生物医学研究（共12篇）
生物医学研究 篇1
豚鼠在动物分类学上属哺乳纲、啮齿目、豚鼠科、豚鼠属。又名天竺鼠、荷兰猪。由于豚鼠个体小, 性情温顺, 容易抓取, 对许多细菌、病毒和药物比较敏感。同时, 又具有某些特殊的生物学特性和生理解剖特点而被广泛应用于生物医学的各个领域, 如微生物学、免疫学、生理学、毒理学和营养学等方面。
1 微生物学研究
1.1 各种传染病的研究
豚鼠对很多致病菌和病毒十分敏感, 适宜作传染病研究。如由结核杆菌、白喉杆菌、鼠疫杆菌、钩端螺旋体、链杆菌、副大肠杆菌、布氏杆菌、立克次氏体、炭疽杆菌等引起细菌性疾病和Q热、淋巴脉络丛脑膜炎、疱疹等病毒性疾病的研究, 可复制各种感染病理模型。常用120~180g幼年豚鼠作钩端螺旋体研究。某些寄生虫病, 如旋毛虫病也可用豚鼠进行研究。
1.2 多种传染病的实验诊断和某些病原体的分离
结核、白喉、布氏杆菌病、Q热、淋巴细胞性脉络丛脑膜炎等疾病的实验诊断常选用豚鼠来进行。如豚鼠对人和牛型结核杆菌极为敏感, 常用于人结核病的确诊。将疑似结核患者的尿液接种于豚鼠体内, 如豚鼠出现结核病症状或用人结核菌素攻击出现变态反应者, 定为阳性。豚鼠的腹腔是天然滤器, 抗微生物感染机能很强, 很多微生物, 如鹦鹉热、立克次氏体可用豚鼠分离。
2 免疫学研究
2.1 补体的来源
补体与免疫反应有关, 广泛用于血清学诊断。豚鼠特别是老龄雌鼠的血清中含有丰富的补体, 是所有实验动物中补体含量最多的一种, 其补体非常稳定, 免疫学实验中所用的补体多来源豚鼠血清, 而且花色豚鼠血清中的补体显著高于白化豚鼠。
2.2 变态反应研究
豚鼠除作为补体来源外已广泛用于迟发型和速发型变态反应的研究。豚鼠迟发型变态反应与人相似, 如豚鼠的皮肤已被用于结核菌素的皮内试验和接触过敏物质的迟发型变态反应的研究。2~3月龄或350~400g的豚鼠作迟发型反应最合适。在全身变态反应中, 肺是休克器官。肥大细胞是靶细胞, 组织胺是主要介质。致敏的豚鼠接触抗原会引起支气管平滑肌收缩甚至死亡的急性反应, 因而豚鼠适合于研究速发型过敏性呼吸道疾病。
2.3 过敏反应研究
豚鼠易致敏, 适于作过敏性实验研究和药物过敏反应试验。如给豚鼠注射马血清很容易复制成过敏休克动物模型。药物过敏试验所试动物, 一般选用豚鼠, 因豚鼠对变态反应较敏感, 症状也较典型。
2.4 性病研究
在进行淋病研究中豚鼠是最令人满意的免疫模型。
3 生理、毒理学研究
(1) 豚鼠的血管反应敏感, 出血症状明显, 适合观察出血和血管通透性变化的实验, 如辐射损伤引起的出血综合症在豚鼠表现得最明显。豚鼠耳窝管突入中耳腔, 便于观察微循环变化。 (2) 豚鼠能耐低氧, 抗缺氧能力比小鼠强4倍, 比大鼠强2倍, 适用于缺氧耐受性试验和测量耗氧量实验。 (3) 豚鼠听觉非常发达, 能识别多种不同的声音, 它听到音域远大于人。当有尖锐的声音刺激时, 常表现为耳廓微动以应答, 即听觉耳动反射。听觉耳动反射减弱或缺失是听觉机能不良的表现。所以豚鼠常用于听觉方面的研究。又由于豚鼠耳道宽, 易于手术操作, 也常用于内耳疾病的研究。 (4) 豚鼠气管及支气管腺不发达, 只有喉部有气管腺, 支气管以下没有, 不适于做慢性支气管炎动物模型及祛痰平喘药的疗效实验。 (5) 豚鼠为草食性动物, 呕吐反应不灵敏, 不宜观察呕吐作用的实验研究。 (6) 皮肤对毒物刺激反应灵敏, 其反应与人相似, 可用来做毒物对皮肤局部作用的实验。 (7) 苯胺及其衍生物引起豚鼠的病理变化与人相似, 产生变性血红蛋白, 适宜作苯胺及其衍生物的毒理学研究;乌头碱、洋地黄类物质可诱发心律失常, 腺苷可诱发出典型的Ⅱ度或Ⅱ度以上的传导阻滞可复制心律失常病理模型。
4 营养学研究
豚鼠体内缺乏合成维生素C的酶, 即左旋葡萄糖内酯氧化酶, 故体内不能合成维生素C (所需维生素必须来源于饲料中) , 可出现坏血症, 是研究实验性坏血病和维生素C生理功能的理想模型。豚鼠也可用于叶酸、硫胺素和精氨酸的生理功能, 酮性酸中毒, 眼神经疾病的研究。
5 药理学研究
(1) 豚鼠妊娠期长, 胎儿发育完全, 幼鼠形态功能已成熟, 适用于药物或毒物对胎儿后期发育影响的试验 (2) 豚鼠对某些药物极为敏感, 它是研究这些药物的“专门动物”如豚鼠对组织胺极敏感, 可引起支气管痉挛性哮喘, 常用作平喘药和抗组织胺药效的测试模型;豚鼠对多种抗生素类药物非常敏感, 如对青霉素敏感比小鼠高1000倍。因此, 也是研究抗生素类药物的专门动物;7%的氨气、SO2、柠檬酸吸入都可引起豚鼠咳嗽, 常用于镇咳药的药效评价;对强心甙敏感, 可用心脏做强心甙药理研究 (3) 豚鼠对人型结核杆菌具有高度的敏感性, 因此常用作抗结核药的筛选及其药理作用的研究。
6 肺水肿研究
切断豚鼠颈部两侧迷走神经可以复制典型的急性肺水肿动物模型, 症状比其他动物更明显。
7 悉生动物学研究
由于可准确查知豚鼠妊娠期, 确定剖腹产时间, 且幼子发育完全, 采食早, 易成活, 在悉生生物学研究中有特殊使用价值。豚鼠是最早获得无菌动物品种的实验动物。
参考文献
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[2]王禄增, 等.新编实验动物学[M].沈阳:辽宁民族出版社, 2006:131-138
[3]李厚达.实验动物学[M].北京:中国农业出版社2003:253-256
[4]顾为望, 等.FMMU白化豚鼠免疫学特性研究[M].中国实验动物学报, 2002, 6 (2) :107.
生物医学研究 篇2
1实验内容及方案的设计
本实验系统采用相应的传感器对人体心电、脉搏、呼吸等医学信号进行采集，采集的信号经放大滤波、信号调理后，通过dsPIC30F4011单片机处理，利用一定的通信协议发送到上位机，由上位机实现信号的显示。
1.1传感器
考虑到现阶段对人体心电、脉搏、呼吸信号进行采集的各种传感器的种类繁多[7]，结合实际的实验条件及可操作性，心电信号采用最为常用的心电夹进行采集，脉搏信号采用透射式光电脉搏传感器采集，呼吸信号采用热敏电阻式传感器采集。在传感器选型的过程中可以对生物医学相关的传感器知识进行扩展，如介绍各种传感器的原理、种类、用途等，丰富学生的专业知识以及对传感器的认识。
1.2信号放大滤波电路
传感器的输出信号一般幅值较小，需要经过相应的放大滤波电路[8]。在实验中，心电、脉搏、呼吸等信号频率不同，而且相应传感器输出的幅值也不同，因此放大滤波电路的参数指标也要求不同，如放大倍数、滤波带宽、截止频率等。对学生而言，在实验中设计3个不同参数的放大滤波电路需要花费大量时间，考虑到有限的实验学时数，我们采用现有的放大倍数可调、滤波参数可调的专用集成模块来完成相关信号的放大滤波处理。该模块主要侧重培养学生电路调试及信号测试能力。
1.3信号调理电路
在实验过程中会遇到放大滤波后的信号电压与单片机集成的A/D转换器要求的转换电压不匹配的问题[9-10]，需要对放大滤波后的医学信号进行信号调理，使其符合A/D转换器转换电压的`要求。信号调理电路是模拟电子技术的一个重要的知识点，通用的信号调理电路较多，如采用电阻分压及电压跟随器组合进行信号调理[11-12]。具体实验中，我们选用由OP07与INA114组成的电路来完成信号调理，如图2所示。图2中的IN+和IN-表示经过放大滤波后传感器信号正端和负端，OUT1输入到dsPIC30F4011单片机集成的A/D转换器进行转换。通过调节R2的阻值来改变INA114第5脚REF的电压值，随着REF电压的变化，OUT1输出势必会有一个电压的抬升，来满足A/D转换器输入的要求。同时，要充分考虑上一级专用放大模块的放大倍数，放大倍数过大，信号调理就失去了作用，放大倍数过小，则不能充分发挥A/D转换分辨率的优势。例如：经放大滤波后的心电信号幅值范围为-1.5～+1.5V，在理想状态下，调节REF电压为1.5V时，OUT1输出范围为0～+3V满足dsPIC30F4011单片机A/D转换输入的要求。
1.4dsPIC30F4011单片机处理电路
结合实验条件及学生所学的单片机类型，实验中，选用dsPIC30F4011设计单片机处理电路。dsPIC30F4011是Microchip推出的一款16位的自带DSP引擎的单片机，内部集成了10位高速A/D转换器、UART模块、30个中断源及7个中断优先级设计模块、I/O复用等功能[13]。1.4.1单片机硬件电路设计实验中完成单片机硬件电路设计、焊接调试需要花费大量的时间，为此学生可在现有的开发装置上利用跳线的方式完成硬件电路设计。图3为本实验系统所用的单片机硬件电路，IN1、IN2、IN3分别连接心电、脉搏、呼吸信号，经过放大滤波模块、信号调理模块处理后的信号。单片机利用UART模块经串口电压转换芯片MAX3232与上位机进行命令的解析及数据的传输。1.4.2单片机软件程序设计dsPIC30F4011单片机软件设计在Microchip为其所有的开发工具研发的MPLAB集成环境中完成[13]。实验中，学生设计的单片机软件应实现以下功能：单片机通过通信协议接收上位机传输的数据，同时对传输的数据进行命令解析，当解析到开始进行数据采集命令后，启动A/D转换子程序;A/D转换子程序中，依次对心电、脉搏、呼吸信号进行A/D通道选择、采集、标志并存储到相应的通道缓存区中，例如在对心电信号采集时，通道缓存区中的16位数标志为“000001”(通道数)+10位A/D转换后的有效数据。在A/D转换完成且转换后的数据填满相应的通道缓存区后，单片机根据数据传输协议将3个通道缓存区中数据依次发送到上位机，上位机在接收完成数据后同时发送下次采集命令或停止命令。单片机软件实现的功能是唯一的，但实现的编程思想是灵活多样的，如软件设计采用中断嵌套或采用优先级由高到低或采用查询等待，每种软件编程思想都能实现系统要求的同一功能。这样设计实验，有利于挖掘学生软件编程潜力，充分发挥学生的主观能动性，锻炼学生的自主学习和创新能力。以下采用中断优先级由高到低编程思想为例作具体说明。系统的软件设计主要由：主程序、A/D转换子程序、串口通信等程序构成。(1)主程序。整个系统的运行需要对单片机一些资源进行初始化，如I/O初始化、系统时钟选择初始化、中断优先级初始化等。初始化中，串口通信中断、A/D转换中断、CPU内部中断三者中断优先级由高到低。主程序控制流程如图4所示。(2)A/D转换子程序。实验设计中要求对心电、脉搏、呼吸3种信号完成数据采集，考虑到3种信号的频率(分别为0.05～100Hz、0.3～3.33Hz、0.3～10Hz)相对较低，可采用适当的A/D数据采样率。本例A/D数据采样率为75kS/s，采样方式为三通道逐次采样，即每个通道理论采样为25kS/s。每个通道A/D转换后数据缓存区设为16个字长，每个通道填满相应的数据缓存区视为1次采集的结束。图5所示为A/D转换流程图。(3)串口通信子程序。为了让单片机及时地接收到上位机发送的指令，以及将A/D转换后的数据有效地上传上位机，本实验系统中上位机与单片机采用全双工异步串口通信，程序命令接收、数据发送流程如图本例中指令作为控制系统有效运行的唯一识别条件，同时缓存区数据能否及时上传将影响A/D采样率及整个系统的协调运行，因此将串口通信的中断优先级设置为最高级，通过串口中断来完成命令解析及采集数据的上传。
2实验系统测试结果及扩展
本实验系统要求采集的心电、脉搏、呼吸3种信号在上位机显示，为此需设计相应的上位机软件来配合单片机实现数据的接收显示、命令的传输等功能。学生需要对计算机编程语言有深刻的理解才能完成上位机软件编程。考虑到学生掌握程度的差异，在实验中，一般提供具有通行协议的现成软件来配合完成，学生只需按照提供的通行协议来完成单片机串口通信编程便可实现上位机与单片机的数据交互。本实验系统经过适当的变换和扩展还可以用于其他课程设计或实验中。本实验是在固定采集频率下对3种信号进行采集的，在具体实验中可扩展为通过上位机发送命令的方式改变数据采集频率，达到可调采样频率的目的。
3结束语
生物医学研究 篇3
关键词：掌握学习;医学生物学;中职护理
中职护理教育是我国宏观医学教育的重要组成部分，肩负着为医疗卫生事业培养合格中等护理人才的艰巨任务。而中职院校开设的医学生物学是一门理论性和实践性相结合的基础医学课程，包含了生物学中与医学联系十分密切的基本理论、基本知识及基本技能，在基础医学与临床医学的各学科中都能看到它的存在。刚刚迈入医学殿堂的医学生，首先接触到的“医”字当头的就是医学生物学这门课程，它对以后的医学教育起着绪论课的作用。但是中职学校的学生多是中考、高考分数比较低的学生，水平参差不齐。有应届初、高中毕业生和往届初、高中毕业生，甚至有打过工的社会青年，也有在职的医疗机构职工。他们或多或少基础知识不牢、学习态度自由散漫，在学习动机和学习能力方面表现得相对较差。
相对于学生的学习基础差距，中职医学生物学教学方面同时存在一些问题，在教学方式上基本沿用以应试教育为主的传统教学模式，统一的教学目标、教学进度、教学步骤等都是由教师自己制定和操作，并未考虑学生在其中的作用。同样，学生对自己的学习目标和学习任务缺乏深入的了解，不能积极主动地参与到学习中。因此，课堂成了教师的一言堂，学生沿着教师的指挥棒盲目追随，课余时间被大量的作业占用，对于自己该学习什么、学到了什么、达到了什么学习目的等没有清醒的认识，失去教师的指导与安排便无所适从。学生对整个学习缺乏目标分析，自己无清晰的目标体系和目标意识，这些情况的频频出现导致学生对所学内容无任何兴趣，甚至产生抵触情绪，认为考试只要60分就万事大吉。
掌握学习理论的实质是，当学生学习某一内容时，只要给予所需要的时间，大部分学生都能掌握教学要求的内容。因此，将掌握学习理论下的目标教学模式应用于医学生物学教学中，对学生的学习起到有效的引导作用，能有效激发学生的学习兴趣，提高学生的学习成绩，帮助学生学会学习，促进学生综合素质的全面提高。运用掌握学习理论开展教学时，教师应做好充分的准备，并对所教学生抱有真诚的期望，相信大多数学生是努力学习的。掌握学习的理论不仅为学生提供了一种学习理论基础，提出了具体的可操作程序，而且这一理论的组织实施和落实，将有利于班级内差生的教育和转化，有利于全班教学质量的提高。
一、为学生制订“最近发展区”的教学目标
布卢姆认为，教学是按预期的教学目标改变学习者行为的过程。教师在制订教学目标时，应着眼于学生的最近发展区，在课程的设置上注重内容难易层次，充分调动学生的积极性，发挥其潜能，超越其最近发展区而达到下一发展阶段的水平，对下一个发展区的发展提供一个良好的基础。因此，学习的第一步是让学生明白当前学习什么、怎样学习，达到什么程度，并在此基础上不断鼓励学生，帮助学生树立学习的自信心，摒弃以往的坏习惯，最终使每一位学生具有最理想的学习状态。
二、课堂教学细致化
在实际教学中把教材内容细分化，根据不同的知识点分成小的单元，并制订出每个小单元的教学目标。规定每个单元掌握时间和要求的限定，并详细指出教学内容、教学方法和考试要求等，对每一单元提出一个简单、不计成绩的测验内容，对学生的掌握情况有个大概的了解。同时，教师要及时了解教学效果，改进教学方法。最后，利用形成性测验提供的反馈信息，提出技术矫正措施。矫正过程可以采用不同的措施，可以让学生通过小组活动互帮互助，纠正错误动作，或利用多媒体教学手段演示错误动作，对比正确动作找出差距，使学生对自己的错误及时进行纠正。除此之外，教师还要了解学生之间存在的个体差异，并进行个别辅导，对他们取得的点滴进步给予肯定，使其获得成功的体验和快乐。
三、教学过程中体现形成性评价
同在一个课堂上，由于环境的客观原因和教学参与者的主观原因，学习机会并不是均等的，得到的肯定和关注也是不尽相同的，而掌握学习教学则是群体教学并辅之以每个学生所需要的频繁的反馈与个别化的矫正性帮助。因此，在整个教学过程中，评价方式显得尤为重要，应使形成性评价贯彻始终，以诊断学生学习上存在的缺陷，及时发现学生学习状况中的不足，鼓励学生树立学习的信心，促使他们完成学习目标，为师生提供教与学的反馈信息。
掌握学习理论为因材施教教学原则的组织实施提供了更有力的理论基础，其运用有利于教育的全面推进。此外，掌握学习法把认知学习理论和行为主义控制强化理论合理运用于教学过程中，既符合医学生物学教学的规律，又符合学生的学习特点。
参考文献：
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实验室生物安全与医学科学研究 篇4
众所周知, 实验室是进行科学研究的地方, 很多公众都以为进行实验的大多都是高学历, 有知识有文化有素养的人才, 他们一定对自身防护, 实验室生物安全等非常清晰明了, 换言之, 实验室生物安全应该是一个很简单不用担心的问题, 事实远非如此。
对进行科学研究而言, 实验室生物安全是非常重要的环节, 对有些大学的硕士、博士生来说, 学习实验室生物安全是理论学习的必修课之一[1], 很多大学十分重视对学生实验室生物安全的教育[2,3], 这也间接表明实验室生物安全问题是很重要的问题, 加强实验室生物安全管理, 增强生物安全意识, 对消除生物危害隐患具有重要的现实意义[4]。
无论是国内还是国外, 由于实验室生物安全的纰漏而出现重大安全事件的并不少见。诸如德国马尔堡病毒实验室感染事件, 切而诺贝利事故的发生, 中国SARS病毒实验室感染事故等[5], 都是实验室生物安全的重要反面教材, 都是血的教训!由此可见, 实验室生物安全的重要性是毋庸置疑的, 是与科学研究本身同样重要甚至更为重要的内容。注重实验室生物安全的问题意义重大, 它是实验室工作的需要, 可预防医院内感染, 防止人畜共患疾患, 也是反生物恐怖的需要, 对应对突发公共卫生事件也具有同等的重要性。
2 实验室生物安全定义
提到实验室生物安全, 首先要了解生物危害的概念, 广义的生物危害指各种生物因子对人, 环境, 社会等造成的危害, 狭义的生物危害仅指在实验室进行实验等因致病性感染因子导致的实验感染等[6], 常来源于人和动物的各种致病微生物、外来生物的入侵、转基因生物的潜在危害, 生物恐怖事件等。而实验室感染分为三类:气溶胶导致的实验感染;事故性感染;人为破坏引起的感染。常常来源于实验标本, 仪器设备使用过程产生的污染来源, 操作过程中产生的污染和实验动物的污染。这些容易导致实验室感染的来源和过程也是我们平时的实验和临床工作中容易被忽视和遗忘的地方, 正因为如此, 实验室的生物安全的防护意识尤其重要。实验室生物安全的防护常常分为两级屏障, 一级屏障包括生物安全柜和个人防护用品, 二级屏障常常指一级屏障的外围设施, 常常用三区二缓来概括, 即清洁区、半污染区、污染区;缓即指缓冲间。
3 实验室生物安全风险评估
对实验室生物安全的风险评估最常见的是对病原微生物的风险评估, 又往往被分为四大类, 即第一类常常可导致严重致病性的微生物如天花等;第二类指可引起人类或动物严重疾病但程度不如第一类;第三类指可引起疾病但程度不严重;第四类指一般不引起人或动物致病的风险。有了风险评估, 对我们进行相应的实验研究选择的实验室等级有重要的作用。规范化的实验室等级常常根据生物安全水平 (BSC) 分为4个等级:BSC-1:适合于大学生和继续教育的培训和教学;BSC-2:从事对人和环境有中度危害的生物实验室工作, 但不引起气溶胶传播;BSC-3:比2级更为严格, 如结核杆菌、SARS病毒、流感等, 须进行严格个人防护, 防渗漏, 用生物安全柜操作, 进入实验室之前宜进行疫苗接种;BSC-4:是生物安全水平的最高级别, 针对外来的危险因子。我们在进行实验之前应先对实验风险有评估, 并对实验室安全水平的等级有充分了解, 从而决定了我们进行实验时应该选择的实验室等级水平, 从而最好最大程度的预防实验室感染, 防止出现生物危害。
4 实验室生物安全的管理
一般而言, 每个规范化的实验室都应该有其实验室安全管理流程, 每一个进入实验室的实验人员都应该先详细了解其安全管理条例, 并严格遵循它的要求, 这样可以最大程度的防止出现实验室安全事故;比如实验室生物安全柜的使用, 实验动物的管理等;对于临床医学人员来说, 似乎大部分人没有进行实验的要求, 也不一定有机会进入各种实验室, 但是从另外一个角度来说, 临床工作中也同样要涉及到生物安全的问题, 涉及到面对这些微生物事件时候的敏锐性和清醒性的问题。目前一些重要的病原微生物, 多见于病毒与细菌, 如甲型H1N1流感病毒、手足口病、HIV病毒、汉坦病毒、朊病毒、新的疱疹病毒、SARS冠状病毒、结核细菌等均与临床医学密切相关, 很多病毒及细菌的生物安全问题甚至可引起全球大流行, 可引起数以万计甚至更多的人的生命受到影响, 那么我们从事临床医学工作的人更应该有实验室生物安全的概念及相关知识, 对实验室生物安全有更全面的认识和警惕性, 在真正面对这些病毒细菌的时候才能有科学的头脑及清醒的方式去面对。
5 实验室生物安全与临床医疗工作的关系
临床工作中, 我们应该严格做好消毒与灭菌的工作, 比如从事内窥镜检查, 因为并不是一次性用品, 患者是重复使用器械, 如果不能严格消毒, 可能会造成病毒及细菌的交叉感染, 这是非常可怕的事情, 所以在临床工作中, 我们需要严格的按照卫生部的要求, 把握消毒时间与流程, 确保检查患者的安全;对涉及到取活检等损伤性的检查, 我们需确保活检钳是经过灭菌处理, 避免交叉感染的发生;在临床工作中, 我们可能会抽血化验, 放胸水腹水等检查, 这涉及到患者的体液是否有致病菌的问题, 我们应该按照医院感染的管理规定, 所有标本均按照污染源来处理, 并做好自身的防护, 既是保护好自己, 也是对其他患者的负责;在医院及临床工作, 有可能会面对疾病的大流行, 比如前几年的SARS病毒流行, 比如甲型H1N1流感, 比如HIV感染, 比如手足口病等, 每一次流行中医护人员均处在危险的最前端, 尤其是在病原体尚未完全明确, 防护措施尚不完全清楚的情况下, 作为临床工作人员, 需要时时刻刻保持高度的警惕及清醒的头脑, 在面对我们肉眼所看不见的敌人时候, 要对新出现的疾病有警惕性, 做好个人防护, 尽可能的防止医患交叉感染, 严格执行传染病的报告制度, 绝对不能让可疑患者从我们手中放过, 从而引起人群的更多感染甚至成为传染源引起大范围的流行。
总之, 实验室生物安全与科学研究从来都是密不可分的, 临床医学也是一门科学研究, 无论是从事实验室工作还是从事临床工作, 都需要重视实验室生物安全问题, 掌握相关知识, 提高对其重视程度, 严格按照规范进行实验室工作及临床工作, 只有实验室生物安全有了保障, 才能更好的进行科学研究, 才能让科学研究真正的造福人类, 为人类生存、发展、健康做出巨大贡献而不是起到相反的作用。让我们共同努力, 做好实验室生物安全工作, 让科学研究顺利前行。
摘要：实验室生物安全与医学科学研究的关系非常密切。实验室生物安全出现纰漏可引起重大安全事件。它与科学研究, 临床医疗等均有密切关系, 每个从事实验室工作包括临床医疗工作的人均需要高度重视实验室生物安全问题。本文就实验室生物安全的定义、风险评估、实验室生物安全管理流程及临床医疗工作中应该注意的事项等方面进行分析讨论。
关键词：实验室生物安全,科学研究,临床医疗
参考文献
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医学硕士研究生生物信息学教育 篇5
人类基因组计划的成功实施使生命科学进入了信息时代。
基因组学、蛋白质组学和生物芯片 技术的发展，使得与生命科学相关的数据量呈线性高速增长。
对这些数据全面、正确的解读 ，为阐明生命的本质提供了可能。
连接生物数据与医学科学研究的是生物信息学(Bioinform atics)。
应用生物信息学研究方法分析生物数据，提出与疾病发生、发展相关的基因或基因 群，再进行实验验证，是一条高效的研究途经。
医学是研究生命的科学，医学研究在基础上 就注定离不开对生物信息的了解。
我国目前医学研究生教学模式主要有两种, 一是医学本科教育延续过来的理论型, 这种类型 的教育是在本科教学大纲的基础上, 按照教学计划进行理论讲授, 最后按照导师指定的课题 完成毕业论文。
这种培养模式突出理论学习, 忽视了实验机能和科研能力的培养。
二是科研 能力培养的前轻后重型, 前期只是进行理论授课, 后期由导师指导学生的科研。
这种模式虽 然开设了一定的实验项目, 但对研究生科研能力的培养缺乏系统性, 并且前期的培养不足直 接影响到研究生后期的学位课题和论文的进度、质量。
因此，笔者对生物信息学在医学硕士研究生中的教育初探，不但有利于该门课程尚未完全形 成成熟的课程体系之际，为教师学习借鉴先进的教育思想与教学实践经验，更有利于医学硕 士研究生对生物信息学的学习。
1 生物信息学的研究范围
生物信息学是一门新兴的交叉学科，涉及生物学、数学和信息科学等学科领域，并注定以互 联网为媒介，数据库为载体，利用数学知识、各种计算模型，并以计算机为工具，进行各种 生物信息分析，以理解海量分子数据中的生物学含义。
生物信息包括多种类型的数据，如核酸和蛋白质序列、蛋白质二级结构和三级结构的数据等 。
由实验获得的核酸蛋白序列和三维结构数据等构成初级数据，由此构建的数据库称初级数 据库。
由初级数据分析得来的诸如二级结构、疏水位点、结构域(Domain)，由核酸序列翻译 来的蛋白质以及预测的二级三级结构，称为二级数据。
创新算法和软件是生物信息学持续发 展的基础，高通量生物学研究方法和平台技术是验证生物信息学研究结果的关键技术。
因此 ，现代生物信息学是现代生命科学与信息科学、计算机科学、数学、统计学、物理学和化学 等学科相互渗透而形成的交叉学科，是应用计算机技术和信息论方法研究蛋白质及核酸序列 等各种生物信息的采集、存储、传递、检索、分析和解读，以帮助了解生物学和遗传学信息 的科学。
我国生物医学工程现状分析 篇6
【关键词】生物医学工程；新兴学科；本科教育；发展
引言：生物医学工程（BiomedicalEngineering，简称BME）是一门结合了物理、化学、数学、计算机和医学的交叉型边缘学科，也是多种学科向生物学不断渗入的结果。该学科从现代科技和工程原理的角度出发，研究人体的基本结构及其功能，进一步揭示生命规律，进而为疾病的预防及治疗提供有效的技术与理论的支持。生物医学工程兴起于20世纪50年代，并于60年代在美国迅速崛起，推动了当时社会经济的快速发展，因此被世界各国所关注，成为世界各国竞争的主要领域之一。
在我国，生物医学工程起步很晚，直到1978年才被列入国家科技计划。虽然是一门新兴学科，但它的难度却不低于其它学科。目前，我国各大高校对于生物医学工程专业的教育发展主要以学校授课教育为主，并辅以相应实验以培养学生的动手实践能力。简单说来，生物医学工程是一门工学与医学相结合的综合性学科，我们可以就医学所需向工学求助，再通过工学所造来应用于医学，两者相辅相成共同发展。纵观科技发展的历史长河，某一学科若只是单一地仅在自身领域研究发展是很难有所建树的，有所突破的，长此以往并不利于学科的建设和发展。然而，当多个学科相互渗透结合、参考，共同发展時，所面对的问题总会迎刃而解。每个学科都存在着自身的盲区，这也可以理解为发展的瓶颈，此时，不妨换个思维从其它学科的角度来看待问题，往往会有不一样的体会和收获。人与人之间的工作需要相互协助，同样的，学科研究之间也是这样，博学其中并融会贯通往往才是取得成就的不二法门。而生物医学工程正是顺应了这一客观规律，巧妙地将工、医相结合，这也赋予了生物医学工程有利的先天发展条件，但这也成为了这门学科难以迅速发展的一个因素，看似矛盾却极为属实。也正是由于生物医学工程所涉及的学科种类范围之多，研究领域之广，使得我国目前对于该学科的研究和教育尚未成熟，而各个院校对这门课程也有着不同的侧重点。由于该专业起步晚，再加之各个院校的教学制度，条件和水平参差不齐，所以，目前各个院校对于生物医学工程这门学科的教育形式仍处于一种摸索的过程。如：综合性院校多以电学、机械、通讯或计算机为主要教学内容，而在医学方面的教学就略有薄弱。同样，医学类院校对该专业的教育形式也往往是以医学为主，从而忽略了其它方面。单从教育层面上来说，生物医学工程面临着所学内容多而杂，且难以在教学过程中衡量孰重孰轻从而无法做到学科间的交叉和渗透这一难题。
除此之外，现阶段高等院校对于该专业人才的创新能力以及实践能力的培养很难满足于市场的需求，本科生在校期间的学习时间只有短短的四年，而在这四年里，却要掌握如此繁杂的学习内容，再考虑到不同院校的课程安排有所不同，所以总的来说，在这四年期间，本科在校生只是掌握了与生物医学工程相关的基础理论知识，却没有深入的去学习了解其深层次的内容，相比之下，真正动手操作实践的机会更是寥寥无几。这样一来，本科毕业生根本无法满足当今社会市场的要求，对各个用人单位只能望而却步，造成了就业形势长期不景气，而用人单位同样是因为无法获得足够的理想人才而影响自身的发展。长此以往，这只会形成恶性循环，从而严重阻碍生物医学工程在我国市场的发展。为解决这一矛盾，我认为在本科教育阶段，各院校应在夯实学生基本理论知识的基础上，引导学生加深对理论的认识和理解，并通过实质性活动鼓励学生积极参加动手实践，敢于创新，乐于创新，学会将自己所学的理论知识与实际操作相结合，真正做到学以致用。另外，本科在校生也应该时刻广泛关注生物医学工程在市场的发展形势，然后结合自身的实际情况，为顺应市场的发展趋势及时地为自己学习生涯做好合理的规划并为之付诸行动，做到有的放矢，从而避免在求学期间的迷茫，并在毕业后能尽快适应社会的节奏。
总而言之，我国生物医学工程高等院校应主要从社会需求的角度出发，拓展学科建设方向，逐步建立起适合于多学科合作发展的运行模式，充分利用高等院校的科研优势设置课程体系。并结合实际情况以及当今社会市场需求，加强对实验基地的建设，并注重相应实验、实训等实践教学环节，从而培养学生的创新能力和动手实践能力。对于生物医学工程这样的综合性学科的建设与发展，我们应更加注重教育的科学性，以及理论与实践，学科与市场的相结合，从而达到事半功倍的成效。 [科]
【参考文献】
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生物医学研究 篇7
关键词：磷酸镁水泥,水化机理,氧化镁,抗水性,生物医用骨水泥
0 引言
磷酸镁水泥(Magnesium phosphate cement,MPC)主要是通过重烧氧化镁(MgO)和磷酸盐之间的酸-碱反应获得,MPC因具有快硬、高强、高粘结性、良好的体积稳定性以及养护简单等优点,受到广泛关注。制备MPC最初使用的磷酸盐为磷酸二氢铵(NH4H2PO4),但反应会产生大量氨气,对环境造成污染[1]。Wagh等[2]使用磷酸二氢钾(KH2PO4)代替NH4H2PO4制备出了水化性能更优异的磷酸钾镁水泥(Potassium magnesium phosphate cement,MKPC),克服了使用NH4H2PO4在MPC制备过程中释放氨气(NH3)的缺点,并将其用作固核、固废材料。 近年来,国内外学者对MPC制备、水化产物、微观结构、水化机理、性能改善等基础与应用做了大量研究[3,4,5,6,7]。本文在总结已有研究成果的基础上,重点对MPC制备、水化产物与机理以及在生物医学领域的应用研究现状进行综述。
1 磷酸镁水泥制备
1.1 氧化镁
MgO是MPC最重要的组分之一,MPC强度主要取决于水化产物生成量、水化产物晶体的稳定性以及完好程度、未水化MgO颗粒的骨架作用[8]。MgO选择主要由两方面决定:一是煅烧温度,MgO煅烧温度越高,MgO活性越低,Mg2+溶解速率越慢,较少缓凝剂掺量就可获得相对较长的凝结时间。Li等[9]研究发现,随着煅烧温度升高,MgO表面光滑度逐渐增加,同时MgO粒径逐渐增大(见图1),煅烧温度并不影响MgO的化学组成,提高煅烧温度,在一定程度上可以增加MPC试样的抗压强度。二是颗粒细度,MgO颗粒越细、比表面积越大,反应活性也越大,反应越易发生,水化产物形成越快,凝结时间越短。MgO粒度存在一个最佳范围,在此范围内制备的MPC抗压强度最高[10]。研究表明:30μm以下的MgO颗粒越多,MPC净浆流动性越差,凝结时间越短;MPC后期抗压强度主要由30~60μm范围内的MgO颗粒控制[11]。此外,良好的MgO颗粒级配可以降低MPC的收缩率并改善其体积稳定性[12]。
1.2 磷酸盐
磷酸盐作为MPC中主要组分之一,必须要能提供水化反应所需的酸性环境以及磷酸根等离子。NH4H2PO4是最早用于配制MPC的磷酸盐,但溢出的氨气会污染环境,现多用KH2PO4代替NH4H2PO4制备MPC,与NH4H2PO4制备的MPC性能相似,其主要水化产物MgKPO4·6H2O与MgNH4PO4·6H2O具有相同的结构,只是K+取代了NH4+的位置[13]。在相同浓度下,磷酸二氢盐较磷酸一氢盐更能促进MPC的水化反应,使MPC凝结时间缩短、早期强度增长较快[14]。此外,磷酸盐之间复配,可能制备出结构更致密、性能更优异的MPC。Fan等[15]的研究结果表明,NH4H2PO4与KH2PO4当量混合制备的MPC比含单一磷酸盐MPC强度高。Mestres等[16,17]将NaH2PO4和NH4H2PO4混合制成的MPC用作牙科骨水泥,得到的骨水泥水化产物比单一磷酸盐产物粒度更均匀,结构更致密;与牙本质的粘结强度明显增强;同时,含Na离子的MPC对链球菌有很好的抗菌活性。
杨建明等[18]将Na2HPO4·12H2O部分取代KH2PO4制备MPC,随着Na2HPO4·12H2O掺入,其拌合浆体流动性提高,凝结时间有所延长,体系放热放缓,早期强度有所下降,后期强度影响不大,主要水化产物仍是MgKPO4·6H2O,但也认为存在Na2Mg(HPO4)2等水化产物,使结构更加致密,从而有利于后期强度发展。
1.3 缓凝剂
MPC凝结硬化速度快,MPC水化反应伴随大量热量放出,单一控制MgO活性不能控制反应速率,导致制备凝结时间合适的MPC较困难,而使用缓凝剂可延缓其水化放热速率,对大体积工程极为有利。缓凝剂作用机理主要分3 方面:一是缓凝剂在水中吸附、包裹在MgO表面或是限制H2PO4-的电离过程,降低PO43-生成量,抑制水化过程,从而降低反应速率;二是调节反应体系pH值、降低体系反应温度进而减缓反应进程;三是缓凝剂通过与MgO的螯合作用吸收水化产物晶体核子,阻碍晶体成核和生长,从而实现缓凝。研究人员[14,19,20]研究了六偏磷酸钠((NaPO3)6)、三聚磷酸钠(Na5P3O10)、硼砂(Na2B4O7·10H2O)和硼酸(H3BO3)对MPC凝结时间的影响,发现这些试剂都能延长MPC的凝结时间,减少早期水化放热量。但它们的缓凝机理有所差异,(NaPO3)6通过静电吸附作用吸附在MgO颗粒表面,阻遏其水合过程,并释放出部分PO43-,通过同离子效应,限制H2PO4-电离过程,从而改变MPC水化历程;而Na5P3O10通过吸收晶体核子来抑止晶体成核和生长,也可能是通过与MgO的螯合作用来实现缓凝[20];硼氧化物则通过延迟MgO的分散来达到缓凝效果;此外,Na2B4O7·10H2O还可通过调节体系pH值、降低体系反应温度进一步延缓MgO水化反应[21]。
1.4 复合改性剂
只采用MgO、磷酸盐以及缓凝剂制备MPC不仅成本高,而且性能单一,难以满足各种实际需要,因此复合改性剂成为MPC重要的附加组分。
黄煜镔等[22,23]的研究结果表明,EVA乳液(醋酸乙烯-乙烯共聚乳液)能显著增大MPC粘结强度与断裂能;EVA乳液不改变MPC水化产物类型,但改变水化反应速度,影响水化产物形貌,使其结构更加致密(见图2)。Donahue等[24]发现纤维与MPC有很高的相容性,可以提高水泥抗弯强度、韧性和收缩性能,材料在加速老化条件下仍能保持其性能。
此外,若将MPC试件长期浸泡在淡水或者溶液中,其结构会发生变化(见图3),强度会发生一定程度倒缩,即MPC抗水性能较差。这主要是由于MPC中未反应磷酸盐遇水溶解形成酸性溶液,促使对MPC硬化体强度起主要作用的水化产物MgNH4PO4·6H2O或MgKPO4·6H2O溶解,进而使MPC体系结构疏松、孔隙率增大,强度下降[25]。 改善MPC抗水性的具体措施主要有3方面:一是通过提高镁/磷(M/P)比来降低MPC中残余磷酸盐含量,即MgO含量越高、磷酸盐含量越低,MgNH4PO4·6H2O或MgKPO4·6H2O溶解越少,抗水性越好[25];二是掺入超细填料(如硅微粉[26]、粉煤灰[27]、硅溶胶[28]等)填堵硬化体内毛细孔道,改变基体孔结构、减少孔隙率、提高其密实性,从而提高MPC抗水性;三是添加憎水性材料(如HEA高效防水剂、纤维素等[29]),可在MPC硬化后浆体中形一层保护膜,从而减少可溶性磷酸盐溶出。此外,水玻璃也可加速MPC早期水化反应速度,降低水化产物结晶度,显著改善孔结构,从而提高抗水性[30]。通过复合改性材料,可降低MPC成本,改善其抗水性能,制备出不同特性、综合性能更优异的MPC,扩大其使用范围。
2 水化产物与机理
MPC水化产物的种类特征以及水化产物与材料性能之间的关系是目前研究的重点。MPC(以NH4H2PO4为磷源)主要水化产物是MgNH4PO4·6H2O[31],其反应方程式为:
若反应过程不能提供足够的水,MPC浆体水化过程还会生成一些低结合水的(NH4)2Mg(HPO4)2·4H2O,反应过程为:
随着MPC硬化体自然养护龄期延长,(NH4)2Mg-(HPO4)2·4H2O会吸收空气中的水转化为MgNH4PO4·6H2O,且转化过程会造成硬化体强度降低。 研究表明,MgNH4PO4·6H2O的形成受水溶液pH值和Mg2+、NH4+、PO43-物质的量比以及杂质Ca2+的影响[32,33,34,35]。
姜洪义等[1]经研究证明MPC水化产物还包括MgNH4PO4· H2O、Mg3(PO4)2·4H2O、MgNH4H2PO4·H2O和(NH4)2Mg3(HPO4)4·8H2O。Sugama等[4]则认为水化产物中还含有一定量的Mg(OH)2,但Abdelrazig等[6]却认为MPC水化时不会生成不含NH4+离子团的水化产物,如Mg3(PO4)2· 4H2O和Mg(OH)2等。
在以钾系磷酸盐为主要原料的MPC研究中,Li等[36]假设MgKPO4·6H2O为唯一反应产物,并基于化学计量因素和反应程度对MgKPO4·6H2O的孔隙率模型进行计算机模拟(见图4,圆形颗粒为未反应MgO和未反应KH2PO4,其余为水化产物和空隙),所计算孔隙度和模拟孔结构都发现与水银压入法(MIP)测定结果一致,且与MIP测定的孔隙度比较,模型精度是可接受的。
对于MPC水化反应,Wagh等[37]通过研究对其凝结硬化过程给出了比较直观的解释(见图5)。其水化反应可分为3个阶段:
(1)反应物溶解,“水溶胶”的形成
当MgO、磷酸二氢盐、Na2B4O7·10H2O与H2O混合后,磷酸二氢盐遇水溶解形成H2PO4-,使水泥浆体呈弱酸性,从而促使MgO溶解形成Mg2+,如图5(a)所示。随后Mg2+与水分子通过络合反应形成正电荷 “水溶胶”([Mg←∶O→H→H]2+(aq)),如图5(b)所示。
(2)酸碱反应,凝胶体的形成
随着水化反应的进行,水合镁离子与H2PO4-、NH4+迅速发生酸碱反应(见图5(c)),该反应为放热反应,能加快水化速率;当形成水化产物量增大,会由于体积膨胀而冲破保护层,使更多Mg2+进入溶液中形成大量水化产物,连接形成凝胶体(见图5(d))。
(3)凝胶体饱和结晶
随反应继续进行,更多的水化产物形成凝胶体;同时,随水化产物晶核不断生成、长大以及相互之间接触和连生使得凝胶体更加致密,最终在MPC浆体内形成一个以未水化MgO颗粒为骨架、水化产物为粘结料的结晶结构网,获得具有高力学性能的硬化体(见图5(e))。
但另有学者[1,21,38]认为MPC的水化反应机理是溶液-扩散机理,即当MPC与水混合后,磷酸盐与硼砂迅速溶解于水,而MgO的溶解速率要慢得多,硼砂溶出的B4O72-迅速吸附到MgO颗粒表面形成一层保护膜,延迟MgO的溶解,阻碍MgO与NH4+和H2PO4-接触,从而达到缓凝目的。随后NH4+和H2PO4-逐渐渗入并透过阻碍层,水化反应速率加快,同时磷酸盐水化产物不断增加和向外生长,形成水化产物与MgO骨架结构相互穿插的网状结构,使MPC硬化。
3 磷酸镁骨水泥
对于MPC的研究,国内外主要集中在建材领域;近年来,研究者通过对MPC生物相容性及生物活性评价后,开始重视其作为骨修复材料的研究与应用,到目前为止,已有大量关于磷酸镁生物骨水泥的固化过程、生物学行为等方面研究[39,40,41,42,43,44,45,46,47,48]。美国Bone Solutions Incorporated (BSI)开发的可降解磷酸钾镁骨水泥,2009年获得美国FDA(Food and Drug Administration)认证,目前其作为骨缺损填充材料已开始在美国使用[49]。
国内刘昌胜等[50,51,52]利用MPC可任意塑形,在人体的生物环境下自行固化,同时兼具高胶黏性、高强度、固化时体积微膨胀的特性将其引入骨修复领域;并进行了遗传毒理学(包括基因突变试验(Ames试验)、染色体畸变试验(微核试验)、DNA损伤测定(非常规DNA合成试验))、骨折愈合和降解行为研究;结果表明,MPC致癌、致畸性结果为阴性,MPC与周围骨组织亲和性好,结合紧密,植入后不引起异物反应,界面处未出现明显的炎症细胞聚集和纤维膜;说明MPC无毒副作用,具有良好的生物相容性,MPC对骨组织粘结强度高,且具有良好的吸收性能。吴子征等[52]探讨了磷酸镁骨粘合剂粘接固定骨折的治疗效果,如图6、图7 所示,(1a)、(2a)为术后3d,可见骨折块和MPC界面;(1b)、(2b)为术后3周,可见部分骨小梁长入MPC;(1c)、(2c)为术后6周,仅少量MPC未吸收;(1d)、(2d)为术后9周,MPC全部降解;结果表明MPC是一种较为理想的骨粘合剂,可用于骨折的粘接固定。
吴建国等[53]分别将MPC与磷酸钙骨水泥植入家兔骨内,组织学观察结果表明:MPC组的生物学固定强度显著大于磷酸钙骨水泥组,且2周时MPC开始被吸收,2个月时MPC已完全被吸收,骨孔愈合良好。吴子征等[54]将MPC粘接固定犬胫骨平台骨折,结果表明:MPC在犬体内具有一定的骨粘接强度,但其抗拉强度小于体外;MPC在犬体内吸收速度和骨折愈合速度一致,不影响骨折愈合;对犬胫骨标本的组织学检查发现,其粘接机理可能为机械镶嵌固定,并通过溶解而逐步吸收。张秉文等[55]通过体外细胞毒性及炎性细胞因子表达实验研究MPC的生物安性,结果表明:MPC对体外培养成骨细胞的正常生长发育不会产生影响,在细胞分子水平方面的炎性因子生物安全性检测即抗原-抗体结合表达反应亦达到预期设计标准,对炎性因子的表达不会产生影响。
Hirvinen等[56]通过动物实验证明:MPC能通过诱导纤维软骨形成、限制纤维组织疤痕形成和增加骨整合,来改善肌腱与骨的愈合;在术后早期,能改善植入物与骨的稳定性,且材料大部分降解吸收发生在与骨愈合相匹配期间内(约26周);编织骨取代MPC会重建一个植入物-骨界面。此外,MPC也是一种潜在的软骨修复材料[57]、骨创面止血剂[58]以及药物和生长因子载体[49]。
针对MPC水化时大量放热可能引起组织损伤的缺陷,Zhou等[59]采用微波辅助技术来制备MPC骨材料,使MPC在凝固过程中不放热。同时,这种技术也能提高MPC的力学性能。MPC所具有的促进成骨能力可能与含镁有关[60],因为在其他镁基生物材料也观察到刺激骨生长现象[61,62,63,64,65]。Mg元素在人体中起着很重要的作用,人体内的Mg元素参与骨组织的钙化过程,对骨组织的矿物质新陈代谢有直接影响,Mg元素的缺乏可能导致骨质疏松[66]。此外,还有研究表明Mg2+在骨细胞的新陈代谢中具有重要作用[67],能够提高破骨细胞和成骨细胞的活跃性[68]。Mg元素掺入到磷酸钙骨水泥中,能影响羟基磷灰石(HA)晶体的形成和生长[69,70,71]。
4 结语
MPC是一种在室温下通过化学反应形成的新型胶凝材料。目前研究工作主要集中在MPC的组成、制备、性能改进和水化硬化机理等方面,对于其在潮湿环境中强度倒缩机理及微观结构与性能之间关系,特别是其耐久性方面研究较少,对高性能MPC制备和施工关键技术研究相对比较匮乏,如何在保证其力学性能的同时克服其抗水性差的缺点,并充分利用MPC其它方面优点,是今后学者的研究重点。此外,MPC还可以大掺量地胶结各种工业废弃物(如粉煤灰、矿渣等),因此是一种非常有研究价值、节能环保的新型绿色材料。
生物医学研究 篇8
一加强实验室建设, 改善教学条件, 促进实验教学
实验室是进行教学、科学研究和技术开发的重要基地, 是课堂教学的延伸, 是理论联系实际的重要手段, 是学校教学和科研工作的重要组成部分, 是培养学生素质和能力的主要实践基地, 所以实验室的建设是专业建设的重要组成部分。我院生物化学实验中心即将投入使用, 实验室面积将大幅度增加, 仪器设备进一步完善, 更能满足生物化学实验教学的需要。同时, 从体制上提高实验室与实验教学的地位, 重视师资的培养, 完善实验室人员配置, 稳定实验技术人员, 建立起一支专业化的实验教学队伍, 为实验室的开放、学生自主实验创造了条件。
二加强学生综合研究素质培养, 开展综合性实验和设计性实验
在传统的实验教学模式中, 执教老师进行示范操作, 学生按照所列步骤完成实验, 学生缺乏主动性和积极性。教研室研讨进行实验教学改革, 将生物化学实验的开展以综合性实验为主, 并拟定一个设计性实验的实验课, 以调动学生学习的积极性、主动性和自觉性, 提高学生的实验基本技能。
我们根据实验室现有条件, 设立多项综合性实验项目, 如开设的“过氧化物酶提取、分离、纯化以及鉴定”, 将原有的几个实验, 通过整合并增加一些新内容, 形成一个全面完整的实验内容。该内容包括蛋白质的提取、分离、纯化、蛋白质含量测定、酶活力测定, 要求学生计算酶的比活率, 掌握同工酶电泳的内容。本实验内容难度中等, 涉及多个知识点, 要求学生查阅资料、细化实验方案, 从而激发学生对实验的兴趣、调动学生的积极性。在生物化学实验教学改革中加大综合性实验的开设, 提高综合性实验的比例, 使用与科研密切相关的综合性实验来替代验证性实验, 从总体上提升生物化学实验教学水平, 培养学生理论联系实际的科学态度, 显著提高学生的实验技能和科研素质。
在实施设计性实验时, 提前一个月向学生布置实验项目, 要求学生查阅文献, 并设计实验方案。实验实施前一周由教研室教师集体审阅学生的实验方案, 检查其中的错误并予以纠正。实验从头到尾由学生按照自己的设计独立完成, 从溶液的配制到具体的各项操作, 教师在旁指导协助, 培养学生独立操作、解决问题的能力。实验完成后, 要求学生如实记录实验结果, 对实验所涉及的理论、操作方法和学生在实验当中出现的错误进行讨论和分析, 并提出相应的解决办法。这有利于调动学生的主动性和思维积极性, 通过设计性实验, 有利于培养学生实际操作能力和严谨的科学作风, 激发学生对科研的兴趣。
三考核方式的改革
为了提高学生的实验操作能力, 还要综合评价学生成绩。对生物化学实验成绩的评定, 采用平时实验成绩和实验考试成绩相结合的办法, 各占50%。平时实验成绩根据学生的实验态度、实验操作的规范性、实验结果、实验报告完成情况等内容综合评定给出。实验考试成绩包括实验笔试成绩和综合性实验操作考试成绩两部分。笔试考查学生对生物化学实验理论、基本知识、基本原理的掌握情况以及对实验现象的分析、解释等, 占实验考试成绩的30%;综合性实验操作考试考查学生独立进行综合性实验的能力, 要求学生写出实验方案, 正确选择实验仪器和化学试剂, 通过实验操作, 观察并记录实验现象, 实验完毕后当堂写出实验报告。老师根据实验方案设计是否合理, 仪器和试剂的选择是否正确, 实验操作是否规范, 实验是否成功, 实验报告是否完整并真实地反映实验情况, 实验现象的解释是否正确等方面进行评定并给出成绩, 该成绩占实验考试成绩的70%。此考核方式能较全面、客观、公正地反映出学生学习生物化学实验的情况, 大大调动了学生学习的积极性, 有助于培养学生自主、创新能力, 提高生物化学实验教学质量。
通过加大生物化学实验中心的建设和投入, 改善实验条件, 重视实验教学, 建立科学的实验教学体系, 改革实验内容, 改革考核评价体系, 既抓好基础实验技能训练, 又充分利用综合性和设计性实验, 对培养学生的综合创新能力十分有益。
摘要：为了适应高校培养创新型人才的需要, 培养学生的创新能力和探索精神, 本文提出生物化学实验教学改革的方案, 从教学条件、教学内容及考核方式三个方面入手, 提高生物化学实验的教学质量。
关键词：生物化学,实验教学,教学改革
参考文献
[1]吴慧平.生物化学实验教学改革的实践[J].医学教育探索, 2007 (8)
生物医学研究 篇9
1 生物医学学科研究生工程能力培养面临的困难和问题
1.1 对生物医学学科研究生工程能力重要性认识不足
像重庆理工大学这样的一般工科院校, 硕士点的设立刚几年, 毕业生也仅有两届。这个阶段, 生物医学学科研究生能力的培养还是放在普通的视角, 和全国其它高校、其它学科的研究生能力的培养模式相近, 没有突出工科院校生物医学学科的特点。随着全日制工程硕士、在职工程硕士的招生, 需要提高学校领导、导师的认识。一些研究生认为, 读硕士就是学学课程、看看文献, 写写文章, 对动手能力、工程能力的训练重视不足。
1.2 生物医学学科研究生生源不理想
优秀的生源是研究生培养的基础, 然而生物医学工程学科研究生生源很不理想。这有几方面的原因。一方面, 考生对生物医学工程学科的认识不够, 认为该学科跨度大、难度高、相关产业小、非热门学科, 而不愿意报考。另一方面, 学校的实力、名气等方面也对招生带来影响。很多研究生是通过调剂过来的, 这直接影响到生物医学工程学科优秀研究生生源质量。
1.3 导师队伍上存在的问题
导师与研究生培养直接相关, 是研究生培养质量的关键所在。研究生导师的理论、工程实践和对学科前沿的洞察力与生物医学学科研究生培养质量息息相关。目前大部分生物医学工程学科的研究生指导老师来自机械、电子、光电、等专业, 他们对自己的专业知识精通, 但对于对生物医学工程学科这一交叉学科中的众多的其它学科并不熟悉。因此, 生物医学工程学科这一交叉学科需要两个以上的导师来完成研究生的培养, 这样才能很好地体现学科的交叉性。另外, 高校生物医学学科中, 具有工程背景的导师数量较少, 能够给予研究生实际指导的导师就更少, 不能满足研究生教育的需求。
1.4 工程能力培养的硬件条件问题
工程能力培养的条件包括工程实践基地、工程实践项目、工程实践教学条件。生物医学工程学科这一交叉学科, 需要大量的工程时间基地, 包括医院、医疗器械生产销售商、医疗器械检测管理部门。还需要提供大量的工程实践项目, 以提供项目、资金的支持。一些高校缺少这些资源, 不能够提供基本的研究生工程能力培养的硬件条件。
2 生物医学学科研究生工程能力培养的建议
针对以上分析的5个问题, 我们提出以下的解决策略
2.1 重视生物医学学科研究生工程能力培养
二级学院领导、导师应重视生物医学学科研究生工程能力培养。近年来工程硕士的扩招, 目前, 我校的工程硕士与科学硕士的比例达2:1, 工程硕士培养的重点是工程能力, 因此工程能力的培养显得非常重要。另一方面, 工程能力是一种需要不断培养和开发的能力素养, 要培养研究生对工程实践的兴趣, 让他们发挥从事工程实践的主动性, 自觉地投身工程实践活动。
2.2 提高生物医学工程学科优秀研究生比例
采取各种方式, 吸引优质生源报考生物医学学科研究生。首先在本校的本科生中进行宣传, 鼓励本校学生报考本校的研究生。这要在大二、大三和大四时多做工作。例如我校实行多年的大二本科生导师制, 本科生从大二起, 就进入导师实验室, 与导师一起进行科研。这样学生和老师交流的机会更多, 学生老师有更深的感情, 能够使一批学习成绩好, 科研能力强的本科生报考本校研究生。也可到本校别的相关专业, 如机械、电子、化学等本科班级宣传, 吸引优质生源。
2.3 研究生导师队伍的建设
目前研究生的培养是采取导师责任制。但对生物医学工程交叉学科研究生, 特别是工程硕士而言, 应实行由不同单位、不同研究方向组成的双导师对研究生进行指导。导师的科研水平、科研课题、科研经费都会直接影响着研究生是否有机会参与好的课题的研究, 制约着硕士研究生工程能力的培养, 导师在硕士研究生工程能力培养中起至关重要的作用。因此, 加强研究生工程能力的培养需要应转变导师的观念, 强化导师工程实践意识。导师应在工程实践方面给予研究生更多的指导, 尽量给研究生提供更多的工程实践机会, 例如给研究生提供参与课题的机会, 提供企事业工程实践的机会等, 帮助硕士研究生提高工程能力。
重庆理工大学生物医学工程学科建立于2002年5月, 现为重庆理工大学校级重点学科。从2006年开始本科生和研究生招生。经过10年多的学科建设, 引进了一批来自国内外著名大学的生物医学工程学科学术带头人, 组建了一支在教学和科研方面实力雄厚、结构搭配合理的师资队伍, 具备良好软硬件条件。大多数老师具有工程背景, 一些老师在公司兼职, 与企业联系广泛。这就为我校的生物医学工程学科的工程教学和工程实践提供了很好的平台。
2.4 建立更多的工程实践基地, 获取更多的工程实践项目, 支撑研究生的工程实践
产学研一体化的研究生培养模式是建立企业和高校之间密切合作的基础上, 集研究生教学、实习、课题研究、企业的产品开发、就业于一体, 随着研究生培养规模的日益扩张, 特别是工程硕士的大规模招生, 产学研这一非常优质的研究生培养资源可以充分利用。在生物医学工程学科研究生工程实践能力培养上可以利用企业在生产实践、资金、管理等方面的优势, 通过产学研合作建立起来的实践基地, 采用学校、企业双导师制加强对研究生的工程能力培养。生物医学工程学科研究生也可在这种产学研一体化培养模式的培养下, 在知识结构、实践能力和科研能力上满足社会化的要求, 同时更加贴近实际。产学研培养基地可以充分吸纳社会科技教育资源, 为研究生工程能力的培养服务, 有效地节省研究生培养的社会成本。
这方面我校也取得了一定的成果。从硬件条件看, 我校的生物医学工程学科拥有各种相关的高端仪器设备和实验室, 能够满足研究生实践教学和科研的需求。建有“重庆市现代中药制药工程技术研究中心”和“重庆市中英数字医疗中心”两个省部级工程中心。现有设备551件, 总值1509.40万元, 实验场地3600m2。建有4个产学研示范基地和2个企业联合实验室, 与10余家企业建立了技术和人才培养合作关系, 搭建了良好的生物医学工程学科平台;从软件条件看, 本学科有生物医学工程学科学术带头人及高水平的教师队伍, 在国内外核心期刊发表论文180余篇, SCI、EI收录36篇, 获得专利10余项, 省部级科技成果奖10项。承担国家自然科学基金、省部级项目等100余项, 科研经费3000余万元。
2.5 加强工程实践管理, 完善工程能力培养体系
首先制定具体的研究生工程实践能力培养实施细则, 在培养方案和制度设计上明确要求。其次, 配备足够的管理人员, 为研究生的工程能力培养服务, 一切以研究生为中心的管理模式, 建立科学、高效的研究生管理体系, 保障生物医学学科研究生工程能力培养环节的落实。
3 结束语
通过几年的实践与探索, 我们深入地学习了生物医学工程学科研究生工程能力培养理论, 积累了相当的研究生工程能力培养实践经验, 并搭建了软硬件平台, 满足了研究生培养的需要。随着招生规模的扩大, 就业压力的增大, 要求我们进一步加强研究生工程能力培养的研究与实践。培养研究生全面能力, 提高其综合素质, 把研究生培养成为在本学科有竞争力的人才。
摘要：研究生工程能力培养在生物医学工程学科研究生培养中起到重要作用。本文从目前研究生工程能力培养中存在的对工程能力重要性认识不足、优秀研究生生源不足、导师队伍上存在的问题、工程能力培养的硬件条件问题、工程实践管理问题等五个方面入手, 深入分析了工科院校生物医学工程学科研究生工程能力培养存在的主要问题。
生物医学研究 篇10
一、医学院校开展生物医学工程研究生教育的必然性和优势
生物医学工程又叫临床医学工程, 其学科目的就是运用工程学的技术和手段, 结合生物学知识, 解决医学中的有关问题, 为人类的健康服务和为疾病的防治提供依据, 其最终解决的是医学问题。所以, 在医学院校中开展生物医学工程研究生教育是一种必然趋势。在以往的生物医学工程研究生教育中, 教育机构偏向于在工学和理学方面对生物医学工程硕士研究生进行培养和管理。而此类研究生虽然精通工程仪器的工作原理和维修, 但缺乏基本的医学知识, 因而很难在医院复杂的工作环境下, 融合病情进行综合的诊断和防治。在医学院校开展生物医学工程硕士研究生教育, 很好地利用了医学院校的医疗资源, 使此类型研究生在学习工科知识的基础上, 了解人体的生物学构成和病理生理学原理。同时利用附属医院的优势, 结合临床医疗仪器工作流程, 使生物医学工程硕士研究生能很好的融合生物、医学、工程三种学科知识, 为以后的临床工作奠定扎实的基础。
二、结合医学院校特色, 从培养环节上加强生物医学工程硕士专业学位研究生培养质量
1. 培养目标和培养方案应具有医学院校特色。
全国工程硕士专业学位教育指导委员会起草的《生物医学工程领域工程硕士专业学位标准》, 明确规定生物医学工程硕士专业学位研究生必须具有扎实的理论基础、先进的工程学技术和手段并能在本专业独立从事工程操作和工程管理的高素质复合型人才。医学院校应有针对性的以培养适应社会医学发展的高素质人才为目标。其培养的生物医学工程硕士专业学位研究生不仅要有扎实的工程学基础, 同时还要有一定的医学理论基础, 重点培养其在医疗仪器操作和医院工程信息管理方面的能力。我校生物医学工程培养方案指出, 我校培养的生物医学工程硕士专业学位研究生具有良好的职业道德、科学严谨的工作作风, 同时具备扎实的理论基础, 能独立从事医疗工程信息操作的高素质人才。工程学硕士重在应用, 所以我校采取的是进校不离岗的学习方式。采用周末双休日隔周上课, 使学生在工作的同时进行知识的更新和灵活运用, 并同时将工作中遇到的难题带回课堂与老师和同学进行探讨。这样的学习时间方式能循序渐进的使学员掌握到相关知识, 并进行融会贯通。
2. 课程设置和教学内容应侧重于医学应用。
我校生物医学工程硕士专业学位研究生的课程设置是分专业进行的。根据我校生物医学工程基因工程和基因药物以及医疗器械和医院信息管理两个专业方向, 进行课程设置。课程设置上, 除了信息检索、知识产权等必须的理论课程, 还相应设置了适合医院应用型的知识课程。我校课程设置以掌握能解决工程问题的先进技术方法和现代技术手段为主, 并注重扩宽和加深工程技术知识面。课程设置既针对医疗工程特点, 又针对医院管理特色, 并注重专业方向区分。做到课程设置在工学硕士课程的基础上, “厚基础理论, 博前沿知识, 重实际应用”。在教材内容上, 我校多选用有实际应用知识或有案例教学的教材。突出医学和应用两大特色。但是生物医学工程由于其本身学科比较新, 发展晚, 目前尚没有一套针对生物医学工程教学的教材。我校老师在教学中, 除讲授教材中理论知识外, 更多的引用平时自身临床医学工作中遇到的案例进行课堂讲授。
3. 采用双导师制度加强医学实践能力培养。
生物医学工程硕士专业学位研究生采取双导师制度。我校规定, 生物医学工程硕士专业学位研究生必须以我校导师为第一导师, 同时在本人工作单位, 选择具有副高以上职称的, 具备生物医学工程学科能力的人作为校外导师。第一导师主要指导学生论文写作, 第二导师主要负责学生工程实践能力的培养, 同时对学生的论文选题进行筛选, 指导选题中实践能力的部分。通过双导师制度的实行, 学生可以在理论和实践两方面得到加强。由于第二导师是学生工作单位的同事兼领导, 因此能够随时在工作中予以指导和帮助, 大大地提高了学生的工作实践能力。
4. 开题和中期考核按学院进行, 严格把关。
生物医学工程硕士研究生的选题应来源于工程实践的具体项目, 有明确的工程技术背景和应用价值, 可涉及生物医学工程领域系统的分析与集成, 研究与开发, 管理与决策等, 特别是针对信息获取、传递、处理和利用的新系统、新产品、新工艺、新技术、新软件的研发。可以是一个完整的工程项目, 也可以是某一个大项目中的子项目。论文所涉及的课题应有一定的技术难度和工作量, 论文要有一定的理论基础, 具有先进性与实用价值。我校工程硕士研究生入学后, 在导师指导下明确研究方向, 开展研究设计工作。一般在第二学期结束前确定论文题目, 并作好资料和实验准备工作。我校生物医学工程硕士专业学位研究生主要分为基因工程与基因药物、医疗器械与医院信息管理两个专业方向。我校根据这两个专业方向的不同和导师自身的情况, 将学员归入相应的学院。由学院具体负责学员开题和中期考核工作。学院里, 又根据导师情况, 成立相应的学科专业指导委员会, 对学员的论文质量层层把关。
5. 学位论文依托医学院校资源, 有特色有创新。
学位论文是检验学生综合培养质量的指标之一。生物医学工程硕士专业学位研究生的论文, 应该主要突出实用和创新两个方面, 这是由其专业特点决定的。我校根据自身情况, 为主要在医院从事生物医学工程临床工作的学生提供了完成论文的很好的平台。通过附属医院的临床实践工作经验, 为学生积累了医院临床工作经验, 从而提高了发现问题和解决问题的能力。通过学校本身的实验室平台, 和专业的师资力量, 为学生的科研创新提供了技术支持。我校生物医学工程学员可以很好的利用医学特色, 结合自身的研究, 完成有质量保障的, 有创新意识的, 有自身医学特色的学位论文。我校对学员的学位论文进行了校内专家组评审和校外盲审两个环节, 进一步从论文质量上进行了把关。
三、发挥管理部门职能, 从培养管理上保障生物医学工程硕士专业学位研究生培养质量
生物医学工程硕士专业学位起步较晚, 在我国也是属于比较前沿的学科, 目前, 各个院校的生物医学工程硕士专业学位研究生培养都尚处于摸索阶段。如何培养出适应社会发展要求的高素质的综合型人才, 还需要各个学校的教育管理部门不断地为之摸索。建立一套适用于生物医学工程硕士专业学位研究生特色的管理体制, 加强教育管理机构的人员配备、提高管理人员素质, 已经成为提高生物医学工程硕士生培养质量的重要措施。
我校研究生管理部门配备了专门人员对生物医学工程研究生进行培养管理, 制定了一套适应生物医学工程硕士专业学位研究生的培养方案和一系列的考核制度, 对学生的导师选择、培养计划的制定、中期考核和课程考勤等情况都做了明确规定, 并整理成一本研究生手册, 供学生参考。我校研究生部从宏观上把关培养质量, 对于具体及专业的问题, 则由学生所属学院负责组织及解决, 这样有层次, 有针对性的管理方式, 既加强了培养质量的监控, 又加强了培养目标管理。
参考文献
[1]刘洁.在医学院校开展生物医学工程硕士专业学位教育的探索与实践[J].中国高等医学教育, 2011, (4) :112, 130.
[2]高原, 刘洪运, 张政波.医院生物医学工程的发展和创新[J].中国医疗设备, 2010, 25 (6) :93-95.
[3]生物医学工程领域工程硕士专业学位标准 (征求意见稿) [S].2009, (9) .
生物医学研究 篇11
关键词：医学生物化学；教学改革；素质教育
在基础医学中生物化学的发展是最为快速的且最有活力的。根据医学生物化学在教学发展中和新医学模式存在的不符合问题，我们必须对生物化学的一些教学进行改革。保证学生在学习的过程中可以更有主动性，并对学生的人文素质和创新能力进行培养，对学生的科研能力进行提高，让学生可以真正的实现全面发展。
一、调整教学目标，培养人文素质
医学和医学教育中间有着密切的联系，他关系着人民的生命安全。新医学模式认为需要从三个方面对社会的需求进行深入的研究，即生物、心理、社会医学。对生命的价值进行深刻的探索，正确掌握和了解个人心理，处理好医生和患者、家属人员之间的关系。但是我国医学系统中写作精神比较差，团体意识不足，并心理承受能力、社会适应能力和道德观念都存在着严重的问题。那么，对教学目标和内容进行改革，还需要在医学专业教学中融入人文素质教育和人文关怀意识，才能真正对学生的人文素质进行提高。通过对生物化学教学的不断实践，给人文素质教育提供了更多的机遇。
二、完善教学内容，夯实医学基础
1、抓好教学环节，注重三基培养。所谓的医学三基包括理论基本、知识基本、技能基本。医生的业务素质和操作技能水平可以通过三基的高低来进行展现。医学生物化学是医学院中最重要的基础课程，所以，这么学科的学习情况会直接影响后期其它学科的学习。在教学过程中，教师可以通过教育手段，对学生的基本理论知识、基本技能和素质进行培养，实现学生的全面发展，并培养有效的复合型人才，保证学生有较强的能力、较高的素质和扎实的基础。在生物化学实践课中，需要对教学的各个环节进行掌控，教师可以选择集体备课，对学生的疑问进行辅导，加强学生考试纪律。此外，还可以建立相关的校园网、QQ群、微信群、邮箱等方式，积极开展师生之间的交流，对教学信息和新的知识进行及时的发布和提醒，同时对学生的课后习题情况进行及时的批阅和理解，并对教学的节奏和重点进行掌握，保证学生对专业知识中遗漏的问题进行及时的补充。
2、搞好课堂设计。生物化学作为生命学科中的领先科目，因此生物化学具有三个特点：理论性、实验性和交叉性。并且在教学过程中，由于其涉及的内容和信息较多，教师所面临的教学难点就比较大。想要在固定的课时和时间内让学生接受最多的内容，就需要教师对教学内容进行细化和设计，保证课堂时间可以得到充分的利用，并在实践的过程中对教学方式进行不断的改善。例如，对典型的案例进行研究，通过案例引用，让学生的理解能力和记忆能力得到提高；此外，还可以根据学生的基础和能力对学科的内容和深度进行调整，并展开有针对性的教学，保证课堂学习气氛，有效提高教学质量。对课程之间的链接进行加强，由于生命学科的各个学科都和生物化学有着重要的联系，而且生物化学本身就比较复杂。所以，课程之间的链接和学生学习生物化学课程的顺利性，有着重要的关系。这就要求教师加强对教学内容重点的明确，保证学习的鲜明性。学生在后期学习和实践中才能真正的对内容进行掌握和了解。
3、开展第二课堂。开展第二课堂的最终目的是为了对教学效果进行检测，并对教学信息进行及时的反馈，保证对学科的最新进展进行及时的掌握。（1）教師可以在轻松的范围内对教学情况进行检查和补充；（2）利用新媒体技术对課件进行反复的观看和学习；（3）增加师生之间的互动，结合学生的实际情况，对学生进行有针对性的教学辅导和分析；（4）改变传统的教学模式，提高学生在教堂中的主动性，对学生的知识面进行扩宽，提高学生对知识掌握的能力，完善知识结构；（5）学生通过第二课堂参与到感兴趣的活动小组和课题研究中，并查阅相关的文献和资料，增加学生的动手能力，让学生通过自主学习获得全方位的提升，并对其解决问题的能力进行提高。
三、改进教学方法，培养创新能力
1、开展双语教学。我国社会和科技的共同进步，让生物化学领域对新知识和技术有了更及时的掌握和学习。其中，语言是作为最主要的交流工具，是对新知识掌握的前提。因此熟练掌握英语就变得更为重要，只有提高自身的交流能力才能更好的与国际同行进行交际，也可以更好的适应经济全球化所带来的机遇和挑战，这也是新时期学生需要掌握的技能和必备的竞争能力。只有对语言困难进行克服，才能真正的对医学生化专业中的新理论和技术进行及时的了解。生物化学学科本身发展的速度就比较快，面对其高速发展，学生想要更快的进行接受，教师就需要在教学中注重双语教学，学生更需要主动的对自己的英语能力进行提高。保证自身在学习的过程中可以及时的对生物化学核心内容进行掌握，同时更客观的对知识和信息进行了解。
2、运用多媒体教学。随着多媒体技术的不断发展，教师在教学过程中对其进行了更充分的利用，并用多媒体对教学内容进行丰富的展现，改善教学模式的单一性。并在有限的课堂时间内让学生可以获得更多的学习内容，并对知识进行掌握，对学生的学习兴趣进行激发。多媒体技术不仅可以对学生的知识面进行扩充，还可以对学生学习的积极性进行调动；此外，多媒体技术还真正实现了教学共享、资源共享，让学生和教师都可以得到更多的知识，实现教师能力的提高，保证学生的全面发展。
新医学模式要求医学生物化学的教学内容和目标需要进行改革和优化，并对教学方法进行不断的实践，才能有效保证人才的培养和人文素质的提高。让医学生在知识、能力、素质得到统一协调的发展。通过不断实践发现，学生对教学的改革是支持的。随着我国现代科技的不断发展，以及时代的进步，人们需要对思想进行解放，务必实事求是，并在教学改革中进行深入的探索，为医学生物化学教学的发展提供有效的保证。
参考文献
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[2] 林心宇.生物—心理—社会医学模式下医学院校学生国际化培养的研究[D].南方医科大学，2015.
[3] 汤颖.新医学模式下医学生物化学教学改革的探索与实践[J].生物技术世界，2015，09：198.
生物医学研究 篇12
1 量子点的制备方法
1.1 有机相合成法
有机相制备量子点最早是使用有机金属法, 即将有机金属的前驱体加入到250~300℃的配体溶液中, 在高温下前驱体迅速热解成核, 晶核慢慢长大成为量子点。1993年, Murray等[10]将Cd (CH3) 2、TOP-Se依次加入到350℃的TOPO配体中, 通过控制温度得到粒径在2.4~13nm的单核CdSe量子点, 其还发现将TOPO配体替换成吡啶或呋喃, 均可得到较好的结果。上述过程中所用有机镉是剧毒物质, 在常温下不稳定, 反应过程须无水无氧, 且价格昂贵, 这些因素都限制了此类含镉量子点的发展。随着对量子点的深入了解, 人们对传统的合成方法进行了改进。Peng等[11,12]用金属氧化物CdO代替金属镉合成了CdS、CdTe、CdSe量子点, 该法简化了制备工艺, 减少了污染, 是量子点发展中的一次巨大进步。随后, 人们通过改变配体、溶剂、前驱体等合成了不同类型的量子点[13]。有机相合成法制备的量子点分散性好、稳定性高、荧光量子产率高、但其制备成本高, 所用试剂毒性大, 而且所制量子点不溶于水, 无法直接应用到生物体系, 需要修饰水溶性基团, 制约了量子点的应用。
1.2 水相合成法
1993年, Rajh等[14]首次在水相中制备了巯基甘油包裹的CdTe量子点。从此人们开始采用巯基作为保护剂制备水溶性的量子点。巯基可与量子点表面的原子配位, 以此来调控量子点的生长过程, 同时提供稳定的电荷层, 从而确保整个分散体系的稳定。水相合成方法包括普通水相合成法、水热法、超声辅助合成法及光辅助合成法等, 前三种是最常用的方法。Zhang等[15]利用水热法合成了CdTe纳米粒子, 并研究了各个反应条件。水相合成法制备的量子点毒性小、配体便宜、制备简单方便、重复性高、水溶性好、表面易与生物活性物质结合, 但其发光性能及稳定性还有待提高[16]。
2 量子点在生物医学中的应用
1998年, Chan等[17,18]报道了量子点应用于生物实验中的研究, 自此量子点开始应用于生物医学领域中, 掀起了人们的研究热潮。
2.1 用作荧光探针
量子点因其独特的性质, 可用于制备荧光探针, 得到了国内外学者的极大关注。根据具体需求可对量子点进行表面修饰从而形成量子点荧光探针, 这种探针标记在特定的蛋白质、DNA等生物大分子上, 即可对其进行检测[19,20]。荧光探针结合生物分子的方式有静电吸引力、共价偶联等。不同颜色的量子点荧光探针标记在相应的生物分子上, 可以用于活细胞的荧光标记, 实现组织光学成像。Ballou等[21]选择PEG包裹的量子点为荧光探针来观测量子点在小鼠体内的荧光稳定性, 研究表明, 量子点可以在肝脏、淋巴结中至少保留1个月, 有利于进行活体实时动态观测。量子点作为探针还存在许多问题, 如探针的纯度、稳定性及生物相容性还需进一步提高, 但随着人们对量子点认识的不断加深, 量子点作为荧光探针将得到更广泛的应用。
2.2 用于肿瘤等疾病的检测和诊断
水溶性的量子点可以与特殊的分子结构和基团结合, 或将量子点与特异性的抗体键合。偶联的生物分子常有蛋白质、多肽、抗体、适体等[22~25]。修饰后的量子点可通过注射等方式进入人体内, 基于其荧光特性和专一性, 可构建一种灵敏的、多元成像的肿瘤等疾病诊断方法。Zhang等[26]建立了一种采用CdTe量子点作为荧光探针检测H9禽流感的方法, 修饰好的CdTe量子点与生物素亲和素--B亚基抗体结合使其具有荧光, B亚基抗体可与H9禽流感病毒进行抗原抗体结合, 观测B亚基抗体的荧光强度变化, 即可实现H9禽流感病毒的检测。Yu等[27]构建了一种新型荧光探针, 该量子点探针修饰了甲胎蛋白抗体, 可靶向定位肝癌细胞, 通过荧光成像系统即可对肝癌细胞进行跟踪成像, 进而可检测活体内是否含有肝癌细胞。
3 量子点在生物医学应用中的主要问题
3.1 量子点的易变性
量子点具有“闪烁”现象和“光变亮”效应。“闪烁”现象为处于发射态与非发射态的量子点在两者间会进行随机转换, 这种现象在单个量子点荧光发射时较为明显, 在一定程度上影响其应用于单分子的检测。“光变亮”效应为持续激发量子点时, 其量子点的荧光强度会增强。量子点的易变性不一定会影响其在生物医学领域中检测的应用, 但会对定量研究造成很大的影响, 该问题目前并没有很好的解决方法, 尚待进一步研究。
3.2 量子点的毒性
量子点的制备过程需要Cd2+、Se2+等重金属离子的参与, 具有毒性, 对肺和肾脏危害较大。随着量子点应用于生物医学, 其毒性[28~33]问题和对环境的污染问题已经引起了人们的高度关注, 目前已经有学者报道了量子点的毒性及与其细胞间的作用和相关的药物代谢机理等。Derfus等[34]对CdSe量子点的毒性进行了研究, 发现在氧化和紫外光辐照条件下, 当量子点浓度大于0.062 5 mg·mL-1时, 其毒性与浓度和表面修饰物质密切相关。Shiohara等[35]也证实了量子点的毒性与浓度剂量相关, 并进一步指出细胞类型也影响其毒性大小。Lovric等[36]研究了CdTe量子点自身粒径大小与其在细胞中的分布情况间的关系, 发现含粒径为 (21±0.1) nm量子点的细胞比含粒径为 (5.2±0.1) nm的细胞毒性强。量子点的毒性还与其所处的生物微环境有关。
3.3 量子点的合成
量子点的制备方法不同、操作环境不同、检测手段的不同都会引起实验数据的差异, 为方便研究和应用, 量子点的合成需要规范化。因此, 选用相同方法, 采用相同实验条件下, 如何批量生产出性能统一稳定、生物相容性好、标记特异性高的量子点成为了当前量子点合成技术的研究热点。
3.4 量子点应用中的参数优化
当前量子点的主要研究方向为其在各种应用中是否可行, 但量子点的粒径大小、形态、浓度等问题与其细胞内外的分布状况、在生物微环境中是否稳定性、及是否出现聚集等密切相关。因此, 量子点应用到生物医学方面依然存在很多实际问题。量子点的许多应用技术还需要进一步开拓和发展, 其中诸如量子点的用药量、光剂量及其应用到具体问题时的各种物理、化学、生物参数和检测时的参数都需要优化。
4 结论与展望