现代生物制药技术在医药领域的应用及展望

现代生物制药技术在医药领域的应用及展望（精选9篇）

现代生物制药技术在医药领域的应用及展望 篇1

（2009级）

课

程：

现代生物技术及其应用

学

院： 艺术设计学院、人文·茶文化学院 学生姓名：

应

佳

学

号：

200907030115

专业班级：

广告学09

1指导教师：

周 伟

2011年 12 月 15日对现代生物制药技术应用的认识及展望

摘要:现代生物制药技术是一项与制药产业结合极为密切的高新技术,不断为医药行业提供新产品、新剂型,为制药界开创一条崭新之路,正在改变生物制药业的面貌,为解决人类医药难题提供最有希望的途径。作者根据自己短暂的选修课学习以及课后上网的查询在本文中列举了几项生物制药技术,并利用广告学专业知识对生物制药的未来应用展望进行了分析。

关键词:生物制药技术 应用 展望

1、生物制药技术简介

1.1基因工程技术

激素和许多活性因子是调节人体生理代谢与机能的重要物质,其活性强,临床疗效明显,但这些物质自然界甚为稀少,从人体及动物中提取难度大,来源有限,无法满足临床需要,而现代生物制药技术却为临床提供了这类廉价、高效的药品。胰岛素是治疗糖尿病的激素类药物,一般从动物中提取,其资源缺乏,价格昂贵,利用基因工程手段将人或动物胰岛素合成基因分离后移植到微生物细胞中,并实现基因表达,这样用基因工程手段得到基因重组微生物被称为基因工程菌,利用基因工程菌在200L发酵灌中产生10克胰岛素相当于450千克胰脏中提取的产量。人生长激素(简称HGH)是脑下垂体前叶分泌的由191种氨基酸组成蛋白质类激素,分子量为22000D。以前,人生长激素只能从人脑垂体前叶中分离纯化,应用深受限制,而目前利用基因工程技术动物细胞工艺可得到,并且与人生长激素相同,临床用于治疗垂体前叶HGH分泌障碍引起的侏儒症,促进烧伤及骨折等创伤性组织的恢复,也用于改善老年性肾萎缩的症状及治疗胃溃疡。

1.2酶及细胞固定化技术

微生物转化及酶催化工艺早已在制药工业中广泛应用。酶与固定化技术结合弥补酶的不足,在制药界取得显著发展,如用大肠杆菌酞化酶生产6一APA、犁头霉素生产氢化可的松、乳酸菌转化蔗糖制备右旋糖醉等。原西德BeohringerNannhein公司在青霉素酞化酶固定化方面取得了很大的进展,他们用聚丙酞胺凝胶包埋法制成微型小球状固定化酶已投人生产,其表面活性为100一150U/g,1kg固定化酶可生产500kg6一APA,能连续反应300次,他们用第二代工程菌的固定化酶转化率达到85%一90%,反应次数达900次,有人用固定化后活力可维持100天以上,固定化细胞、特别微生物细胞在抗生素、激素、氨基酸等药物的合成中得到广泛的研究和应用。用固定化酶的膜反应器分离布洛芬可得到许多有光学活性的化合物,体外试验证明其S一异构体比R一异构体活性高100倍。近年采用多种固定化系统组成的人工肾可在体内反复返转具有显著临床效果。

1.3细胞工程及单克隆抗体

植物细胞工程培养技术为开辟药物新资源、使微生物原料生产工业化、保护自然界生态平衡具有重要意义。中医临床应用之中,中草药数千种,其中89%来源地植物,初始靠手集野生资源,最后鉴于野生资源有限,及不断开发利用,难以满足需要,许多名贵药材如天麻、人参、当归、黄茂等均采用植物细胞,大规模培养技术,其所含有效成份较天然植物含量高。如培养的人参细胞中Ginselagoside含量较天然植物高5.7倍。培养的烟草细胞C。QIO含量较天然植物高16.30倍等等。由此可知,植物细胞工程将为人类创造一代新型中药制剂造福人类。动物细胞培养技术主要以植物的微生物难以生产出蛋白质类药品,并实现工业化、商品化。英国韦尔科母公司采用8立方米培养罐培养生产a一干扰素为工业化动物细胞培养典型实例,被称为“超大规模”动物细胞培养获得成功。1975年英国科学家通过淋巴细胞与骨髓细胞融合产生的杂交瘤,经体外培养、分离可得到一些无性繁殖细胞株,它们能分泌免疫学均一抗体。这种抗体为单克隆抗体,单克隆抗体一经间世显示巨大生命力,由于单克隆抗体目前在医药领域具有特异性强、操作方便等特点,因此现在已有越来越多的单克隆抗体代替传统的抗血清用于临床诊断。1981年美国批准第一个单克隆抗体诊断试剂后,1983一1984年又批准了37种,1985年美国FDA认可就有55种,到1987年底,美国已批准单克隆诊断试剂在上百种以上,它主要用于艾滋病、肿瘤性疾病、乙型肝炎及细菌性感染等疾病的诊断,临床疗效显著。由于单克隆抗体对相应抗原结合,具有高度专一性,因此有人试用肿瘤抗原的抗体作为抗肿瘤药物的携带者,将药物导人肿瘤细胞,从而使肿瘤药物有选择性杀伤肿瘤细胞而不伤害正常细胞,这种由单克隆抗体和抗癌药物组成的导向药物为“生物导弹”。

2、应用展望

2.1加大研发投入,建立高效研发产品线。

国内大多数生物医药中小企业缺乏完善的自主研发体系,新产品研发效率低下。这与国内生物医药业研发投入严重不足有关。目前,国内生物医药企业大多数研发投入占销售收入不足10%,甚至低于2%,远低于国外同类企业的研发投入。没有足够的研发投入往往造成后续产品开发乏力。国内生物医药企业需要加大研发投入,建立或完善从上游构建、小试、中试放大、临床研究到最终生产的高效通用技术平台,为企业发展提供源源不断的新产品。国内少数企业,如沈阳三生,每年的研发投入占销售收入的10%,该公司陆续开发出了干扰素、IL-

2、EPO、重组人血小板生成素等一系列产品,经营业绩良好。

2.2哺乳动物细胞表达药物开发是国内生物医药的重大发展机会。

全球销售领先品种大部分都采用哺乳动物细胞培养的技术平台,目前,特别是单克隆抗体药物已经成为了生物医药的重要发展方向。在国内,大多数销售领先的主要品种不能实现国产化,往往不是由于专利限制,而是国内基本未能掌握该技术平台。预期在未来数年内,能真正解决哺乳动物细胞高效表达及大规模培养技术这一重大技术平台的国内企业,将会获得丰厚的利润回报。

2.3选择合适的产业化项目。

医药产品开发风险大,即使产品开发成功,一般每10个新药中大约只有3个能获得超过其开发费用的收入,而另外7个新药的收入还不足以补偿其研发费用。与其它化学药一样,大多数生物医药产品盈利能力低下,甚至亏损。因此,在生物医药研发立项前,必须对其进行科学、市场等方面的全面论证,以减少项目研发及市场销售失败风险。

生物医药产业是发展前景巨大的一个产业,随着“人类基因组”等生物医学的发展,越来越多的生物基因药物将被研发和投入生产,生物医药产业将蓬勃发展。

参考文献:

[1]何宏宇、文建平.欧美国家推动生物技术产业发展一瞥[J].中国药业,2005,2(14):16-17

[2]王宏飞.美国生物技术产业发展现状[J].全球科技经济望,2005(1):42-44

现代生物制药技术在医药领域的应用及展望 篇2

1 现代生物技术在农业领域的应用

1.1 基因工程在农业领域的应用

基因工程即利用分子生物学和微生物学技术, 设计好不同来源的基因顺序, 在体外成功构建杂交DNA分子后导入受体细胞, 使受体细胞表现出人们需要的表现型, 产生出人们需要的物质。在农业领域应用基因工程技术, 获得的农作物优质、高产、抗性强, 还可获得畜、禽新品种及具有特殊作用的动、植物。例如, 经过7年的努力攻关, 2011年胜利突破了大面积示范 (即6.67 hm2示范) 平均产量为13 500 kg/hm2的超级杂交稻第3期目标, 达到了13 899 kg/hm2[1];运用转基因技术将相应的基因导入油菜中有望培育出转基因抗病油菜新品种[2];运用基因工程技术可将抗除草剂基因导入农作物中, 使农作物能够不受除草剂的影响, 目前已生产出多种抗除草剂作物品种, 应用广泛[3]。

1.2 细胞工程在农业领域的应用

细胞工程是指在体外培养细胞, 以改变细胞某些生物学特性为目的将不同作物或动物进行细胞杂交, 使植物或动物个体繁殖速度加快, 以获得优良品种或新品种及某些具有特殊作用的物质的一门技术[4]。细胞工程技术在植物快速繁殖、植物新品种选育等方面发挥着重要作用。目前植物体细胞杂交应用较多, 如可以将马铃薯细胞和番茄细胞进行杂交, 可获得上结番茄下结马铃薯的“番茄马铃薯”;将豆科植物与向日葵进行细胞杂交, 可培育出具有高营养价值的“向日豆”[5]。

1.3 发酵工程在农业领域的应用

发酵工程即利用微生物具有的特殊作用生产出对人类生产有用的产品, 或直接将微生物应用到工业生产过程的一门新的技术。发酵工程主要可应用在农业领域的2个方面, 一是生产传统的发酵产品, 如果酒、茯砖茶、食醋等;二是生产一些食品添加剂。如茯砖茶的制作过程中就运用到了发酵工程技术, 通过调控渥堆时间、使用接种剂、发酵剂等方法可以改进茯砖茶的加工工艺, 进而可生产出“金花”饱满、品质优良的茯砖茶。

1.4 酶工程在农业领域的应用

酶工程, 简单来说就是利用酶的生物催化功能, 借助工程手段将相应的原料转化成有用物质。酶工程可应用在农业领域中的制酒、制酱等方面。例如, 随着我国粮食的不断增产, 一些地区出现了粗粮过剩的问题, 需要解决粗粮的淀粉利用。解决办法之一是生产葡萄糖, 但由于葡萄糖甜度不大, 难以在市场上应用。最有效的办法还是运用酶工程技术的手段, 将葡萄糖转变为甜度大的果糖, 果糖不仅比葡萄糖甜度大, 其比蔗糖的甜度还高50%以上。

2 微生物肥料在农业领域的应用

2.1 微生物肥料的特点

微生物肥料是含有活的微生物的特殊的肥料, 在农业生产中应用该种肥料可获得特定的肥料效应[6]。生物肥料的定义分为2个方面, 从狭义上讲, 生物肥料就是指微生物肥料, 是由具有特殊作用的大量有益微生物发酵产生的, 活性高。施入该种肥料能够产生活性物质, 能够增加作物的固氮作用, 改善土壤的理化性质, 使作物的生长环境变得更好, 使作物生长更优、产量更高。从广义上讲, 生物肥料泛指各种具有特定肥效的生物制剂, 包括特定的活的生物体、生物体的代谢物或基质的转化物等, 此种生物体不限定, 既可以是微生物, 也可以是动、植物组织和细胞[7,8]。

2.2 生物肥料的应用优势

微生物肥料具有其他化肥和农药没有的优势, 可有效改善土壤的理化性质, 提高土壤肥力。目前微生物肥料已应用在绿色有机食品生产、农业生态环境保护以及高产、优质、高效农业的持续发展中, 并发挥着极其重要的作用[9,10]。微生物肥料本身无毒害作用, 对环境几乎无污染;同时, 施用量一般不大, 在其生产过程中所消耗的能量也很少, 因而可节约农民的施肥成本。此外, 微生物肥料还可改善土壤的理化性质, 减少土壤营养流失和富营养化的产生, 实现土壤的可持续化利用。

2.3 微生物肥料的应用前景

目前, 微生物肥料在农业领域方面的应用已越来越广泛, 也得到了农民以及社会的逐步认可。国内外都在积极发展绿色农业和绿色食品, 微生物肥料作为一种保护生态环境、维护人类健康的理想肥料在农业生产中的应用必将越来越广泛、越来越重要。但是如何合理的使其替代化肥并更稳定地发挥其生态作用是未来研究的方向[11,12]。

参考文献

[1]袁隆平.发展杂交水稻, 造福世界人民[J].科技导报, 2012, 30 (1) :3.

[2]张建忠, 邵兴华, 肖红艳, 等.油菜菌核病的发生与防治研究进展[J].南方农业学报, 2012, 43 (4) :467-471.

[3]刘小红, 张红梅, 张红伟, 等.抗除草剂转基因玉米研究[J].西南农业学报, 2007, 20 (1) :53-57.

[4]荆绍凌, 孙志超, 代玉仙, 等.细胞工程在玉米种质改良中的应用[J].农业与技术, 2009, 29 (2) :19-21.

[5]杨静玲.生物工程的现状及发展[J].中小企业管理与科技, 2009 (6) :119.

[6]王敬国.植物营养的土壤化学[M].北京:中国农业科技出版社, 1995:34-60.

[7]陈国祖.微生物及其在农业中的应用[M].石家庄:河北人民出版社, 1980:1-184.

[8]黄秀梨.微生物学[M].北京:高等教育出版社, 1998:194-218.

[9]王素英, 陶光灿, 谢光辉.我国微生物肥料的应用研究进展[M].北京:中国农业科技出版社, 1996:161-165.

[10]葛诚.微生物肥料生产应用基础[M].北京:中国农业科技出版社, 2000.

[11]王素英, 陶光灿, 谢光辉.我国微生物肥料的应用研究进展[J].中国农业大学学报, 2003, 8 (1) :14-18.

现代生物制药技术在医药领域的应用及展望 篇3

关键词：信息技术；农村中学；生物；教学改革

伴随着现代信息技术的进步、教学改革的推进，农村初中生物课程教学迎来新的机遇与挑战，信息技术的充分引用可以提高生物教学的高效率，提高课程教学的多样性，为农村初中生物教学带来新的生命力。现代信息技术融入初中生物的教学，旨在运用先进的多媒体技术，结合课程内容，让学生能够更为直观、更为深刻地理解生物课程的内容，提高学习效率。

一、现代信息技术在教学上的优势

1.信息技术教学的多样性

农村生物教师多是由其他科目任课教师兼职担任，缺乏专业的基础知识，学校对于生物课的教学也缺乏重视，课堂教学手段单一，照本宣科，课堂气氛沉闷，无法激发学生的兴趣。而信息技术则可以运用多样化的教学手段，例如以录像、录音、图像、幻灯片、网络等各种手段来改变教学气氛，丰富教学形式，激发学生的学习兴趣。

2.信息技术教学的高效性

纸质课本的内容尽管附有一定量的图片，但是信息量还是相对匮乏，并且生物课程的理论都非常抽象，通过教师的讲解还是很难理解。利用信息技术则可以很好地解决这些问题。利用动画的形式将一些生物的变化机理展现出来，将枯燥的理论转化为活生生的画面，既生动，又形象，还利于理解。

3.加强实验辅助操作

农村初中由于学校硬件设施有限，学生人数与实验室配置不成正比，甚至于有些学校根本就没有配备基本的生物实验室，学生没有办法进行生物实验。现代信息技术的引入则能够很好地解决这些问题，在实验前，同学们通过观看一段事前录好的标准操作流程，配以教师的讲解，则能够更好地掌握实验重点、要点，防止上述事故发生。

二、农村初中生物课堂上运用现代信息技术应该注意的问题

1.有选择地使用信息技术来进行教学

农村初中由于资源有限，现代信息技术固然先进，但是成本不低，对于课程内容相对简单的，可以采用传统的教学模式来进行，只有当内容比较复杂，单凭口述和板书无法使学生很好地理解的内容时，可考虑加入多媒体教学，通过丰富的多媒体展现形式来加强教学效果，提高教学水平。

2.不能以多媒体教学来取代实验教学

实验是生物教学的一项非常重要的环节，不能由于引进了多媒体教学模式，而产生省略实验的心理，因为生物實验中的一些内容是与我们人类生活息息相关的，学生只有亲身经历了才能够有所感悟，仅仅只是观看教学录像或者图片是不能让他们很好地理解生物的特性的。实验更多的是为了培养学生的观察和动手能力，而这些是多媒体教学无法完全做到的。

3.合理运用多媒体教学，防止教学退化

现代信息技术为学校提供了更为丰富的教学模式，同时也为教学带来一些不好的影响，以往的教学中，教师都要进行充分的备课，脱稿讲课，将所有的知识点以板书的形式展现给学生，而多媒体的出现则大大地降低了教师教学的难度，教师一般认为多媒体教学就是在课堂上念幻灯片，将幻灯片的内容念完，一节课也就讲完了，这是退化了的教学思维，是不可取的。

4.合理利用现代信息教学资源

农村初中由于经费相对紧张，不可能配备比较多的多媒体教室，通常一个学校可能只有一个多媒体教室，而多媒体教学不仅仅限于生物课教学，这样就会出现多媒体教室资源无法满足所有课程需求的问题，以至于有些时段，很多班级抢着用，而有些时段又没有人使用。为此，学校应该对多媒体教室进行统一管理，合理设置教师使用率，在利于教学计划的正常进行的情况下，充分调动各个教师的积极性，提高多媒体教学的效用。

三、展望未来农村生物课堂教学模式

1.设置生物课程专用多媒体教室

多媒体教学的优势已经是众所周知的，而作为初中多媒体教学的主要课程之一的生物课程，由于其教学内容的实践性特别强，且理论艰深，如果能够为生物课程建设专门的多媒体教室，在教学手段上更加专业化，甚至于将实验室与多媒体教室相结合，在实验的过程中，学生可以参照课件进行实验训练，则更能提高教学效果。在生物课程专用的多媒体教室里的设备，一定要一切以利于生物教学为标准进行设计，才能使现代信息技术真正地为生物教学服务。

2.让网络教学走进生物课堂

尽管多媒体的加入能够为教学提供更多的帮助，为初中生物教学提供更多更好的方法，但是缺乏网络的信息技术是不完整的信息技术，只有网络走进课堂，学生才能知道其他人是怎么学习生物课程的以及生物科学的变化是怎么样的，这样才能更好地促进生物教学的发展。

现代信息技术能够为农村初中生物教学带来很多好处，但是也会带来一些问题，只有正确地面对多媒体教学，利用多媒体教学来提高教学效果，使多媒体教学服务于生物教学，才能真正地发挥现代信息技术在生物课程教学上的作用。

参考文献：

李峰.信息技术与初中生物课程的整合[J].出国与就业：就业版，2011（12）：181.

现代生物制药技术在医药领域的应用及展望 篇4

陶瓷材料一般分为传统陶瓷和现代技术陶瓷两大类。传统陶瓷是指用天然硅酸盐粉末(如黏土、高岭土等)为原料生产的产品。因为原料的成分混杂和产品的性能波动大,仅用于餐具、日用容器、工艺品以及普通建筑材料(如地砖、水泥等),而不适用于工业用途。现代技术陶瓷是根据所要求的产品性能,通过严格的成份和生产工艺控制而制造出来的高性能材料,主要用于高温和腐蚀介质环境,是现代材料科学发展最活跃的领域之一。下面对现代技术陶瓷3个主要领域:结构陶瓷、陶瓷基复合材料和功能陶瓷作一简单介绍。

一、结构陶瓷同金属材料相比,陶瓷的最大优点是优异的高温机械性能、耐化学腐蚀、耐高温氧化、耐磨损、比重小(约为金属的1/3),因而在许多场合逐渐取代昂贵的超高合金钢或被应用到金属材料根本无法胜任的场合,如发动机气缸套、轴瓦、密封圈、陶瓷切削刀具等。结构陶瓷可分为三大类:氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和玻璃陶瓷。

1、氧化物陶瓷主要包括氧化铝、氧化锆、莫来石和钛酸铝。氧化物陶瓷最突出优点是不存在氧化问题,原料价格低廉,生产工艺简单。氧化铝和氧化锆具有优异的室温机械性能,高硬度和耐化学腐蚀性,主要缺点是在1000℃以上高温蠕变速率高,机械性能显著降低。氧化铝和氧化锆主要应用于陶瓷切削刀具、陶瓷磨料球、高温炉管、密封圈和玻璃熔化池内衬等。莫来石室温强度属中等水平,但它在1400℃仍能保持这一强度水平,并且高温蠕变速率极低,因此被认为是陶瓷发动机的主要候选材料之一。上述三种氧化物也可制成泡沫或纤维状用于高温保温材料。钛酸铝陶瓷体内存在广泛的微裂纹,因而具有极低的热膨胀系数和热传导率。它的主要缺点是强度低,无法单独作为受力元件,所以一般用它加工内衬用作保温、耐热冲击元件,并已在陶瓷发动机上得到应用。

2、非氧化物陶瓷主要包括碳化硅、氮化硅和赛龙(SIALON)。同氧化物陶瓷不同,非氧化物陶瓷原子间主要是以共价键结合在一起,因而具有较高的硬度、模量、蠕变抗力,并且能把这些性能的大部分保持到高温,这是氧化物陶瓷无法比拟的。但它们的烧结非常困难,必须在极高温度(1500～2500℃)并有烧结助剂存在的情况下才能获得较高密度的产品,有时必须借助热压烧结法才能达到希望的密度(>95%),所以非氧化物陶瓷的生产成本一般比氧化物陶瓷高。这些含硅的非氧化物陶瓷还具有极佳的高温耐蚀性和抗氧化性,因此一直是陶瓷发动机的最重要材料,目前已经取代了许多超高合金钢部件。现有最佳超高合金钢的使用温度低于1100℃,而发动机燃料燃烧的温度在1300℃以上,因而普遍采用高压水强制制冷。待非氧化物陶瓷代替超高合金钢后,燃烧温度可提高到1400℃以上,并且不需要水冷系统,这在能源利用和环保方面具有重要的战略意义。非氧化物陶瓷也广泛应用于陶瓷切削刀具。同氧化物陶瓷相比,其成本较高,但高温韧性、强度、硬度、蠕变抗力优异得多,并且刀具寿命长、允许切削速度高,因而在刀具市场占有日益重要地位。它的应用领域还包括轻质无润滑陶瓷轴承、密封件、窑具和磨球等。

3、玻璃陶瓷玻璃和陶瓷的主要区别在于结晶度,玻璃是非晶态而陶瓷是多晶材料。玻璃在远低于熔点以前存在明显的软化,而陶瓷的软化温度同熔点很接近,因而陶瓷的机械性能和使用温度要比玻璃高得多。玻璃的突出优点是可在玻璃软化温度和熔点之间进行各种成型,工艺简单而且成本低。玻璃陶瓷兼具玻璃的工艺性能和陶瓷的机械性能,它利用玻璃成型技术制造产品,然后高温结晶化处理获得陶瓷。工业玻璃陶瓷体系有镁-铝-硅酸盐、锂-镁-铝-硅酸盐和钙-镁-铝-硅酸盐系列,它们常被用来制造耐高温和热冲击产品,如炊具。此外它们作为建筑装饰材料正得到越来越广泛的应用,如地板、装饰玻璃。

二、陶瓷基复合材料复合材料是为了达到某些性能指标将两种或两种以上不同材料混合在一起制成的多相材料,它具有其中任何一相所不具备的综合性能。陶瓷材料的最大缺点是韧性低,使用时会产生不可预测的突然性断裂,陶瓷基复合材料主要是为了改善陶瓷韧性。基于提高韧性的陶瓷基复合材料主要有两类:氧化锆相变增韧和陶瓷纤维强化复合材料。氧化锆相变增韧复合材料是把部分稳定的氧化锆粉末同其他陶瓷粉末(如氧化铝、氮化硅或莫来石)混合后制成的高韧性材料,其断裂韧性可以达到10Mpam1/2以上,而一般陶瓷的韧性仅有3Mpam1/2左右。这类材料在陶瓷切削刀具方面得到了非常广泛的应用。纤维强化被认为是提高陶瓷韧性最有效和最有前途的方法。纤维强度一般比基体高得多,所以它对基体具有强化作用;同时纤维具有显著阻碍裂纹扩展的能力,从而提高材料的韧性。目前韧性最高的陶瓷就是纤维强化的复合材料,例如碳化硅长纤维强化的碳化硅基复合材料韧性高达30Mpam1/2以上,比烧结碳化硅的韧性提高十倍。但因为这类材料价格昂贵,目前仅在军械和航空航天领域得到应用。另一引人注目的增强材料是陶瓷晶须。晶须是尺寸非常小但近乎完美的纤维状单晶体,其强度和模量接近材料的理论值,极适用于陶瓷的强化。目前这类材料在陶瓷切削刀具方面已经得到广泛应用,主要体系有碳化硅晶须-氧化铝-氧化锆、碳化硅晶须-氧化铝和碳化硅晶须-氮化硅。

三、功能陶瓷功能陶瓷是具有光、电、热或磁特性的陶瓷,已经具有极高的产业化程度。下面根据性能对几类主要的功能陶瓷作一简介。

1、导电性能陶瓷材料具有非常广泛的导电区间,从绝缘体到半导体、超导体。大多数陶瓷具有优异的电绝缘性,因而被广泛用于电绝缘体。半导体分为电子型和离子型半导体。以晶体管集成电路为代表的是电子型半导体。离子型半导体仅对某些特殊的带电离子具有传导作用,最具有代表性的是稳定氧化锆和β-氧化铝。稳定氧化锆仅对氧离子具有传导作用,主要产品有氧传感器(主要用来测定发动机的燃烧效率或钢水中氧浓度)、氧泵(从空气中获得纯氧)和燃料电池。β-氧化铝仅对钠离子具有传导作用,主要用来制造钠-硫电池,其特点是高效率、对环境无危害和可以反复充电。陶瓷超导体是近10年才发展起来的,它的临界超导转化温度在所有类超导体中最高,已经达到液氮温度以上。典型的陶瓷超导体为钇-钡-铜-氧系列材料,已经在计算机、精密仪器领域得到广泛应用。

2、介电性能大多数陶瓷具有优异的介电性能,表现在其较高的介电常数和低介电损耗。介电陶瓷的主要应用之一是陶瓷电容器。现代电容器介电陶瓷主要是以钛酸钡为基体的材料。当钡或钛离子被其他金属原子置换后,会得到具有不同介电性能的电介质。钛酸钡基电介质的介电常数高达10000以上,而过去使用的云母小于10,所以用钛酸钡制成的电容器具有体积小、电储存能力高等特点。钛酸钡基电介质还具有优异的正电效应。当温度低于某一临界值时呈半导体导电状态,但当温度超过这一临界值时,电阻率突然增加到103～104倍成为绝缘体。利用这一效应的产品有电路限流元件和恒温电阻加热元件。许多陶瓷,如锆钛酸铅,具有显著压电效应。当在陶瓷上施加外力时,会产生一个相应的电信号,反之亦然,从而实现机械能和电能的相互转换。压电陶瓷用途极其广泛,产品有压力传感元件、超声波发生器等。

3、光学性能陶瓷在光学方面的应用主要包括光吸收陶瓷、透光陶瓷、陶瓷光信号发生器和光导纤维。利用陶瓷光吸收特性在日常生活中随处可见,如涂料、陶瓷釉和珐琅。核工业中,利用含铅、钡等重离子陶瓷吸收和固定核辐射波在核废料处理方面应用非常广泛。陶瓷也可被制造用来透过不同波长的光线,其中最重要的就是红外线透射陶瓷,它仅允许红外光线透过,被用来制造红外窗口,在武器、航空航天领域和高技术设备上得到广泛应用。这类材料的典型代表有硫化锌陶瓷和莫来石等。陶瓷还是固体激光发生器的重要材料,典型代表有红宝石激光器和钇榴石激光器。光导纤维是现代通讯信号的主要传输媒介,它是用高纯二氧化硅制成的,具有信号损耗低、高保真性、容量大等特性,是金属信号传输线无法比拟的。

现代信息技术在生物教学中的应用 篇5

摘 要：信息技术与生物学科的整合，是现代教育发展的需要，正确的将信息技术运用在生物教学中，可改变教学环境，使教学内容直观生动形象，不拘泥教材，扩大学生知识面，激发学生积极主动的学习热情，增强学生自主学习的能力，从而提高课堂教学效率，促进素质教育的全面开展。

关键词：信息技术 网络资源 生物教学

信息技术包括多媒体技术和网络技术，将它运用在生物教学中，是教育改革的新思维，是一种全新的教学方式。然而，如何恰当运用信息技术，使信息技术与课堂教学有机地结合起来，从而为提高教学质量服务，这是个值得深入探索的课题。

一、现代信息技术在生物教学中应用的优势

（一）网络资源在教师备课中的作用

备课时，除了借助教材和教参外，还可以通过网络资源获取更多的信息和资料，特别是那些优秀案例，得奖教案，让我们开阔眼界，拓展上课的思路。在此基础上，再结合自己的教学特色，结合学生的认知水平对信息整合，使教学环节都更利于教学活动的开展，可以不断地提高工作的成效。

（二）多媒体在生物课教学中运用的优势

在教学中，利用计算机、多媒体对教材中难以观察的细微结构、生命现象和活动过程等进行信息处理，模拟或再现其真实情景，使其变得形象、直观，这既为学生自主探索学习知识提供了直观的材料，又可以使学生进行抽象概括，能够很好的达到目标。

现代信息技术教学中的运用越来越多，技术也进一步的提高和成熟。但是运用多媒体同时，还要注意对课程体系、教学方法、讲课艺术等方面进行研究。根据学科教学需要，充分发挥计算机的工具性功能，使计算机溶入学科教学中，才能实现教学相长，从而提高教学质量，促进教学改革。

二、正确处理信息技术和教学的关系

尽管在教学中采用信息技术教学手段有诸多优势，但并非是使用了多媒体教学手段就能保证教学的成功和达到预期的教学目标，还需要我们根据教学的特点在教学中精心设计、认真实践、反复推敲。因此，要真正达到良好的教学效果，必须正确处理好以下几个关系。

（一）正确处理信息技术和教学目标的关系。

任何手段都是为目的服务的。信息技术教学手段必须服从于课时的教学目标、课程的教学目标乃至服务于学生发展这一最高目标。因此在一定的教学目标和教学计划中对信息技术、教学手段进行选择，使某种媒体对应于某一教学活动，充分发挥出它们的功能，达到最大的效用，而不必用的地方，则坚持不用，以免喧宾夺主，流于形式。所以，根据每堂课的目标来设计使用多媒体课件，是教学获得事半功倍的关键。

（二）正确处理信息技术与教学内容的关系。

多媒体教学手段作为教学系统整体的一部分，仅仅注意到自身的因素是不够的，必须对教学内容进行深入研究，根据内容的需要，选择手段与媒体，才能使课堂教学达到最佳效果。但是部分老师为了吸引学生，用课件过多展示与教学内容无关的图像、音乐、动画，反而使学生的注意力都集中到精彩的画面、悦耳的音乐，忽视这些画面、音乐所蕴含的知识，影响了学生的注意力。同时并不是所有的内容都适合用多媒体展示，整堂课都使用多媒体，这样反而会使学生对知识重难点把握不到位，影响学生对知识点的理解。

（三）正确处理多媒体与课堂教学活动的关系

教师要会将课本中的现成的、结论性的内容变为具有探索性的资料、信息，精心设计，会合理安排信息，使学生主动探究、学习，从而培养他们能力。与此同时，要求教师的教学设计能调动学生学习的积极性和主动性。如生动有趣的导入，密切联系生产、生活实例的讨论分析，巧设问题情境引发学生的求知和探索欲望、发现学生的优点及时表扬等等。而绝不能只让学生通过多媒体课件阅读大量信息资料，只让学生使用计算机做题，还应该让学生进行必要的语言表达、书面表达以及课堂小组讨论交流等。这样，学生才会有学习兴趣，并积极主动地参与课堂活动，他们的各种能力才会得到培养和提高。

（四）正确处理多媒体教学手段与传统教学模式的关系。

多媒体教学以它的独特性、先进性和高效性，展示在人们的面前。虽说传统的教学模拟不具备以上优点，但在不断的运用和改进中，也有着不可替代的作用。我们的多媒体教学手段主要是播放利用powerpoint制作的幻灯片，或是用flash软件制作的动画。在幻灯片的制作中，幻灯片的容量大播放速度快，学生往往看到图就看不到文字小结，这既不便于学生做笔记，又不便于学生进行图文结合的记忆。通过多媒体课件和板书相结合，学生不仅能理解整个动态过程，而且对这个知识点也能作出一个系统性的分析和概括。实践证明，只有将多媒体教学与传统的教学模式有机结合，才能相得益彰。

三、结束语

总之，在课堂教学中，有目的、有意识、多方面、多角度的采用多媒体技术，向学生传递教学信息，使学生从消极被动地接受知识到积极主动地获取知识，从而提高学生学习的积极性和主动性，达到活跃课堂气氛，提高课堂教学效果的作用。因此，在教学中，教师要深入研究和恰当地设计、开发、运用生物多媒体课件，使之与传统教学手段有机整合，优化课堂教学，力求最大限度地提高效率，才能体现出多媒体技术的真正价值。

参考文献：

[1]梁愈：《新课程理念的创新及教育教学行为指向》中学生物教学.06年第7期

[2]何克抗：《论信息技术与课程整合》北京师范大学现代教育技术研究所

现代生物制药技术在医药领域的应用及展望 篇6

关键词：生物技术,基因工程,细胞工程

1 基因工程技术在食品发酵生产中的应用

基因工程技术是现代生物技术的核心内容,采用类似工程设计的方法,按照人类的特殊需要将具有遗传性的目的基因在离体条件下进行剪切、组合、拼接,再将人工重组的基因通过载体导入受体细胞,进行无性繁殖,并使目的基因在受体细胞中高速表达,产生出人类所需要的产品或组建成新的生物类型。

发酵工业的关键是优良菌株的获取,除选用常用的诱变、杂交和原生质体融合等传统方法外,还可与基因工程结合,进行改造生产菌种。

1.1 改良面包酵母菌的性能

面包酵母是最早采用基因工程改造的食品微生物。将优良酶基因转入面包酵母菌中后,其含有的麦芽糖透性酶及麦芽糖的含量比普通面包酵母显著提高,面包加工中产生二氧化碳气体量提高,应用改良后的酵母菌种可生产出膨润松软的面包。

1.2 改良酿酒酵母菌的性能

利用基因工程技术培育出新的酿酒酵母菌株,用以改进传统的酿酒工艺,并使之多样化。采用基因工程技术将大麦中的淀粉酶基因转入啤酒酵母中后,即可直接利用淀粉发酵,使生产流程缩短,工序简化,革新啤酒生产工艺。目前,已成功地选育出分解β-葡聚糖和分解糊精的啤酒酵母菌株、嗜杀啤酒酵母菌株,提高生香物质含量的啤酒酵母菌株。

1.3 改良乳酸菌发酵剂的性能

乳酸菌是一类能代谢产生乳酸,降低发酵产品p H值的一类微生物。乳酸菌基因表达系统分为组成型表达和受控表达两种类型,其中受控表达系统包括糖诱导系统、Nisin诱导系统、p H诱导系统和噬菌体衍生系统。相对于乳酸乳球菌和嗜热链球菌而言,德氏乳杆菌的基因研究比较缺乏,但是已经发现质粒p N42和PJBL2用于构建德氏乳杆菌的克隆载体。有研究发现乳酸菌基因突变有2种方法:第一种方法涉及(同源或异源的)可独立复制的转座子,第二种方法是依赖于克隆的基因组DNA片断和染色体上的同源部位的重组整合而获得。通过基因工程得到的乳酸菌发酵剂具有优良的发酵性能,产双乙酰能力、蛋白水解能力、胞外多糖的稳定形成能力、抗杂菌和病原菌的能力较强。

2 细胞工程技术在食品发酵生产中的应用

细胞工程是生物工程主要组成之一,出现于20世纪70年代末至80年代初,是在细胞水平上改变细胞的遗传特性或通过大规模细胞培养以获得人们所需物质的技术过程。细胞工程主要有细胞培养、细胞融合及细胞代谢物的生产等。细胞融合是在外力(诱导剂或促融剂)作用下,使两个或两个以上的异源(种、属间)细胞或原生质体相互接触,从而发生膜融合、胞质融合和核融合并形成杂种细胞的现象。

细胞融合技术是一种改良微生物发酵菌种的有效方法,主要用于改良微生物菌种特性、提高目的产物的产量、使菌种获得新的性状、合成新产物等。与基因工程技术结合,使对遗传物质进一步修饰提供了多样的可能性。例如日本味之素公司应用细胞融合技术使产生氨基酸的短杆菌杂交,获得比原产量高3倍的赖氨酸产生菌和苏氨酸高产新菌株。酿酒酵母和糖化酵母的种间杂交,分离子后代中个别菌株具有糖化和发酵的双重能力。日本国税厅酿造试验所用该技术获得了优良的高性能谢利酵母来酿制西班牙谢利白葡萄酒获得了成功。目前,微生物细胞融合的对象已扩展到酵母、霉菌、细菌、放线菌等多种微生物的种间以至属间,不断培育出用于各种领域的新菌种。

3 酶工程技术在食品发酵生产中的应用

酶是活细胞产生的具有高效催化功能、高度专一性和高度受控性的一类特殊生物催化剂。酶工程是现代生物技术的一个重要组成部分,酶工程又称酶反应技术,是在一定的生物反应器内,利用生物酶作为催化剂,使某些物质定向转化的工艺技术,包括酶的研制与生产,酶和细胞或细胞器的固定化技术,酶分子的修饰改造,以及生物传感器等。酶工程技术在发酵生产中主要用于两个方面,一是用酶技术处理发酵原料,有利于发酵过程的进行。如啤酒酿制过程,主要原料麦芽的质量欠佳或大麦、大米等辅助原料使用量较大时,会造成淀粉酶、俘一葡聚糖酶、纤维素酶的活力不足,使糖化不充分、蛋白质降解不足,从而减慢发酵速度,影响啤酒的风味和收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、一葡聚糖酶等制剂,可补充麦芽中酶活力不足的缺陷,提高麦汁的可发酵度和麦汁糖化的组分,缩短糖化时间,减少麦皮中色素、单宁等不良杂质在糖化过程中浸出,从而降低麦汁色泽。二是用酶来处理发酵菌种的代谢产物,缩短发酵过程,促进发酵风味的形成。啤酒中的双乙酰是影响啤酒风味的主要因素,是判断啤酒成熟的主要指标。当啤酒中双乙酰的浓度超过阈值时,就会产生一种不愉快的馊酸味。双乙酰是由酵母繁殖时生成的α-乙酰乳酸和α-乙酰羟基丁酸氧化脱羧而成的,一般在啤酒发酵后期还原双乙酰需要约5~10d的时间。崔进梅等报道,发酵罐中加入α-乙酰乳酸脱羧酶能催化α-乙酰乳酸直接形成羧基丁酮,可缩短发酵周期,减少双乙酰含量。

4 小结

在食品发酵生产中应用生物技术可以提高发酵剂的性能,缩短发酵周期,丰富发酵制品的种类。不仅提高了产品档次和附加值,生产出符合不同消费者需要的保健制品,而且在有利于加速食品加工业的发展。随着生化技术的日益发展,相信会开发出更多物美价廉的发酵制品,使生物加工技术在食品发酵工业中的应用更加广泛。

参考文献

[1]赵志华,岳田利,等.现代生物技术在乳品工业中的应用研究[J].生物技术通报,2006,4:78-80.

[2]王春荣,王兴国,等.现代生物技术与食品工业[J].山东食品科技,2004,7:31.

[3]徐成勇,郭本恒,等.酸奶发酵剂和乳酸菌生物技术育种[J].中国生物工程,2004(7):27.

[4]杨玉琢,刘玉静.基因工程对乳酸菌发酵剂的改良应用[J].中国乳品工业,2005,7:33-35.

现代生物制药技术在医药领域的应用及展望 篇7

中医文化源远流长,至今已经有了五千多年的历史。伴随着中国走向国际的脚步,越来越多的国家对中华民族独有的中医文化产生了浓厚的兴趣。但是中医理论博大精深,中医文献分散庞杂,使得其现代化和国际化进程困难重重。中医专家的医案是专家智慧的结晶,我们可以使用数据挖掘技术从浩瀚如海的中医专家医案中寻找出隐藏的规律和规则,帮助我们更好地进行临床诊断。数据挖掘(Data Mining)就是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的实际应用数据中,提取隐含在其中的人们事先不知道但又是潜在有用的信息和知识的过程。它是一门涉及面很广的交叉学科,包括机器学习、数理统计、神经网络、数据库、模式识别、粗糙集、模糊数学等相关技术。数据挖掘技术可以协助医生从已有的中医数据库中寻找出隐藏的有用的信息,从而帮助医生明确诊断,寻找更好的治疗方案。这对促进人类健康,保持健康的生活质量都具有积极作用。

2.医学数据挖掘的过程

数据挖掘是一个完整的过程,该过程从大型数据库中挖掘出先前未知的、有效的、可实用的信息,并使用这些信息做出决策或丰富的知识,这些过程同样适用于医学数据挖掘,基本过程如下:① 确定业务对象。清晰地进行问题定义,认清数据挖掘的目的是数据挖掘的重要一步。② 数据准备。搜索所有与业务对象有关的内部和外部数据信息,挖掘应用的数据。建立真正适合挖掘算法的分析模型是数据挖掘成功的关键。③ 数据挖掘。对准备好的数掘进行挖掘,除了选择合适的挖掘算法外,自动地完成。④结果分析。其使用的分析方法一般应视数据挖掘操作而定,通常会用到可视化技术。⑤知识应用。将分析所得到的知识集成到业务信息系统的组织结构中去。

3.医学数据挖掘的特点

3.1医学数据的异质性

医学数据具有大容量和复杂性,医学数据包括各种不同的图像、与病人交谈、医生的注释和解释等,这些都是疾病诊断预后及治疗的基础,是数据挖掘应该考虑的问题。医生对图像信号及其他临床数据的解释是用非结构化的语言来表示的,很难标准化,甚至于同一部门专家对病人状态的含糊描述也不能达到一致意见,他们不仅用不同的名称描述同一个疾病,还用不同的语法结构描述医学条目之间的关系,因此对其数据挖掘是很困难的。医学数据的低数学特性,医学数据如语言的描述及其图像很难用公式等式以及模式来描述。

3.2伦理的、法律的和社会问题

医学的数据是关于人的资料,因此医学资料涉及到伦理、法律方面的问题。关于人的数据私有性和安全性问题、数据所有权问题、医生和保健工作者对病人的投诉等也是数据挖掘要考虑的问题。

3.3医学数据的隐私性

医学数据不可避免地涉及到患者的一些隐私信息;医学数据挖掘者有义务和职责在保护患者隐私的基础上进行科学研究,并且确保这些医学数据的安全性和机密性。

3.4医学数据的多样性

由于医学数据是从医学影像、实验数据以及医生与病人的交流中获得的,所以原始的医学数据具有多种形式。医学数据包括影像、信号、纯数据、文字等。医学数据的多样性是它区别于其他领域数据的最显著特征。

3.5医学数据的不完整性

医学数据的搜集和处理过程经常相互脱节。搜集是以治愈患者为直接目的,而处理是以寻找某种疾病的一般规律为目的。因此搜集的信息可能无法涵盖研究需要的所有信息,病例和病案的有限性使医学数据库不可能对任何一种疾病信息都能全面地反映。

3.6医学数据的冗余性

医学数据库是一个庞大的数据资源,每天都会有大量的记录存储到数据库中,其中可能会包含重复的、无关紧要的、甚至是相互矛盾的记录。

4.数据挖掘技术中医药领域的应用

在中医药学领域内的数据挖掘应用还刚刚起步,成熟的应用还并不多。目前主要集中在以下几个方面。

4.1 文献数据库的数据挖掘

目前国内外已建成的中医药相关数据库有近百个,以文字描述性数据库为主;数据库形式从单表数据库向关联型数据库方向发展;多库融合共享平台、数据库关联检索、数据挖掘技术已开始应用。文献数据库的研究开始的比较早,各方面的研究也从单纯的数据库建设向依托中医理论进行内容分析和关联分析等方面深入。如中国医史文献研究所建立的中医古籍文献主体数据库和辽宁中医药大学开发的“中医名词关联分析系统”等。

4.2 医院管理信息系统中的数据挖掘

医生对病人的诊断往往是通过多年的临床经验来进行的,而个人的临床经验往往是很有限的。虽然医院的管理信息系统中储存了大量的病案数据,而这些数据中又包含着极为宝贵的经验知识,如何从这些原始病案数据中提取知识是一个有待于解决的问题。原始病案包括了病人的上百种信息,即便是极具临床经验的医生也很难从这些复杂甚至混乱的数据中分析出什么知识来,于是利用数据挖掘技术来对这些病案数据进行分析,并试图为医生提供极具价值的知识,从而对传统的医疗方案进行优化,就是很有意义的工作。中医的治疗方案更讲究“辩证论治,因人而异”的方法,因些对中医治疗病案和其他医疗资料的分析就更有意义。

4.3 中药(复方)数据挖掘

中医对于中药药性的认识是一个逐渐积累和完善的过程,至今还存在某些药物的药性不完整的情况,如华山参的药性特征只有性味而无归经;对于中药的功效归类也因专家对药物认识程度的不同,而导致同一药物分属于不同类别,甚至功效分类名称也不统一的情况。数据挖掘技术可以在分析大量历史数据的基础上,协助中药药性的完善研究。如数据挖掘中的分类方法可以依据药性特征的辨识结果,将一些还未归类的中药进行分类预测;也可用聚类方法将药味聚类后,根据同类药物的药性相近,归类也应相近的特点进行分类预测;用决策树和关联规则分析可以自动对药物进行功效分类与其药性特征之间的关联模式或规则研究;粗糙集理论可以实现对药物分类的简化药性特征研究等。进行中药药性特征的数据挖掘研究,将对于进行中药复方配伍的科学规律研究有着重要意义。中药复方在中医药科学中扮演者非常重要的角色,几千年来积累的数十万首中药复方和已建立的众多中医药复方数据库,是中医药最为宝贵的资源和财富。中医专家系统虽然在一定程度上实现了对专家知识的挖掘和再现,但“百花齐放、百家争鸣”的局面使得复方经常出现药味和药量千差万别的情况,无法形成中医在整体上对疾病规律统一的认识。应用数据挖掘方法对众多中医专家的宝贵经验进行全面整理和挖掘,将会比较全面地获得对中医药基础理论和临床实践规律的统一的认识。中药复方是按照“君臣佐使”的原则,在辩证论治的基础上,由二味或二味以上的药物组成的有机共同体。用数据挖掘方法进行对中医药复方配伍历史数据的智能分析,实现针对中医病症与复方配伍的本质规律认识,能为有效地精简复方和合理配伍提供理论支持。其中决策树、关联规则和面向属性的归纳方法可以在不同配伍层次(单味药、药物功效分类等)上分析药味配伍的模式或规则;用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)和贝叶斯网络在对高层概念进行分类的基础上实现对复方共性规律的认识;粗糙集理论可以实现对复方的简化和特征的抽取研究等。对于中药复方配伍规律的数据挖掘研究目前尚处于起步阶段。

4.4 研究中药指纹图谱

在我国加入WTO后,建立和完善符合中医药特点和国际认可的中药质量标准,是推动中药现代化的重要基础工作。体现现代科技水平的中药指纹图谱研究是对完善中药质量标准的一个积极而有益的探索,作为中药指纹图谱建立中的中药组成部分——数据挖掘技术日益受到人们的重视。中药指纹图谱形象地反映了药用植物物种具有遗传特性的次生代谢“共有特征”,又由于次生代谢中地域、生长环境、采收等多种不定因素影响,具有统计学中多元随机分布的“模糊性”,利用模糊数学、统计学、计算机技术等建立一种同时反映这两种特征的方法是可行的。数据挖掘就是发现和解析中药指纹图谱潜在信息的有力工具,是指从中药指纹图谱信息库中提取隐含的潜在应用价值、最终可理解的模式的过程。数据挖掘的最终目的是评价和控制中药质量及研究中药定量组效关系。其中比较典型的解析方法有模式识别、人工神经网络等,每一种数据挖掘技术都有其适用范围,主要取决于所要解决的问题类型以及数据类型和规模。

4.5 中医证候分析

传统的中医治疗是在辩证论治思维模式的指导下确立的。先辩证,再论治。形成证—法—方—药的治疗体系。近年来,随着中医、西医、中西医结合在国内并存的局面出现,中医临床遣方用药模式出现多元化,辨病论治与辩证论治相结合,微观辩证与宏观辩证相结合成为主要模式。如何分析病、证、方、药之间的关系和规律,从药方证病的关系中分析其制方的思维模式,具有重要的意义。而解决这一问题的关键是要有科学技术的支持。数据挖掘技术是近年来迅速兴起的一门边缘科学,可以从海量的文献中发现潜在、隐藏的规律。

5.结束语

数据挖掘作为一个从海量数据中获取知识的有力工具,应用于中医药领域将会对中医药学术水平的提高、现代化研究的进程、生存空间的扩展产生巨大的促进作用。目前,数据挖掘技术还是一个年轻的研究领域,在中医药领域的应用也刚刚起步,还面临着许多问题和挑战。建立中医药数据仓库与利用数据挖掘技术对于今后中医药数据的研究是很有必要的,这是一个具有美好前景的研究方向。

参考文献

[1]张世红,徐国桓等.数据挖掘在医学上的应用[J].医学情报工作,2004,(6):408-409.

[2]毕雪华,森干.数据挖掘技术在医学领域中的应用[J].电脑知识与技术,2007,(26):1366-1367.

[3]刘建平,张柯欣等.数据挖掘技术及其在中医药领域中的应用[J].辽宁中医药大学学报,2007,9(6):203-204.

[4]田琳.数据挖掘及其在中医药领域中的应用[J].中国中医基础医学杂志,2006,11(9):710-711.

[5]薛景.数据挖掘技术在中医领域中的应用[J].中医药信息,2005,22(5):6-7.

现代生物制药技术在医药领域的应用及展望 篇8

关键词：计算机,现代信息技术,教学应用

1 课题提出的背景

1.1 计算机技术发展的需求

计算机技术的发展可谓日新月异, 随着计算机的发展, 计算机及现代信息技术在教学领域的开发与应用研究也越来越深入, 方式越来越多, 各种技术五花八门, 有点让人眼花瞭乱的感觉。在百度中搜索“计算机与现代教育技术”一词, 有4, 060, 000条结果, 在百度百科中搜索“现代教育技术”在一个文件中就介绍了八本不同的教材, 更不用说其它搜索引擎搜索的结果了。如此众多的技术可能让人无法选择什么才是最适合自已的, 然而最适合的才是最好的, 充分利用现有设备才是最好的。

1.2 教学的需求

黑板和粉笔是传统的教学手段中必不可少的道具, 有其精髓所在, 如果把传统的教学手段和现代的计算机信息技术相结合就更能体现时代的需求, 很多知识费尽口舌, 充分发挥学生的理解能力、空间想象能力, 仍然不如媒体展示或参与其中的交互性来得更直观、更感性, 更容易被学生接收, 所以将计算机及现代信息技术在教学领域的开发与应用也是教学的需求。

1.3 学生的需求

现在的学生特别是城市的学生生活在一个计算机网络时代, 电脑、手机、MP5、微博、微信、QQ等等, 获取信息的渠道网络化, 多样化。仅仅是教师讲授的教学方法已不能满足学生的需求。计算机与现代信息技术正好填补了这一空缺, 学生都有浓重的好奇心, 在好奇心满足的同时求知欲得到了膨胀, 从而达到学习知识目的, 而且使得课堂的容量大大的增加了, 最重要的是最大限度地激发了学生学习的兴趣, 兴趣是最好的老师, 课下学习的自主性增强了, 潜能充分的挖掘出来, 独立创新的能力也得到了发展。

2 计算机及现代信息技术在教学领域中的现状及分类

计算机及现代信息技术在教学领域中的应用离不开计算机及各种信息技术, 计算机的发展日新月异, 著名的摩尔定理是1965年被提出的, 认为芯片中的晶体管和电阻器的数量每年会翻番, 十年后摩尔又修正了摩尔定律, 把每年改成了两年, 几十年的计算机技术的发展证明了电脑芯片每18个月性能翻番, 有句话说电脑从商场专卖店买回家就意味着被淘汰的危险。

计算机在教学领域中按使用地点不同可以分为办公室电脑, 多媒体教室、图书馆及机房电脑, 按使用者的不同可以划分为行政办公人员, 教师及学生。发达地区的教学条件好一些, 一般教室标配是:投影仪+电脑+音箱+电视机, 电脑的配置要高一些, 教学条件差一点电脑配置低一点, 没有电视机, 而且不是每个教室标配, 仅仅有N个多媒体教室。

信息技术以多媒体技术及网络技术为核心, 以投影幻灯、录像录音、电视电影、网络教学、视频会议, 远程教学及图片、声音、文字等多种媒体, 来进行教与学的信息传递的技术。

基本上每个大学有对外的校园网, 校园网起着一个现代信息技术在教学领域中应用的中心枢纽作用。将校内的所有有效资源组合起来, 连接校内的各个使用信息技术的地点并且负责各种信息的传输作用, 形成一个畅通的信息交流的高速公路, 成为现代教育的有机成分。

计算机及现代信息技术在教学领域的应用体现在如下的几种形式:

2.1 微课、慕课、翻转课堂

这三个名词都是这几年流行的教学改革术语, 微课是以视频为主要载体, 记录教师围绕某个知识点 (重点难点疑点) 或教学环节而开展的精彩教与学活动全过程。慕课是大规模开放式在线课程。而翻转课堂是学生可以通过互联网去使用优质的教育资源, 通过网上的微课、慕课的学习, 不再单纯地依赖授课老师去教授知识, 老师在课堂上更多的是去理解学生的问题和引导学生去运用知识。这几种形式都离不开网络互联网的普及和计算机技术在教育领域的应用。

2.2 微信、微博改变了信息传递的方式

您微博了吗?您微信了吗?您扫二维码了吗, 您使用打车软件了吗?成了这两年最流行最时尚的话题, 微信、微博是人们获取资信最具特色最有个性最方便快捷的一种信息技术, 彻底改变了传统的读书看报、电视广播等信息获取的渠道, 成为一种新型的教学领域的工具软件。这种方式充分体现了学生个体的主观能动性, 调动了学生学习的积极性。不过这种方式不大适合老师讲学生听的场面, 有时侯这种方式是需要的。

2.3 同步语音视频传递的远程教学

最为有名的有北京四中网校, 电大的视频电视教学、视频会议都是一种同步语音视频传递的典型应用, 今年焦点访谈报到过的, 在全国闹得沸沸扬扬的东北某高校研究生入学考试做弊, 也是一种利用通信工具进行的典型的同步语音传递。

2.4 各种网络教学视频

网易公开课中有包括哈佛在内的世界级名校课程, 完全公益性的, 而且规模越来越大, 涉及到的学科领域也越来越多;淘学网也是一个比较有名的教育性网站, 旨在打造最大的网络公开课平台;第一视频教程网函盖小学、中学、大学、教研、技能考试等最全面的免费视频教学网;还有数不清的网友自制的教学视频。

2.5 多媒体教室

多媒体教学课件CAI是教师上课用的最多的一种形式, 课件可以是老师自制的, 或者是教材配套的或独立的教学光盘, 也有很多软件操作类的演示性课程使用多媒体教学, 非常直观感性。

2.6 网络教室

一般情况下网络教室是基于局域网的, 分为教师机和学生机, 在教师机上装有控制软件, 可以监看学生屏幕, 可以控制学生机, 将教师机上的内容传到学生机屏幕上, 另外还有分组、举手、个别交流等功能, 早期的网络教室是靠软件+硬件卡实现的, 在教师机和学生机上分别装有功能卡, 在教师机上装上加密狗, 利用软件进行相互通信。

2.7 电子图书馆

电子图书馆是基于互联网的数字图书馆, 最有名的当数中国国家数字图书馆、中国知网、超星数字图书馆、金碟图书馆管理系统、360电子图书馆、移动电子图书馆网等。这种以电子形式检索、查找、储存文献信息, 从而为公众提供服务的新型图书馆, 极大地节约了成本, 随着互联网及手机移动网络的普及, 电子图书馆受到了越来越多的欢迎。

2.8 软件模拟的仿真实验室

建一个专业的实验室往往需要花费大量的资金, 但是装上仿真软件就变成了仿真实验室, 即节约了资金, 又达到了同等的效果。比方会计电算化实验室, 网络实验室, 数控仿真软件、电路仿真软件等。

3 基于现代信息技术的课堂教学与传统教学模式的比较

对于这一方面探讨的文章, 在道客巴巴上搜索同名文章有七八百篇, 在百度上搜索上有138万篇。138万篇是什么概念啊, 自从有了电脑, 有了信息技术, 世界变了样, 将信息技术应用到教学上, 与传统教学的比较, 多少人讨论过、实施过、总结过、仍在不断地探索着。不外乎以下几点:

3.1 改变了教师及学生的角色

将教师从演讲者变成了组织者, 学生从被动的知识接收者变成了主动参与者, 调动了学生的积极性, 改变了教师一言堂的现象, 更注重学生个性的培养, 注重了因材施教。

3.2 课堂气氛变得活跃

课堂容量变得更多, 课堂交互性更强, 信息交流与共享更加动态。二十年前, “课件”还是一个让广大师生非常陌生的字眼, 如今课件的应用得到了极为广泛的推广, 特别是在大学的校园, 几乎无课不用课件。

3.3 学生潜能得到更充发的激发

有了基于现代信息技术的课堂教学, 因为学生有了更自主的选择, 可以根据自已的进度选择适合自己的来做, 每个学生都体会到了成功及效率带来的快感, 改变了后进生让老师推也推不动的被动局面, 老师只需答疑解惑引导矣。人的潜能是无限的, 激发潜能的钥匙可能有很多把, 计算机及现代信息技术引入课堂一定是这些钥匙中的一把。

4 如何培养教师和学生计算机基本知识和操作能力

计算机及现代信息技术在教学领域的开发与应用离不开教师及学生的计算机水平, 特别依赖教师的引导能力, 人们常用一杯水, 一桶水的原理来告诫老师, 老师应把学生引到涛涛涌泉边, 活到老, 学到老, 终生学习是时代对教师的要求。网络游戏基本上没有人来专门教的, 但是网络游戏已经成为一个广泛关注的社会问题, 究其原因, 是因为网络游戏巨大的吸引力, 如果教师能通过计算机及现代信息技术这个钥匙把学生的注意力吸引过来, 则事成八九矣。学生会自主探索, 求助于同学老师, 则掌握计算机基本知识和提高操作能力就不在话下了。

总之所有的教学手段都不是孤立的, 不可盲目照搬, 可以根据教学内容、根据现有设备选择最适合教师及学生的才是最好的。将计算机及各种信息技术手段运用到教学中, 探索合适的教学方法, 现代信息技术手段的使用, 对提高课程教学质量有很大帮助。

参考文献

[1]叶宗彬.现代信息技术在教学中的应用[J].信息通信, 2013 (07) .

现代生物制药技术在医药领域的应用及展望 篇9

关键词：近红外光谱,临床医学,中药,在线控制

近红外(Near Infrared,NIR)区域按照美国材料试验协会标准(American Socieety for Testing and Materials,ASTM)定义是指波长在780～2526 nm范围内的电磁波[1]。近红外光谱具有分析速度快,可同时分析多种成分,无污染,样品不需特别预处理、不使用有毒或有害试剂、不对样品造成损伤、可实时分析和远距离测定、操作简单、分析成本低[2]等优点。随着化学计量学技术的快速发展,以及近红外仪器的精密研制,NIRS技术现在在临床医学、生物制药等领域得以广泛应用。

1 NIRS简介[3]

NIRS技术一种二级分析技术,需要结合化学计量学进行模型的建立及校正,其建模预测的准确性决定于建模校正样本的准确度和适用性。目前常用的建模算法有偏最小二乘法(Partial Least Squares,PLS)、人工神经网络(Artificial Neural Networks,ANN)、支持向量机(Support Vector Machines,SVM)等,另外许多科研工作者正在寻求更加适合特定品种的算法优化。

在化学计量学广泛应用于近红外光谱上,出现大量的近红外光谱配套软件。这些软件一般分为2个部分:(1)仪器控制软件;(2)化学计量学软件。其中仪器控制软件主要是对接目前生产实际中的信号控制系统,化学计量学软件则是实现近红外光谱分析的主要手段。近红外光谱分析步骤主要分为校正和预测。校正是指建立近红外光谱与被测性质之间的定性和定量关系的过程。预测是指根据已建立的模型和待测样品的近红外光谱计算其被测性质的过程。

2 NIR在医学中的应用

近红外光谱技术无损测定,可以应用于医学的诸多领域,国内外众多科学工作者根据不同的具体情况,使近红外光谱技术得到广泛应用。

2.1 血液相关的快速检测

2.1.1 血糖的快速检测

采用近红外光谱法对人体血糖的检测是目前研究的热点之一。左平等[4]采用人工神经网络BP算法16个特征波长处的吸收值作为网络特征参数,进行网络训练11次即可达到误差精度要求,误差在-0.01～0.03 mmol/L,达到国家计量检测规程关于生化分析的要求。

2.1.2 胆固醇的快速检测

杨皓旻等[5]使用PLS对合频与第一、第二倍频波段对胆固醇进行建模,其模型精度较高,同时建议采用较薄的样品厚度,可以提高模型适用性。2.1.3脑氧饱和度的无损测定李增勇等[6]应用近红外光谱法研究分析20名参试人员作业前后脑氧饱和度,其中实验组和对照组各10名。研究发现实验组人员模拟驾驶后脑氧饱和度(rSO2)显著性下降,反应时间明显延长;对照组rSO2水平下降不显著。近红外光谱法在监测rSO2具有连续、实时、无创的特点,可以在扩大校正集的情况下作为一种预测驾驶疲劳的可行的方法。

2.1.4 丙氨酸氨基转移酶的测定

黄福荣等[7]在考察后选择全血样品0.5 mm后的透射光谱,对176个全血样本的光谱图进行多元散色校正等预处理,采用PLSR建立定量分析模型,得到定标系数为0.98,定标标准差为2.42,预测标准差为7.22。表明近红外光谱技术可以作为一种快速检测丙氨酸氨基转移酶的方法。

2.2 人体局部微循环检测

姚俊杰[8]等采用近红外技术针对更年期妇女经常出现的潮热、局部充血等症状,研发一套可以同步监测人体体温和局部血容量变化的便携式近红外检测装置,采用腰带式设计,其温度测定精度为0.2℃,在人体体温区段(35～40℃)精度可达0.1℃,所测血容量的变化与体温变化一致,即体温升高,局部血液循环加快,血容量增加。

2.3 生物组织检测

朱晓芬等[9]利用NIRS光学参数和医学影像的关联特性,以穿刺轨迹的影像灰度信息作为先验知识,通过Hermite插值曲线计算路径采样点的曲率,并以平均Hausdorff距离为准则进行曲率特征段的匹配,建立手术路径的实时纠错模型,实现偏移路径误差范围内的最佳匹配,提高神经外科手术的导航精度。曹传花等[10]依据漫射理论,基于Lambert-Beer定律,利用近红外光谱系统探测模拟组织中不同位置的吸收体对探测信号衰减量的分布,表明近红外可以作为一种探测手段探测均一生物组织的最大深度约为15 mm。

2.4 舌诊方面的应用

李刚等[11]探讨运用可见和近红外光谱仪采用PCA结合ANN、PLS及iPLS方法建立预测模型,其预测准确率分别为75%、75%、85%,其中近红外波段的信息含量更多,表明NIRS可以作为一种舌诊的疾病快速筛查。严文娟等[12]也进行近红外光谱用于肝炎患者舌诊的研究。

3 NIRS在中药领域中的应用

3.1 在中药鉴定中的应用

中药鉴定包括有药材产地、品质、真伪等方面的鉴定。范茹军等[13]对9个产地的淫羊藿药材的近红外光谱采用矢量归一化、一阶导数等预处理方法进行定性检测,聚类效果良好,误分率为0。肖杰等[14]将NIRS技术用于中药注射剂品种的鉴别中,提出用NIRS技术建立中药注射剂模式识别库的设想。

黄璐琦等[15]以中药道地药材为出发点,结合近红外光谱技术的优势,对道地药材研究中的难点问题进行可行性分析。作者认为可以借鉴国内外近红外光谱在牧草、烟草、生态系统及土壤环境等领域的研究成果,通过道地药材的表型特异性、遗传特异性及生境特异性3个方面的研究来探讨近红外光谱在道地药材中的应用。

利用近红外光谱分析技术(NIRSA)建立中药假药识别系统,能够提高假药识别的速度和识别能力,满足基层现场快速鉴别的需要。吴志刚等[16]采用药品检测车近红外漫反射光谱法结合OPUS软件能够通过建模,准确地区分正品中成药风湿定胶囊剂和非法添加醋酸地塞米松的中成药风湿定胶囊伪品。

3.2 中药有效成分含量测定

3.2.1 中药材有效成分含量测定

虞科等[17]将NIRS技术应用于中成药的定量分析,采用HPLC为对照分析方法测定滴丸中3种酚酸类有效成分丹参素、原儿茶醛和丹酚酸B的含量,运用偏最小二乘法建立NIRS与HPLC分析值之间的多元校正模型,对未知样品进行含量预测,校正模型相关系数分别为0.9942、0.9965和0.9714,验证集相对预测误差均方根(RMSEP)分别为5.91%、9.29%和12.42%,结果准确可靠。

黄倩倩等[18]采用PLS建立黄芩中总黄酮及黄芩苷含量的定量模型,适用于黄芩中主要活性成分的快速分析。王小梅等[19]通过PLS建立34个川芎样品的校正模型,对1 1个待测样品进行预测,预测值与参考值的决定系数达0.9751,RMSEP为0.251%,效果良好。

3.2.2 中药材伪品掺入量的测定

刘荔荔等[20]运用PLS建立数学模型,建立西洋参中掺入人参的含量测定方法。通过在西洋参中准确加入不同比例的人参,配制成人参质量百分数为一的校正样品集个样品及测试样品集个样品,内部交叉验证及预测样品集进行外部验证,结果证明样品“真值”与预测值之间相关性良好,可用于西洋参制剂的质量控制。

魏道智等[21]应用FT-NIR外光谱仪结合聚类分析方法,对蝼蛄的不同种和异地的同一种以及混乱品种进行鉴定和分析,得出近红外分析方法可以应用于蝼蛄种的分类以及蝼蛄药材的分析、鉴定,蝼蛄药材的纯度鉴定。吴志刚等[22]提出用NIRS-SVM技术测定天然牛黄粉中人工牛黄含量的方法。

3.2.3 中药质量评价

中药化学组分复杂,其质量快速鉴定十分困难,形成中药质量分析领域的一个技术难点。例如:影响“红参”质量因素主要有2点:(1)伪品的掺入,(2)水分含量。杨海雷等[23]研究建立红参药材的NIRS校正模型,采用光谱相似度算法将待测样品NIRS与光谱库中标准光谱进行比较,实现对待测样品的定性鉴别,然后将通过鉴别的样品光谱输入校正模型预测其水分含量,结果证明,NIRS可正确鉴定红参和伪品,准确测定水分含量,可用于红参药材的快速质量评价。

潘建超等[24]使用近红外光谱相似度的方法,从5种中药提取物熊胆粉、黄芩、连翘、金银花和山羊角各自随机划分校正集与验证集,取与校正集样品平均光谱相似度大于99%的样品作为标准样品库,建立相应的相似度计算模型。利用该模型预测样品近红外光谱的相似度,结果表明相似度较高的样品,其含量测定数据也较接近平均值。3.2.4中药制药过程的在线控制实现生产全过程的质量控制是保证中成药质量稳定均一的关键之一。目前,中药生产过程缺乏有效组分浓度的在线检测,而离线检测方法难以适应生产的实时监控,这是实现中药生产过程质量控制的瓶颈。因此研究中药生产过程的在线分析技术具有重要意义。

韦文祥等[25]运用人工神经网络技术建立在中药浓缩工段对药液浓度进行测量的BP网络测量模型。样本数据来自某中药自动化智能控制系统的浓缩工段,训练采用Levenberg-Marquardt训练方式,结果表明该模型的输出与样本的化学值一致性较好,NIRS结合ANN技术可以应用到中药浓缩在线控制过程中。

徐晓杰等[26]采用PLS对六味地黄丸生产粉末混合均匀度进行检测,建立的方法可以满足药品生产过程中粉末混合均匀度测定的要求,并提出通过样本量的及设计浓度范围的扩大,NIRS技术可以用于六味地黄丸粉末混合过程的质量控制,为中药生产的现代化、粉末混合过程的实时在线质量控制提供一个新手段。

清华大学罗国安教授课题组[27,28,29]在中药生产过程近红外光谱在线质量控制领域进行大量研究,所主持的国家发展和改革委员会国家高技术产业化发展计划项目“中药注射剂质量标准化技术支撑体系建设示范项目”中采用近红外光谱技术结合化学计量学软件对3种中药注射液建立近红外在线检测与智能控制系统。在吉林敖东药业集团延边股份有限公司近红外在线监控项目中,采用近红外光谱技术结合化学计量学算法对2种中药口服液品种的水提过程、水蒸汽蒸馏提取过程建立近红外在线检测与智能控制。

4 NIR在西药领域应用

4.1 药材原料、辅料鉴别

Ren Y.L等[30]用NIRS-PLS方法测定水杨酸偶氮磺胺咇啶,结果可与液相色谱相媲美。该研究组同时用ANN法测定甲硝唑粉末的含量,试验以真实数据建立校正模型,考察神经网络的拟合程度,并讨论过拟合的情况[31]。

Kramer K.等[32]研究用NIRS鉴别不同的药物辅料,加速这种鉴别过程,减少在生产过程中的延迟,并运用因子分析和SIMCA方法成功地鉴别微晶和粉末纤维素以及纤维素和纤维素酯,可快速鉴别大量不同生产商不同性质的样品。

4.2 物理性质测定

原料药的结晶状态、粒径和密度在制剂生产和控制主要活性成分的过程中非常重要,可用近红外光谱对不同物理性质进行检测。通过近红外漫反射光谱可以区分出物质的不同结晶状态[33,34]、粒径[35,36]和密度[37]。

4.3 药效定性、定量分析

合成药结构明确、处方简单、药效成分含量较高,易于实现生产过程参数及药效成分的质量评价,进而实现质量控制。目前近红外技术主要在制剂中活性成分的含量测定和质量定性判别中得到应用。

窦英等[38]用ANN-NIR对复方氨酚苯海拉明粉末药品进行快速定量分析,采用一阶导数、二阶导数和标准归一化等方法对原始光谱进行处理,建立最佳的数学校正模型,同时预测未知样品。NIRS可以同时测定多种成分含量,Blanco M.等[39]同时测定复方制剂中的扑热息痛、Vc、氢溴酸右美沙芬、咖啡因、马来酸氯苯那敏的含量。

在片剂或胶囊等固体药物生产过程中,药物混合的均匀性对提高药物质量也十分重要。Ufret等[40]通过NIRS在线获得搅拌器中药物混合动态情况,成功建立模型,确定临界搅拌量,实现药物中试生产和实际生产中混合过程的监控。

5 前景展望

5.1 新型仪器的研发推动近红外光谱技术的快速发展。

随着微机电系统(Micro Electro-Mechanical Systems,MEMS)、LIGA(Lithographie,Galanoformung and Abformung)技术、SLED(Superluminescent Light Emitting Diode,超辐射发光二极管)光源及WARM(Wavelength and Amplitude Reference Module,波长和幅值校正模块)技术的发展,高精度的便携式近红外仪器已经上市,其中美国Axsun公司生产的NIR Ananlyzer XL系列仪器是目前先进的近红外仪器之一。

5.2 化学计量学的发展有力助推近红外光谱技术的广泛应用。

针对不同的待测样品,采用适合自身特性的算法,得到稳定的校正模型及良好的预测能力。如PLS、ANN、SVM等算法结合其他的光谱预处理等方法,必将进一步扩大近红外应用范围。

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