIMO技术的只能够实现单点对单点，但是随着第三次科技革命的到来，科学技术得到了突飞猛进的发展，MIMO技术在先进技术的推动之下使得单点对多点成为可能，也就是在发射端或者终端的位置放置多根天线，这样的方案在时频资源的支持下，空间多路复用能够实现增益最大化，不仅有效的提高了整个电路的稳定性和安全性，同时也使得通信系统的总吞吐量得到了显著的提升，极大程度上提高无线通信技术的工作质量和工作效率[2]。现今我国的众多研究学者已经将研究方向转向集中布设天线，其中有部分研究学家指出如果MIMO技术和云无线进行有机的融合，不仅是MIMO技上的一种创新，同时还能极大程度上提高5G无线通信技术的整体性能。
2.2D2D技术
D2D技术也是5G无线通信技术中的关键技术。D2D技术的主要作用是对D2D技术进行有效的补充，极大程度上增长无线数据流量。D2D技术本身就能够对资源进行简化，并且还能屏蔽外界所造成的干扰，极大程度上提高稳定性。并且D2D技术在提高传输效率的同时，能够极大程度上降低传输成本，从而有效的减轻了经济负担。在应用D2D技术的时候唯一要解决的问题就是无线资源管理和通信实时性的保障，增强管理和通信的实时性，从而提高整体的性能和质量[3]。
2.3纳米技术
纳米技术是5G无线通信技术的核心技术，想要进一步的提升5G无线通信技术性能，就要加大对纳米技术的研究力度。纳米技术利用自身的系统结构使得数据采集方式聚焦，然后在根据扁平化的IP网络传输方式实现对信息和数据的传输，并且将信息和数据完整的传输给终端。信息和数据通过纳米技术进行传输的时候，纳米技术的自身系统在接触到数据和信息的时候就会利用服务器针对无线信号进行重新的规划，目的是可以为终端提供更加优质的信号[4]。使用者会将纳米芯片直接植入到移动管理中心里面，然后利用自动化的方式为客户提供便利，旨在获取到更为精准的结果。
2.4云计算技术
云计算技术被应用于中央控制服务器上，主要的功能就是存储数据以及执行中央控制服务器所发出的指令。云技术技术的应用使得大量的影像数据的存储成为可能，同时也能高效率的读取信息文件，为整个系统的正常运行提供了极大的保障。云计算的服务器总共有四个层次，即物理层、网络层、对话层、以及应用层[5]。其中物理层位于最下层，主要的作用就是采集数据。其次是网络层，主要的作用就是连接物理层与对话层，从而实现数据和信息的传输和接受。再次是对话层，主要的作用就是根据系统发出的指令形成相应的开放式的传输协议，然后根据不同的IP地址采取不同的处理方法。最后是应用层，应用层的主要作用就是为使用者提供全面的服务，例如将数据转化成为新的预案，又或者是对产品的性能进行全面的分析。
35G无线通信技术的应用
5G无线通信技术能够支持多个物联网设备的接入，接入数量可以达到100个左右，并且这些物联网设备是低功耗接入，电池可供使用5～10年左右。5G无线通信技术的最大特点就是海量连接，5G无线通信技术的海量连接使得“万物互联”成为可能[6]。5G无线通信技术在当代得到了非常广泛的应用，并且通信技术企业已经投入到5G无线通信技术研发的行列，这样的情况在一定程度上加快了5G无线通信技术的发展速度。华为公司主推的PolarCode成为5G短码最终方案，Po－larCode不仅打破了欧美垄断5G无线通信技术的情况，同时以压倒性的优势打败了欧美所研发出的5G无线通信技术。中兴在1月16日的时候也发出公告要推出中国自主研发的5G手机。中兴已经推行的Pre5GMassiveMIMO产品赢得了众多消费者的青睐和喜爱，并且在同行业中也得到了众多的认可和褒奖。发展至今，Pre5G相关产品和解决方案已经与中国、日本、奥地利、新加坡、西班牙、马来西亚、泰国、印尼等30个国家的40多个网络展开部署，这样的情况不仅有效的解决了频谱效率较低的现状，同时也为全球的众多运营商研发5G无线通信技术提供了方向和参考，使得5G无线通信技术能够得到更好的发展。
4结束语
5G无线通信技术是通信行业顺应社会发展趋势的必然产物。我国现今众多通信企业的经营重心在于语音服务以及SMS服务，对于高速数据服务的研发和推动力度相对较弱，导致高速数据服务的发展速度相对缓慢。但是随着互联网的普及程度越来越深，互联网逐渐成为人们日常生活中的必需品，所以人们对于网络服务的要求也就越来越高，通信企业才将企业的发展重心转移到高速数据服务方面，这样的发展情况促使了5G无线通信技术的产生。5G无线通信技术不仅满足了人们对于通信技术高速性的要求，同时也附加了稳定性以及安全性等功能，极大程度上满足了现今人们对于通信技术的使用需求。5G无线通信技术的快速性、稳定性以及安全性等功能不仅为人们的通信提供了便利，同时还能为军事、医疗等行业提供极大的便利，大力发展和应用5G无线通信技术使得社会更加的智能化和信息化，极大程度上提高国家的国际竞争力。
参考文献
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[5]王涛.5G无线通信技术概念及相关应用的思考[J].中国新通信，2018，1(7):37-39.
纳米医疗技术范文6
关键词:分子材料;医疗器械制造;应用
0引言
分子材料对疾病的治疗和健康保健领域的发展起着重要的推动作用。本文主要从生物惰性高分子材料和可降解性高分子材料中阐述分子材料在医疗器械制造中的应用。
1惰性分子材料
惰性分子材料是指能长期存在于体内的材料，主要指硅橡胶、聚氨酯、PVC、聚酯等。下面我们就以聚氨酯和硅橡胶材料在医疗器械制造中的应用进行简单说明。
1．1聚氨酯弹性体
聚氨酯弹性体具有一定的拉伸度和硬度，能够和生物相融合，和血液的融合性也较好。这种弹性体在医疗制造中已经得到了广泛的应用，并且因其优越的性能，应用前景很广阔。聚氨酯弹性体在医疗中主要应用于植入体内的制品和导管类的制品、膜类制品和其他类制品等。植入类制品主要有人工心脏、输精管栓塞、人工心脏瓣膜、人造血管、人造颅骨等。导管类制品主要是导入体内的一些物质，主要包括J型和微型导管、血液透析中的插管、胃肠、肝胆等的养护作用的导管。膜类制品顾名思义就是指一些医用的手套、防护服、血浆袋等膜质的用品。随着现代医学的进步，高分子材料也在不断被研制成新的产品，聚氨酯弹性体在医疗器械中的应用将会越来越广泛。
1．2医用硅橡胶
硅橡胶是在酸或者碱的腐蚀作用下，二甲机硅氧烷单体和其他有机硅单体结合形成的一种高聚合物质。橡胶硅的生物特性很显著，具体特征表现为:无毒、抗老化、生理惰性等，根据其特性，当植入人体后，硅橡胶对人体器官和组织不会产生副作用，其周围的组织也不会出现感染或者其他不良反应，在理论上对人体不会产生危害。硅橡胶的使用寿命随着温度条件的变化而发生改变，一般在20℃下能够长期工作，120℃左右的温度下可以使用10年，150℃温度下使用5年，到260℃的高温条件下，仅能使用三个月。硅橡胶作为医学界的重要医疗材料，在理论和临床上都取得了重大的成就，获得了医学界的一致肯定，其制成品已经达到上百种之多，在医学各个领域应用广泛。例如导管制品、消化系统、泌尿系统制品、心脑和颅脑外科制品等等。其中导管制品的用途最广，发展速度更快，像我们常见的体外各类泵管、连接各种器械的导管，用于输液的输液管等，还包括各类体内的插管、导管和引流管等，都有硅橡胶制品。消化系统使用的制品大多数是一次性产品，例如胃管、十二指肠导管、胃造瘘管、洗胃和灌肠的导管等等。颅脑外科制品主要包括各种脑器官的人工制品，人工颅骨、脑膜导管等，脑积水的引流管、脑室引流管等等。心外科制品主要包括体外循环机泵管，人工肺硅胶膜和胸腔隔离膜、人工心脏尖瓣等。耳鼻喉科使用的制品有各种人工鼻梁、耳朵、上下颌骨、鼻腔止血气囊、治疗中耳炎导管、鼻孔治疗架等等。泌尿和生殖系统的制品使用硅橡胶材料非常多，例如皮埋装置避孕设备、子宫预热治疗器材、前列腺治疗仪、假体、膀胱造瘘管、导尿管等。腹外科制品只要包括各种引流设备，引流管、腹膜透析管等各种类型的导管。另外，硅橡胶材料在皮肤科中用于皮肤的扩张器、人工假体、人工关节等医疗设备中也得到了应用。在医疗美容事业的发展下，人工假体的用量也呈现出逐年上升的趋势。
2可降解高分子材料
二十世纪六十年代晚期，人工合成能够进行分解的高分子材料开始应用在临床中。随着生物医学技术的进步和药物工程的发展以及基因技术在医学上的广泛应用，促进了医学再生技术和生物纳米技术的发展和完善，这些新型医疗技术和科研成果促进了可降解高分子材料的发展。以下就以聚乙交酯和聚乳酸作为典型代表，分析其在医疗器械中的应用。
2．1聚乙交酯
聚乙交酯是利用水解达到降解的目的。通常一到两个月，其力学特性会有一定程度的下降。半年到一年，其质量会受到一定程度的损害。聚乙交酯在体内会被分解成甘氨酸，随着尿液被排出，同时转变成二氧化碳和水。在医学上比较实用的是缝合线的使用，因为其能够被降解，所以患者也不会再受到拆线的痛苦。无纺布的支架材料也在临床上开始使用。
2．2聚乳酸
这是一种半结晶体，聚合物呈现无规则性。这种材料拉伸的强度和弹性较大，广泛应用于医学上的承重材料中，例如固定骨头的设备方面。
3结语
本文主要分析了分子材料在医疗器械制造中的应用，通过分析可知，分子材料的应用很广泛，具有众多的优势，我们要正确发挥其优势，认识其不足，更好促进我国医疗器械的进步。
参考文献:
［1］孔庆香．高分子医疗器械的发展对人类生命质量的提高［J］．中国高新技术企业，2013(11)
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［3］柏保东．医用PVC非邻苯化在国内市场的推进［J］．中小企业管理与科技(上旬刊)，2015(6)．
纳米医疗技术范文7
一、电镀的基本概念及其作用
电镀工艺是工业生产中的常用工艺之一，是指利用电解原理在某些金属或非金属材料表面镀上一层金属膜，将富含金属阳离子的电镀液进行电解，其会沉积吸附在待镀体表面形成镀层，根据镀层功能，电镀分为装饰性、功能性以及防护性三种，不仅能够使待镀体表面更加光滑，也可增加其防腐性、抗导电性等实际功能。因此，电镀工艺在工业生产中的应用范围极为广泛。现今很多工业产品的镀层并非单纯具有装饰性或防护性等单一作用，而是在满足工业产品外在美观性的同时，具有抗导电性、抗腐蚀性等功能，从而提高工业产品的经济价值，目前用于室内设计的电镀产品也是如此。电镀工艺可分为三个阶段，包括电镀前预处理、电镀以及电镀后处理，其中电镀前预处理是指对待镀物体进行清洁处理，通过浸酸、除油以及表面活化等工序清洁待镀物体表面，减少杂质油污等对后续电镀环节造成的质量影响；电镀是指将待镀零件浸泡于电镀溶液中作为阴极，金属板作为阳极，当电流通过时，电镀溶液中的金属阳离子会被吸附沉积在待镀零件表面，形成金属镀层，常见的金属镀层有镀银、镀铜、镀镍以及铬锌锡等不同类型，其形成的外观光泽、花纹以及镀层功能具有明显区别，电镀方式则包括滚镀、刷镀以及脉冲电镀、挂镀等多种方式，在实际的工业生产中，电镀企业会根据工业产品的镀层实际需求与经济投入选择较为合适的电镀方式与镀层金属。在室内装修中，电镀工艺常被用于家用电器、五金、饰品等物品中，采用镀金、铜等方式实现产品在外观与功能上的需求。电镀后处理则是指对电镀层进行水洗、烘干、钝化、防变色等工序，进一步延长电镀层的使用寿命并强化其性能。电镀工艺在我国工业生产领域的应用十分广泛，常被应用于汽车零件、航空航天、医疗器械以及家用电器等产品的制作中，其不仅能在产品材料外观与功能方面提供帮助，也凭借经济实惠的价格成为工业生产不可或缺的环节。现今我国电镀行业发展取得了极为优异的成绩，关于行业生产技术水平与质量标准管理体系也正在逐步完善，电镀企业发展水平得到有效提升，但由于电镀工艺生产过程会产生大量重金属污染，在我国生态环保、节能低碳发展战略的重压下，电镀行业的污染治理与清洁生产成为其未来发展的重要工作之一，对我国电镀行业的高度集约化发挥着重要促进作用，有利于我国电镀行业的长远发展。
二、电镀工艺在室内设计中的主要技术应用
电镀工艺技术的表现类型极为丰富，随着电镀行业的迅速发展，其在不同工业产品中的应用有着不同表现，目前常被应用于室内设计的电镀技术有以下三种：第一，纳米复合电镀。在对纳米材料进行电镀处理的基础上，人们开始思考这种方式是否能够应用于普通材料，由此研发出在其他材料表面进行电镀使其能够拥有纳米材料特性的创新技术，这种工艺技术凭借其经济优惠的优点，成为电子产品电镀的重要方式，室内很多家用电器即采用这种电镀工艺进行处理。经过纳米复合电镀工艺的处理，物品表面膜层的光滑度、硬度、耐磨性、致密性等都得到有效提升，这对于室内环境的美化具有重要意义。第二，镀铬工艺。镀铬是电镀工艺中极为常见的方式之一，其形成的镀层不仅具有更强稳定性，且外观质感更加优越，可使家居产品呈现出贵金属质感，因此，其在家居用品方面的应用极为广泛，但镀铬工艺会产生较强毒性，对人体健康造成威胁，经过改良创新，镀铬工艺得到优化，对环境与居住者的危害大幅降低，现已成为家居用品电镀处理的常用工艺之一。除此之外，非金属电镀以及镀锌、镀铜等技术也是室内设计中的常用方式，经过电镀，室内环境与装饰物品的实用性能与外在美观度得到大幅提升，为居住者营造了更加舒适、美丽的居住环境。
三、电镀工艺在室内设计领域中创新应用的具体表现
纳米医疗技术范文8
【关键词】“新工科”；酶工程；改革
1引言
近年来，针对我国制造业升级换代，以及国际科技竞争的新形势，教育部于2017年提出了“新工科”建设的工程教育改革、发展新方向，并先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”等改革纲要[1]。生物工程是生命科学中工程应用性最强的专业之一，也是与医学、化工、微电子学等领域深入交叉的学科[2-3]。因此，如何在现有课程体系下推进“新工科”的教育改革，进一步提升学生的创新能力和工程素养，已经成为新时期专业教师的重要课题。酶工程是生物工程课程体系中重要的理论和实践课程，是引导学生将生物化学、微生物学、分子生物学等学科的基础理论知识转化为工程实践的重要环节[4-5]。然而，目前生物工程专业的大多数本科生在毕业后对酶分子的结构设计、生产工艺和产业应用缺乏系统的认识。在走上工作岗位后经常暴露出创新能力不足，无法根据实际的市场和生产需求进行工艺改良设计的问题。为此，改革酶工程的教学模式，使之满足“新工科”建设的人才培养目标是提升教学质量的关键。本文总结了笔者在酶工程课程“新工科”改革中的探索经验，探讨了教学方法革新对于培养学生创新能力和工程思维的效果。
2课程内容的设置与优化
酶工程是生物化学、分子生物学、微生物等基础学科在工程领域中的实际应用，它关注和解决生物化工、生物制药、环境保护、医学诊断、食品加工等领域的工程技术难题。以上研究任务决定了其教学内容的安排。目前，酶工程本科教学内容主要包括：酶学基础、酶的发酵生产和分离纯化、生物酶工程、化学酶工程、酶传感器等章节。上述教学内容安排已无法体现酶工程的最新研究进展，例如：纳米酶、核酶和抗体酶的应用。此外，已有内容更偏重于理论学习，对酶的产业应用关注较少，因此很难有效培养学生的工程创新能力，无法满足“新工科”的建设目标。针对上述问题，笔者将酶工程的最新进展和工程应用案例作为教学内容改革的重点，根据各章节的教学特点和逻辑关系，将授课内容重新划分成七个模块：酶学基础、酶的分子设计、酶的生产与制备、核酶、纳米酶、抗体酶和酶的工程应用。其中，酶学基础模块在回顾生物化学知识的基础上，重点关注酶的作用机制和影响酶活性的主要因素；酶的分子设计模块包括生物酶工程和化学酶工程两部分，生物酶工程重点介绍酶的进化筛选，而化学酶工程则主要介绍酶的化学修饰与固定化；酶的生产与制备模块重点介绍酶的发酵与分离纯化工艺；核酶模块在回顾分子生物学相关知识的基础上，着重讲解核酶尤其是DNA核酶的构建方法；纳米酶模块重点介绍纳米粒子的催化效应和调控方法；抗体酶模块阐述抗体酶的筛选和修饰方法；酶的工程应用模块则是在上述章节的基础上结合案例介绍酶在工业生产和医疗中的应用，例如：酶在食品加工中的应用、酶在废水和垃圾处理中的应用、酶生物传感器和抗体酶在疾病诊断和治疗中的应用等。通过上述授课内容的革新帮助学生较为全面、系统地掌握酶的分子设计、生产制备以及下游工程应用技术。
3教学方法改革的探索
3.1多种教学方法的使用
酶工程的教学内容相对比较零散，并且和发酵工程、基因工程、分离工程等生物工程专业课程具有一定的知识重叠。这就要求在课堂教学中必须把握好各章节和知识点的逻辑主线，正确统筹已修课程和并修课程的关系，并合理使用不同教学方法，从而突出酶工程教学内容的重点和特色。对于酶学基础模块的教学，由于学生已在生物化学课程中进行了前期学习，因此主要以课堂提问的形式帮助学生回顾已学知识点。对于酶的分子设计和酶的生产与制备部分的教学，由于学生同时在进行基因工程、发酵工程和分离工程的学习，因此在教师介绍难点知识的基础上，采用互动教学方法，与学生讨论不同技术在酶工程应用中的独特性和挑战性，比如：在介绍酶的定向进化时，可结合基因工程关于聚合酶链式反应（PCR）的原理讲解如何在酶的结构设计中合理使用不同的PCR衍生技术和筛选方法，从而获得性能优异的酶制剂。对于核酶、纳米酶和抗体酶模块的教学，由于学生之前尚未系统接触过相关概念，此外又涉及到酶工程的最新研究进展，因此先由教师讲授所涉及的基本知识，然后要求学生课下阅读最新的研究论文，并以书面作业形式进行总结和汇报。对于酶的工程应用模块的教学，先由教师对酶在不同工程领域的应用进行全面综述，然后再根据应用领域将学生划分为若干学习小组，每个小组课下独立调研一个酶工程的应用实例（包括：应用的理论基础、国内外产业布局、市场分析和发展趋势评估等），最后由学生制作幻灯片在课堂上进行讲解和讨论。通过上述教学方法的综合运用可有效提高学生的自主学习能力和工程思维模式，并促使其对酶的产业应用产生较深入的认识。
3.2经典研究案例与授课内容的结合
酶工程是生物工程发展的重要方向，其中已有一些经典的工程应用案例。在教学实践中通过分析这些案例，将其从研发到应用的技术路线引入课堂，从而揭示基本科学原理走向工程开发的一般规律。该教学设计可有效促进学生理解知识从产生到应用的过程。例如：在讲解酶的定向进化时，将2018年诺贝尔化学奖得主FrancesH.Arnold教授的研究生涯引入课堂教学，通过该案例帮助学生理解定向进化技术对酶分子设计和改造的科学意义和产业价值；又如：在讲解酶的生物传感器部分时，以葡萄糖氧化酶作为对象，介绍其从发现、性能改良到家用血糖仪大规模上市的发展历程，并和学生探讨该技术成功应用的经验和教训，分析现有血糖仪的优势和不足，并对下一代基于纳米酶的血糖仪研发和市场应用进行展望。
3.3加强实践教学
酶工程作为应用性较强的课程，其实践教学同样具有重要的作用。然而，一般高校都缺少酶工程产业中所需的大型发酵罐、生产流水线等工业设备。此外，酶分子的结构设计和筛选也具有长期性和不确定性。为了解决上述问题，笔者在酶工程课堂学习之外，引入了工厂参观和实习环节。通过教师带领学生进入相关企业，使学生有机会接触产业应用中的大型工业设备，以及研发、生产工艺流程的管理，从而增强了他们对酶工程应用的感性认知。此外，针对部分学习能力较强的学生，鼓励其参与大学生创新实践和工厂实习，进一步提升他们的工程创新能力，明确其未来的职业发展规划。
3.4课程考核的改革
为了体现“新工科”改革的发展目标，结合本课程应用性较强的实际，进一步针对已有的课程考核方式进行改革。笔者采用了复合型考核方式，将平时成绩设置为最终成绩的50%，期末笔试成绩设置为50%。平时成绩包括学生考勤、课堂答问和讨论、工厂调研报告和酶工程应用实例的课堂讲解。在此基础上，对期末笔试的试卷进行了优化，其中书本知识在试卷中的占比减小到40%，剩余的部分由工程设计题目组成。为此，笔者设计了一系列面向工程应用的综合性试题。例如：基于定向进化和筛选原理，设计一种耐高温蛋白酶的技术改造路线。上述考核方式的强调了工程应用的重要性，引导学生明确了学习重点。
4结语
自2017年教育部提出“新工科”改革发展目标以来，笔者对酶工程的教学改革进行了初步的探索。通过对本文提出的改革举措进行评估可以发现，教学内容和教学方法的革新对激发学生的学习兴趣、形成良好的工程创新能力具有积极作用。部分学生在学习本课程后进入了相关企业开展实习，并结合实习经历申请到了大学生创新计划项目，取得了较好的科研成果。但是，需要指出的是，“新工科”教育改革尚处于起步阶段，其中很多问题亟需进一步探索，如：教师的转型、企业与高校联合培养模式的建立、实践教学手段的丰富等。因此，希望本文能起到抛砖引玉的作用，为同行在生命科学相关专业的“新工科”改革提供借鉴。
参考文献
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