生物材料如何加工

㈠ 生物医学工程分类

工程分支
医用复合材料
生物医用复合材料（biomedical composite materials）是由两种或两种以上的不同材料复合而成的生物医用材料，它主要用于人体组织的修复、替换和人工器官的制造[1]。长期临床应用发现，传统医用金属材料和高分子材料不具生物活性，与组织不易牢固结合，在生理环境中或植入体内后受生理环境的影响，导致金属离子或单体释放，造成对机体的不良影响。而生物陶瓷材料虽然具有良好的化学稳定性和相容性、高的强度和耐磨、耐蚀性，但材料的抗弯强度低、脆性大，在生理环境中的疲劳与破坏强度不高，在没有补强措施的条件下，它只能应用于不承受负荷或仅承受纯压应力负荷的情况。因此，单一材料不能很好地满足临床应用的要求。利用不同性质的材料复合而成的生物医用复合材料，不仅兼具组分材料的性质，而且可以得到单组分材料不具备的新性能，为获得结构和性质类似于人体组织的生物医学材料开辟了一条广阔的途径，生物医用复合材料必将成为生物医用材料研究和发展中最为活跃的领域。
1.生物医用复合材料组分材料的选择要求
生物医用复合材料根据应用需求进行设计，由基体材料与增强材料或功能材料组成，复合材料的性质将取决于组分材料的性质、含量和它们之间的界面。常用的基体材料有医用高分子、医用碳素材料、生物玻璃、玻璃陶瓷、磷酸钙基或其他生物陶瓷、医用不锈钢、钴基合金等医用金属材料；增强体材料有碳纤维、不锈钢和钛基合金纤维、生物玻璃陶瓷纤维、陶瓷纤维等纤维增强体，另外还有氧化锆、磷酸钙基生物陶瓷、生物玻璃陶瓷等颗粒增强体。
植入体内的材料在人体复杂的生理环境中，长期受物理、化学、生物电等因素的影响，同时各组织以及器官间普遍存在着许多动态的相互作用，因此，生物医用组分材料必须满足下面几项要求：⑴具有良好的生物相容性和物理相容性，保证材料复合后不出现有损生物学性能的现象；⑵具有良好的生物稳定性，材料的结构不因体液作用而有变化，同时材料组成不引起生物体的生物反应；⑶具有足够的强度和韧性，能够承受人体的机械作用力，所用材料与组织的弹性模量、硬度、耐磨性能相适应，增强体材料还必须具有高的刚度、弹性模量和抗冲击性能；⑷具有良好的灭菌性能，保证生物材料在临床上的顺利应用。此外，生物材料要有良好的成型、加工性能，不因成型加工困难而使其应用受到限制。
2.生物医用复合材料的研究现状与应用
陶瓷基生物医用复合材料
陶瓷基复合材料是以陶瓷、玻璃或玻璃陶瓷基体，通过不同方式引入颗粒、晶片、晶须或纤维等形状的增强体材料而获得的一类复合材料。生物陶瓷基复合材料虽没有多少品种达到临床应用阶段，但它已成为生物陶瓷研究中最为活跃的领域，其研究主要集中于生物材料的活性和骨结合性能研究以及材料增强研究等。
Al2O3、ZrO3等生物惰性材料自70年代初就开始了临床应用研究，但它与生物硬组织的结合为一种机械的锁合。以高强度氧化物陶瓷为基材，掺入少量生物活性材料，可使材料在保持氧化物陶瓷优良力学性能的基础上赋予其一定的生物活性和骨结合能力。将具有不同膨胀系数的生物玻璃用高温熔烧或等离子喷涂的方法，在致密Al2O3陶瓷髋关节植入物表面进行涂层，试样经高温处理，大量的Al2O3进入玻璃层中，有效地增强了生物玻璃与Al2O3陶瓷的界面结合，复合材料在缓冲溶液中反应数十分钟即可有羟基磷灰石的形成。为满足外科手术对生物学性能和力学性能的要求，人们又开始了生物活性陶瓷以及生物活性陶瓷与生物玻璃的复合研究，以使材料在气孔率、比表面积、生物活性和机械强度等方面的综合性能得以改善。这些年来，对羟基磷灰石（HA）和磷酸三钙（TCP）复合材料的研究也日益增多。30% HA与70%TCP在1150℃烧结，其平均抗弯强度达155MPa，优于纯HA和TCP陶瓷，研究发现HA-TCP致密复合材料的断裂主要为穿晶断裂，其沿晶断裂的程度也大于纯单相陶瓷材料。HA-TCP多孔复合材料植入动物体内，其性能起初类似于β-TCP，而后具有HA的特性，通过调整HA与TCP的比例，达到满足不同临床需求的目的。45SF1/4玻璃粉末与HA制备而成的复合材料，植入兔骨中8周后取出，骨质与复合材料之间的剪切破坏强度达27MPa，比纯HA陶瓷有明显的提高。
生物医用陶瓷材料
生物医用陶瓷材料由于其结构本身的特点，其力学可靠性（尤其在湿生理环境中）较差，生物陶瓷的活性研究及其与骨组织的结合性能研究，并未能解决材料固有的脆性特征。因此生物陶瓷的增强研究成为另一个研究重点，其增强方式主要有颗粒增强、晶须或纤维增强以及相变增韧和层状复合增强等[3，5～7]。当HA粉末中添加10%～50%的ZrO2粉末时，材料经1350～1400℃热压烧结，其强度和韧性随烧结温度的提高而增加，添加50%TZ-2Y的复合材料，抗折强度达400MPa、断裂韧性为2.8～3.0MPam1/2。ZrO2增韧β-TCP复合材料，其弯曲强度和断裂韧性也随ZrO2含量的增加而得到增强。纳米SiC增强HA复合材料比纯HA陶瓷的抗弯强度提高1.6倍、断裂韧性提高2倍、抗压强度提高1.4倍，与生物硬组织的性能相当。晶须和纤维为陶瓷基复合材料的一种有效增韧补强材料，用于补强医用复合材料的主要有：SiC、Si3N4、Al2O3、ZrO2、HA纤维或晶须以及C纤维等，SiC晶须增强生物活性玻璃陶瓷材料，复合材料的抗弯强度可达460MPa、断裂韧性达4.3MPam1/2，其韦布尔系数高。
数字信号处理
数字信号处理作为信号和信息处理的一个分支学科，已渗透到科学研究、技术开发、
工业生产、国防和国民经济的各个领域，取得了丰硕的成果。对信号在时域及变换域的特性进行分析、处理，能使我们对信号的特性和本质有更清楚的认识和理解，得到我们需要的信号形式，提高信息的利用程度，进而在更广和更深层次上获取信息。数字信号处理系统的优越性表现为：1.灵活性好：当处理方法和参数发生变化时，处理系统只需通过改变软件设计以适应相应的变化。2.精度高：信号处理系统可以通过A/D变换的位数、处理器的字长和适当的算法满足精度要求。3.可靠性好：处理系统受环境温度、湿度，噪声及电磁场的干扰所造成的影响较小。4.可大规模集成：随着半导体集成电路技术的发展，数字电路的集成度可以作得很高，具有体积小、功耗小、产品一致性好等优点。
然而，数字信号处理系统由于受到运算速度的限制，其实时性在相当长的时间内远不如模拟信号处理系统，使得数字信号处理系统的应用受到了极大的限制和制约。自70年代末80年代初DSP（数字信号处理）芯片诞生以来，这种情况得到了极大的改善。DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合进行数字信号处理运算的微处理器。DSP芯片的出现和发展，促进数字信号处理技术的提高，许多新系统、新算法应运而生，其应用领域不断拓展。DSP芯片已广泛应用于通信、自动控制、航天航空、军事、医疗等领域。
70年代末80年代初，AMI公司的S2811芯片，Intel公司的2902芯片的诞生标志着DSP芯片的开端。随着半导体集成电路的飞速发展，高速实时数字信号处理技术的要求和数字信号处理应用领域的不断延伸，在80年代初至今的十几年中，DSP芯片取得了划时代的发展。从运算速度看，MAC（乘法并累加）时间已从80年代的400 ns降低到40 ns以下，数据处理能力提高了几十倍。MIPS（每秒执行百万条指令）从80年代初的5MIPS增加到40 MIPS以上。DSP芯片内部关键部件乘法器从80年代初的占模片区的40%左右下降到小于5%，片内RAM增加了一个数量级以上。从制造工艺看，20世纪80年代初采用4μm的NMOS工艺而如今则采用亚微米CMOS工艺，DSP芯片的引脚数目从80年代初最多64个增加到200个以上，引脚数量的增多使得芯片应用的灵活性增加，使外部存储器的扩展和各个处理器间的通信更为方便。和早期的DSP芯片相比，DSP芯片有浮点和定点两种数据格式，浮点DSP芯片能进行浮点运算，使运算精度极大提高。DSP芯片的成本、体积、工作电压、重量和功耗较早期的DSP芯片有了很大程度的下降。在DSP开发系统方面，软件和硬件开发工具不断完善。某些芯片具有相应的集成开发环境，它支持断点的设置和程序存储器、数据存储器和DMA的访问及程序的单部运行和跟踪等，并可以采用高级语言编程，有些厂家和一些软件开发商为DSP应用软件的开发准备了通用的函数库及各种算法子程序和各种接口程序，这使得应用软件开发更为方便，开发时间大大缩短，因而提高了产品开发的效率。

㈡ 生物科学的研究方法

生物科学的研究方法为观察描述的方法、比较的方法和实验的方法等。

观察描述的方法在17世纪，近代自然科学发展的早期，生物科学的研究方法同物理学研究方法大不相同。生物科学的研究是考察那些将不同生物区别开来的、往往是不可测量的性质。生物科学用描述的方法来记录这些性质，再用归纳法，将这些不同性质的生物归并成不同的类群。

比较的方法。18世纪下半叶，生物科学不仅积累了大量分类学材料，而且积累了许多形态学、解剖学、生理学的材料。在这种情况下，仅仅作分类研究已经不够了，需要全面地考察物种的各种性状，分析不同物种之间的差异点和共同点，将它们归并成自然的类群。比较的方法便被应用于生物科学。

实验的方法前面提到的观察和描述的方法有时也要对研究对象作某些处理，但这只是为了更好地观察自然发生的现象，而不是要考察这种处理所引起的效应。实验方法则是人为地干预、控制所研究的对象，并通过这种干预和控制所造成的效应来研究对象的某种属性。

(2)生物材料如何加工扩展阅读：

生物科学的进展有：

20世纪70年代以来，生物科学的新进展，新成就层出不穷。从总体上看，当代生物科学主要朝着微观和宏观两个方面发展：在微观方面，生物学已经从细胞水平进入到分子水平去探索生命的本质；在宏观方面，生态学的发展正在为解决全球性的资源和环境等问题发挥着重要作用。

生物工程方面生物工程（也叫生物技术）是生物科学与工程技术有机结合而兴起的一门综合性的科学技术。也就是说，它是以生物科学为基础，运用先进的科学原理和工程技术手段来加工或改造生物材料，如DNA、蛋白质、染色体、细胞等，从而生产出人类所需要的生物或生物制品。

参考资料来源：网络—生物科学

㈢ 生物功能材料的生物功能材料分类

国家已将生命生物功能材料的发展可分为两个方面，即功能生物材料和仿生功能材料。功能生物材料的研究在于开发生物材料的物理、化学、生物特性的应用。本文着重叙述了生物组织电性能的研究及生物光电材料的应用；提出从生物活性材料活动规律研究入手，由生物模型简化为数学、物理模型从而设计出仿生功能材料的方法。举例说明了生物功能材料的发展对改变传统生产方式及对高科技产业的巨大影响，并对国民经济的发展有很大的促进作用。
科学和新材料科学列为二十一世纪重点发展的领域，而生物材料学作为生命科学和材料科学的前沿性交叉学科，更是优先发展的重点。生物功能材料专业正是根据社会发展的需要，特别是生物医学工程、组织工程和药物释放等交叉学科技术的迅速发展对专业人才的迫切需求而设立的。本专业培养具有材料科学与工程、生物学和医学等领域的相关知识，掌握生物材料的基础和专业知识，能在生物材料的制备、改性、加工成型及应用等领域从事基础研究、应用研究和技术开发等的综合型高级技术人才。
本专业是材料学、生物学和医学等学科领域的跨学科专业，主干学科有高分子材料科学与工程、生物医学工程。本专业现有教师13人，其中教授6人，副教授4人，全部具有博士学位，主要从事生物材料和生物医学工程方面的教学与科研工作。背靠学科—高分子材料与工程专业的师资力量也十分雄厚，目前有教授27名，副教授38名，主要从事高分子材料与工程方面的教学与科研工作。而且本专业在人才培养、学术交流等方面与国内外有广泛的合作，已与韩国釜山大学和日本工学院大学生命科学建立了长期合作关系。

㈣ 纳米生物工程包括哪些

纳米生物工程
靳刚 应佩青
中国科学院力学研究所
（2000年11月-2001年2月）
自中国科学院纳米科技网

纳米生物工程是什么意思？它究竟包括哪些内容？笼统地讲它包括纳米医学、纳米生物技术和纳米生物材料等。实际上，医学、生物技术和生物材料都是人们熟悉的名词和内容，当戴上一顶纳米的帽子就似乎有了悬念。这里我们先来回顾一下和我们所熟悉的名词相关的物质和事物，然后再把这些与纳米概念联系起来，看看有了哪些新的变化，通过观察一些相关的科学研究结果和应用实例，来理解纳米生物工程。

一、纳米医学

大多数人都有生病、吃药、打针的经历，医学就是研究疾病，治病救人的科学。那么纳米医学又是什么呢？我们知道人体是由多种器官组成的，如：大脑、心脏，肝，脾，胃，肠，肺，骨骼，肌肉和皮肤；器官又是由各种细胞组成的，细胞是器官的组织单元，细胞的组合作用才显示出器官的功能。那么细胞又是由什么组成的呢？按现在的认识，细胞的主要成份是各种各样的蛋白质、核酸、脂类和其它生物分子，可以统称生物分子，它的种类在数十万种。生物分子是构成人体的基本成分，它们各自具有独特的生物活性的，正是它们不同的生物活性决定了它们在人体内的分工和作用。由于人体是由分子构成的，所有的疾病包括衰老本身也可归因于人体内分子的变化。当人体的分子机器，如合成蛋白质的核糖体，DNA复制所需的酶等，出现故障或工作失常时，就会导致细胞死亡或异常。从分子的微观角度来看，目前的医疗技术尚无法达到分子修复的水平。而纳米医学则是在分子水平上，利用分子工具和人体的分子知识，所从事的诊断、医疗、预防疾病、防止外伤、止痛、保健和改善健康状况等科学技术，广义地讲都属于纳米医学的范畴。换句话讲，人们将从分子水平上认识自己，创造并利用纳米装置和纳米结构来防病治病，改善人类的整个生命系统。首先需要认识生命的分子基础，然后从科学认识发展到工程技术，设计制造大量的具有令人难以置信的奇特功效的纳米装置，这些微小的纳米装置的几何尺度仅有头发丝的千分之一左右，是由一个个分子装配起来的，能够发挥类似于组织和器官的功能，并且更准确和更有效地发挥作用。他们可以在人体的各处畅游，甚至出入细胞，在人体的微观世界里完成特殊使命。例如：修复畸变的基因、扼杀刚刚萌芽的癌细胞、捕捉侵入人体的细菌和病毒，并在它们致病前就消灭它们；探测机体内化学或生物化学成分的变化，适时地释放药物和人体所需的微量物质，及时改善人的健康状况。最终实现纳米医学，使人类拥有持续的健康。未来的纳米医学将是强大的，它又会是令人惊讶得小，因为在其中所发挥作用的药物和医疗装置都是肉眼所无法看到的。但是它的功能会令世人惊叹。
需要说明，不要马上跑到大夫那儿去要纳米处方。上面所谈的纳米医学景观尚处于设计和萌芽阶段，还有很多的未知需要去探索，例如：这些纳米装置该由什么制成？他们是否可以被人体接受？并发挥所预期的作用？科学家们正在全力以赴地把纳米医学的科学想法变成医学现实。终有一天，医药柜越小，效力越大。
一定有人会问：纳米医学是不是科学幻想？它离我们到底有多远？还要等多久才能看到医学实现？事实上，它已经开始步入现实，并获得蓬勃发展。下面让我们看一看这一领域所取得的科学进展。

(1) 智能药物
这是纳米医学中的一个非常活跃的领域，适时准确地释放药物是它的基本功能之一。科学家正在为糖尿病人研制超小型的，模仿健康人体内的葡萄糖检测系统。它能够被植入皮下，监测血糖水平，在必要的时候释放出胰岛素，使病人体内的血糖和胰岛素含量总是处于正常状态。最近，美国麻省理工学院的研究者做出了微型药房的雏形：一种具有上千个小药库的微型芯片，每一个小药库里可以容纳25纳升的任何药物，例如止痛剂或抗生素等。它的研究者之一Robert Langer说，目前这个芯片的尺寸还相当于一个小硬币，可以把它做得更小，并计划装上一个"智能化"的传感器，使它可以适时和适量地释放药物。能否在形成致命的肿瘤之前，早期杀灭癌细胞？美国密西根大学的James R. Baker Jr.博士正在设计一种纳米"智能炸弹"，它可以识别出癌细胞的化学特征(chemical "signatures")。这种"智能炸弹"很小，仅有20纳米左右，能够进入并摧毁单个的癌细胞。此装置的研制刚刚开始，而初步的人体实验至少要五年以后才能进行。

(2) 人工红血球
人工红细胞的结构和工作示意图
随着转子的转动，气体分子与转子上的结合位点结合再释放，从金刚石腔体进入到血浆中

纳米医学不仅具有消除体内坏因素的功能，而且还有增强人体功能的能力。我们知道，脑细胞缺氧6至10分钟即出现坏死，内脏器官缺氧后也会呈现衰竭。设想一种装备超小型纳米泵的人造红血球，携氧量是天然红血球的200倍以上。当人的心脏因意外，突然停止跳动的时候，医生可以马上将大量的人造红血球注入人体，随即提供生命赖以生存的氧，以维持整个机体的正常生理活动。美国的纳米技术专家Robert Freitas初步提出的人造红血球(respirocyte)的设计,已成为纳米技术的标志性结果。这个血球是个一微米大小的金刚石的氧气容器，内部有1000个大气压，泵浦动力来自血清葡萄糖。它输送氧的能力是同等体积天然红细胞的236倍，并维持生物炭活性。 它可以应用于贫血症的局部治疗、人工呼吸、肺功能丧失和体育运动需要的额外耗氧等。它的基本设计和结构功能，以及与生物体的相容性等已有专着详细论述。在此仅对其结构功能做简单介绍。图是此人工红细胞的结构和工作示意图。

它的腔体外壳是与生物体相容的金刚石，腔内储氧，开口处是一个可以从腔内向外传递氧的转子，随其旋转，将氧分子输入血液。

(3)纳米药物输运
纳米微粒药物输送技术也是重要发展方向之一。按目前的认识，有半数以上的新药存在溶解和吸收的问题。由于药物颗粒缩小时，药物与胃肠道液体的有效接触面积将增加，所以药物的溶解速率随药物颗粒尺度的缩小而提高。药物的吸收又受其溶解率的限制，因此，缩小药物的颗粒尺度成为提高药物利用率的可行方法。 纳米晶体技术可将药物颗粒转变成稳定的纳米粒子，同时提高溶解性，以提高难溶性药物的药效率。粉碎过程会使粒子间的相互作用力增加，为了避免纳米颗粒在粉碎过程中聚合，加工中，不溶的药物是被悬浮在含一般认为安全的稳定剂和赋形剂的悬浮液中。深入研究的制粉技术已经能够将药物缩小到400纳米以下。 同时，这些赋形剂在胃肠道中起表面活性剂的作用，也提高了纳米药物颗粒的溶解率。一旦，不溶性药物转变成稳定的纳米颗粒，就适合于口服或者注射了。
纳米医学将给医学界，诸如癌症、糖尿病和老年性痴呆等疾病的治疗带来变革，已经获得越来越多的认同。利用纳米技术能够把新型基因材料输送到已经存在的DNA里，而不会引起任何免疫反应。树形聚合物(dendrimers) 就是提供此类输送的良好候选材料。因为，它是非生物材料，不会诱发病人的免疫反应，没有形成排异反应的危险；所以，可以作为药物的纳米载体，携带药物分子进入人体的血液循环，使药物在无免疫排斥的条件下，发挥治病的效果。这种技术用于糖尿病和癌症治疗是很有希望的。

(4) 捕获病毒的纳米陷阱
密西根大学的Donald Tomalia等已经用树形聚合物发展了能够捕获病毒的纳米陷阱。体外实验表明纳米陷阱能够在流感病毒感染细胞之前就捕获它们，同样的方法期望用于捕获类似爱滋病病毒等更复杂的病毒。此纳米陷阱使用的是超小分子，此分子能够在病毒进入细胞致病前即与病毒结合，使病毒丧失致病的能力。
通俗地讲，人体细胞表面装备着含硅铝酸成分的"锁"，只准许持"钥匙"者进入。不幸的是，病毒竟然有硅铝酸受体"钥匙"。Tomalia的方法是把能够与病毒结合的硅铝酸位点覆盖在陷阱细胞(glycodendrimers)表面。当病毒结合到陷阱细胞表面，就无法再感染人体细胞了。陷阱细胞由外壳、内腔和核三部分组成。内腔可充填药物分子；将来有可能装上化疗药物，直接送到肿瘤上。陷阱细胞能够繁殖，生成不同的后代，个子较大的后代可能携带更多的药物。尽管原因尚不明确，所观察的特点是越大效果越好。研究者希望发展针对各种致病病毒的特殊陷阱细胞和用于医疗的陷阱细胞库。

(5)识别血液异常的生物芯片
美国圣地亚国家实验室的发现实现了纳米爱好者的预言。正像所预想的那样，纳米技术可以在血流中进行巡航探测，即时地发现诸如病毒和细菌类型的外来入侵者，并予以歼灭，从而消除传染性疾病。 Micheal Wisz做了一个雏形装置，发挥芯片实验室的功能，它可以沿血流流动并跟踪像镰状细胞血症和感染了爱滋病的细胞。血液细胞被导入一个发射激光的腔体表面， 从而改变激光的形成。癌细胞会产生一种明亮的闪光；而健康细胞只发射一种标准波长的光，以此鉴别癌变。

二、纳米生物技术

纳米生物技术是纳米技术和生物技术相结合的产物，它即可以用于生物医学，也可以服务于其它社会需求。所包含的内容非常丰富，并以极快的速度增加和发展，难以概述。在此仅举一些研究结果为例。

(1) 生物芯片技术
生物芯片是不同于半导体电子芯片的另一类芯片。半导体电子芯片是集成具有特定电子学功能的微单元，所形成的电子集成电路；而生物芯片则是在很小几何尺度的表面积上，装配一种或集成多种生物活性，仅用微量生理或生物采样，即可以同时检测和研究不同的生物细胞、生物分子和DNA的特性，以及它们之间的相互作用，获得生命微观活动的规律。生物芯片可以粗略地分为细胞芯片、蛋白质芯片(生物分子芯片)和基因芯片(即DNA芯片)等几类，都有集成、并行和快速检测的优点，已成为二十一世纪生物医学工程的前沿科技。
近两年，已经通过微制作(MEMS)技术，制成了微米量级的机械手，能够在细胞溶液中捕捉到单个细胞，进行细胞结构，功能和通讯等特性研究。美国哈佛大学的Whitesides教授领导的研究人员，发展了微电子工业普遍使用的光刻技术在生物学领域的应用，并研制出效果更好的软光刻方法(soft lithography)。以此，制出了可以捕捉和固定单个细胞的生物芯片，通过调节细胞间距等，研究细胞分泌和胞间通讯。此类细胞芯片还可以作细胞分类和纯化等。它的功能原理非常简单，仅利用芯片表面微单元的几何尺寸和表面改性，即可达到选择和固定细胞，及细胞面密度控制。

图2：多元蛋白质芯片模型 图中按顺时针方向分别表示：
1）在格式化的改性表面上，固定配基；
2）含配基的芯片与蛋白溶液相互作用，蛋白特异性结合形成蛋白复合物；
3）对芯片进行检测以确定蛋白间的相互作用。

蛋白质芯片的发展已经经历了约十年的时间，现已出现了相对成熟的技术，如瑞典的BIACORE的单元芯片，中科院力学所的多元蛋白质光学芯片和美国的SELDI质谱芯片等。它们的共同特点都是将生物分子作为配基，固定在固体芯片表面或表面微单元上，以单一、或面阵、或序列式。利用生物分子间的特异结合的自然属性，待测分子与配基分子在芯片表面会形成生物分子复合物。然后，检测此复合物的存在与否，达到对蛋白质的探测、识别和纯化的目的。以上不同技术的差异仅在探测方法的不同。BIACORE技术利用表面等离子体共振技术检测芯片，进行单一蛋白质检测；多元蛋白质光学芯片是光学成象法，可以同时检测多种混合的蛋白质；SELDI技术则采用质谱法，以时间顺序检测序列蛋白质。

图3：研究蛋白相互作用的芯片 Protein G、p50和FRB等三种蛋白分别以点状阵列固定到玻片上。三种荧光标记的探针IgG（蓝）、 I B （绿） 、FKBP12（红）分别以其中的一种（A、B、C）或三种（E）同时出现进行探测。三种探针分别与三种蛋白发生特异性相互作用。D表示无任何探针的状态。

随着人类基因工程的发展，基因芯片(即DNA芯片)得到迅速的发展。DNA 芯片又称为寡核苷酸阵列或杂交阵列分析，它是根据DNA双螺旋原理而发展的核酸链间分子杂交的技术。它的基本结构类似于面阵型蛋白质芯片，在芯片表面能够制备成千上万的基因单元作为配基，对待测基因进行筛选。待测基因通过PCR扩增技术得到数量放大，再进行荧光标记，使其在筛选过程中产生可识别的荧光发射或光谱转移。此荧光信号被荧光显微镜检出，达到基因识别的目的。将已知的DNA（探针）和未知的核酸序列之间的一方以有序的阵列固定到载玻片或硅片上，再与荧光标记的另一方进行杂交。当荧光标记的一方在DNA芯片上发现互补序列时即发生杂交，杂交的结果以荧光和模式识别分析来检测。DNA芯片技术可以快速分析大量的基因信息，从而使生物医学工作者可以研究并收集基因表达和变异信息。目前国内外已有公司生产并销售的DNA芯片有两类，一类是在芯片上原位合成待测的寡核苷酸，再与荧光标记的DNA探针放在一起，当DNA探针杂交到寡核苷酸阵列上后，互补序列通过荧光扫描确定。该寡核苷酸阵列格式可用于检测变异，在基因中定位目标区域，和基因表达的研究，以及确定基因功能。另一类DNA芯片利用微量点样技术在芯片上制作互补DNA（cDNA）阵列，再与荧光标记的DNA探针杂交。cDNA阵列格式用于快速筛选。如位于Santa Clara, CA 的Affymetrix公司生产的GeneChip? 含高密度的DNA探针阵列，可以用于人类基因组中遗传信息的分析。具特殊用途的DNA探针阵列可以在人类基因组中快速筛选已知的DNA序列。
DNA芯片还可用于监测不同的人体细胞和组织基因表达，以检测癌症或其它疾病所对应的基因的变化。随着DNA芯片及杂交技术的发展，DNA芯片将有可能直接应用于临床诊断，药物开发和人类遗传诊断。

图4：基因表达的微阵列图 以两种颜色的荧光标记来自于两种细胞的样品，杂交后，对微阵列的每一位点进行荧光扫描。每一位点的光强度正比于它所结合的荧光cDNA的量。光强越强，样品中该基因的表达水平越高。如微阵列的位点无荧光，说明两种细胞均不表达该基因。如某一位点显示一种荧光，说明该标记的基因只在此细胞样品中表达。同一位点显示两种荧光，说明该基因在两种细胞样品中均表达。

（2）分子马达
分子马达是由生物大分子构成，利用化学能进行机械做功的纳米系统。天然的分子马达，如：驱动蛋白、RNA聚合酶、肌球蛋白等，在生物体内参与了胞质运输、DNA复制、细胞分裂、肌肉收缩等一系列重要生命活动。分子马达包括线性推进和旋转式两大类。其中线性分子马达是将化学能转化为机械能，并沿着一条线性轨道运动的生物分子，主要包括肌球蛋白（myosin）、驱动蛋白（kinesin）、DNA解旋酶（DNA helicase）和RNA聚合酶(RNA polymerase)等。其中肌肉肌球蛋白是研究得较为深入的一种，它们以肌动蛋白（actin）为线性轨道，其运动过程与ATP水解相偶联。而驱动蛋白则以微管蛋白为轨道，沿微管的负极向正极运动，并由此完成各种细胞内外传质功能。目前对于驱动蛋白运动机制提出了步行（"hand-over-hand"）模型，驱动蛋白的两个头部交替与微管结合，以步行方式沿微管运动，运动的步幅是8 nm（图5）。目前， ATP水解与肌球蛋白和驱动蛋白的机械运动之间的化学机械偶联的关系还不清楚。近来的研究发现它们有相同的中心核结构，并以相似的构象变化将ATP能量转变为蛋白运动。DNA解旋酶作为线性分子马达，以DNA分子为轨道，与ATP水解释放的能量相偶联，在释放ADP和Pi的同时将DNA双链分开成两条互补单链。RNA聚合酶则在DNA转录过程中，沿DNA模板迅速移动，消耗的能量来自核苷酸的聚合及RNA的折叠反应。

图5：肌肉肌球蛋白（左）和驱动
蛋白（右）的运动周期模型

旋转式分子马达工作时，类似于定子和转子之间的旋转运动，比较典型的旋转式发动机有F1-ATP酶。ATP酶是一种生物体中普遍存在的酶。如图所示：它由两部分组成，一部分结合在线粒体膜上，称为F0；另一部分在膜外，称为F1。F0-ATP酶的a、b和c亚基构成质子流经膜的通道。当质子流经F0时产生力矩，从而推动了F1-ATP酶的g亚基的旋转。g亚基的顺时针与逆时针旋转分别与ATP的合成和水解相关联。F1-ATP酶直径小于12 nm，能产生大于100 pN 的力，无载荷时转速可达17转/秒。F1-ATP酶与纳米机电系统（nanoNEMS）的组合已成为新型纳米机械装置。

图6：ATP酶的结构示意图

美国康纳尔大学的科学家利用ATP酶作为分子马达，研制出了一种可以进入人体细胞的纳米机电设备--"纳米直升机"。该设备共包括三个组件，两个金属推进器和一个附属于与金属推进器相连的金属杆的生物分子组件。其中的生物分子组件将人体的生物"燃料"ATP转化为机械能量，使得金属推进器的运转速率达到每秒8圈。这种技术仍处于研制初期，它的控制和如何应用仍是未知数。将来有可能完成在人体细胞内发放药物等医疗任务。

图7：美国康纳尔大学研制成的"纳米直升机"示意图

（3） 硅虫晶体管
美国和北爱尔兰的研究者偶然发现了一种活的半导体(half bacterium, half microchip)，它能够嗅出生物战所用的毒气。这一发现竟来自科学家为消除计算机芯片生产线上的某些特殊细菌的屡屡失败。为消除这些微生物，研究者试用了从紫外线到强氧化剂，但是，细菌仍可幸存。纽约州立大学的生物学家Robert Baier解释了此现象。在清洗半导体芯片时，超纯水能够溶解一些半导体材料，如氧化锗，而这些半导体材料会围绕细菌结晶，使细菌在晶体的"家"中存活得极好，而不会受到损伤。微生物用半导体材料建立了一个"活"的单元。此现象提出了广阔的想象空间。亚利桑纳大学的物理学家O'Hanlon 和 Baier认为外面包上硬壳的细菌可以用于制造生物晶体管。在普通三极管中，由源极到漏极的电流受门极电压的控制。而这种细菌半导体晶体恰好可以用作生物晶体管的门极。当在呼吸和光合作用等产生电子转移的生物过程中，光照或者器官的水汽能诱导细菌产生电子，犹如打开了这个生物晶体管。这种精巧的灵敏装置能够探测到生物战毒气。
他们在半导体表面用纯水制作细菌晶体单元，下一步是使它发挥晶体管的功能，并获得更多的应用。

图8： 载激光束（蓝色）的纳米传感器探针穿过活细胞，以检测该细胞是否曾置于致癌物质下

（4） 纳米探针

一种探测单个活细胞的纳米传感器，探头尺寸仅为纳米量级，当它插入活细胞时，可探知会导致肿瘤的早期DNA损伤。
为了模仿暴露于致癌物质，将细胞浸入含有苯并吡 (BaP)的代谢物的液体中。 苯并吡是城市污染空气中普遍存在的致癌物质。在一般暴露情况下，细胞摄取苯并吡,并代谢掉。苯并吡和细胞DNA的代谢反应形成一种可水解的DNA加合物BPT （ benzo(a)pyrene tetrol)。纳米探针是一支直径50纳米，外面包银的光纤，并传导一束氦-镉激光。它的尖部贴有可识别和结合BPT的单克隆抗体。325纳米波长的激光将激发抗体和BPT所形成的分子复合物产生荧光。此荧光进入探针光纤后，由光探测器接收。Tuan Vo-Dinh和他的同事认为此高选择和高灵敏的纳米传感器，可以用于探测很多细胞化学物质，可以监控活细胞的蛋白质和其它所感兴趣的生物化学物质。
此传感器还可以探测基因表达和靶细胞的蛋白生成，用于筛选微量药物，以确定哪种药物能够最有效地阻止细胞内，致病蛋白的活动。随着纳米技术的进步，最终实现评定单个细胞的健康状况。


三、纳米生物材料

生物材料已是大家熟知的内容，例如：用于制衣、皮带的动物皮革是生物材料；用于镶牙和制作隐形眼睛的材料，尽管不是生物制品，但是被用于生物体内，也可以归于生物材料。纳米生物材料也可以分为两类，一种是适合于生物体内应用的纳米材料，它本身即可以是具有生物活性的，也可以不具有生物活性，而仅仅易于被生物体接受，而不引起不良反应。另一类是利用生物分子的特性而发展的新型纳米材料，它们可能不再被用于生物体，而被用于其它纳米技术或微制造。

(1) 活的电线
在很多方面，DNA几乎是构筑纳米尺度结构的理想材料。近来，科学家通过在DNA的表面覆盖金属原子的培植方法，合成了导电的DNA链。然而，由于DNA完全被金属覆盖，仅起一种支架的作用，不再具备选择性结合其它生物分子这一很有价值的特性。 Saskatchewan大学的研究者逐渐发现了将DNA发展成新一代生物传感器和半导体导线的途径。生物化学教授Jeremy Lee 实验室的研究者发现DNA很容易把锌、镍、钴等离子并入它的双螺旋的中心，并找到了在高pH值等基本条件下，稳定DNA含有金属离子的状态，获得了新的DNA导电体。 并且，此类金属DNA仍然保持选择性结合其它分子的能力。正在开发的应用之一是遗传畸变探测生物传感器。类似于其它的DNA探测，在此传感器上装配上所要探测的特制DNA序列。在此，DNA链是导电的。杂交DNA所引起的删除或变化，均起阻碍电流的作用，计算机能够简单地通过测量电导的变化，来识别DNA的异常。
这种生物传感器还能用于鉴别混合物，如：环境毒素、毒品、或蛋白质等，当这类分子结合到金属DNA上，将把金属离子排斥出来，导致电流中断。由于，信号强度的减小正比于污染物的浓度，所以，能够很容易地确定环境毒素的量。金属DNA还可以用于筛选结合于DNA的抗肿瘤药物，用作微细半导体线路的导线等。

（2） 组织工程中的纳米生物材料
材料支架在组织工程中起重要作用，因为贴壁依赖型细胞只有在材料上粘附后，才能生长和分化。模仿天然的细胞外基质--胶原的结构，制成的含纳米纤维的生物可降解材料已开始应用于组织工程的体外及动物实验，并将具良好的应用前景。国内清华大学研究开发的纳米级羟基磷灰石/胶原复合物在组成上模仿了天然骨基质中无机和有机成分，其纳米级的微结构类似于天然骨基质。多孔的纳米羟基磷灰石/胶原复合物形成的三维支架为成骨细胞提供了与体内相似的微环境。细胞在该支架上能很好地生长并能分泌骨基质。体外及动物实验表明，此种羟基磷灰石/胶原复合物是良好的骨修复纳米生物材料。
通过以上所述，可以明显地看出纳米医学、纳米生物技术和纳米生物材料等内容，并无明显的界线，可以说是相互交叉，相互依赖，共同发展的。这正是纳米生物工程的含义。
随着进入21世纪，纳米技术的发展将使今天的科学幻想成为明天世人普遍接受的实用技术。

㈤ 可降解生物材料制备与加工过程中需要注意什么

1. 严格遵守操作规程，穿戴好规定的劳保用品。

2. 2.熟悉图纸和有关工艺要求，充分了解所加工的零件的几何形状和尺寸要求。

3. 3.按图纸工艺所要求的材料规格领料，并检查材料是否符合工艺的要求。

4. 4.选择合适的加工刀具。

5. 5.针对加工零件，备好所需的量具。

6. 6.检查设备是否正常及安全防护齐全，各润滑油孔加注润滑油，设备空运转检查。

7. 7.装夹校正工件，装夹可靠。

8. 8.按工艺要求正常加工。

9. 9.做好工序自检。

10. 10.加工后经互检，叫检验人员专检。

11. 11.操作完成后，立即清理设备上的油污切屑及工作现场，零件摆放整齐。

12. 12.关闭电源，做好设备维护保养。分享来自金瑞五金。

13. 所以为了配件加工的质量和自身的安全，一定要注意以上几点。
    

㈥ 壳聚糖的制备：以虾壳为原料，来提取壳聚糖。 急！急！急！急！希望高手来帮助啊！万分感谢！

虾壳蟹壳漂洗----脱钙及无机盐----脱蛋白质及脂----脱碱，漂洗----水洗；烘干----甲壳素产品----浓碱处理----水洗；烘干----壳聚糖初产品----提纯----壳聚糖初产品----提纯-----壳聚糖产品

㈦ 家联科技

家联科技12月7日晚间披露上市公告书，公司股票将于2021年12月9日在深圳证券交易所创业板上市。股票简称为家联科技。股票代码为301193。 2021年半年报显示，家联科技的主营业务为塑料制品餐饮具、塑料制品-家居用品、纸制品及其他、生物全降解材料制品-家居用品、生物材料制品餐饮具，占营收比例分别为：75.95%、10.28%、4.76%、4.38%、2.77%。公司经营范围包括：新型塑料和生物材料的研发、生产、技术推广；日用品、工艺品、塑料制品的制造、加工；自动化设备、家居用品的研发；自营和代理各类货物及技术的进出口，但国家限定经营或禁止进出口的货物和技术除外(分支机构经营场所设在宁波市石化经济技术开发区川浦路269号）等。
拓展资料:
家联科技主营业务的竞争优势:
1、 公司采用以自主研发为主的研发模式，组建了专业且从业经验丰富、创新意识突出的研发团队，以市场发展为导向，充分考虑客户需求并积极加强与外部科研院所合作，借助外部力量促进研发能力提升，保证技术、工艺、产品等方面的持续创新。
2、 在生产自动化方面，公司聚焦于定制化产品生产工艺的自动化效率提升，通过逐年加大生产自动化相关的技术与设备投入，引入多关节工业机器人、多件套自动包装机、实时监控系统、中央供料系统、伺服控制系统等自动化、数字化、智能化配套设备、系统，对新建车间及现有车间进行升级与改造，实现了制造过程中的生产自动化、关键节点中的监控数字化与管理中的决策智能化。
3、 在生物降解材料方面，由于 PLA 等生物降解材料必需经过改性以后才能加工生产出符合客户要求的成品，如果直接使用，其加工出的产品在硬度、色泽、韧性、抗压、抗高温、抗水解等指标都无法满足正常的使用标准。公司较早布局且聚焦于借助物理、化学手段的生物降解材料改性，通过多年的团队研究，发行人已经自主开发并掌握对生物降解材料进行定制化改性的工艺技术和流程。
4、 塑料餐饮具、家居用品等终端产品与居民日常饮食、生活健康和人身安全等密切相关，因此产品质量对于餐饮、商超等客户而言都是重中之重。此外，公司下游终端客户对公司产品的外观、性能及良品率有着极高的要求，一旦出现产品品质问题，不仅会导致客户大规模退换货，更会直接影响客户与公司的后续合作。

㈧ 生物材料在生产加工过程中可直接进行表面改性吗

机械加工图纸中原材料表面无需加工的符号是√上面加以一个ο

㈨ 四川大学高分子考研生物材料加工都是学什么啊

专业课有点差别、前者叫高分子化学与物理学、后者叫高分子化学与物理，前者高化高物所占比例差不多（高化主要选择、写反应，高物主要为大题）、后者高物偏多

追问
材料学 材料工程有啥区别 考研以及研究生后面的学习问题

回答
川大高分子学院专业包括这些：材料学（研究材料制备、机理、结构、性能之类的）、高分子科学与工程（合成、改性、加工）、复合材料（共混、树脂基复合材料、纳米材料等）、 生物医学工程（生物材料、人工器官之类） 、材料加工工程（研究加工技术、原理、成型方法、模具之类的）、材料工程（材料加工、合金化、功能化等等）
材料工程是专业硕士，两年制 其余学术性硕士、、、、、
提问者评价
材料工程专业硕士 这个一年交学费不

㈩ 生物可降解材料具体有哪些有什么具体的应用案例吗

生物可降解材料是在细菌、真菌、藻类等自然界存在的微生物作用下能发生化学、生物或物理降解或酶解的高分子材料。

最理想的可降解生物材料是利用可再生资源得到，降解后可以被生物所重新利用，产物最好是二氧化碳和水，从而使这种材料的生产和使用纳入自然界的循环。

生物可降解材料的具体类型：

1. 聚乳酸（PLA）：PLA具有无毒无刺激、良好的生物相容性、强度高、可加工性好，可生物降解等特点，制成的片材、纤维、薄膜经过热成型、纺丝等二次加工后广泛用于包装、纺织和医疗等领域，其废弃物可通过微生物分解成水和二氧化碳。

2. 聚羟基脂肪酸酯（PHA）：PHA是由很多微生物合成的一种细胞内聚酯，是一种天然的高分子生物材料，同时具有良好的生物相容性、生物可降解性和塑料的热加工性能，可作为生物医用材料和生物可降解包装材料。

3. 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）：PBS综合性能优异，性价比合理，用途极为广泛，可用于包装、餐具、化妆品瓶及药品瓶、一次性医疗用品、农用薄膜、农药及化肥缓释材料、生物医用高分子材料等领域。

4. 聚己内酯（PCL）：PCL除了具有热塑性塑料易加工的特点外，还有生物可降解性、生物相容性、形状温控记忆性等特点，主要应用为可控释药物载体，完全可降解塑料手术缝合线等医用材料。

生物可降解材料具体的应用案例：

1、生物医用：心脏支架、人造皮肤、手术缝合线…

以上内容均节选自《揭秘未来100大潜力新材料（2019年版）》_新材料在线；

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