生物医学工程与生物技术范文

前言：我们精心挑选了数篇优质生物医学工程与生物技术文章，供您阅读参考。期待这些文章能为您带来启发，助您在写作的道路上更上一层楼。

第1篇

生物工程技术是人们以现代生物科学为基础，根据生物体的结构、特性和功能，运用工程技术的原理和方法，设计构建具有预期性状的新物种或新品系，为社会提供商品和服务的一种综合性技术体系。生物技术的研究领域十分广泛，它包括所有对生物进行干预的技术手段：重组DNA技术、基因治疗、生物制药技术、克隆技术、基因芯片技术等。生物技术包含许多方面的内容,包括蛋白质工程、基因工程、酶工程和细胞工程。生物工程技术的兴起为现代科学发展和工农业、医药卫生事业的进步提供了巨大的潜力，同时也给人类带来的丰厚回报率，因此，生物工程技术已成为世界各国研究的重点和世界高科技竞争的焦点。

1 我国生物工程技术产业的现状

1.1 制造生物活性蛋白 基因工程技术的发展在医学上最重要的成就表现在治疗用生物活性蛋白或疫苗的生产和使用，利用基因工程生产有药用价值的蛋白质、多肽产品已成为当今世界一项重大产业，并将有望成为21世纪的支柱产业。2000年我国基因工程药物和疫苗年销售额已达近120亿元人民币[1]。现代生物技术制药有别于传统制药方法，运用现代生物技术不仅可以开发更加精确有效、不良反应更小的新药和新型疫苗,更重要的是可以预防和治疗一些应用传统治疗方法无法克服的疾病。

1.2 医学科学研究 1990年10月国际人类基因组计划启动，我国科学家承担了人类基因组1%的测序，是惟一加入该计划的发展中国家。人类基因组计划是现代生物技术在医学领域的成功应用，随着大量与人类健康有关的基因的定位、鉴定分离，遗传诊断和基因治疗都将成为现实，现代生物技术将使医学领域的研究提高到一个新的水平。

1.3 疾病诊断 人类绝大部分疾病都与基因密切相关，包括自身基因的变异与外源基因的入侵。因此，从基因水平探测和分析疾病的起因，从基因水平干涉和矫正疾病造成的紊乱，是近些年来基础和临床医学新的研究方向。现代医学其中一个重要的方面就是尽早检测出在人、动物体内的病原性物质，做到早发现、早治疗。基因芯片是生物芯片的一种，可一次性对样品大量序列进行分析与检测。目前科研人员已分析出各种遗传病的基因序列，并根据其序列合成出基因探针，用于各种遗传病的检测以及优生优育，还可用于遗传病的防治和治疗，基因诊断可望成为临床的一项常规的检测诊断技术。

1.4 疾病治疗 现代生物科学技术的飞速发展，使生物学和医学研究进入了分子水平时代。目前，基因治疗的关键技术实现了突破,ADA缺陷病、B型血友病、恶性肿瘤、梗塞性外周血管病等5种治疗方案已进入临床试验。其中，应用移植造血干细胞来治疗白血病和一些遗传性血液病已较为普遍，另外干细胞在肿瘤和免疫系统疾病治疗中也有很好的疗效。器官移植是现代医学的重要领域之一，但是目前供移植用的组织器官非常短缺，转基因猪有望为人类提供移植所需的器官。此外，随着转基因和克隆技术的成熟，解决安全性和异源组织排异反应的问题成为可能，并且为防止新病原带入移植器官或组织做出更大贡献[2]。

1.5 预防医学 预防医学的一大领域是环境监测和环境净化,现代生物工程技术在此领域的研究与应用已发挥了重大作用。基因跟踪法鉴定带菌者以预防流行病的蔓延，基因探针能快速灵敏地检测水中病毒含量，生产生物农药和生物肥以减少环境污染以及利用基因工程菌消除污染水面的石油以净化环境等，生物技术在此领域显示出了光明的前景，提高了环境质量。我国生物技术产业的总体水平已经在发展中国家处于领先地位，但与发达国家相比还有一定的差距。未来的发展还存在着许多问题，主要表现在生物技术产业实力依然不强、技术转化能力差、产业化规模小、产品少、支撑技术及生产装备落后、研发与产业化脱节、缺乏具有核心竞争力的国际化大企业、产业发展的整体环境有待改善等方面。同时，我国生物产业内部创新能力严重不足，现有人力资源偏重于理论研究，实用型创新能力不足，缺乏创新创业型人才。

2 生物工程技术在医学教育中的渗透及影响作用

生物工程技术是科学技术发展的一次飞跃，它不是单一的传统化学、生物学、遗传学、医学、微电子学的交叉与融汇，关键是它的每一个具体的研究成果都有可能导致一种产品生产技术上的革命。

2.1 生物工程技术知识渗透到医学学科知识体系中的必然性 生物工程技术的学科内容显著不同于传统学科，从本质上讲，生物工程技术是人类对生命过程的观察、研究和认识，然后将这些生命过程中所包含的一些非常微妙、精确、高级的反应用于制造出人们所需要的产物，创造出对人类有益的所需要的动植物新品种。医学教育是培养掌握基础医学和临床医学的基本知识、基本理论和基本技能，而且能够从事疾病的诊治、医学教育和科学研究的宽口径医学专门人才的一类专业。现代生物工程技术的发展已广泛渗透到医学各个领域，在今后10～20年里将使医学领域的各个重要方面发生根本性变革，事实上当今从事医学研究的各类科技人员都深感生物技术知识和手段对它们研究工作的重要性。但是从目前来看，许多医疗从业人员对生物学及相关学科的了解比较肤浅。原因是我国的医学教育专业要求学生掌握以基础医学、临床医学为主干学科的基本理论和基本技能，学习公共卫生及与医学相关的人文社会科学、自然科学等有关知识与方法，缺少与医学相关的生物工程技术课程。着眼生物工程技术的发展趋势，把生物技术知识渗透到医学学科知识中，具有时代的紧迫性。知识的分化是为了更好地对某一领域进行研究，分科教学并不是目的，它只是让人们具体地了解某些领域的知识，知识的综合运用才是最终目的。渊博而丰富的跨学科知识教学能够起到相互补充、相互启发的作用，同时提高学生的学习兴趣，激发创新动力。可以说学科内知识综合转化为学科间的知识，必将成为各学科教学发展的趋势。

2.2 生物工程技术的发展对我国医学教育课程设置的影响 尽管我国医学教育取得了较大的成绩，但仍然不能完全适应社会的进步、生物科学技术的发展以及卫生事业改革的需要。为此医学教育课程设置必须进行改革，把生物学的主干学科，如分子生物学、遗传学贯穿在整个医学课程中。选修课程体系要以拓展知识结构，扩大知识面，加强前沿、新兴、交叉学科知识为出发点，构建与素质教育相配套的选修课课程体系。适当减少必修课授课门数和学时，加强学生自学能力的培养。新型交叉学科：分子生物学、临床遗传学、分子病理学、流行病学和计算机科学至关重要，特别是由基因组学和信息学融合形成的新学科-生物信息学将开创整个生物医学教育和研究的新时代。

2.3 构建与培养医学人才综合素质相适应的教学内容的时代紧迫性 构建以体现人文社会、自然科学类知识向医学基础知识，医学基础知识向临床知识，临床知识又向基础前伸的渗透、互跨式整合课程。采用以学科为中心模式、以问题为中心模式和模整合课程混合型课程模式，最终达到专业基本教学内容的要求。在医学教学中尝试利用学科间横向迁移、渗透，培养学生的创新意识和解决问题的能力，引导学生运用生物工程技术知识和方法来解决医学问题，同时，又运用生物工程技术知识去解释医学中难以解释的现象，这样可极大地鼓舞学生，又给学生提供更多的机会，让他们主动去体验、探索、研究，培养他们的创新意识和科研能力，对学生毕业后继续医学教育将产生积极的影响。总之，现代生物工程技术的发展，正在对医学教育产生广泛而深远的影响，其内容涉及到确立新的培养目标，医学教育课程设置必须进行改革，构建医学人才知识、能力、素质相结合的教学内容等。这些在国外已经引起教育工作者的广泛关注，我们不能等闲视之。

参考文献

第2篇

On Graduates' Gardening Plant Genetic Engineering

Principles and Techniques Teaching and Reform

CHEN Changming

（College of Horticulture， South China Agricultural University， Guangzhou， Guangdong 510642）

Abstract Plant Genetic Engineering Principles and Techniques is a plant related graduate of an important basic course， the article reviewed the current postgraduate course in practice teaching reform， analyzes the existing problems. According to the characteristics and horticulture graduate personnel training requirements of plant genetic engineering， it is proposed to improve the quality of teaching practice teaching methods and measures to improve the practical teaching system to improve the ability of students to acquire knowledge and innovation.

Key words graduates; Plant Genetic Engineering; teaching reform

0 引言

基因工程是二十世纪八十年代在分子生物学和分子遗传学的基础上发展起来的一门新兴学科。它的主要研究内容是体外将核酸分子插入质粒或其他载体分子，构成新的遗传物质组合，并将其转化到原先没有这类遗传因子的寄主细胞内，且能持续稳定地表达和遗传。因此，应用基因工程技术，人们可以按照自己的主观愿望，创造出自然界原本不存在的新生物类型。科研人员正是利用这一特征，已在提高农作物产量，改善品质，增强抗逆性和抗病虫害的能力等方面取得令人瞩目的成就。园艺作物主要包含果树、蔬菜、观赏植物三大类经济作物，基因工程在园艺作物品种改良，关键基因的发掘，种质鉴定等方面有着重要的作用，如今很多农业院校园艺系相继开设了研究生的园艺植物基因工程原理与技术课程。

1 研究生基因工程原理与技术课程教学与实践改革现状

为了适应现代生物技术的飞速发展和达到培养高素质科研人才的要求，基因工程原理与技术课程已被设置为包括生物技术、生命科学、生物工程在内的生物相关专业、医学专业及农林专业本科生和研究生的必修课。由于基因工程技术在生物科学研究中的地位举足轻重，在众多综合院校和农业院校都开设了基因工程类课程，对基因工程类课程改革做了许多研究工作。阮小蕾等探讨了本课程在传统的理论和实验教学中存在的不足，结合笔者的教学经验，在教材建设、教学内容的改革与建设、实验配套的硬件与软件建设、实验教学安排等方面进行了探索，总结出了一套行之有效的理论和实验教学方法。姜大刚等对研究生基因工程实验教学改革进行了探讨。提出了以教学大纲为指导开展教学，做好课程规划;构建“和谐课堂”，重视教学效果;教学内容的与时俱进和不断充实完善;重视师资队伍建设，发挥骨干教师的模范作用;科研内容的渗入和应用等观点。马婧等针对园艺专业研究生的特点和人才培养要求，提出了根据课程性质，合理安排课程时间，针对专业特点，选择理论教学内容。并探讨了实验教学实践的方法，提出了采用小班教学，“高带低”的辅助教学模式。

2 园艺研究生植物基因工程原理与技术课程教学与实践存在的问题

园艺植物基因工程原理与技术是针对园艺专业低年级硕士、博士研究生的一门专业选修课程，包括基因工程原理讲授和实验技术操作两个部分。以笔者所在的华南农业大学园艺学院为例，该课程是针对园艺相关专业（包括果树学、蔬菜学、花卉学、园艺产品采后科学、茶学）低年级硕士和博士研究生开设的一门专业选修课程，该专业生源大部分为园艺专业本科毕业生，同时存在一些跨专业考研的与生物不相关专业的学生，他们在本科阶段没有学习过基因工程、分子生物学、植物生物技术等相关知识，相对来说，存在学生基础知识薄弱、专业背景复杂、研究方向多样等因素，这为园艺植物基因工程原理与技术课程在园艺专业研究生中的教学带来了一定的困难。除此之外，开设时间短，课时少，一些学校的实验条件有限等现实情况也成为了该课程开展的制约条件，另外由于很多同学以前没有做过分子生物学方面的实验，对基因工程实验的操作非常生疏，因此也必要对他们进行特别的指导与教学。针对以上问题，该课程应结合专业特色和教师个人科研工作，让研究生掌握一定的基因工程技术，为今后的研究和生产工作奠定基础，本文从课程的理论体系教学和实验设置等方面提出了课程改革的措施。

3 研究生园艺植物基因工程原理与技术课程教学改革措施

3.1 设计合理的园艺专业研究生植物基因工程原理与技术理论教学内容

园艺植物基因工程原理与技术虽然以实验操作为主，但离不开基本原理知识的讲述，传统的基因工程理论知识体系庞大而复杂，在有限的课时里（设计为30个学时），讲授者很难将所有相关知识一并传授给学生。因此挑选合适的讲授内容就显得尤为重要了。园艺专业研究生的研究对象主要为果树、蔬菜和花卉，运用植物基因工程技术的主要目的是对植物某一性状进行改良。所以在课程内容选择上应该以植物基因工程所要解决的主要问题为导向，带着问题和目标选择授课内容。讲授侧重于植物基因工程的相关内容，重点讲解核酸提取，目的基因的克隆，植物表达载体的构建，重组子筛选，农杆菌介导的转基因方法等内容。通过这些内容的教授，学生就可以掌握在植物基因工程研究中所需要的基本理论知识，为将来从事相关的科学研究打下基础。随着现代基因工程技术的快速发展，基因工程的技术更新很快，除了基本的基因工程原理知识，也需要及时获得最新的用于植物基因工程，尤其是适用于园艺类植物基因工程的新方法和新技术，并整合到教学内容中，如最近出现的可用于园艺植物基因沉默的新技术TALEN和CRISPR/Cas系统等，与时俱进地更新教学内容，将新知识、新理论、新方法传授给学生。

3.2 合理安排实验内容

研究生教育应以科研为目标，园艺植物基因工程原理与技术课程的学习就是为研究生将来进行植物基因工程相关的科研活动打基础的，我们的课程教学与设计也要以园艺植物研究为导向，巧妙进行实验设计，合理安排实验内容。植物基因工程相关的实验方法和技术非常多，应选择适合园艺专业研究生的实验内容。选择内容的标准主要有三个方面：第一，实用性原则，现在我们园艺学院科研项目所需的基因工程操作主要有基因克隆、载体构建、表达分析、基因遗传转化等，所以我们着重从这些方面入手，设计实验，让学生对将要从事的基因工程方面的实验有一个整体的认识;第二，创新性原则，基因工程技术发展了这么多年，出现了很多新的技术，然而在我们的实验教学过程中，一直沿用最基本的实验操作模式，因此在现有实验的基础上加上一些近年来新发展的技术可培养研究生科研上与时俱进的思维，如我们可在实验的内容加上生物信息学的内容，或者学生采用电子克隆技术得到的基因序列，设计扩增引物，用PCR的方法扩增，并送往公司测序，然后分析序列，以培养学生独立思考与探索的意识，而且现在用的实验指导书，实验技巧与知识已经陈旧，有必要增加新的基因工程操作技术到本课程的实验指导书中;第三，合理性和可操作性原则，园艺研究生有别于其他生物专业的研究生，他们的生物技术，生物化学以及分子生物学方面相关知识比较薄弱，所以在实验过程中的实验内容及时间安排应循序渐进，合理有序，首先从学生们易于接受的DNA提取、PCR以及凝胶电泳入手，再进一步到载体构建及基因表达，实验操作过程中分组进行，每组4～5人，每一组由一个实验经验丰富的高年级研究生任指导组长。

3.3 理论联系实际，开展科研训练，探索原理讲授与实验技术操作最佳结合方式

园艺植物基因工程原理与技术不但注重理论知识的讲授和掌握，相关实验技术更是本门课程的精髓所在，本门课程的最终产出还是看学生是否能够完成基因工程相应的实验操作，并将实验手段和方法用于生产实践。然而基因工程的基本原理是理解实验技术的基础，是解释实验技术和开发新的实验技术的必要支撑。如何将实验原理的讲授与实验操作的实施有序有效结合是开好该门课程的关键，可从以下四个方面考虑：第一，理论课与实验课时间顺序的安排，例如是先讲理论还是先做实验，是穿行，还是依次完成;第二，理论课与实验操作课的衔接性探索;第三，理论课与实验课讲授内容的分配，如在实验课中，相关实验注意事项及实验技巧需要强调，除此之外还会涉及一些实验原理，因此要探索实验课中应该重点讲授哪方面的实验原理;第四，在实验过程中让学生对实验结果逐步运用相关理论进行分析并制定下一步实验计划，让学生主动地参与到实验的设计与实施中，在实验中将各章节知识相融合，理论与实践相贯通。

第3篇

[关键词]校企共建工程中心 生物技术实践教学

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2014）01-0135-03

黑龙江八一农垦大学生物技术专业是在农业微生物实验室的基础上建立的，曾三次被评为黑龙江省普通高校重点建设专业。该专业经过多年发展，培养了大量社会所需的生物技术人才，与社会联系广泛，社会声誉逐步提升，专业建设能密切联系本地经济社会发展，在与相关产业和领域的合作方面有良好的机制与途径，毕业生广泛受到用人单位的欢迎，历年初次就业率就达到85%以上。

经过多年的建设，生物技术专业的培养体系已较为成熟，但生物技术的迅猛发展，新知识、新技术的不断涌现，对生物技术人才培养的质量提出了更高的要求。因而，生物技术专业人才培养目标、思路及方案的制订要充分考虑学校的优势、就业需求和未来发展的需要，要站在学科前沿，紧盯生物技术专业的发展趋势，适度超前，培养在几年乃至若干年之后，仍为社会所需要的人才。[1]本文依托黑龙江省寒区农业废弃物资源化综合利用工程技术研发中心这一平台，对生物技术专业的实践教学模式进行初步探索、研究。

一、生物技术专业实践教学存在的问题

我校生物技术专业的学生实践能力的提高主要通过以下几个层次进行：首先是基础课实践能力培养，主要是通过生物基础、生物化学、分子生物学、细胞生物学、微生物学、免疫学和遗传学课程的实验与生物基础课的野外实习得到初步的锻炼；其次是在学习基因工程、发酵工程及设备、细胞工程、生物工程下游技术等专业课程中的实验及实习得到进一步的训练，主要涉及一些专业基本技术的培养；最后就是本科毕业论文的设计、研究及毕业实习。但在实践能力培养过程逐渐发现存在诸多问题。

（一）实验课内容陈旧重复

实验教学是培养学生实践能力的重要环节。生物技术是21世纪发展最快的学科，生物技术的研究内容、方法及设备日新月异。为了适应生物技术的发展，实验教学要不断地革新。而我校由于师资力量条件的限制，仪器设备年更新率不足5%，致使有些课程的实验内容无法更新。比如，发酵工程及设备的实验有3个：豆酱的生产、酸奶的发酵和固定化酵母细胞及酒精的生产，实验内容仍旧停留在20年前的水平。而发酵工程及设备、酶工程两门课程均有固定化细胞的实验内容，基因工程、分子生物学也存在实验内容重复的问题。实验课内容的陈旧及重复，使培养的学生不能适应社会的发展，竞争力不强。

（二）课程实习实施效果良莠不齐

生物技术专业的课程实习主要涉及三门课，一是生物学基础，在帽儿山进行为期1周的标本采集及鉴定实习，该课程的实习由学生直接参与，加之有丰富经验的老教师带队，历年实施效果较好，得到学生欢迎。另两门是发酵工程及设备、生物工程下游技术专业课，也均有1周的课程实习，但该两门课程的实习均是采用参观实习的形式，由于该部分的实习均是参观发酵车间，噪音大，学生听不清楚，学生在实习过程中走马观花，预计的实习时间很难达到，存在着实习实际学时达不到理论学时及实习效果差的问题。另外，发酵车间均大同小异，选择参观好几个发酵工厂，学习效果差异不大，学生通过实习学到的知识量少。

（三）毕业论文研究不能有效提高学生的动手和创新能力

学生是在指导教师的指导下进行毕业论文的设计、实施和撰写，毕业论文的完成可以培养学生的创新能力和实践能力。但目前存在着老师指导学生数量过多的现象，有的老师会指导10名左右本科生；同时需要老师填写及督促、检查学生完成的表格有选题执行情况统计表、指导教师情况统计表、教师工作总结、毕业论文执行情况检查表、中期检查表、工作进度表、教师指导记录表、工作日志、学生工作总结和优秀论文推荐表等，这些均加重了老师的工作量，使老师平均指导每个学生的精力减少，不可避免地造成学生毕业论文完成质量不高的问题。

（四）毕业实习实施困难

教学计划中安排学生在第八学期的1至15周进行毕业实习，是将四年所学的理论和实践相结合的重要阶段，可促进学生基本理论、基本知识、基本技能的融会贯通，提高学生运用知识解决问题的能力。而目前就业的严峻形势、学校对就业率的要求使学生不能安心去实习，因为利用实习阶段去找工作的学生较多，而学院为了完成就业的任务，也放松了对毕业实习的管理。另外，长期的教学实践表明，由于学生的动手能力差，学生进入实习单位后不能很快适应角色，用人单位也不愿意接收实践能力不强的学生。

二、工程中心建设的实践条件

寒区农业废弃物资源化综合利用工程技术研发中心依托单位为黑龙江八一农垦大学，共建单位为哈尔滨世宏环保工程有限公司。中心目前拥有包括35L-500L-1000L发酵系统、厌氧操作台、大型高速离心机、凝胶成像系统、高分辨率显微镜、蛋白质纯化系统、高效液相色谱等仪器设备100多台套，价值500多万元。中心学术带头人王伟东教授目前为国家“十一五”科技支撑计划项目首席专家、黑龙江省“十一五”重大科技攻关项目首席专家、黑龙江省普通高校新世纪优秀人才、黑龙江省杰出青年基金获得者。研究团队多年来在木质纤维素的微生物分解与转化、畜禽粪便和秸秆资源化处理生产生物有机肥、沼气发酵技术与工程和秸秆微生物发酵生产饲料技术等方面取得了众多的研究成果。

共建企业哈尔滨世宏环保工程有限公司是一家环保工程设计及施工、农林废弃物及污水处理的生物技术与生物质能源工程公司。公司涉及农业废弃物处理、环境污染（水、气、固体废弃物）防治厌氧处理工程、大型沼气发电工程、发酵料液制肥工程、环保设备集成、环保产品、环境工程等诸多方面。公司自成立以来，完成了鸡西市梨树区碱厂村、阿城滨圣养殖基地、通河龙口等多处大型沼气工程。公司通过多起大型沼气工程的建设，具备了丰富的建设经验，能够承担大型沼气工程的建设与机械设备的开发、安装、调试等工作。公司不仅致力于沼气工程的建设工作，还致力于先进技术的开发与利用，开展畜禽粪便堆肥化、生物质能源工艺技术及相关工程设备研发、技术熟化、成果转化、技术服务等。

三、依托工程中心的实践教学改革措施

（一）优化实验课设置，整合实验内容

针对实验教学过程中存在的问题，参考国内高校生物技术专业课程实验的设置进行实验项目的整合，把重复的内容进行了归类，开设新的实验项目。每门课程的实验内容、方法及目的均由授课教师进行开会论证，参与者为生物技术专业所有的授课教师及学院主管领导，特别邀请共建企业技术人员进行指导，对实验课的开设实行严格的论证，并对有些课程的实验进行了整合，形成一门课程：生物技术综合大实验课程，总学时为40学时，在第六学期开课；教学内容主要是融会贯通生物与分子生物学、微生物学、发酵培养的实验技能，综合考虑学校的教学条件及今后进入企业进行实习的要求开展实验；教学方式采用学生自行查阅资料、设计方案，由指导老师对实验方案修正后实施。

（二）调整专业课程实习为生产实习

鉴于专业课程实习与毕业实习存在的诸多问题，对生物技术的教学计划进行修订，保留了生物基础课程实习，取消了专业课程实习，在第五学期的开学之初增加4周的生产实习，主要是进入发酵企业进行顶岗实习。为了让学生能在实习单位尽快适应生产单位的条件，充分利用工程中心拥有的发酵设备条件，在工程中心进行1周的操作训练后分散进入实习单位，如大庆志飞生物化工有限公司、肇东日成酶制剂厂、大庆华理能源生物技术有限公司等10多个企业，采用学校教师与企业技术人员共同指导负责制对学生的实习进行指导和管理。

（三）建设“多师结构”的实践教师教学团队

在培养理论与实践兼备教师方面，我院进行了有益的探索。[5]为了进一步提高教师和学生的实践能力，本科毕业论文的指导教师打破完全由教师承担的制度，采用企业技术人员和教师共同指导方式。一方面减轻老师的工作量，另一方面研究的课题在一定程度上也解决了企业的一些问题，同时学生的综合能力也得到了提高。

（四）鼓励学生依据工程中心的条件申请创新训练项目

为推进创新创业人才培养模式改革，强化学生创新创业能力训练，进一步提升大学生的创新能力和创业能力，培养适应创新型国家发展战略需要的高水平创新人才，我省及学校从2012年起设立创新训练项目、创业训练项目和创业实践项目。获批省级项目，学校支持8000元/项；获批校级项目，学校支持5000元/项。鼓励学生利用工程中心的条件进行创新训练项目申请，申请成功后，工程中心将依据项目的内容提供实验条件。

四、人才培养效果

实验课程整合后，改变了以往以小的实验为主，实验内容简单，仅仅为理论中某一知识点验证的弊端，将有相关的知识内容有机地结合在一起，对学生系统掌握理论知识起到了很好的诠释作用。生产实习的安排在解决了专业课程实习仅是参观而得不到实际锻炼的问题的同时，还为更好地开展毕业实习奠定了基础，在此过程中工程中心起到了良好的衔接作用。“多师结构”的实践教师教学团队使学生的毕业论文质量得到了进一步提高，解决实际问题的选题内容比例增加。2009级毕业生选题中，针对实际问题的选题占32.4%，虽然比例还不是很高，但比2008级毕业生增加了近10%。2009级毕生中有15人参加到创新研究项目中，有5人次获得优秀毕业论文，投稿论文3篇。

五、结语

生物技术专业结合校企共建工程中心进行了一些可提高学生实践能力的教学改革，充分调用工程中心的各种资源，让生物技术专业学生在工程中心中可以体验不同的角色，获得不同的经历，接受多种熏陶，打造学术型和应用型人才培养并举的育人平台，将学生、指导教师团队、工程中心、企业现场融入生物技术人才培养体系当中，构建“四位一体”的实践教学模式。研究虽然取得了一定的效果，但阻碍实践教学能力提高的因素还有很多，诸如限制实验项目更新的仪器设备、毕业论文中流于形式的一些表格填写、毕业实习与就业矛盾的解决等问题，还需要主管部门的认真思考，提出合理的解决方案。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 王彦杰，韩毅强，晏磊，等.生物技术专业“落地人才”培养模式的探索与实践[J].安徽农学通报，2012（5）：150-151.

[2] 王洪振，于长春，郝锡联，等.生物技术专业本科实践教学的改革成实践[J].吉林师范大学学报（自然科学版），2010（1）：113-115.

[3] 赵琦，苟小军.地方高校生物技术类专业实践教学改革[J].实验科学与技术，2013（2）：56-58.

第4篇

生物医学工程专业培养目标

本专业培养具备生命科学、电子技术、计算机技术及信息科学有关的基础理论知识以及医学与工程技术相结合的科学研究能力，能在生物医学工程领域、医学仪器以及其它电子技术、计算机技术、信息产业等部门从事研究、开发、教学及管理的高级工程技术人才。

培养要求

生物医学工程专业学生主要学习生命科学、电子技术、计算机技术和信息科学的基本理论和基本知识，受到电子技术、信号检测与处理、计算机技术在医学中的应用的基本训练，具有生物医学工程领域中的研究和开发的基本能力。

生物医学工程专业就业方向

本专业学生毕业后可可以在医疗仪器企业的研发机构、生物医学工程及相关学科的科研单位、大型医院的设备中心、高等院校等地方工作，也可以做国家公务员。相关行业(如IT，仪器仪表等)。

从事行业：

毕业后主要在医疗设备、护理、制药等行业工作，大致如下：

1 医疗设备/器械;

2 医疗/护理/卫生;

3 制药/生物工程;

4 新能源;

5 电子技术/半导体/集成电路;

6 其他行业;

7 计算机软件;

8 仪器仪表/工业自动化。

从事岗位：

毕业后主要从事算法工程师、售后工程师、销售工程师等工作，大致如下：

1 算法工程师;

2 售后工程师;

3 销售工程师;

4 硬件工程师;

5 维修工程师;

6 注册专员;

7 技术支持工程师;

8 产品经理。

生物医学工程专业就业前景

生物医学工程专业就业前景还挺好的。生物医学工程专业这个名字大家一听到就会以为是医学专业，其实它是属于计算机、电子、医学交叉的一个专业，生物医学工程不归医学类专业管辖，而是不折不扣的工科专业，毕业后授予的不是医学学士，而是工学学士。

目前，生物医学工程是综合了生物学、医学和工程学的理论而发展起来，由于是多学科的有机融合，它与生物学、医学这些传统的经典学科又有所不同，也有别于纯粹的工程学科。

生物医学工程是工程学与生命、医学紧密交叉的学科，它致力于用工程学的手段解决生命、医学及健康领域的问题，特别是研究、开发创新型的医疗设备、检测方 法、材料制剂等。生物医学工程是极具前景的朝阳学科，将在本世纪为整个工程科学、生命科学与医学科学带来深远变革，更将成为促进全民健康事业发展的核心力量。

第5篇

生物医药：

制药产业与生物医学工程产业是现代医药产业的两大支柱。生物医药产业由生物技术产业与医药产业共同组成。各国、各组织对生物技术产业的定义和圈定的范围很不统一，甚至不同人的观点也常常大相径庭。

生物医学工程是综合应用生命科学与工程科学的原理和方法，从工程学角度在分子、细胞、组织、器官乃至整个人体系统多层次认识人体的结构、功能和其他生命现象，研究用于防病、治病、人体功能辅助及卫生保健的人工材料、制品、装置和系统技术的总称。

（来源：文章屋网 ）

第6篇

追梦――各具魅力的研究院校

几十年来，为了人类医疗水平的提高，生物医学工程的追梦人坚定地做项目、搞科研，研发出一个个新的医疗技术，更培养了一代代的生物医学人才。国内生物医学工程院校就是这样一个群体，从最初建立院系学科到分专业发展科研，再到如今培育人才做实际项目，每一步都走得精彩。

重点名校

清华大学

作为国内首屈一指的理工科高校，清华大学的教学科研资源得天独厚，生物医学工程系也不例外。该系强大的师资力量不可小觑，教授就包括院士、“长江学者”特聘教授、美国电气和电子工程师协会院士、美国医学和生物工程研究院院士。另一方面，清华大学生物医学工程系硬件设施优越。院系所在的医学科学楼拥有7个科研实验室和4个教学实验室，各实验室设施齐全，更引进了世界最先进的设备供师生研究所用。

清华大学生物医学工程学科自创立以来，在医学信号处理、生理系统建模仿真、超声成像等领域进行了长期系统地研究，在生物芯片、生物信息学、神经工程、分子影像等新兴方向有明显特色。毕业生中既有国际知名大学的教授，也有国内医疗仪器产业的领军人物，更多的是国内教学、科研、国防及产业方面的优秀人才。

清华大学生物医学工程专业每年的硕士研究生总数在30人以内，具体到校内校外是1∶1的比例，考研招生的人数大概在15人左右。

上海交通大学

上海交通大学生物医学工程专业创建于1979 年，同样是我国最早建立生物医学工程学科的院校之一。正如“早起的鸟儿有虫吃”，上海交通大学生物医学工程起步早，发展也较为成熟。2011年，上海交通大学生物医学工程学院成立，旨在对接国家重大需求及临床医学发展需要，重点建设生物医学仪器、神经科学工程、医学影像信息、生物纳米材料4个学科领域，致力于培养具有国际竞争力的生物医学工程领域高端研发人才。生物医学工程学院实施精英式教育，从一年级开始就实行导师制，进行全方位的导航。学生入校后，一、二年级夯实数理生基础及专业基础；三、四年级根据领域方向兴趣，在导师的指导下，拓展知识，提升创新能力和实践能力。这一教育方式让该学科的毕业生更出类拔萃。

2010年上海交通大学生物医学工程各专业研究生报考录取表

专业名称 报名

人数 录取人数 报录比

生物学 319 53 6.18∶1

化学工程与技术 43 9 4.78∶1

生物医学工程（83100） 95 30 3.17∶1

生物医学工程（430131） 8 21（含推免） 未知

生物工程 7 4 1.75∶1

西安交通大学

西安交通大学的生物医学工程在业内声名远扬。2000年，在原西安交通大学、西安医科大学、陕西财经学院三校合并及学科交叉融合的基础上，生命科学与技术学院成立。该院下设生物医学工程系、生物科学与工程系两个系，设有生物医学工程研究所、生物医学分析技术与仪器研究所、分子遗传学研究所、癌症研究所、生物医学工程与仪器研究所、线粒体生物医学研究所六个研究所。依托学校的整体实力，学院还设有现代医学电子技术及仪器国家专业实验室、生物医学信息工程教育部重点实验室、生物医学工程陕西省重点实验室三个重点实验室。2011年西安交通大学生命科学与技术学院生物医学工程招收学术型硕士研究生50人，全日制专业学位研究生20人。

复旦大学

复旦大学生命科学学院创立于1986年，是我国最早在大学中成立的生命科学学院，也是国家生命科学和生物技术人才培养基地。生命科学学院由生态与进化生物学系、微生物学和微生物工程系、遗传学和遗传工程系、生理学和生物物理学系、生物化学系五个系级单位组成，拥有遗传工程国家重点实验室、生物多样性与生态工程教育部重点实验室、现代人类学教育部重点实验室三个国家和教育部重点实验室，以及遗传学研究所、发育生物学研究所、植物科学研究所、生物多样性科学研究所、进化生物学研究中心等七个研究机构。学院以科学研究为主导，以争取国家级重大项目为抓手，力争在科研成果、科技产业化等方面实现快速发展。

2010年复旦大学生物医学工程各专业研究生报考录取表

专业名称 报名人数 录取人数 报录比

生态与进化生物学 18 6 3∶1

微生物学和微生物工程 49 11 4.45∶1

遗传学 90 42 2.14∶1

生理学和生物物理 8 5 1.6∶1

生物化学 128 48 2.67∶1

实力院校

浙江大学

1977年浙江大学科仪系设立国内第一个生物医学工程专业，并相继建成我国生物医学工程第一个硕士学位授予点、第一个博士学位授予点和第一个博士后科研流动站，现隶属浙江大学信息学部生物医学工程与仪器科学学院。其生物工程系在我国生物医学工程业内享有“黄埔军校”的美誉。学院建有生物传感技术国家专业实验室、生物医学工程教育部重点实验室等学术研究机构。学院与国际一流大学及科研机构的交流和合作广泛，多次举办高质量的国际学术会议。作为实力派院校之一，学院办学条件优越，科研实力强劲，现有科研实验用房6千多平方米，历年来先后获得国家级和省部级科技进步奖30余项，多项科研成果居国内外领先地位。

学院硕士招生按生物医学信息处理、医学成像与图像处理、医学仪器、生物传感技术、定量与系统生理等方向进行，按下表中的小专业录取。其中免试研究生比例约50%。

2010年浙江大学生物医学工程各专业研究生报考录取表

专业名称 报名

人数 录取

人数 推免人数

电子信息技术及仪器 110 24 未知

生物医学工程（083100） 86 46 未知

仪器仪表工程 1 6 5

生物医学工程（430131） 6 14 8

东南大学

作为国内生物医学行业的佼佼者，东南大学生物科学与医学工程学院以强大的实验平台和严谨的治学态度见长。该学科设有生物电子学国家重点实验室、江苏省生物材料与器件重点实验室。另外，在苏州、无锡等地开设科研基地，给学生提供了优良的实践平台，更方便学院与校外公司合作。在教学治学方面，全院师生在韦钰院士的带领下，在追求知识和理想中求实进取，勇于创新，创造了很多卓越的科研成果。

依托强大的学科优势，生物科学与医学工程学院学生学术思想活跃，专业基础扎实，具有较强的创新意识，大受用人单位欢迎。毕业生可到生物医学工程和电子信息工程领域的企业、高校、科研院所、医院等单位从事研究、设计、管理等方面的工作。

在考研招生时，学科分两个方向来录取。对于初试，考卷一般都不会设置太难，主要是对基础知识部分的考查。

2010年东南大学生物医学工程各专业研究生报考录取表

专业名称 报名人数 录取人数 推免人数

生物物理学 15 4 0

生物医学工程 106 61 13

华中科技大学

华中科技大学生命科学与技术学院拥有生物医学工程和生物物理学两个国家重点学科。学院科研实力雄厚，依托学院建立的科研基地包括：国家纳米药物工程技术中心、科技部基因工程“国际科技合作基地”、武汉国家生物产业基地、生物医学光子学教育部重点实验室、中英基因工程和基因组学联合实验室、中德马普生物物理与生物化学合作实验室等。近三年承担国家和省（市）研究课题234 项，其中国家自然科学基金108项，获得省部级以上奖励5项，获得授权发明专利23 项，发表SCI收录论文418篇。

学院研究方向包括医学图像处理与分析、医学成像技术与应用、生物医学信号检测与处理、纳米生物光子学与生物传感技术、人工器官等。近两年的考研报录情况未公开，但历年报考人数一直在全国高校内居多。

逐梦――与时俱进的研究分支

近年来，随着生物医学工程学科的发展，生物医学工程技术也日趋成熟，各分支方向的发展也日益明晰。那么，经过几十年的科学探索与研究，生物医学工程的发展现状如何？生物医学工程研究包括生物力学、人工器官、生物医学信号检测处理、生物医学仪器、生物医学成像、生物医学超声、生物材料与微纳米生物技术、分子电子学以及远程医疗与社区保健工程等分支。现今，各分支的发展与研究进行得如火如荼，研制出一系列辅助医疗仪器与关键技术，并在人类医疗诊断中发挥了很大作用。一般来说，我们可以将这些分支简分为四个方向：医学影像学、医学信息工程、医学仪器和分子生物学。

那么，对生物医学工程怀有憧憬的你，应该如何选择自己的努力方向呢？古人云：“知己知彼，百战不殆。”我们需要了解生物医学工程，明白自己对哪方面感兴趣。

医学影像学

影像学诊断是20世纪医学诊断最重要、发展最快的领域之一。20世纪50年代x光透视和摄片是临床最常用的影像学诊断方法，而由于X线、CT技术的出现和应用，影像学诊断水平发生了飞跃，极大提高了临床诊断水平。核磁共振计算机断层成像系统，不仅可分辨病理解剖结构形态的变化，还能做到早期识别组织生化功能变化的信息，有利于临床早期诊断。医学影像学由此而生。

不同于医学专业的影像学注重使用影像来诊断病情，生物医学工程医学影像学注重研究如何给医生提供更好的图像信息，如何将人体成像的信息更加可视化。近年来，各相关研究机构研发了许多新型的医学影像技术，包括人体各大脏器、血液乃至皮肤的成像技术，提取出更加有效的医学特征辅助医生治疗。

医学影像的研究对于研究人员的计算机水平有很高的要求，如在本科阶段学习的matlab/c++等软件是较为常用的编程软件。该方向研究生阶段的学习科目有《医学影像学》《多维信号处理与分析》《信号处理的小波变换》等，主要介绍医学成像的基本原理与关键技术，是本科阶段《大学物理》《高等数学》《数字信号处理》等课程的深度延续。

这一方向的研究在生物医学工程专业中较为普遍，很多大学都开设相应的课程或实验室。由于各院校发展情况不同，研究方向的名称也略有不同，感兴趣的考生可以利用网络资源加深了解。典型的院校有：清华大学、上海交通大学、华中科技大学、东南大学等。

医学信息工程

医学信息工程研究方向包括神经功能工程、生物医学信号的检测与处理、生物信息获取以及传感生物信息系统和应用等分支。其主要工作目标一方面是为神经科学研究建立交叉的技术平台，另一方面是为临床神经疾病的诊断和治疗提供新的解决方案。生物医学信号是人体生命信息的集中体现，是窥视生命现象的一个窗口。通过检测心电、脑电、肌电和细胞电活动、体温、血压、呼吸、心音、肌肉收缩等生物信号，提供给医生最好的诊疗信息。

该方向研究生阶段的课程设置主要包括《电路》《信号与系统》《数字信号处理》《数据结构》《生物系统及建模》《生物医学模式识别》等。各院校的课程设置基本相同，或者是相关课程的拓展。同样，该方向对学生的计算机编程能力有一定要求，在学习或实验中需要熟练应用计算机处理实验数据。毕业生的就业去向主要是电子信息和医学信息类的科研院所、医药卫生单位、生物医学电子信息企业等，从事科研、开发、应用设计制造及设备管理等方面的工作。国内开设该方向的院校有：四川大学、电子科技大学、西安交通大学、浙江大学、东南大学等。

医学仪器

医学电子仪器是生物医学工程学科的一个重要分支。19世纪末20世纪初，人类研制成功的各种治疗仪器大量进入临床，最具代表意义的有可植入式心脏起搏器、高频电刀、激光刀等。伴随微电子技术和计算机技术的发展，各种物理治疗类仪器发挥了越来越显著的作用。目前的研究课题包括：面向肿瘤诊断治疗的新型设备的研究开发、基于物理方法的热治疗技术、大功率驱动技术及医学仪器的设计与制造、面向家庭和社区医疗的数字化仪器的研发等方面。

该方向研究生阶段的课程主要有《智能仪器设计》《高级医疗仪器》《医学仪器原理》等，是本科阶段《微机原理与接口技术》《传感器技术》《信号处理技术》等课程的延续。国内开设该方向的院校有：上海交通大学、清华大学、浙江大学、四川大学等。

分子生物学

分子生物学是以分子水平研究生命本质的一门新兴边缘学科，它以核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为研究对象，是当前生命科学中发展最快，并正在与其他学科广泛交叉和渗透的重要前沿领域。由于分子生物学的不断发展，现代生物医学工程中人工关节、人工心脏起搏器、人工心脏、人工肝、人工肺等在临床上得到应用，使千千万万的患者恢复了健康。随着社会多样性发展，市场需求的不断变化，该方向也会研发出新的生物能源、保健、护理产品，甚至是化妆品相关的技术。

第7篇

关键词：生物医学工程；专业建设；问题；对策

我国生物医学工程自上世纪70年代创建以来，发展相当迅猛，其学科定位、产业效益和发展前景越来越得到社会认同和重视。截止目前，全国约90余所高校设有生物医学工程专业，其中医学院校约13所。如何充分发挥医学教学资源优势，积极探索适合生物医学工程专业的教育培养模式，建设具有鲜明医学院校特色的生物医学工程专业，培养复合型高级工程技术人才，是医学院校值得思考和探讨的重要问题。

1 生物医学工程学科特点

生物医学工程学科是运用现代自然科学和工程技术原理与方法，从工程学的角度研究生物体（特别是人体）的结构、功能及其相互关系，揭示生命现象、探索生命本质，研究和开发用于防病治病、人体功能辅助及卫生保健的人工材料、制品、装置、系统和工程技术的一门综合性学科，是理工类学科与生物医学学科深度交叉、高度融合的边缘性学科，所涵盖的领域十分广泛，具有“覆盖广、交叉深、发展快、变化多”等其他学科不具有的特点。

2 当前我校生物医学工程专业情况

1）招生情况

我校2010年4月申报生物医学工程专业，2011年正式招生。2014年首届生物医学工程专业学生顺利毕业，到2015年本专业在校生共169人。

2）主要专业课程

生物化学、人体解剖生理学、生物医学工程导论、C语言、电工学、信息技术、模拟电子技术、机械制图和AutoCAD、数字电子技术、计算机原理与接口技术、临床医学概论、信号与系统、医学影像技术学、医学检验仪器、医学图像处理、医学影像学、医学传感器、医学影像原理与设备、医学电子仪器原理与设计、医用激光仪器、放射物理原理与肿瘤治疗技术等。

3）就业方向

本专业学生毕业后适合从事医院设备的操作、管理和维护，在医学设备经营公司从事经营管理和技术服务，以及在相关的研究机构、生产企业从事产品的辅助开发、制造和技术管理等等工作。

3 我校生物医学工程专业建设的问题分析

医学院校具有很深厚的医学大背景，具备丰富的医学类学科教学资源和优越的临床设备实践条件等优势，生物医学工程学科和临床医学能紧密结合，但同时因学科体系不完善、教学师资力量比较薄弱、专业实验室建设投资大等影响因素，一定程度上制约了生物医学工程学科专业的高效快速发展。

1）理工学科体系不完善。我校是地方性医学院校，王牌专业当然是基础医学和临床医学等医学类专业，而工科专业都相当“年轻”。而生物医学工程专业学科涵盖面非常广，几乎可以用“包罗万象”来形容，如果用“学科频谱”来描述学科涵盖面宽度，生物医学工程无疑是88个一级学科中“频谱宽度”最宽的学科。我们学校尽管针对医学类专业的学生一直有开设了医用物理、医用高等数学等基础学科，但相比理工科院校要薄弱很多，而且缺乏材料、自动化、电子等重要工程学科的有力支撑，这些支撑学科的缺少会导致相应课程设置不完善以及综合性实践训练平台缺乏，学生无法系统地学习工程类课程，得不到系统扎实的工程技术训练，影响人才培养目标的整体实现。

2）复合型师资严重缺乏。要实现培养医工结合与交叉的复合型高级工程技术人才目标，首先要建设一支医工结合与交叉的复合型师资队伍。在我校，具有医学教育背景的教师资源比较多，而具有理工科教育背景的老师却不多，既懂医学又懂工程技术，能将工程技术与医学需求紧密结合起来的复合型、交叉型、融合型师资就更加少之又少，教师队伍知识结构普遍不够合理，与各相关学科交叉融合能力弱，这些现状一定程度上影响了课程体系构建以及教学质量和人才培养质量。

3）学生专业思想不牢固。生物医学工程作为一门新兴的边缘学科，知名度不高，社会、家长、学生都不是很了解生物医学工程是个怎样的行业，甚至容易和其它名字相近的专业如：生物工程、医学工程、生物技术等专业名称混淆，导致第一志愿填报的学生寥寥无几，第一志愿填报医学院校的生物医学工程专业的更是几乎为零。统计我校几年来招生情况可见，几乎所有的生物医学工程专业的学生都是调剂生，也就是入学时专业思想就不太稳定。加之其专业知识覆盖面广，涉及领域跨度大，专业知识体系复杂，专业课程内容在各学科之间交叉频繁，本科学生对本专业缺乏深入的了解、足够的信心和学习热情；生物医学工程专业学生所学知识普遍存在“宽瓜不精”，“广而不细”等问题，相比医学影像技术学专业，就业时处于劣势；部分学生由于学习任务重、压力大，导致学习积极性、主动性不高，专业思想不够牢固，甚至影响到专业整体的学习风气。

4 对策初探

医学院校要紧扣医工结合的复合型高级工程技术人才培养目标，突出学科交叉综合培养、工程技术意识培养、创新能力素质培养，加强学科之间的有科学融合，深化教学改革，加大教学投入，改善教学环境，加强队伍建设，充分发挥医学院校资源优势。积极探索具有医学院校特色的生物医学工程专业教育培养模式，构建科学合理的课程体系和实践教学体系，不断提升生物医学工程人才培养质量。

1）积极探索与理工院校联合培养的教育模式。综合性大学与医学院校在生物医学工程专业学科建设方面优势互补、劣势互存。综合性大学具有完善的理工类学科体系，工科师资队伍力量比较强，基础课程比较成熟，实践教学条件平台比较完善，在工程技术人才培养方面具有完善的培养体系和成熟的培养经验，但缺乏医学类学科教学资源和临床实践条件，缺乏与临床需求紧密结合的先决条件。因此，医学院校要在充分发挥自身资源优势的基础上，积极探索与理工院校联合培养的教育模式，实现优势互补。校校联合培养实现资源共享、优势互补，提高育人质量。

2）积极探索与知名医疗企业联合培养的教育培养模式，实现产学研相结合。与医疗企业联合培养本身就可以很大程度上扩大专业的影响力，同时优化教学体系，解决学生实习就业等问题。学校有诸多附属医院，为医疗企业提供更多的产品使用方，同时为企业输送专业人才。是一个双赢的合作培养模式。另外，通过实施产学研相结合的培养模式，医学院校可强化与科研院所和医疗卫生机构的联系和沟通，充分发挥产学研各方主体优势，有效解决师资力量不强、支撑学科不完善、创新能力培养不扎实等瓶颈问题。实践证明，实施产学研结合，是生物医学工程高等教育的成功经验，也是培养高素质生物医学工程技术人才的必由之路。高等医学院校应树立研究与产业化并举的教育培养理念，深化教学改革，积极探索产学研相结合的教学培养模式。构建产学研一体化的最佳运行机制。

参考文献

[1] 中国科学技术协会，2008-2009生物医学工程学科发展报告[M].北京：中国科学技术出版社，2009.3期。

第8篇

1生物医学工程专业内容特色概述

生物医学工程是一门新兴的边缘学科，它综合了工程学、生物学和医学的理论和方法，在各层次上研究人体系统的状态变化，并运用工程技术手段去控制这类变化。其学习内容包括以下几个方面。

1.1医学影像技术

即通过X射线、超声、放射性核素、磁共振、红外线等手段及相应设备进行成像的技术，现还有正在兴起的阻抗成像技术等。

1.2医用电子仪器装备

分为诊断仪器和治疗仪器两大类。诊断仪器主要是用以采集、分析和处理人体生理信号，现在使用较多的是心脑电、肌电图仪和多参数的监护仪等，而通过体液来了解人体内生物化学反应过程的生物化学检验仪器也已逐步完善并走向微量化和自动化。治疗仪器设备则是采用X射线、γ射线、放射性核素、超声、微波和红外线等仪器设备，如X射线深部治疗机、体外碎石机、人工呼吸机等。手术设备如γ刀、激光刀、呼吸麻醉机、监护仪、X射线电视等。现代化医疗技术中还将设备功能更加多样化、复杂化。

1.3生物力学

主要是研究生物组织和器官的力学特性，人体力学特性和其功能的关系。其中包括生物流变学（血液流变学）、软组织和骨骼力学、循环系统动力学和呼吸系统动力学等。

1.4生物材料

即人工器官、组织工程所需要的物质与材料，其大多数是需要植入人体，需要具备耐腐蚀、化学稳定性，需要具有与机体组织的相容性、血液相容性、无毒性。作为材料，根据所需还应满足各种器官对材料的各项要求，包括强度、硬度、韧性、耐磨性、挠度及表面特性等各种物理、机械等性能。需要掌握的知识包括金属、非金属及复合材料、高分子材料的合成工艺条件和表征、成型制备、性能等。

1.5生物效应与生物控制

生物效应是指在医疗诊断和治疗中，光、声、电磁辐射和核辐射等能量在机体内的分布、变化等作用。而生物控制则是机体自身的调节控制现象。采用生物、化学的方法对这些情况加以认识。其他还有介入式诊断、治疗等。生物医学工程最为竞争激烈的领域在医学成像技术上，其中以图像处理、阻抗成像、磁共振成像、三维成像技术以及图像存档和通信系统为主。而对医学信号的处理分析，包括心脑电、五官、语言、心音呼吸等信号和图形的处理与分析，以及神经网络的研究处理也是目前世界各国研究与学习的热点。作为生物医学工程专业的本科学生，将从业于该领域的研究、设备研发及制造、使用、维修养护等。所具备的知识体系是从物理化学基础、工程学到医学，十分广泛，仅四年内进行如此庞大的知识学习，学生将会呈现基础知识欠缺而专业知识也不深入的问题。为此，我们就医科大学、理工科大学、综合性大学各自特点进行了调研与分析，在此基础上，提出了生物医学工程本科学习建立特色课程体系的见解。

2生物医学工程专业人才的培养特色的研讨

我国生物医学工程本科专业分别在医科类大学、综合大学与理工科类大学中均有设置。由于生物医学工程具有典型交叉特性，该专业的毕业生的就业方向有运用医学影像学技术、医学信息学技术等在医院进行疾病诊断及治疗，有运用基础数学、物理、化学知识进行理论创新与实践，更多的是运用工程技术进行医疗器械、设备装备的研发、制造与维护管理等。由于生物医学工程庞大的知识体系，无法由某一个从业人员掌握，需要各方向的协作与合作，由此认为，设置于医科类大学、综合大学与理工科类大学的生物医学工程专业应有各自的特色。

2.1医科类大学生物医学工程专业人才的培养特色

2.1.1人才培养目标

作为医科大学，其专业人才培养具有鲜明的医学特色与优势。医科类大学生物医学工程相关专业的人才，其就业方向更多应以进入医院从事常规放射学、CT、核磁共振、DSA等的操作及计算机操作，运用各种影像、信息等诊断技术进行疾病诊断或治疗，所以其培养的人才首先应学习并具备医学的专业知识，然后才是具备基于医学专业领域需要的现代医疗仪器的研发与使用、管理能力的知识体系的学习，成为拥有工学知识及应用能力的医学应用型、复合型高级人才，毕业后所从事的仍是医药卫生领域工作，在医院设备使用、维护、管理方面起重要作用。因此其课程的设置应该与工科类生物医学工程侧重点不同。如在一般医科大学中都设有生物医学工程专业，以及与此相关的医学影像学专业、医学信息学专业等，其培养目标就应以“培养具有基础医学、临床医学和现代医学生物医学工程（如影像学、信息学等）的基本理论知识及能力，能在医疗卫生单位从事医学诊断、治疗（或信息管理等）和医学成像（或医学信息等）技术等方面工作的医学高级专门人才”为主。相应的培养要求应在于“学习基础医学、临床医学、医学影像（或信息学、医学超声学等）的基本理论知识，受到常规放射学、CT、核磁共振、DSA、核医学影像学、信息学、医学超声等操作技能的基本训练，具有常见病的影像诊断、超声治疗和介入放射学操作基本能力，基本的仪器（装备）维修保养能力”上。

2.1.2课程设置

基于医科大学的特色，其主干课程应注重基础医学、临床医学，同时开设基于医学特色的工学、工程学课程。具体如基础类的基础数学类、物理类、化学类、计算机类，如高等数学、普通物理学、有机化学、生物化学、微机原理及应用等课程，基础和临床医学类课程，如人体解剖学、生理学、诊断学、内科学、外科学、儿科学、妇产科学、药学、中医学、中药学、卫生管理等课程，然后按照各高校侧重设置传统生物医学工程的工学类、工程类课程，如模拟电子、数字电子技术、传感器、数字信号处理、医学图像处理、医用仪器原理、医学影像仪器、检验分析仪器、临床工程学、人体形态学等，部分专业可设置如力学类、机械工程类、有机材料或金属材料类课程。虽然是同一生物医学工程专业，但需要按照本校特色来设置课程，切忌大而全无特色，或各高校均设置同样课程。这是违背了生物医学工程高度交叉学科的学科特色的。

2.2综合性大学工科以及理工科大学生物医学工程专业人才的培养特色

2.2.1人才培养目标

现今综合性大学工科以及理工科大学基本上都设有生物医学工程专业，如北京大学工学院、浙江大学生物医学工程与仪器科学学院、东南大学生物科学与医学工程学院，四川大学高分子科学与工程学院等，各具特色。以东南大学生物科学与医学工程学院为例，其前身是生物科学与医学工程系，创建于1984年。学院的科学研究及学生培养方向就是强调生命科学与电子信息科学学科的交叉与渗透，应用电子信息科学理论与方法解决生物医学领域中的科学问题，发展现代生命科学技术。其人才培养目标在于“培养掌握生物医学工程专业知识，掌握分析与健康相关的生物医学工程问题的方法，并具备综合应用所学知识和方法解决实际工程问题的能力，具备健全人格和远大理想的工医结合复合型优秀人才”。即更加注重于培养工程与医学相结合的复合型人才，这些专业人才的从事的工作更多是在用于医学诊断、治疗的仪器设备的设计、研发及制造、维护等上面。而四川大学的生物医学工程专业的培养目标，按照其特色制定为“以工程为主，以从事生物医学工程教学科研的相关学科为依据，培养从事生物力学、生物材料、人工器官等相关方面的研究、开发、生产的高级专门人才。”，偏向于材料工程学。由此可知，在综合性大学工科以及理工科大学中，生物医学工程专业应更注重工学、工程学内容，其培养目标就应以“培养具有现代医学生物医学工程（如机械、电子、材料、计算机在医学中应用等）的基本理论知识及能力，能在医疗设备相关企事业单位从事设备（或装备）设计研发、制造、维修维护、管理等方面工作的高级复合型专门人才”为主。相应的培养要求应更多的学习工学的基本理论知识，受到常规医疗装备、设备等设计、研发、操作、维护维修、管理技能的基本训练并具有相应能力”上。

2.1.2课程设置

基于工科特色，其主干课程应注重工科基础理论的学习，了解医学基础知识，同时学习机械、电子、材料、计算机应用于医学中而派生的专业课程。如将特色定在医疗设备制造等方向上的生物医学工程专业，其基础类课程更加强了基础数学、物理的学习，设置了较多学分的高等数学、线性代数、概率论与数理统计、大学物理及实验等，医学类课程设置了基础医学与实验，涵盖人体解剖学知识，专业基础课和专业课设置了生物医学数学基础、电路及模拟电子技术及实验、数字电路与逻辑设计及实验、微机原理与接口技术及实验、VisualC++程序设计及实验、信号与系统、EDA技术、计算机硬件控制基础、单片机原理及应用、医学成像原理、医学影像系统、生理信号检测、生理信号处理、医学图像处理、医学仪器设计与实现、医学传感器、医学光学、医学超声、医学材料等，同样，课程设置也应按照本校特色加以取舍。

第9篇

一、生物医学工程学科特点

生物医学工程学科是运用现代自然科学和工程技术原理与方法,从工程学的角度研究生物体(特别是人体)的结构、功能及其相互关系,揭示生命现象、探索生命本质,研究和开发用于防病治病、人体功能辅助及卫生保健的人工材料、制品、装置、系统和工程技术的一门综合性学科[1],是理工类学科与生物医学学科深度交叉、高度融合的边缘性学科,所涵盖的领域十分广泛,具有“覆盖广、交叉深、发展快、变化多”等其他学科不具有的特点。根据研究侧重点,生物医学工程学科可分为信息技术型、材料技术型、生物技术型、生物医学研究型、医疗器械产业型、临床生物医学工程、军事生物医学工程等7类[2]。当前讨论和研究的热点领域主要有:生物医学材料、生物力学、医疗信息技术、生物芯片与传感技术、组织工程及再生医学、介入医学工程、医疗器械等7个方面[3]。

二、医科院校生物医学工程学科专业教育现状分析

高等医科院校生物医学工程学科和临床医学结合紧密,医学大背景很深厚,具备丰富的医学类学科教学资源和优越的临床设备实践条件等优势,但同时因学科体系不完善、教学师资力量比较薄弱、专业实验室建设投资大等影响因素,一定程度上制约了生物医学工程学科专业的高效快速发展。

1.理工学科体系不完善。生物医学工程专业学科涵盖面非常广,广到什么程度呢?可以用四个字形容———“包罗万象”,如果用“学科频谱”来描述学科涵盖面宽度,生物医学工程无疑是88个一级学科中“频谱宽度”最宽的学科。目前大多数开设生物工程学的高等医科院校,物理、数学、化学等基础学科相比理工科院校比较薄弱,而且缺乏材料、自动化等重要工程学科的有力支撑,这些支撑学科的缺少会导致相应课程设置不完善以及综合性实践训练平台缺乏,学生无法系统地学习工程类课程,得不到系统扎实的工程技术训练,影响人才培养目标的整体实现。

2.复合型师资比较缺乏。要实现培养医工结合与交叉的复合型高级工程技术人才目标,首先需建设一支医工结合与交叉的复合型师资队伍方阵。在高等医科院校,生物医学工程专业师资队伍中具有理工科教育背景和医学教育背景的教师比较多,而既懂医学又懂工程技术,能将工程技术与医学需求紧密结合起来的复合型、交叉型、融合型师资比较缺乏,教师队伍知识结构普遍不够合理,与各相关学科交叉融合能力弱,这些现状一定程度上影响了课程体系构建以及教学质量和人才培养质量。

3.创新能力培养不扎实。生物医学工程专业85%以上的基础课和专业(基础)课程都要开展实践教学,必须建设相应的实践教学平台,这些实验室建设要求高、仪器设备多、投入大,部分院校在生物医学工程专业课程实验条件建设经费投入不足,单独开设的实验课程比较少,实践教学体系不够完善;课程标准中演示性、验证性等基础性实验设置比较多,而综合性、设计性实验设置比较少[4];缺乏“大学生电子设计创新基地”等综合性实训实验硬件软件平台和组织管理经验;学生规模小,缺少其他理工科学科支撑,组队参加全国大学生电子设计竞赛、全国大学生挑战杯设计竞赛等活动较为困难。

4.学生专业思想不牢固。生物医学工程学作为一门新兴的边缘学科,覆盖面广,涉及领域跨度大,专业知识体系复杂,专业课程内容在各学科之间交叉频繁,本科学生对本专业缺乏深入的了解、足够的信心和学习热情;相对材料、自动化、机械、通信以及临床、医学影像等专业,生物医学工程专业学生所学知识普遍存在“宽而不精”,“广而不细”等问题,就业时相对处于劣势;部分学生由于学习任务重、压力大,导致学习积极性、主动性不高,专业思想不够牢固,甚至影响到专业整体的学习风气。

三、对策初探

高等医科院校要盯准医工结合的复合型高级工程技术人才培养目标,突出学科交叉综合培养、工程技术意识培养、创新能力素质培养,深化教学改革,加大教学投入,改善教学环境,加强队伍建设,充分发挥医学院校资源优势,积极探索具有医科院校特色的生物医学工程专业教育培养模式,构建科学合理的课程体系和实践教学体系,不断提升生物医学工程人才培养质量。

1.坚持走“先研究生后本科生”的教育培养模式。“覆盖广、交叉深、发展快、变化多”等特点决定了生物医学工程学科专业的开设和建设,对教学基本建设、课程体系构建、师资队伍力量、实践教学平台等方面要求比较高,必须具备一定水平的软硬件条件。医科院校在开设建设之初,往往存在培养方向不明确、课程体系不科学、平台条件不完善、师资力量不足等困难和问题,因此,对于计划开设生物医学工程专业的高等医科院校来说,要坚持走“先研究生培养后本科生培养”的教育培养模式,通过5-10年时间的研究生培养和学科建设,加强教学基本建设,积累教学经验,规范教学管理,建设一支高素质师资队伍和一批高水平的实验教学平台,构建完善的课程培养体系和实践教学体系,为本科生培养创造良好的学习条件和学习环境。

第10篇

生物技术与生物信息确实是个暧昧而尴尬的专业，一提到多数人最关心的就业问题，除了辅导员，很多人都有些茫然。我们总是要向各色人等解释，我们以后不当医生，不进医院。甫入大学，同系同班间商谈最多的就是要不要转专业，要如何转专业。但到大一即将结束，下一学期初便有转专业考试时，多数人却对此早已不了了之。即使转到看似最热门的临床专业——这可能是家长最希望的——也未必能给我们比现在更好的明天或者所谓前途。

不知道是不是所有人，姑且就说是很多人吧，很多人都是在进入大学后才发现自己之前在认识上的误区——以为高考后生活会大不一样。事实上也确实有很多不一样，只是大多都不如人所愿。失落，都是源于最初的期望。我们都是怀着希冀，才愿意挨过高考，而后求学于异乡。进了大学，专业已定，不久的将来的道路也简单明了：工作，考研，考公务员，或者出国。独辟蹊径的只有少数人。最怕的是，路早就在那儿，哪怕以最稳健的步子踏上去，终于走到真正自主，难以再倚靠他人时，却发现，依然离自己想要的生活很遥远。

大学可以是内涵很广阔的地方，不同的人在这里各取所需，而有一点却是共同的——寻找一个方向，一个能通往明天而且你又能坚持的方向。不过大学也仅仅是这么一个地方而已，可以给予人很多，但还没有强大到足以决定人的一生。舵，从来都是在自己手中的。

生物医学工程是国内兴起不久的学科，其下的生物技术与生物信息专业则更加年轻。出路非常之不清晰，因此，也会显得非常开阔。从就业的角度而言，刚刚打开的市场急需人才填充。查阅往届毕业生的去路，除了工作、考研、考公务员、出国，还有同声翻译的例子。值得一提的是，毕业后直接工作的往往选择了世界五百强企业，其中又以销售和管理为主。可见，学校、专业绝不是决定性因素。

大学期间正是可塑性最强的时候，有很多的选择，我们要看到，并且最终要做出决定。比功课更重要的是人生。我们可以逃课，可以不做作业，甚至可以考试挂科，可是，我们不能一直理所当然地靠父母生活，在学校里获得庇护，惯着自己，任由自己从懵懂走向真正的无知。大学期间，如果只有成绩还算过得去，而其他方面收获甚微，我以为是损失极大的。当然，如果不止这样，连成绩都极为砢碜，那么，大概，大学是没必要的了。

大学相对于其之前与之后的阶段，属于比较安逸的一个时期，因为升学的压力已过，工作的负担暂时还不必担。比较普遍的现象是，到大学后很多人变胖了，越来越能睡，越来越能宅。在即将过去的大一生活中，我遗憾最多的是，花太多时间在宿舍里了。我特意从南方来到北方，选择了一座与家乡完全不一样的城市，却无热情在这里探秘寻胜，只固守在市中心，坐公交车去邻区一次就觉得是极远的路程。

一个已经毕业参加工作的人告诉我，他在大学时会常常到火车站，数数兜里的钱，看能够买到哪里的票，不问地方，就去那儿逛一圈再回来。而毕业后，他再也没这样做过。热情是会消退的，所以一定要趁青春还如火如荼时，多探索，多感受。

第11篇

关键词：3D打印；生物医学工程；发展现状

前言

三维打印（Three Dimension Printing，简称3DP）属于一种快速成型（Rapid Prototyping，简称RP）技术，它由计算机辅助设计（CAD）数据通过成型设备以材料逐层堆积的方式实现实体成型。“三维打印”在技术界也叫“增材制造”、“自由成形”、“快速成形”或“分层制造”等[1]。三维打印起源可追溯于上世纪八十年代，1984年查尔斯・赫尔发明了将数字资源打印成三维立体模型的技术，并于1986年成立了3D Systems公司，开发了第一台商用立体光敏3D打印机，1988年，斯科特・克伦普发明了熔融沉积成型技术（FDM）并于1989年成立了Stratasys公司，随后在2012年合并以色列3D打印公司Objet。3D Systems和Objet是目前世界上最大、最先进的两家3D打印公司。我国清华大学颜永年教授于1988开始研究3D打印成型技术，华中科技大学王运赣教授以及西安交通大学卢秉恒院士等，纷纷于上世纪90年代起就开始涉足3D打印成型技术的研究。

1998年，清华大学的颜永年教授又将3D打印成型技术引入生命科学领域，提出生物制造工程学科概念和框架，并于2001年研制出用于生物材料快速成型的3D打印设备，为制造科学提出了一个新的发展方向--生物制造。生物制造的一个重要手段即是生物3D打印。生物三维打印是以活细胞（living cells）、生物活性因子（proteins and bio-molecules）及生物材料 （biomaterials）为基本成形单元，设计制造具有生物活性的人工器官、植入物或细胞三维结构，是制造科学与生物医学交叉融合的新兴学科，它是目前3D打印技术研究的最前沿领域，也是3D打印技术中最具活力和发展前景的方向[2，3]。

1 3D打印技术的分类

目前比较典型的3D打印快速成形技术主要分为三种[4]：

1.1 粉末粘结3D打印光固化材料3D打印与熔融材料3D打印

粉末粘结3D打印是目前应用最为广泛的3D打印技术，其工艺过程如下：首先，在工作平台上均匀铺洒单位厚度的粉末材料；其次，依据实体模型离散层面的数字信息将粘结剂喷射到粉末材料上，使粉末材料粘结，形成单位实体截面层；再次，将工作台下降一个单位层厚；最后，重复第一步至第三步，逐层堆砌，形成三维打印产品。其存在缺点是，通过粉末粘连成形的零件精度和强度偏低，一般需要后续工艺提高其强度，但后续处理工艺会导致零件体积收缩，变形严重。

1.2 光固化3D打印（光敏三维打印）

该技术使用液态光敏树脂作为原料制作零件模型，光敏材料三维打印成形基于喷射成形技术和光固化成形技术，喷头沿X方向往复运动，根据零件的截面形状，选择性喷射光固化实体材料和光固化支撑材料形成截面轮廓，在紫外光照射下光固化材料边打印边固化，层层堆积至制件成形完毕。但其应用于骨骼类产品打印的主要缺点是，当前具有生物活性的骨骼类材料如羟基磷灰石，生物玻璃等材料自身不是光敏性材料，需与光敏材料混合使用，因此影响产品的生物活性在打印后将受到很大影响。

1.3 熔融材料3D打印成形

熔融材料三维打印成形基于熔融涂覆成形（FDM）专利技术，分别加热两种丝状热塑性材料至熔融态，根据零件截面形状，选择性涂覆实体材料和支撑材料形成截面轮廓，并迅速冷却固化，层层堆积至制件成形完毕，其原理与光敏材料3D打印成形类似 [16]。目前熔融材料三维打印成形，可采用由磷灰石和骨骼所需的有机盐配置而成的骨水泥，不需要额外添加紫外光照射固化所需的光敏介质，有利于保证材料后续的生物相容性和生物活性。但由于挤压式喷头的喷嘴处压力大，容易造成阻塞现象，因此对喷嘴和材料浆料的粒径要求较高。

除三维打印外，应用比较广泛的商业化快速成形工艺还包括立体光刻成形（SLA）、选择性激光烧结成形（SLS）堆叠、实体制造（LOM）、熔融堆积成形（FDM）等，但这些工艺大多需要配备价格昂贵的激光辅助系统，且成型工艺实质上还是类似于上述三种材料叠加-固化技术。因此，三维打印技术被认为是最具生命力的快速成形技术，发展潜力巨大，在医学中的应用前景广阔，其推广应用将对传统的医疗产品生产模式带来颠覆性的影响。

2 三维仿生重构建模技术的发展

基于医学图像的三维重构建模技术是生物3D打印技术的重要研究内容之一。3D打印生物构件的实现首先需要在计算机环境下有效重构和建模，生成可用于驱动打印喷头的指令数据进而操控成型设备实现产品成型。随着医学影像技术的发展，人体组织的二维断层图像数据可以方便地获取以进行医学诊断和治疗。但是，二维断层图像只是表达了某一截面的解剖信息，医生可以凭经验由多幅二维图像去估计病灶的大小及形状，“构思”病灶与其周围组织的三维几何关系，可三维打印设备却无法根据这些断点数据进行立体三维成型，因此，基于医学图像的三维重构建模技术是生物3D打印技术的重要前驱步骤。

由于CT或MRI等检测设备扫描得到的二维图像信息不能直接用于快速成型，只有通过专用软件将二维断层图像序列重建为三维虚拟模型，并生成为快速成型机可以接受的STL（Stereo Lithography）格式图形文件，才能最终制造出生物产品三维实体模型。近十多年来，欧美等发达国家的科研机构对于医学图像三维重建的研究十分活跃，其技术水平正从后处理向实时跟踪和交互处理发展，并且已经将超级计算机、光纤高速网、高性能工作站和虚拟现实结合起来，代表着这一技术领域未来的发展方向。

在市场应用领域，国外已经研制了三维医学影像处理的商品化系统，其中，比较典型的有比利时Materialise公司的Mimics、美国Able Software公司的3D.Doctor和VGstudio MAX。在国内，中国科学院自动化研究所医学影像研究室自主开发的3D Med是基于普通微机的三维医学影像处理与分析系统，系统能够接收CT、MRI等主要医疗影像设备的图像数据，具有数据获取、数据管理、二维读片、距离测量、图像分割以及三维重建等功能。清华大学计算机系研发的人体断面解剖图像三维重构系统能给外科手术中的影像诊断提供一定的参考。中国科技大学在应用Delphi开发三维重构软件的研究上取得了很好的成果。国内企业也研发了一些三维医学影像处理系统。如西安盈谷科技有限公司“AccuRad TM pro 3D高级图像处理软件”于2005年4月投入市场。它能对二维医学图像进行快速的三维重建，并能对临床影像的数据进行科学有效的可视化和智能化挖掘和处理，为临床提供更多有价值的信息。但目前国外优秀软件如Mimics、3D Doctor、VGStudio MaX等的价格非常昂贵，且其技术严格保密。国内的产品大多没有自主知识产权和成熟的商业应用模式。

3 3D打印技术在生物医学工程中的应用

3D打印技术在生物医学工程中应用广泛，其应用领域大致包括：体外器官模型、仿生模型制造；手术导板、假肢设计；个性化植入体制造；组织工程支架制造；生物活体器件构建以及器官打印；药物筛选生物模型等。如图1所示为3D打印在生物医学工程中的各种应用情况[5-7]。

3.1 体外器官模型、仿生模型制造。该类应用主要用于医疗诊断和外科手术策划，它能有效地提高诊断和手术水平，缩短时间、节省费用。便于医生、患者之间的沟通，为诊断和治疗提供了直观、能触摸的信息，从而使手术者之间、医生和病人之间的交流更加方便。

3.2 手术导板、假肢设计。该类应用便于订制精确的个性化假体，实现个性化医疗需求。根据患者缺损组织数据量身订制的假肢，可提高假肢设计的精确性，提高手术精确度，确保患者的功能恢复，减少患者的痛苦。

3.3 个性化植入体制造。人体许多部位的受损组织，需要个性化定制。如人类面部颌骨（包括上下颌骨） 形态复杂， 极富个性特征， 形成了个体间千差万别的面貌特点。人类的头颅骨，需要准确与颅内大脑等软组织精确匹配扣合，人体的下肢骨、脊柱骨等会严重影响患者今后的步态及功能恢复。因此这类修复体可通过3D打印技术实现个性化订制和精确 “克隆”受损组织部位和形状。

3.4 组织工程支架制造。如通过3D打印技术设计和制备具有与天然骨类似的材料组分和三维贯通微孔结构，使之高度仿生天然骨组织结构和形态学特征，赋予组织工程支架高度的生物活性和骨修复能力。

3.5 生物活体器件构建以及器官打印。此方面的应用大多涉及活体细胞的生物3D打印技术。细胞三维结构体的3D构建可以通过活细胞及其外基质材料的打印构建活体生物器件。如英国赫瑞瓦特大学和一家干细胞技术公司合作，首次将3D打印拓展到人类胚胎干细胞范围。这一突破使得利用人类胚胎干细胞来“打造”移植用人体组织和器官成为可能。美国康奈尔大学研究人员最近在其发表的研究论文中称，他们利用牛耳细胞在3D打印机中打印出人造耳朵，可以用于先天畸形儿童的器官移植。

3.6 药物筛选生物模型。药物筛选指的是采用适当的方法，对可能作为药物使用的物质（采样）进行生物活性、药理作用及药用价值的评估过程。作为筛选，需要对不同化合物的生理活性做大规模横向比较，因此有研究人员指出通过3D打印技术，精确设计仿生组织药物病理作用模型，可以使人们开在短时间内大规模高通量筛选新型高效药物。最近，四川大学联合加州大学圣地亚哥分校等科研机构，通过3D打印技术设计了一款肝组织仿生结构药物解毒模型（如图1-c），该研究成果发表在最近一期的Nature Communications上，受到3D打印研究领域的广泛关注。

3D打印在生物医学工程中应用：（a）3D打印磷酸钙骨组织工程支架； （b）3D打印细胞、活体器官构件；（c）3D打印肝组织仿生结构药物解毒模型。

4 结束语

三维打印技术正处在蓬勃兴起的阶段，3D打印技术在生物医学工程中得到了广泛的应用，其应用以及发展现状表明：3D打印在体外器官模型、组织工程与再生医学、个性化医疗以及新药研发等方面展现出广阔的应用前景。抓住生物材料及植入器械的三维打印技术新一轮发展浪潮，发展我国生物三维打印技术，对发展我国生物材料医疗器械产业步入国际先进水平具有十分重要的意义。

参考文献

[1]Kenichi Arai1， Shintaroh Iwanaga， HidekiToda， Capi Genci， Yuichi Nishiyama， Makoto Nakamura. Three-dimensional inkjet biofabrication based on designed images[J]. Biofabrication， 2011， （3）.

[2]Calvert P. Materials Science： printing cells[J]. Science， 2007.

[3]Mironov V， Reis N， Derby B. Bioprinting： a beginning[J]. Tissue Enginerring. 2006.

[4]Karoly Jakab， Francoise Marga， Cyrille Norotte， Keith Murphy， Gordana VunjakNovakovic， Gabor Forgacs. Tissue engineering by self-assembly and bio-printing of living cells[J]. Biofabrication， 2010， （2）.

[5]Vladimir Mironov， Richard P. Visconti， Vladimir Kasyanov， Gabor Forgacs， Christopher J. Drake， Roger R. Markwal. Organ printing： Tissue spheroids as building blocks[J]. Biomaterials， 2009， （30）.

[6]Solaiman Tarafder， Neal M. Davies， Amit Bandyopadhyaya， Susmita Bose. 3D printed tricalcium phosphate bone tissue engineering scaffolds： effect of SrO and MgO doping on in vivo osteogenesis in a rat distal femoral defect model[J]. Biomaterials Science， 2013.

第12篇

【关键词】生物信息学 课程设计 创新能力

【中图分类号】N41 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)09(b)-0028-01

生物信息学课程设计是生物医学工程专业(生物技术与生物信息专业方向)的本科生在完成了《分子生物学》、《生物计算技术》、《生物信息网络及数据库》、《生物信息学》等课程后,开设的一门关于生物信息网络数据资源的提取、处理、分析、预测等综合性的实验课程。它是以计算机、网络为工具,用数学和信息科学的理论、方法和技术去研究生物大分子,发现生物分子信息组织的规律。

随着分子生物学技术的不断进步和基因组研究的不断深入,生物分子数据迅速增长,数据量巨大,其中即有生物分子序列的信息,又有结构和功能的信息;即有生命本质信息,又有生命表象信息,并且数据之间存在着密切的联系。这些生物分子数据具有丰富的内涵,其背后隐藏着人类目前尚不知道的生物学知识。生物信息学课程设计就是让学生学会如何充分利用这些数据,通过数据分析、处理,揭示这些数据的内涵,得到对人类有用的信息。

课程设计的内容是通过以问题为中心的综合性、设计性实验,重点在于培养学生运用所学知识分析问题、解决问题的实践能力,并通过课程设计扩大学生知识面,激发学生的学习热情,培养和提高学生的创新意识和创新能力,从而使学生具有初步从事科研的能力,为今后的研究工作打下坚实的基础。同时,培养和提高学生分析、整理数据、撰写工作报告的能力。

以下介绍我们在生物信息学课程设计环节,培养和提高生物医学工程专业(生物技术与生物信息专业方向)的本科生整体创新研究能力的教学改革的实践与体会。

1充分发挥学生的主体性,激发学生的学习热情

学生是学习的主体,只有充分发挥学生的主体性,才能激发他们的学习热情,才能高质量的完成教学环节。

生物信息学课程设计是我校生物医学工程专业(生物技术与生物信息专业方向)本科生的必修课,共36学时,2个学分。以2004级学生的生物信息学课程设计为例,该班共有学生27名,每3名同学为一组。根据生物信息学的特点,由课程设计教学组给出9个生物信息学方面的不同方向的题目,学生可以根据自己以往的学习兴趣,从给定的题目中选出自己感兴趣的题目,也可以自选题目,上报课程设计教学组,经教学组老师的讨论,每组确定一个课题。本次课程设计选题针对生物信息学所涉及的生物序列比对、生物信息学数据资源、基因组信息分析、分子系统发育分析、蛋白质结构预测等内容,具体题目为:①基于MZEF的基因识别;②应用Expasy、InterProScan等进行基因的序列分析;③蛋白质二级结构预测和功能推测;④蛋白质二级结构预测的PredictProtein、GOR、SOPMA方法比较;⑤应用MATLAB生物信息学平台的基因序列分析;⑥基于BP人工神经网络的基因识别;⑦基于隐马尔可夫模型的基因识别;⑧ 基于CLUSTAL 算法的基因多重序列比对分析;⑨基于距离法的基因系统发育分析。这样从选题开始,就鼓励学生去积极主动参与整个课程设计,在完成自己感兴趣的课题过程中,激发学生的学习热情,同时把他们智慧的火花激发出来。

2 尊重学生的设计思想,培养学生的创新意识

课程设计题目确定后,每个学生都会得到一份相应的课程设计任务书,其中包括:课程设计题目、课程设计目的要求、设计内容、技术指标、课程设计报告书的格式要求、课程设计答辩要求以及学时进度要求。整个课程设计包括:查阅资料(2学时)、确定设计实验方案(2学时)、完成设计实验及结果分析(18学时)、撰写课程设计报告(10学时)、答辩(4学时)等5个环节。课程设计实行导师制,导师全权负责自己学生的课程设计质量。

虽然3名学生为一组,完成同一个课题,但课题组要求同组的每位学生要根据自己的医学知识和兴趣,选择不同的基因和蛋白,不得有重复,这样有利于培养学生独立思考,独立分析,独立完成课程设计的学习习惯。

学生在拿到课程设计任务书后,要根据自己的题目查阅相关的文献,然后确定设计实验方案。在这个环节中,课题组要求学生独立完成实验方案的设计,并向指导老师汇报,导师在指导学生设计实验方案确定的同时,要尊重学生的设计思想,鼓励学生标新立异,探索自己独特的实验途径,培养学生的创新意识。

3 导师参与学生实验结果的分析,培养学生科学研究的能力

生物信息学课程设计是生物医学工程专业(生物技术与生物信息专业方向)的本科生在完成相关课程学习后,首次进行的综合性实验设计,其教学目的是训练学生科学研究的思维方法,培养和提高学生将理论知识与科研实践相结合的能力。因此,该课程设计中对学生的训练是否规范,直接关系到学生今后的科研能力的培养和提高。

课题组要求指导教师在整个课程设计过程中对学生实行随时辅导,根据实验的中间结果,随时调整实验方案,特别是要参与学生的实验结果分析,指导学生要对实验结果进行全面客观的分析,指导学生按照正确格式撰写课程设计报告,对学生进行科学研究的规范化训练。

在学生完成课程设计报告后,安排4学时的课程设计答辩。要求每位学生在5分钟内通过幻灯片和讲解,尽可能全面的汇报自己的课程设计,然后有3分钟的提问时间,鼓励同组的同学互相提问。答辩委员会由本专业的5位指导教师组成,分别给出答辩成绩。课程设计考核成绩由两部分组成:一部分是课程设计实施和课程设计报告,占总成绩的80％,由指导教师评分;另一部分是答辩成绩,占20％,是答辩的平均成绩。

4 结语

在三年来的生物信息学课程设计教学的探索和实施中,我们不断总结经验,进行了教学研讨,取得了很好的效果,最重要的是培养和提高了学生的创新意识和科学研究能力。在今后的教学中还要不断地进行改进,比如增加课程设计的题目,扩展题目的研究范围,使学生有更多的选择余地;课程题目尽量与指导教师的科研项目相结合,使学生能够尽早地接触实际的科学研究过程和前沿的研究课题。

总之,我们教学改革的目的是使学生将课堂学习的理论知识与科研实践相结合,培养本科生的科研能力,提高学生解决实际问题的综合能力,培养我国发展交叉学科需要的、具有科研能力的创新型人才。

参考文献

[1] 田心.郑旭媛.刘婷.肖振国.生物医学工程本科研究型教学模式探索与实践,西北医学教育,2007(10):899,931.

[2] 孙宏斌.孙元章.陈永亭.等,电力系统本科专业课的研究型教学模式[J],中国高教研究,2006(3):90―91.

[3] 李艳梅.冯婉玲.研究型教学模式下的本科精品课程建设[J],中国大学教学,2003(8):11―13．

[4] 傅维利.陈静静国外高校学生实践能力培养模式研究[J],教育科学,2005(1):52―56．

――大学征收学费引发社会动荡。目前,除了柏林等少数几个州外,德国其他各个联邦州先后推行了“超时费”,就是要求那些超过规定毕业限期若干学期的学生每学期交纳一定数额的学费(北威州和莱法州650欧元,萨克森州300-450欧元,黑森州是以500欧元为起点逐年递增)。2005年1月 26日,联邦宣布由施罗德领导的红绿政府给高校征收学费所做的限制违宪。于是,由基民盟和基社盟等保守党执政的联邦州政府纷纷开始进入学费征收阶段。为了阻止收费政策,德国各地大学生竞相组织抗议示威活动。比如,在黑森州,大学生就到州政府和州议会门前摇旗呐喊;而在北威州,学生就给校方难堪,而且还上演了不少闹剧:科隆大学的学生冲击学校行政机构,致使校务委员会的例行会议数次中断,最终被迫转移到一个秘密点完成了征收学费的投票表决。“从闹剧化到无政府主义化”已成为这类大学生示威活动的鲜明特色,杜伊斯堡-埃森大学校务委员会主席、青少年问题专家威尔弗里德-布莱弗格尔教授认为,大学生示威活动的内涵由此被湮没了,从而缺乏政治号召力。同样是在杜伊斯堡-埃森大学的学生与校方就征收学费问题所举行的一次辩论会上,学生们就收费问题一针见血地指出:在全球化不断发展的浪潮中,德国仅凭区区八千万人口如何在未来的全球竞争中立于不败之地？显然是靠人才,而大学收费制度的实行无疑将众多有才华的平民青年挡在了成才的大门之外。尽管各地大学生拒付行动和诉讼还在持续着,然而,大学生最终还是认知到,征收学费已是大势所趋,便开始与政府和校方交涉学费的使用问题,他们不希望政府拿征收来的学费去堵财政漏洞。他们认为,学费应该留在学校百分之百地用于提高教学质量。让大学生更为忧虑的是,学费的闸门一旦拉开,学费的金额便会即刻飙升。而同时,国家的高等教育财政投入也会随之缩减。

不过,各联邦州政府也允许一部分大学生免交学费,但主要是针对那些有孩子的年轻父母(单亲家庭优先)、在家庭中承担护理任务的学生以及在学生会担任重要职务的学生,然而,助学金制度的不健全仍然是众矢之的。 2005年,全德国共有34.5万名大学生申请获得每月最高可达585欧元的贷学金,但相对于近210万的大学生总量来说。联邦贷学金发放的面还是太窄,仅占25.1％。总的说来,联邦贷学金制度成全了部分社会底层群体接受高等教育的夙愿,有关调查显示,三分之二的联邦贷学金获得者承认,没有这份贷学金,他们是绝对不可能上大学的。

――制定旨在提高高等教育普及率的高校协定。为了充分保障下一代学子的深造机会以及科研的创新能力,尤其是为了应对2013年新增60万大学入学申请者的求学高峰。联邦政府与各州政府拟定了一个《2020年高校协定》,在 2020年之前共同在高校增建9万个大学生名额(对于每个新增名额每年资助5500欧元),从而理顺新一轮高等教育扩张过程中联邦政府与州政府在高教领域的权限和责任,由此为高等教育的发展提供坚实的法律依据。 2006年10月,德国政府提议拿出10亿欧元(2010年前拿出5．65亿欧元)来承担这9万个大学生中的部分名额增量给高校带来的经济压力。面对这块诱人的“大蛋糕”,各联邦州竞争激烈,几次因州政府代表意见分歧严重导致愤怒退场而告休会。2006年11月20日,各个联邦对《2020年高校协定》的拟定方案达成了共识,并确定了三条特例。在科研方面,联邦政府在今后4州主管高校的部长们几经周折,终于年投入的总资金将达4亿欧元。协定还要求各联邦州政府预测出未来几年大学生入学人数相对于2005年增加的数量。

第13篇

2.湖南工业大学 包装与材料工程学院，湖南 株洲 412007）

摘要：本文以科研实践模式为核心，树立正确的专业认识和增强专业归属感；培养学生的自主学习和科研创新能力等方面，探讨了生物技术高素质创新人才的培养，对高等院校培养高素质的创新型人才培养的改革提供参考。

关键词：生物技术；本科生；创新能力

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）50-0097-02

2010年《国务院关于加快培养和发展战略性新兴产业的决定》出台，将生物产业作为战略性新兴产业大力发展，从国家发展战略上把生物产业作为新的经济增长点，必须依靠生物学领域的重大突破和大量的具有创新能力的生物类专业人才[1，2]。因此，在现代生物科学的发展下，如何培养大批具有创新思维和能力的生物专业应用型人才，具备适应生物产业作为经济新增长点，是我们从事生物技术专业人才培养的教育工作者急需探讨的问题。笔者以湖南工业大学生物技术系为依托，从学生对专业的认识、教学模式的改进、学生参与科学技术的研究开发积极性等方面为突破口，全面提高生物技术本科生创新能力，取得了较好的效果。

一、树立正确的专业认识和增强专业归属感

生物技术不仅包括生命科学的所有次级学科，同时又结合了化学、数学、微电子技术、工程学、计算机科学等尖端基础学科，具有典型的多学科交叉特性，因此，生物技术专业课程设置涉及面广。但由于总学时的限制，专业课所占的比重相对较低，尤其是当前现代生物科学的日新月异发展下，生命科学的研究与发展关系到人类的生活和社会的发展，学生要解决诸如人类社会面临的人口健康、粮食能源、资源环境等领域的问题进行深入研究缺乏相应的知识基础和视野，难以在实际工作中运用专业知识解决专业问题，导致目前生物类本科毕业生从事本专业技术工作的比例较低[2]。同时，由于网络上对生物技术专业的负面的宣传和介绍，一些家长和学生认为生物技术类专业就业率较低，导致部分学生不愿意学生物技术专业；尤其是我校的生物技术专业学生觉大部分是调剂生，而且我校生物技术专业之前是挂靠在包装与材料工程学院，对选择生物技术专业存在一定的抵触，他们在入学后，思想观念如不能得到及时转变，将会对专业前途感到迷茫，学习积极性不高。

为改变生物技术专业面临的这一现状，首先从入学教育上抓起，要依托湖南工业大学生物技术系、绿色包装与生物纳米技术应用湖南省重点实验室和生物医学工程硕士点的学科和师资力量，以各位教授和博士研究方向，结合生物技术专业实际的特点，着重介绍生物技术专业的运用范围和在实际中能解决的问题，让学生了解生物技术专业，认识到生物技术的重要意义，激发学生的学习兴趣；同时在低年级开设一些体现生物技术前沿讲座，向学生传达最新的生物技术专业研究成果和应用推广情况，培养学生具有较强的专业归属感[2，3]。

二、改进教学模式，培养学生的自主学习和科研创新能力

作为教学的对象接受知识的主体，生物类课程的许多知识都以描述性的语言为主，大多数教师运用多媒体教学手段，采用灌输式、填鸭式教学方法，老师讲，学生做笔记，很难实现老师与学生的“双向互动”[4]。而在现代生物科学的日新月异发展下，为了具体落实生物技术专业学生的创新能力培养，教学方式要有所改进。在课堂上可以采用启发式、辩论式和讨论式等多种教学手段，将教学内容多层次、多角度地展现相出来，带动课堂的学习气氛，使学生由“被动”转化为“主动”、由“依赖”转化为“自觉能动”学习[4，5]。

在教学内容上我们也做出了对应的改进，改变过去以分割知识点和单元模式为主要授课内容，采取了注重新和精的原则，通过适当地整合知识点使之成为一个案例，表达一定的技术原理和方法，使学生可以借鉴、移植，在以后的学习和工作中解决实际问题[5，6]。同时要及时将本领域的最新研究成果、新技术、前沿发展动态引入到课堂教学中，结合生物技术专业学科交叉的特点，将不同的学科之间知识联系，培养学生科研意识。

三、建立科研实践模式，提高W生科研创新能力

生物技术专业是一个实验性和实践性很强的学科，在整个学生培养体系中实验教学占有很大的比重，注重实验项目与实验技术的综合与创新[7，8]。在现代生物科学的高速发展下，生物技术专业其实验教学改革目的和基本思想是培养学生的创新能力，主要采用实验项目与理论教学及教师科研项目相结合的教学方式，以开放性实验管理，增设综合性实验，有利于学生创新能力和创新意识的培养[8]。

目前，在一般的教学研究型地方院校，教师科研能力不强，部分学生对科研缺乏直观的认识。为培养学生的创新能力、科研意识，湖南工业大学在向教学研究型大学转型情况下，生物技术专业以湖南省生物医学工程重点学科建设为龙头，以绿色包装与生物纳米技术应用湖南省重点实验室中心为平台，以教师高水平科研课题为依托，给学生个性发展空间，全面推动大学生自主创新研究。

我们以《基因工程》实验课程为例，通过验证性实验学习基本的实验技能，结合曾晓希教授的国家自然科学基金《土壤重金属生态毒性修复过程中的微生物群落结构和功能研究》，设计一个“重金属污染土壤中抗镉微生物基因的筛选鉴定”实验，时间为两周，整个实验分为以下四个部分：抗镉微生物的分离与鉴定、微生物抗镉基因提取与鉴定、抗镉基因DNA与载体的重组与筛选、抗镉基因在质粒的表达，实验将《基因工程》课程讲述的内容与用到的各种分子生物学技术有机地联系在一起，使学生有参与科研概念和过程。同时将学生分为四个小组，每个小组独立完成本组实验，锻炼学生的团队精神和科研协作能力。同时在实验过程中，同学们非常活跃，提取许多疑问和想法，努力将实验设计做的符合课题的要求，并且每一个实验都是一脉相承的，前一个实验没有做好都会影响后续的实验，这对学生动手能力，分析问题和解决问题能力都有很好的锻炼。同时，有助于培养学生的创新意识、创造精神，有利于学生科研创新能力全面提高[1，8，9]。

在生物技术高速发展的时代背景下新进展、新技术、新成果层出不穷，新的研究热点和学科不断涌现[9]。在生物技术专业学生教学中应注重以学生为主体，调动学生科学研究的积极性，培养学生的专业兴趣和社会适应能力，全面提高生物技术本科生创新能力。

参考文献：

[1]谢旭辉，胡忠.21世纪生物技术创新人才培养模式的探讨[J].高教论坛，2006，（1）：46-49.

[2]严明理，刘丽莉.生物类本科生创新能力培养方式探索[J].当代教育理论与实践，2014，6（7）：147-148.

[3]刘超，洪法水.生物科学本科生科研创新能力的培养[J].实验室研究与探索，2012，32（2）：206-208.

[4]蒋永荣，方成，夏金虹.基于学科交叉培养本科生创新能力的探索[J].高教论坛，2015，（7）：45-48.

[5]姜勇.科研实践模式提升生物技术专业人才综合素质的研究[J].中国教育技术装备，2015，（21）：168-169.

[6]王雪琴，谭晓蓉，张璐，等.生物技术专业本科生科研创新能力培养模式探讨[J].教育教学论坛，2013，（42）：213-214.

[7]朱杰，张艺馨，蒋尔鹏，等.生物技术专业本科生创新能力培养探讨[J].基础医学教育，2015，17（7）：604-606.

第14篇

译坛盛事千秋伟业——记首届清华—亚太地区翻译与跨文化论坛

面向21世纪的中美商务合作论坛

首届西湖国际儿科论坛

燃烧副产物及健康影响

微电子与等离子体技术的基础及应用研究

国际智能电网理论研究和应用

安全探测与信息技术

农业与食品检测用纳米技术与生物传感器研究

肿瘤发病分子机制联合研究

绿色超级作物的分子育种

北京化工大学与忠南国立大学双边学术研讨会

美国研究联络会第7次年会

第4届IEEE生物信息与生物医学工程国际会议

2010发育与疾病国际研讨会

第3届古桥研究与保护国际学术研讨会

第3届计算智能与设计国际学术研讨会

2010国际信号、系统和电子会议

第6届无线通信、网络技术及移动计算国际会议

澳大利亚的华文教育

专门用途英语在亚洲

美国犹他大学的学生事务工作

地球关键区界面反应:分子水平环境土壤科学

中日学者共探信息技术

量子物质科技正在成为新世纪重要前沿

大规模跨媒体数据挖掘与检索

裂纹路径研究新技术新方法

产品创新管理研究进展

产业集聚理论与区域协调发展

2009年数字制造国际学术会议述评

非传统安全与和平发展国际会议综述

工业文明和可持续发展——亚洲博士生创新研讨

核酸和糖化学生物学的研究热点和最新进展

岩土环境修复与可持续发展

移民与专业文凭互认

e社会传播:创新、合作与责任

信息保障与安全热点技术

无网格、粒子类和扩展有限元方法国际学术会议

第7届杭州植物病理与生物技术国际研讨会

法律、语言与全球公民权利

改革开放三十年中国行政国家的重塑

生态文明:环境、能源与社会进步

中美经贸关系——问题与前景

历史上的中国出版与东亚文化交流

住房保障与房地产业的可持续发展

2008美国岩石力学会议及学术访问

美国大学考察报告

概率统计的现状与未来

基础、临床与公共卫生需携手共进

工程塑性力学及应用进展

智能机器人与应用的现状与发展趋势

分子影像前沿研究与应用

专利信息管理和检索的最佳实践

2008年国际计算机科学、计算机工程及应用计算大会

国际管理科学学会2008年会

第15篇

    2 生物材料的类型与应用 生物材料种类繁多,到目前为止,被详细研究过的生物材料已经超过一千种,在医学临床上广泛应用的也有几十种,涉及材料学科各个领域。依据不同的分类标准,可以分为不同的类型。

    2.1 以材料的生物性能为分类标准根据材料的生物性能,生物材料可分为生物惰性材料、生物活性材料、生物降解材料和生物复合材料四类。

    2.1.1 生物惰性材料 生物惰性材料是指一类在生物环境中能保持稳定,不发生或仅发生微弱化学反应的生物医学材料,主要是生物陶瓷类和医用合金类材料。由于在实际中不存在完全惰性的材料,因此生物惰性材料在机体内也只是基本上不发生化学反应,它与组织间的结合主要是组织长入其粗糙不平的表面形成一种机械嵌联,即形态结合。生物惰性材料主要包括以下几类:(1)氧化物陶瓷 主要包括氧化铝陶瓷和氧化锆陶瓷.氧化铝陶瓷中以纯刚玉及其复合材料的人工关节和人工骨为主,具体包括纯刚玉双杯式人工髋关节;纯刚玉— 金属复合型人工股骨头;纯刚玉—聚甲基丙烯酸酯—钴铬钼合金铰链式膝关节,其他人工骨、人工牙根等。(2)玻璃陶瓷 该材料主要用来制作部分人工关节。(3)Si3N4 陶瓷 该类材料主要用来制作一些作为替代用的较小的人工骨,目前还不能用作承重材料。(4)医用碳素材料 它主要被作为制作人工心脏瓣膜等人工脏器以及人工关节等方面的材料。(5)医用金属材料 该类材料是目前人体承重材料中应用最广泛的材料,在其表面涂上活性生物材料后可增加它与人体环境的相容性.同时它还能制作各类其他人体骨的替代物。

    2.1.2 生物活性材料生物活性材料是一类能诱出或调节生物活性的生物医学材料。但是,也有人认为生物活性是增进细胞活性或新组织再生的性质。现在,生物活性材料的概念已建立了牢固的基础,其应用范围也大大扩充. 一些生物医用高分子材料,特别是某些天然高分子材料及合成高分子材料都被视为生物活性材料.羟基磷灰石是一种典型的生物活性材料。由于人体骨的主要无机质成分为该材料,故当材料植入体内时不仅能传导成骨,而且能与新骨形成骨键合。在肌肉、韧带或皮下种植时,能与组织密合,无炎症或刺激反应.生物活性材料主要有以下几类:

    (1)羟基磷灰石,它是目前研究最多的生物活性材料之一,作为最有代表性的生物活性陶瓷—羟基磷灰石(简称HAP)材料的研究, 在近代生物医学工程学科领域一直受到人们的密切关注.羟基磷灰石 [Ca10(PO4)6(OH)2]是脊椎动物骨和齿的主要无机成分,结构也非常相近,与动物体组织的相容性好、无毒副作用、界面活性优于各类医用钛合金、硅橡胶及植骨用碳素材料。因此可广泛应用于生物硬组织的修复和替换材料,如口腔种植、牙槽脊增高、耳小骨替换、脊椎骨替换等多个方面.另外,在HA 生物陶瓷中耳通气引流管、颌面骨、鼻梁、假眼球以及填充用HA颗粒和抑制癌细胞用HA微晶粉方面也有广泛的应用.又因为该材料受到本身脆性高、抗折强度低的限制,因此在承重材料应用方面受到了限制.现在该材料已引起世界各国学者的广泛关注。目前制备多孔陶瓷和复合材料是该材料的重要发展方向,涂层材料也是重要分支之一。该类材料以医用为目的,主要包括制粉、烧结、性能实验和临床应用几部分。

    (2)磷酸钙生物活性材料 这种材料主要包括磷酸钙骨水泥和磷酸钙陶瓷纤维两类.前者是一种广泛用于骨修补和固定关节的新型材料,有望部分取代传统的PMMA 有机骨水泥. 国内研究抗压强度已达60MPa 以上。后者具有一定的机械强度和生物活性,可用于无机骨水泥的补强及制备有机与无机复合型植入材料。

    (3)磁性材料 生物磁性陶瓷材料主要为治疗癌症用磁性材料,它属于功能性活性生物材料的一种。把它植入肿瘤病灶内,在外部交变磁场作用下,产生磁滞热效应,导致磁性材料区域内局部温度升高,借以杀死肿瘤细胞,抑制肿瘤的发展。动物实验效果良好。

    (4)生物玻璃 生物玻璃主要指微晶玻璃,包括生物活性微晶玻璃和可加工生物活性微晶玻璃两类。目前关于该方向的研究已成为生物材料的主要研究方向之一。

    2.1.3 生物降解材料所谓可降解生物材料是指那些在被植入人体以后,能够不断的发生分解,分解产物能够被生物体所吸收或排出体外的一类材料,主要包括β-TCP 生物降解陶瓷和生物陶瓷药物载体两类,前者主要用于修复良性骨肿瘤或瘤样病变手术刮除后所致缺损,而后者主要用作微药库型载体,可根据要求制成一定形状和大小的中空结构,用于各种骨科疾病。

    2.1.4 生物复合材料生物复合材料又称为生物医用复合材料,它是由两种或两种以上不同材料复合而成的生物医学材料,并且与其所有单体的性能相比,复合材料的性能都有较大程度的提高的材料。制备该类材料的目的就是进一步提高或改善某一种生物材料的性能。该类材料主要用于修复或替换人体组织、器官或增进其功能以及人工器官的制造,它除应具有预期的物理化学性质之外,还必须满足生物相容性的要求,这里不仅要求组分材料自身必须满足生物相容性要求,而且复合之后不允许出现有损材料生物学性能的性质。按基材分生物复合材料可分为高分子基、金属基和陶瓷基三类,它们既可以作为生物复合材料的基材,又可作为增强体或填料,它们之间的相互搭配或组合形成了大量性质各异的生物医学复合材料,利用生物技术,一些活体组织、细胞和诱导组织再生的生长因子被引入了生物医学材料,大大改善了其生物学性能,并可使其具有药物治疗功能,已成为生物医学材料的一个十分重要的发展方向,根据材料植入体内后引起的组织反应类型和水平,它又可分为近于生物惰性的、生物活性的、可生物降解和吸收等几种类型。人和动物中绝大多数组织均可视为复合材料,生物医学复合材料的发展为获得真正仿生的生物材料开辟了广阔的途径。

    2.2 以材料的属性为分类标准

    2.2.1 生物医用金属材料生物医用金属材料是用作生物医学材料的金属或合金,又称外科用金属材料或医用金属材料,是一类惰性材料,这类材料具有高的机械强度和抗疲劳性能,是临床应用最广泛的承力植入材料。该类材料的应用非常广泛,及硬组织、软组织、人工器官和外科辅助器材等各个方面,除了要求它具有良好的力学性能及相关的物理性质外,优良的抗生理腐蚀性和生物相容性也是其必须具备的条件。医用金属材料应用中的主要问题是由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散及植入材料自身性质的退变,前者可能导致毒副作用,后者常常导致植入的失败。已经用于临床的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金和钛基合金等三大类。此外,还有形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌、锆等。

    2.2.2 生物医用高分子材料 医用高分子材料是生物医学材料中发展最早、应用最广泛、用量最大的材料,也是一个正在迅速发展的领域。它有天然产物和人工合成两个来源,该材料除应满足一般的物理、化学性能要求外,还必须具有足够好的生物相容性。按性质医用高分子材料可分为非降解型和可生物降解型两类。对于前者,要求其在生物环境中能长期保持稳定,不发生降解、交联或物理磨损等,并具有良好的物理机械性能。并不要求它绝对稳定,但是要求其本身和少量的降解产物不对机体产生明显的毒副作用,同时材料不致发生灾难性破坏。该类材料主要用于人体软、硬组织修复体、人工器官、人造血管、接触镜、膜材、粘接剂和管腔制品等方面。这类材料主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚硅氧烷、聚甲醛等. 而可降解型高分子主要包括胶原、线性脂肪族聚酯、甲壳素、纤维素、聚氨基酸、聚乙烯醇、聚己丙酯等。它们可在生物环境作用下发生结构破坏和性能蜕变,其降解产物能通过正常的新陈代谢或被机体吸收利用或被排出体外,主要用于药物释放和送达载体及非永久性植入装置.按使用的目的或用途,医用高分子材料还可分为心血管系统、软组织及硬组 织等修复材料。用于心血管系统的医用高分子材料应当着重要求其抗凝血性好,不破坏红细胞、血小板,不改变血液中的蛋白并不干扰电解质等。

    2.2.3 生物医用无机非金属材料或称为生物陶瓷。生物医用非金属材料,又称生物陶瓷。包括陶瓷、玻璃、碳素等无机非金属材料。此类材料化学性能稳定,具有良好的生物相容性。一般来说,生物陶瓷主要包括惰性生物陶瓷、活性生物陶瓷和功能活性生物陶瓷三类。其中惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷在前面已经简要作了介绍,而功能活性生物陶瓷是近年来提出的一个新概念.随着生物陶瓷材料研究的深入和越来越多医学问题的出现,对生物陶瓷材料的要求也越来越高。原先的生物陶瓷材料无论是生物惰性的还是生物活性的,强调的是材料在生物体内的组织力学环境和生化环境的适应性,而现在组织电学适应性和能参与生物体物质、能量交换的功能已成为生物材料应具备的条件。因此,又提出了功能活性生物材料的概念。它主要包括以下两类:(1)模拟性生物陶瓷材料 该类材料是将天然有机物(如骨胶原、纤维蛋白以及骨形成因子等)和无机生物材料复合,来模拟人体硬组织成分和结构,以改善材料的力学性能和手术的可操作性,并能发挥天然有机物的促进人体硬组织生长的特性。(2)带有治疗功能的生物陶瓷复合材料 该类材料是利用骨的压电效应能刺激骨折愈合的特点,使压电陶瓷与生物活性陶瓷复合,在进行骨置换的同时,利用生物体自身运动对置换体产生的压电效应来刺激骨损伤部位的早期硬组织生长。具体来说是由于肿瘤中血管供氧不足,当局部被加热到43~45℃时,癌细胞很容易被杀死。现在最常用的是将铁氧体与生物活性陶瓷复合,填充在因骨肿瘤而产生的骨缺损部位,利用外加交变磁场,充填物因磁滞损耗而产生局部发热,杀死癌细胞,又不影响周围正常组织。现在,功能活性生物陶瓷的研究还处于探索阶段,临床应用鲜有报道,但其发展应用前景是很光明的。各种不同种类的生物陶瓷的物理、化学和生物性能差别很大,在医学领域用途也不同.尤其是功能活性陶瓷更有不可估量的发展前途.临床应用中,生物陶瓷存在的主要问题是强度和韧性较差.氧化铝、氧化锆陶瓷耐压、耐磨和化学稳定性比金属、有机材料都好,但其脆性的问题也没有得到解决。生物活性陶瓷的强度则很难满足人体承力较大部位的需要。

    2.2.4 生物医用复合材料此类材料在2.1.4 中已有介绍,此处不再详述

    2.2.5 生物衍生材料生物衍生材料是由经过特殊处理的天然生物组织形成的生物医用材

    料,也称为生物再生材料.生物组织可取自同种或异种动物体的组织. 特殊处理包括维持组织原有构型而进行的固定、灭菌和消除抗原性的轻微处理,以及拆散原有构型、重建新的物理形态的强烈处理.由于经过处理的生物组织已失去生命力,生物衍生材料是无生命力的材料. 但是,由于生物衍生材料或是具有类似于自然组织的构型和功能,或是其组成类似于自然组织,在维持人体动态过程的修复和替换中具有重要作用.主要用于人工心瓣膜、血管修复体、皮肤掩膜、纤维蛋白制品、骨修复体、巩膜修复体、鼻种植体、血液唧筒、血浆增强剂和血液透析膜等.

    3. 生物材料的性能评价 目前关于生物材料性能评价的研究主要集中在生物相容性方面.因为生物相容性是生物材料研究中始终贯穿的主题.它是指生命体组织对生物材料产生反应的一种性能,该材料既能是非活性的又能是活性的.一般是指材料与宿主之间的相容性,包括组织相容性和血液相容性.现在普遍认为,生物相容性包括两大原则,一是生物安全性原则,二是生物功能性原则.生物安全性是植入体内的生物材料要满足的首要性能,是材料与宿主之间能否结合完好的关键.关于生物材料生物学评价标准的研究始于20 世纪70 年代,目前形成了从细胞水平到整体动物的较完整的评价框架.国际标准化组织(ISO)以 10993编号了17个相关标准,同时对生物学评价方法也进行了标准化.迫于现代社会动物保护和减少动物试验的压力,国际上各国专家对体外评价方法进行了大量的研究,同时利用现代分子生物学手段来评价生物材料的安全性、使评价方法从整体动物和细胞水平深入到分子水平.主要在体外细胞毒性试验、遗传性和致癌性试验以及血液相容性评价方法等方面进行了一些研究.但具体评价方法和指标都未统一,更没有标准化.随着对生物材料生物相容性的深入研究,人们发现评价生物材料对生物功能的影响也很重要.关于这一方面的研究主要是体外法。具体来说侧重于对细胞功能的影响和分子生物学评价方面的一些研究。总之,关于生物功能性的原则是提出不久的一个新的生物材料的评价方面,它必将随着研究的不断深入而向前发展.而涉及材料的化学稳定性、疲劳性能、摩擦、磨损性能的生物材料在人体内长期埋植的稳定性是需要开展评价研究的一个重要方面。

    4 生物材料的发展趋势展望 生物材料科学是20 世纪新兴学科中最耀眼的新星之一。现在,生物材料科学已成为一门与人类现代医疗保健系统密切相关的边缘学科。其重要性不仅因为它与人类自身密切相关,还因为它跨越了材料、医学、物理、生物化学和现代高科技等诸多学科领域。现在对于该材料的研究已从被动地适应生物环境发展到有目的地设计材料,以达到与生物组织的有机连接。并随着生命科学和材料科学的发展,生物材料必将走向功能性半生命方向。生物材料的临床应用已从短期的替换和填充发展成永久性牢固种植,并与其它高科技(如电子技术、信息处理技术)相结合,制备富有应用潜力的医疗器械。生物材料的研究在世界各国也日益受到重视.四年一次的世界生物材料大会代表着国际上生物材料研究的发展动态和目前的水平。分析认为,以下几个方面是生物材料今后研究发展的几个主要方向:

    (1)发展具有主动诱导、激发人体组织和器官再生修复功能的,能参与人体能量和物质交换产生相互结合的功能性活性生物材料,将成为生物材料研究的主要方向之一。

    (2)把生物陶瓷与高分子聚合物或生物玻璃进行二元或多元复合,来制备接近人体骨真实情况的骨修复或替代材料将成为研究的重要方向之一。

    (3)制备接近天然人骨形态的、纳微米相结合的、用于承重的、多孔型生物复合材料将成为方向之一。

    (4)用于延长药效时间、提高药物效率和稳定性、减少用量及对机体的毒副作用的药物传递材料将成为研究热点之一。

    (5)血液相容性人工脏器材料的研究也是突破方向之一。

    (6)如何能够制备出纳米尺寸的生物材料的工艺以及纳米生物材料本身将成为研究热点之一。