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納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用范文第1篇

【關(guān)鍵詞】納米金；生物醫(yī)學(xué)技術(shù)；應(yīng)用現(xiàn)狀

1前言

如今納米技術(shù)隨著時代的發(fā)展已經(jīng)得到了很大的發(fā)展，成為了科學(xué)研究的熱點，納米金是指直徑0．8～250mm的締合金溶膠，它屬于納米金屬材料中研究最早的種類，納米金具有良好的納米表面效應(yīng)、量子效應(yīng)以及宏觀量子隧道效應(yīng)，它具有很多良好的化學(xué)特性，比如抗氧性和生物相容性。

2納米金在病原體檢測技術(shù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

近些年來生物醫(yī)學(xué)界對于流行病學(xué)的研究和對病原微生物的診斷已有了不小的進展，傳統(tǒng)的分離、培養(yǎng)及生化反應(yīng)逐漸被時代所淘汰，運用納米金的免疫標記技術(shù)作為新的高通量的、操作簡單的檢測技術(shù)被廣泛應(yīng)用于臨床病原體的檢測，這種檢測技術(shù)快速且準確，十分適合在臨床上使用。1939年，兩位科學(xué)家Kausche和Ruska做了一個小小的納米金實驗，他們將煙草花病毒吸附在金顆粒上，并在電子顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)金離子呈高電子密度，就此打下了納米金在免疫電鏡中的應(yīng)用基礎(chǔ)。從1939年后生物醫(yī)學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，納米金標記技術(shù)也廣受世人關(guān)注，成為了現(xiàn)代社會四大免疫標記技術(shù)之一。作為一種特殊標記技術(shù)，納米金在免疫檢測領(lǐng)域受到了廣泛的應(yīng)用，使用納米金粒子做探針，觀察抗原抗體的特異性反應(yīng)，放大檢測信號，由此檢測抗原的靈敏性。納米金技術(shù)具有良好的檢測靈敏性，在早期還支持診斷并監(jiān)控了急性傳染性病毒，根據(jù)這一特性，秦紅設(shè)計了快速檢測黃熱病病毒的技術(shù)，在納米金顆粒上標記上金SPA－復(fù)合物的標志，通過免疫反應(yīng)實驗我們發(fā)現(xiàn)病毒抗體與納米金顆粒結(jié)合，并形成了人眼可見的紅線。這種檢測方法的優(yōu)點有:不需要器材、簡單、迅速、廉價、高效，極大地推動了黃熱病病毒檢測技術(shù)的更新，在黃熱病的防控事業(yè)上有著深遠意義。利用納米金作為免疫標記物來檢測的除了黃熱病病毒，還有致病寄生蟲。我國的民族種類多樣，一些少數(shù)民族人民由于自身的文化特點，喜食生食或半生食物，這就形成了寄生蟲病的傳播，我國經(jīng)濟大發(fā)展后，人民的生活水平得到了提高，但還是喜食半生動物肉或者內(nèi)臟，造成了食源性寄生蟲病發(fā)病率的上升，嚴重影響人民身體健康。目前我國的臨床診斷寄生蟲病技術(shù)包括三方面:病原學(xué)檢查、免疫學(xué)檢查以及影像學(xué)檢查。運用納米金檢測技術(shù)，不僅縮短了取材時間、縮小了取材范圍，而且檢出率高、創(chuàng)傷性小，受到了患者的廣泛歡迎。

3納米金在核酸、蛋白質(zhì)檢測中的應(yīng)用現(xiàn)狀

納米金粒子具有特殊的表面等離子體共振現(xiàn)象，被應(yīng)用在核酸構(gòu)建和分析檢測蛋白質(zhì)領(lǐng)域中，可以把生物識別反映轉(zhuǎn)換為光學(xué)或電學(xué)信號，因此人們將其與DNA、RNA和氨基酸相結(jié)合，在檢測核酸和蛋白質(zhì)方面收效頗豐，并且這種檢測方法制備簡單，同時還具有很多優(yōu)點，比如良好的抗氧化性和生物相容性，下面具體講一下納米金檢測技術(shù)在核酸和蛋白質(zhì)檢測中的應(yīng)用。首先是在核酸檢測中的應(yīng)用。美國首先利用納米金連接寡核苷酸制成探針檢測核酸，將納米金做標記與靶核酸結(jié)合形成超分子結(jié)構(gòu)，由此來檢測核酸。利用納米金技術(shù)檢測特定病原體和遺傳疾病首先要做的就是檢測核酸的特定序列，在芯片點陣上整齊排列納米金顆粒，利用TaqDNA連接酶識別單堿基突變，等待連接后，就可以經(jīng)過一系列步驟得出單堿基突變結(jié)果，得到所需信息。在臨床應(yīng)用中使用納米金技術(shù)的表現(xiàn)有高靈敏檢測谷胱甘肽和半胱氨酸的新型電化學(xué)生物傳感器，這種機器對于谷胱甘肽和半胱氨酸的檢出限值更低，在檢測及預(yù)防糖尿病、艾滋病等疾病方面具有很大的臨床優(yōu)勢。其次是在蛋白質(zhì)檢測中的應(yīng)用。納米金與蛋白質(zhì)的作用方式非常多樣，有物理吸附方式、化學(xué)共價結(jié)合方式以及非共價特異性吸附等等方式，在此背景下，我們可以利用納米金檢測并治療疾病和檢測環(huán)境污染。

4納米金在生物傳感器制備中的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前納米金在生物傳感器檢測中的應(yīng)用受到了人們的普遍關(guān)注，如上文所說，納米金具有特殊的表面等離子體共振現(xiàn)象，這是制備生物傳感器的基礎(chǔ)。利用這種特性，科學(xué)家們做了許多實驗，比如拉曼光譜試驗，使用Uv－Vis光譜和拉曼光譜儀測試金納米顆粒的表征，得出結(jié)論是可以根據(jù)納米金顆粒的不同形貌制作不同濃度分子的探針，受外周環(huán)境介電特性和顆粒尺寸大小的影響，納米金顆粒會表現(xiàn)出不同的形貌特征，比如吸收光譜、發(fā)生藍移。納米金是屬于一種非常微小的貴金屬，作為貴金屬，它具有很好的導(dǎo)電性能，利用納米金進行免疫檢測時會大量聚集納米金，從而增強反應(yīng)體系的電導(dǎo)，順利通過電導(dǎo)檢測免疫反應(yīng)。利用納米金的高檢測靈敏性可以進行電化學(xué)免疫傳感器的制備。

5其他領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前納米技術(shù)的研究中，納米金在生物醫(yī)學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用研究是重要研究課題，除了上文中說到的病原體檢測、核酸以及蛋白質(zhì)檢測還有生物傳感器制備中的應(yīng)用，納米金技術(shù)同時也被廣泛應(yīng)用于腫瘤的診斷與治療、藥物載體以及CT成像。納米金具有特殊的組成結(jié)構(gòu)，它可以輕易被修飾并負載化合物，可以用于檢測并治療腫瘤，還可以被用于肺癌的檢測及治療，目前的大量數(shù)據(jù)都表明納米金技術(shù)在診斷并治療肺癌上有極大的優(yōu)勢。

6結(jié)語

21世紀生物醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域最關(guān)鍵的技術(shù)之一就是納米金標記技術(shù)，作為一種十分精細的技術(shù)，它幾乎不影響生物分子的活性，就這一點而言，它是非常好的標記物。我們可以想見，納米金技術(shù)因其自身的諸多優(yōu)點，必會獲得更大的生物醫(yī)學(xué)發(fā)展空間。

參考文獻:

［1］艾桃桃．納米金在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用［J］．陜西理工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2010，04:63～68，95．

［2］王英澤，黃奔，呂娟，梁興杰．納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀［J］．生物物理學(xué)報，2009(03):168～174．

［3］李家萌，曹穎，趙媛，楊毅梅．納米金在生物醫(yī)學(xué)技術(shù)應(yīng)用的研究現(xiàn)狀［J］．中國寄生蟲學(xué)與寄生蟲病雜志，2016(02):1～5．

納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用范文第2篇

【關(guān)鍵詞】納米 電子學(xué) 趨勢

隨著納米技術(shù)的廣泛運用，已經(jīng)延伸到社會中的各個領(lǐng)域。目前已經(jīng)研究出的納米電子技術(shù)產(chǎn)品多種多樣，這些納米技術(shù)的產(chǎn)品不但性能優(yōu)良，最主要的是功能奇特。但是值得注意的是科學(xué)家對于納米電子技術(shù)的研究還不夠深入，那么以后的還需要從新型電子元器件以及碳納米管等方向入手進一步研發(fā)。

1 納米電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 納米電子材料的應(yīng)用

現(xiàn)階段納米材料主要有納米半導(dǎo)體材料、納米硅薄膜以及納米硅材料等類型。在這些納米電子材料中，可以說納米硅材料最有發(fā)展前景，同時還符合當(dāng)前社會對于電子技術(shù)的實際需求。通過對納米硅材料與其他納米電子材料進行比較后，可以看出納米硅材料具有以下特點：首先，納米硅材料在不斷研發(fā)的背景下其成本處于逐漸降低的趨勢，其次，該材料還具有能耗低、準確性高以及不易受外界影響的特點。最后，由于納米硅材料中分子與分子所存在的距離較小，因此可以一定程度的提升納米電子材料的反映速度，最終達到提升工作效率的目標。

1.2 納米電子元件的應(yīng)用

可以說納米電子元件是以集成元件以及超大規(guī)模集成元件為基礎(chǔ)的。其具體研發(fā)歷程是在上個世紀50年代美國研究者對集成電路進行研發(fā)之后而開始的，然后經(jīng)過多年的發(fā)展后逐漸從中型、大型轉(zhuǎn)變?yōu)槌笮偷募呻娐泛吞卮箢愋偷募呻娐贰Ｔ诖吮尘跋?，其納米電子元件的尺寸越來越小，現(xiàn)階段的電子元件尺寸在0.1到100nm范圍之內(nèi)。

1.3 應(yīng)用于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

特別是在納米技術(shù)的不斷發(fā)展過程中，其納米電子技術(shù)逐漸應(yīng)用到醫(yī)學(xué)的領(lǐng)域。可以說在醫(yī)學(xué)治療的過程中，可以利用納米電子技術(shù)的特點在細微部分的檢測與觀察方面。在普通顯微鏡無法觀測的物品可以通過納米電子技術(shù)進一步剖析。與此同時，還可以將電化學(xué)的信息檢測流程中融入納米傳感器的方式對生化反應(yīng)進行診斷。同時，在納米電子技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，產(chǎn)生了很多方面的高科技醫(yī)學(xué)產(chǎn)品，例如伽馬刀、螺旋CT以及MRI等?？梢哉f生物醫(yī)學(xué)以及電子學(xué)的融合對于納米電子技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義，納米電子技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)的電子設(shè)備集成化具有很大的發(fā)展空間，在未來的發(fā)展中，可以將納米電子元件的尺寸控制在分子與原子的大小之間，進而就會將微小生物體的研究帶到一個新的領(lǐng)域。

2 納米電子技術(shù)的發(fā)展趨勢

通過對納米電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進行分析后可以看出納米電子技術(shù)在未來發(fā)展具有很大的空間，對此主要可以從新型電子元器件、石墨烯以及碳納米管等方向入手。

2.1 新型電子元器件

對納米電子技術(shù)的當(dāng)前模式分析后，可以斷定在未來十年內(nèi)必然會經(jīng)過飛速發(fā)展的歷程。特別是當(dāng)前市場對于新型電子元器件的需求逐漸增多的背景下，還需要根據(jù)實際需求來對新型電子元器件進行擴展與完善。對此，可以從單電子器件、共振隧穿電子器件、納米場效應(yīng)晶體管、納米尺度MOS器件、分子電子器件、自旋量子器件、單原子開關(guān)等新型信息器件的方向入手，在保證了納米電子技術(shù)朝著良好的方向發(fā)展的同時，還可以延續(xù)摩爾定律以及CMOS的研究成果。

2.2 碳納米管

可以說碳納米管是納米電子技術(shù)的發(fā)展重要方式，碳納米管的本質(zhì)是一種一維的納米材料，其最大的特點是具有重量輕以及完美六邊形的結(jié)構(gòu)。因此在實際的運用中，碳納米管具有良好的傳熱性能、光學(xué)性能、導(dǎo)電性能、力學(xué)性能以及儲氫性能等。與此同時，碳納米管在納米電子方面具有重要的作用，并作為現(xiàn)階段晶體管中主要的材料，對此有效的碳納米管可以對集成電路的效率進行提升。

2.3 憶阻器

所謂憶阻器就是就是經(jīng)過了繼電阻器、電容器以及電感元件發(fā)展之后而發(fā)展的一種模式。并且憶阻器是模擬信號的方式來對非線性動態(tài)納米元件而組成的具有交叉開關(guān)模式的納米電子技術(shù)。憶阻器的屬性不但與CMOS類似，更主要的是其具有功率低、體積小以及不受外界因素影響的特點，進而在未來的發(fā)展中可以有效的代替硅芯片等材料。

2.4 石墨烯

同時，石墨烯作為新型的納米材料來說，不但具有超薄的特征，最主要的是其質(zhì)地還是非常堅硬的。并且在正常狀態(tài)下石墨烯電子的傳輸速度要比其他類型的納米電子材料快，正是由于多方面的因素使得對于石墨烯的研究具有重要的意義。石墨烯和其他導(dǎo)體具有很大的區(qū)別，進而在碰撞的過程中其能量不會有損失。在對石墨烯的未來進行研究與設(shè)想后，根據(jù)專家預(yù)計在10年后可成功研制性能優(yōu)異的石墨烯類型的導(dǎo)體材料與晶體管。

2.5 納米生物電子

最后，納米電子技術(shù)還可以與生物技術(shù)進行有效的融合，也可以認為納米生物電子是以多個領(lǐng)域為核心共同建設(shè)的。在對納米電子技術(shù)帶入生物領(lǐng)域的過程中，利用納米電子技術(shù)的自身特點可以制造出關(guān)于納米機器以及附屬的納米生物醫(yī)用的材料產(chǎn)品等，進而可以在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中取得一定的成果，最終達到為人類健康做出巨大貢獻的目標。

3 結(jié)束語

總之，在電子科學(xué)不斷發(fā)展的背景下，其納米電子技術(shù)的發(fā)展越來越受到國際的重視。通過對納米電子技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進行分析后，可以發(fā)現(xiàn)其應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣泛，也就是說納米電子技術(shù)完全融入到我們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中指日可待。通過采用納米電子技術(shù)可以實現(xiàn)一種高效、科學(xué)而環(huán)保的生物材料、電子晶體管以及醫(yī)學(xué)設(shè)備等，最終達到改善人們的生活現(xiàn)狀的目標，讓人們切切實實地體驗納米時代。

參考文獻

[1]葉原豐，王淮慶，郝凌云.碳納米管在電子器件中的應(yīng)用[J].金陵科技學(xué)院學(xué)報，2010（02）.

[2]許高斌，陳興，周琪，王鵬. 碳納米管場效應(yīng)晶體管設(shè)計與應(yīng)用[J].電子測量與儀器學(xué)報，2010（10）.

[3]余巧書.納米電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與未來展望[J].電子世界，2012（12）.

[4]劉長利，沈雪石，張學(xué)驁，劉書雷.納米電子技術(shù)的發(fā)展與展望[J].微納電子技術(shù)，2011（10）.

[5]杜晉軍，李俊，洪海麗，劉振起.納米電子器件的研究進展與軍事應(yīng)用前景[J].裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2004（04）.

納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用范文第3篇

縱觀當(dāng)今生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域跨學(xué)科組織，公認的跨學(xué)科研究和教育的先驅(qū)和典范當(dāng)數(shù)美國哈佛大學(xué)與麻省理工學(xué)院(MIT)合作成立的“哈佛-MIT健康科學(xué)技術(shù)學(xué)部”(TheHarvard-MITDivisionorHealthSciencesandTechnology，HST)，現(xiàn)又稱為懷特健康科學(xué)技術(shù)學(xué)院［2］。HST是哈佛大學(xué)和MIT在生物醫(yī)藥工程等學(xué)科方面進行合作而成立的跨學(xué)科組織。哈佛大學(xué)充分利用MIT交叉學(xué)科的優(yōu)勢，以通過跨領(lǐng)域合作改善人類健康為研究宗旨，主要在生物醫(yī)學(xué)成像、生物醫(yī)學(xué)信息與綜合生物學(xué)、再生和機能生物醫(yī)學(xué)技術(shù)等研究領(lǐng)域進行合作。這些領(lǐng)域的合作研究將對生物和健康知識的進步發(fā)揮出至關(guān)重要的作用。MIT自20世紀60年代進入大規(guī)模的跨學(xué)科研究時代，如今已擁有70余個跨學(xué)科研究中心和研究組織，如雷達研究組織、HST、計算機系統(tǒng)生物學(xué)研究所(ComputationalandSystemBiologyInitiative，CSBi)等［3］，并在5個學(xué)院內(nèi)部以及學(xué)院之間構(gòu)成不同形式、不同層次相互交叉的跨學(xué)科研究體系，為美國重大戰(zhàn)略性科學(xué)和技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展做出了巨大的貢獻。其中，2003年成立的CSBi，作為MIT最具代表性的虛擬跨學(xué)科組織，是MIT最大的跨學(xué)科組織之一，其教育與科研成果在美國乃至全世界都達到了領(lǐng)先地位。CSBi主要通過特定的技術(shù)平臺把MIT的三個關(guān)鍵學(xué)科領(lǐng)域，即生物學(xué)、計算機科學(xué)和工學(xué)三者交叉融合而展開大型跨學(xué)科項目合作研究，運用跨學(xué)科研究方法對復(fù)雜的生物現(xiàn)象進行系統(tǒng)分析與計算機建模，同時培養(yǎng)相關(guān)領(lǐng)域跨學(xué)科人才。在世界大學(xué)跨學(xué)科研究領(lǐng)域，美國斯坦福大學(xué)“Bio-X”研究中心(又名“Bio-X”跨學(xué)科研究計劃)，已經(jīng)成為跨學(xué)科研究的典范，尤其是開啟了生物學(xué)交叉學(xué)科研究的一個新時代，在生命科學(xué)跨學(xué)科研究領(lǐng)域已成為一個著名“品牌”［4］。

美國斯坦福大學(xué)“Bio-X”研究中心創(chuàng)立于1998年的一個跨學(xué)科研究和教育項目，主要涉及生物工程、生物醫(yī)學(xué)、生物科學(xué)三大領(lǐng)域，跨越文理學(xué)院、工程學(xué)院和醫(yī)學(xué)院三大學(xué)院。其實質(zhì)就是一個由生命科學(xué)與數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、工程學(xué)、醫(yī)學(xué)、計算機科學(xué)等學(xué)科的多學(xué)科交叉研究機構(gòu)［5］。Bio-X研究中心將基礎(chǔ)、應(yīng)用和臨床科學(xué)中的邊緣研究結(jié)合在一起，進行從分子到機體各個層次的生物物理學(xué)研究，以實現(xiàn)生物工程、生物醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域新的發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新。發(fā)展至今，研究中心已取得包括成功破譯人類遺傳基因密碼，發(fā)展觀測人體細胞在人體中如何活動的技術(shù)等眾多的開創(chuàng)性成果，使硅谷的這所名牌大學(xué)在科學(xué)發(fā)現(xiàn)和教學(xué)方面處于領(lǐng)先地位。在歐洲，英國1990年已設(shè)立了包括牛津的分子科學(xué)與分子醫(yī)學(xué)等17個研究中心［6］。2001年，牛津大學(xué)和劍橋大學(xué)牽頭成立了由英國政府的工程和物理科學(xué)研究委員會、生物科學(xué)技術(shù)研究委員會、醫(yī)學(xué)研究委員會和國防部共同組成的納米技術(shù)跨學(xué)科研究伙伴機構(gòu)(IRC)，開展了前沿生物納米技術(shù)方面的研究。德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)(TUM)以工程、自然科學(xué)、生命與食品科學(xué)、醫(yī)學(xué)與運動科學(xué)等優(yōu)勢領(lǐng)域，建立了與生命科學(xué)、營養(yǎng)和食品科學(xué)、生命技術(shù)學(xué)、生物信息學(xué)和醫(yī)學(xué)等學(xué)科的強有力的跨學(xué)科合作。

縱觀世界一流大學(xué)跨學(xué)科組織建設(shè)與管理，具有以下共性特點:①政府、學(xué)校宏觀政策的支持是跨學(xué)科組織發(fā)展的保障基石。如美國國家科學(xué)院協(xié)會2004年發(fā)表了《促進交叉學(xué)科研究》報告;哈佛大學(xué)就曾明文對該?？鐚W(xué)科動議項目的政策扶持作了規(guī)定。②組織結(jié)構(gòu)與管理合理，強調(diào)多學(xué)科組織的強強聯(lián)合、優(yōu)勢互補的組織合作，如MIT與哈佛大學(xué)共同合作的“哈佛－MIT健康科學(xué)技術(shù)學(xué)部”。③注重跨學(xué)科研究和教育的協(xié)同發(fā)展，如美國的HST就是主要通過研究影響疾病與保健的基礎(chǔ)原理，開發(fā)新的藥物與儀器，致力于培養(yǎng)醫(yī)師-科學(xué)家，通過跨領(lǐng)域合作改善人類健康。④提供跨學(xué)科研究經(jīng)費，如美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)作為美國聯(lián)邦政府最大的生物醫(yī)學(xué)研究機構(gòu)，強調(diào)對多學(xué)科、跨學(xué)科和多機構(gòu)聯(lián)合的醫(yī)學(xué)研究項目的資助，如2007年就給9個科學(xué)研究聯(lián)合體提供了2．1億美元的研究經(jīng)費［7］。⑤多樣化的激勵措施，重視獎金發(fā)放和提供實踐機會等。

2我國大學(xué)生物醫(yī)學(xué)跨學(xué)科組織建設(shè)與發(fā)展

我國學(xué)科交叉研究萌生于20世紀50年代，而80年代初召開“首屆交叉科學(xué)學(xué)術(shù)討論會”，基本就被認定為我國跨學(xué)科研究的全面展開。到20世紀90年代，我國大學(xué)關(guān)于跨學(xué)科研究的建制開始引人關(guān)注。特別是我國“985”二期工程，為突出重大科學(xué)問題和現(xiàn)實問題引導(dǎo)，凝聚了不同學(xué)科背景的研究者開展跨學(xué)科研究，著力建設(shè)了一批創(chuàng)新平臺。目前“985工程”科技創(chuàng)新平臺與基地是我國大學(xué)跨學(xué)科研究的重要組織形式，其中就包括大批生物學(xué)與醫(yī)學(xué)創(chuàng)新平臺的實體機構(gòu)。2000年，北京大學(xué)成立了生物醫(yī)學(xué)跨學(xué)科研究中心。多年來，該中心將基礎(chǔ)科學(xué)、技術(shù)應(yīng)用和臨床科學(xué)的前沿研究結(jié)合在一起，形成了以單細胞原位實時微納米檢測與表征研究，數(shù)字化診療儀器技術(shù)研究，醫(yī)學(xué)信號與圖像分析研究，大氣壓低溫等離子體生物學(xué)效應(yīng)及醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究等四大主要研究方向，建立了跨學(xué)科的實驗室和研究平臺，組織了30余個跨學(xué)科研究項目，取得了系列跨學(xué)科研究成果［8］。

同時，該中心注重各有關(guān)學(xué)科優(yōu)勢互補、相互合作，對來自生命科學(xué)、物理化學(xué)、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科，以及來自電子學(xué)、計算機技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程、臨床醫(yī)學(xué)等眾多應(yīng)用和工程學(xué)科的研究生，開展生物醫(yī)學(xué)工程跨學(xué)科前沿領(lǐng)域的研究和人才培養(yǎng)，形成了新的學(xué)科生長點，培養(yǎng)出了具有交叉學(xué)科背景的新型人才。2006年，北京大學(xué)成立了前沿交叉學(xué)科研究院。生物醫(yī)學(xué)跨學(xué)科研究中心至此成為前沿交叉學(xué)科研究院的研究中心之一。2010年，基于系統(tǒng)生物學(xué)的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及其廣闊的應(yīng)用前景和重大的現(xiàn)實意義，北京大學(xué)建立了系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)研究所。該研究所注重復(fù)雜系統(tǒng)的研究和學(xué)科交叉，并且與環(huán)境因素相結(jié)合，主要針對重大疾病，如腫瘤、心腦血管疾病、代謝性疾病等研究領(lǐng)域作為重點和突破點進行系統(tǒng)生物學(xué)研究［9］。2004年，清華大學(xué)順應(yīng)跨學(xué)科研究趨勢，改革科研體制，通過將分散于全校各院系的有關(guān)生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)及相關(guān)的工程學(xué)科統(tǒng)一組織和協(xié)調(diào)起來，重點支持和建立了包括“清華大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)研究院”在內(nèi)的若干研究所(或研究平臺)，加強和促進生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)的發(fā)展及其與其它工程學(xué)科間的交叉合作［10］。

同年，復(fù)旦大學(xué)組建生物醫(yī)學(xué)研究院。作為國家“985工程”二期建設(shè)的科技創(chuàng)新平臺，目前研究院以“轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)”為目標，形成了包括疾病系統(tǒng)生物學(xué)、出生缺陷與發(fā)育生物學(xué)、疾病發(fā)生的分子機制、創(chuàng)新藥物和結(jié)構(gòu)生物學(xué)等主要研究方向和研究團隊，建設(shè)了功能蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)、癌癥研究、心血管研究、分子與細胞生物學(xué)、藥物與結(jié)構(gòu)以及公共技術(shù)平臺等10個技術(shù)平臺，建立了基礎(chǔ)科學(xué)與臨床需求的緊密聯(lián)系，為重大科研項目的實施和跨學(xué)科合作研究工作的開展提供了有力支撐［11］。此外，研究院重點把學(xué)校所屬上海醫(yī)學(xué)院、生命科學(xué)學(xué)院、化學(xué)系、藥學(xué)院、公共衛(wèi)生學(xué)院及相關(guān)附屬醫(yī)院等院系等有機地穿插在一起，在疾病蛋白質(zhì)組學(xué)、化學(xué)生物學(xué)、生物化學(xué)與分子生物學(xué)、腫瘤學(xué)、干細胞生物學(xué)、分子藥理學(xué)等專業(yè)培養(yǎng)研究生，開展跨學(xué)科研究生教育。2000年，上海交通大學(xué)成立“Bio-X生命科學(xué)研究基地”。2005年，與神經(jīng)生物與人類造化學(xué)研究室重組成立“Bio-X生命科學(xué)研究中心”(現(xiàn)改為研究院)，是繼美國斯坦福大學(xué)后的世界第二個、中國第一個Bio-X研究中心［12］。2007年，學(xué)校又成立了系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)研究中心。

該中心是集生物、醫(yī)學(xué)、物理、工程、數(shù)學(xué)、信息、計算等不同學(xué)科，集研究、教育、開發(fā)及服務(wù)于一體的生物醫(yī)學(xué)研究與開發(fā)的公共技術(shù)平臺。中心立足于以系統(tǒng)生物學(xué)的方法為基礎(chǔ)，致力于在生物整體水平、細胞和發(fā)育生物學(xué)以及單細胞分析領(lǐng)域開展多學(xué)科交叉融合的系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)研究。同年，隨著原上海第二醫(yī)科大學(xué)的并入，上海交通大學(xué)成立了Med-X研究院。Med-X研究院主要依托學(xué)校臨床醫(yī)學(xué)學(xué)科和理工科優(yōu)勢，涉及生物醫(yī)學(xué)工程、生物學(xué)、影像醫(yī)學(xué)與核醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)與工程四個研究領(lǐng)域，以解決臨床醫(yī)學(xué)問題為目標導(dǎo)向，進行前沿性醫(yī)學(xué)科學(xué)研究，開發(fā)高尖端領(lǐng)先性醫(yī)療技術(shù)產(chǎn)品，構(gòu)建國際化、多學(xué)科交融、多資源共享、多方位服務(wù)的開放式醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究平臺，建立醫(yī)療技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)－技術(shù)轉(zhuǎn)化－臨床應(yīng)用體系［13］。

3我國大學(xué)生物醫(yī)學(xué)跨學(xué)科組織建設(shè)困境與借鑒

從建設(shè)與管理實踐看，我國依托大學(xué)建立的跨學(xué)科研究中心正在遭遇重重困難和種種挑戰(zhàn)，并突出體現(xiàn)在跨學(xué)科研究的管理體制和運行機制的障礙與缺失，跨學(xué)科研究的組織結(jié)構(gòu)障礙與沖突，學(xué)科文化障礙與跨學(xué)科研究范式的缺失，跨學(xué)科研究的資源配置障礙與沖突，跨學(xué)科研究評價(利益)的障礙與沖突等方面。在管理體制和運行機制上，大學(xué)教師的跨學(xué)科研究意識還不強;大學(xué)現(xiàn)行的學(xué)術(shù)管理體制和運行機制對跨學(xué)科研究缺乏支撐力和推動力;行政權(quán)力與學(xué)術(shù)權(quán)力的失衡，競爭與合作的失衡，缺乏系統(tǒng)的執(zhí)行架構(gòu)和機制;缺乏跨學(xué)科研究改革與創(chuàng)新的切實措施和效率最大化的管理模式。在組織結(jié)構(gòu)上，各學(xué)科仍相對封閉，跨學(xué)科研究的合作機制與條件缺失，學(xué)科間未能實現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展，跨學(xué)科組織內(nèi)各要素尚不能完全產(chǎn)生協(xié)同作用，妨礙了跨學(xué)科組織系統(tǒng)的有序運行。在研究資源上，資源投入的主體和方式較為單一，力度小，持續(xù)性差，分散度較高，

納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用范文第4篇

【關(guān)鍵詞】 3-D打?。?全膝關(guān)節(jié)置換； 臨床應(yīng)用

3-D打印技術(shù)，是以計算機三維設(shè)計模型為藍本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細胞組織等特殊材料進行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成型，制造出實體產(chǎn)品。最早起源于19世紀末的美國，隨著智能化的發(fā)展，3-D打印技術(shù)逐步成熟，并應(yīng)用于各行業(yè)，影響著人們的生活。近年來，3-D技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)行業(yè)有廣泛的報道，蘇格蘭科學(xué)家 Faulkner-Jones等利用細胞打印出人造肝臟組織[1]。本院將3-D打印技術(shù)運用于全膝關(guān)節(jié)置換，取得良好的臨床效果，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 本組6例患者，男3例，女3例，68～81歲，平均74.6歲。納入標準：（1）符合骨關(guān)節(jié)炎診斷標準。（2）所有病例手術(shù)前均全面體檢及輔助檢查，并經(jīng)1位資深主任醫(yī)師手術(shù)治療，手術(shù)后住院2周以上。（3）所有骨關(guān)節(jié)炎病例均為Holden Ⅳ級病例（即嚴重硬化、關(guān)節(jié)間隙消失）。

1.2 方法

1.2.1 術(shù)前準備 術(shù)前行關(guān)節(jié)X線片、膝關(guān)節(jié)CT掃描。術(shù)前有內(nèi)科疾病的請相關(guān)內(nèi)科科室會診、治療。待病情平穩(wěn)，無明顯手術(shù)禁忌證時進行手術(shù)。

1.2.2 方法 CT掃描范圍：包括髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)。所需的解剖結(jié)構(gòu)包括：獲得軸向平面的所有切片髖關(guān)節(jié)影像（髂前上棘至恥骨聯(lián)合）；膝關(guān)節(jié)影像（膝關(guān)節(jié)上下100 mm，包括脛骨結(jié)節(jié)附著的髕韌帶）；踝影像（踝關(guān)節(jié)以下至跟骨中央）。切片厚度和間距：建議軸向平面切片1.25 mm×1.25 mm或1 mm×1 mm，當(dāng)需要增加層厚時，層厚不得低于2 mm。視野（FOV）使用同一的視野，在掃描過程中不要改變，需要仔細對準腿以獲得股骨頭、膝關(guān)節(jié)和踝。切片時，不要隨意改變X和Y軸的坐標原點，即所有CT切面具有同一個坐標系，數(shù)據(jù)格式：DICOM，CT設(shè)備通用格式。圖像通過計算機建模軟件（CAD）建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，后通過成快速成型文件格式STL將三維數(shù)字化模型輸入3-D打印機。打印機將打印出膝關(guān)節(jié)模型，術(shù)前根據(jù)模型畸形的矯正程度，假體安放位置評估、模擬操作，并制定合適的假體。本文對患者左腿手術(shù)進行股骨假體設(shè)計及脛骨假體設(shè)計。術(shù)中根據(jù)術(shù)前測量截骨量進行截骨，并安放定制的假體，記錄手術(shù)時間及假體的匹配度。

1.3 術(shù)后處理 術(shù)后3 d使用抗生素預(yù)防切口感染，術(shù)后24～48 h拔除引流管，3 d后下床行膝關(guān)節(jié)功能鍛煉。

2 結(jié)果

患者平均手術(shù)時間為45 min，較過去減少；出血量減少；下床時間為術(shù)后3 d，術(shù)中假體使用與術(shù)前定制假體匹配，截骨及假體放置均一次成功。隨訪3個月～1年，未出現(xiàn)關(guān)節(jié)感染、假體松動現(xiàn)象?；颊呦リP(guān)節(jié)HSS評分均大于85分，屈伸活動功能好，改善明顯。

3 討論

3.1 3-D打印技術(shù)的原理 3-D打印技術(shù)是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。其基本原理為：（1）設(shè)計過程：首先通過計算機建模軟件（CAD）建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，后通過成快速成型文件格式STL將三維數(shù)字化模型輸入3-D打印機。（2）打印過程：打印機通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料利用激光束或熱熔噴嘴等方式，在平面方向X-Y方向黏結(jié)成截面形狀，然后在Z坐標方向?qū)⒏鲗咏孛孢M行逐層疊加，粘合起來從而制造出一個實體。與傳統(tǒng)的“切削去除”材料方法（如3-D雕刻）不同，3-D打印采用“逐層增加”材料的方式來制作三維實體[2]。

3.2 3-D打印技術(shù)在外科中的應(yīng)用 3-D打印技術(shù)作為一種新發(fā)展的技術(shù)，發(fā)展迅速，目前已在工業(yè)制造、生物醫(yī)療等得到了長足發(fā)展，并取得了一定的成效，近年來已逐漸應(yīng)用于骨科領(lǐng)域，完善了骨科復(fù)雜手術(shù)的術(shù)前準備，使手術(shù)由復(fù)雜變簡單化。它通過采集術(shù)前CT、X線等影像數(shù)據(jù)，經(jīng)過CAD計算機軟件處理，輸入快速成型機器，制成實體硬組織一致的模型，有助于術(shù)前準確了解硬組織的細微解剖結(jié)構(gòu)及病變與周圍結(jié)構(gòu)的關(guān)系，提示截骨線、骨塊移動的位置信息等，起到指導(dǎo)手術(shù)的作用[3]。在口腔頜面部應(yīng)用上，Levine等[4]將該技術(shù)應(yīng)用于下頜骨重建術(shù)、正頜手術(shù)、頜面部創(chuàng)傷修復(fù)和顳頜關(guān)節(jié)重建術(shù)等70余例手術(shù)，取得良好的重建及手術(shù)效果。Mazzoni等[5]通過打印導(dǎo)板，術(shù)前模擬引導(dǎo)手術(shù)，并在術(shù)前及術(shù)后和CT影像進行手術(shù)的傳統(tǒng)術(shù)中下頜骨4個解剖位點（髁突外側(cè)點、下頜骨正中點、下頜骨牙弓曲度和髁突空間位置）進行術(shù)中具置與術(shù)前規(guī)劃的偏差，認為在導(dǎo)板引導(dǎo)下的個性化骨板植入術(shù)可大大縮短手術(shù)時間，提高手術(shù)精確性，尤為在髁突空間位置和下頜骨牙弓曲度作用明顯。將該技術(shù)應(yīng)用于脊柱及復(fù)雜骨盆手術(shù)應(yīng)用研究方面，有報道取得良好的手術(shù)效果。Guarino 等[6]將3-D打印技術(shù)應(yīng)用于10例小兒脊柱側(cè)凸及3例復(fù)雜骨盆骨折，結(jié)果表明該技術(shù)提高復(fù)雜骨盆骨折分類的準確性及椎弓根釘植入的準確性，減少醫(yī)源性脊髓損傷幾率，并縮短手術(shù)時間。Sun等[7]分別將3-D打印技術(shù)應(yīng)用于骨盆腫瘤患者，在打印的骨盆模型上切除半骨盆，然后設(shè)計個性化人工半骨盆假體，取得了滿意臨床效果。而在一些特異性高的手術(shù)上，3-D打印技術(shù)不僅可以模擬骨骼實體，還可以根據(jù)手術(shù)要求制備個體化手術(shù)器械。Lee等[8]應(yīng)用該技術(shù)制備了個體化股骨假體和股骨髓腔導(dǎo)向器，使手術(shù)更精準，成功為2例石骨癥患者施行人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)。在關(guān)節(jié)外科應(yīng)用上，3-D打印技術(shù)因其可以為患者“量身定制”個體化模型，使關(guān)節(jié)置換中假體型號的選擇、假體安放位置的準確性以及畸形的矯正程度等技術(shù)難題得到解決。這使得關(guān)節(jié)嚴重畸形、軟組織嚴重攣縮的患者的術(shù)前手術(shù)方案的制定簡單化、準確化，從而提高關(guān)節(jié)外科復(fù)雜高難度手術(shù)的成功率，使手術(shù)更精確、更安全。Won等[9]報道利用該技術(shù)成功為21例髖關(guān)節(jié)嚴重畸形患者制定手術(shù)方案術(shù)中明顯縮短了手術(shù)時間、出血量，術(shù)后影像學(xué)提示假體匹配良好。Sciberras等[10]首次將該技術(shù)應(yīng)用于1例復(fù)雜髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)，根據(jù)3-D打印技術(shù)制作的假體，進行詳細的術(shù)前評估和模擬操作，手術(shù)獲得了成功。He等[11]利用3-D打印技術(shù)制備了半膝關(guān)節(jié)和人工骨模具，分別通過快速鑄造和粉末燒結(jié)成型技術(shù)制備出個體化鈦鋁合金半膝關(guān)節(jié)和多孔生物陶瓷人工骨，并將組裝后的復(fù)合半膝關(guān)節(jié)假體植入患者體內(nèi)，術(shù)后隨訪表明該復(fù)合半膝關(guān)節(jié)假體與周圍組織、骨骼匹配良好，并且具有足夠的機械強度。

本院應(yīng)用3-D打印技術(shù)應(yīng)用于全膝關(guān)節(jié)表面置換術(shù)，有利于制定最佳手術(shù)方案，指導(dǎo)開展個體化關(guān)節(jié)外科手術(shù)，術(shù)前有效確定植入物的類型、大小和位置，使手術(shù)操作更精準，手術(shù)一次性完成，減少了操作、術(shù)中使用工具數(shù)量，從而減少了手術(shù)時間，取得了良好的臨床療效。這與報道的臨床實踐相符合[12]。

3.3 3-D打印技術(shù)目前存在的缺點 3-D打印技術(shù)可以將抽象的三維數(shù)字模型轉(zhuǎn)變成為直觀、立體的實物模型，降低了高難度手術(shù)的術(shù)前準備、減少了手術(shù)時間、提高了手術(shù)的成功率，作為一項革命性的新技術(shù)，其顛覆了傳統(tǒng)醫(yī)療模式。但3-D打印目前仍然存在使用上的缺點。（1）因該項技術(shù)尚未得到廣泛推廣，3-D打印的使用費用高，包括3-D打印設(shè)備的購置、運行，打印材料及相關(guān)專業(yè)人員費用，大多數(shù)患者不能承擔(dān)其費用，在部分地區(qū)僅用于醫(yī)學(xué)研究。（2）打印材料不能滿足臨床醫(yī)學(xué)的需求。目前大多打印的假體因其材料使用有限，不具有生物相容性、可降解性，大多僅用于模型供術(shù)前準備，而不是作為實體安放于體內(nèi)。（3）3-D技術(shù)因打印模型的個體化，使得在打印部分要求較高的模型時，耗時時間較長，且該項技術(shù)要求院內(nèi)學(xué)科合作，這使得急診手術(shù)在3-D打印技術(shù)中不占優(yōu)勢。

3.4 3-D打印技術(shù)在關(guān)節(jié)外科應(yīng)用中的展望 盡管3-D打印在目前存在部分缺點，但其在未來關(guān)節(jié)外科發(fā)展中必會起到?jīng)Q定性的作用。目前在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，3-D打印技術(shù)已被應(yīng)用于器官模型的制造與手術(shù)分析策劃、個性化組織工程支架材料和假體植入物的制造，以及細胞或組織打印等方面[13]。3-D打印技術(shù)被廣泛應(yīng)用于組織工程骨和軟骨研究領(lǐng)域，在關(guān)節(jié)外科修復(fù)重建領(lǐng)域展示了良好的應(yīng)用。采用3-D打印技術(shù)制備的組織工程支架材料不僅具有與缺損組織相匹配的解剖外形，同時也具有滿足細胞黏附、增殖的內(nèi)部三維多孔結(jié)構(gòu)[14]。Billiet等[15]應(yīng)用該技術(shù)輔以微米、納米技術(shù)，可根據(jù)需要設(shè)定特定的孔隙率、交聯(lián)，顯著提高支架的生物學(xué)及力學(xué)性能，使其有利于細胞黏附、增殖、分化，從而促進骨組織生長及骨折愈合等。Lee等[16]和Woodfield等[17]將3-D打印的骨軟骨支架應(yīng)用于動物實體，取得良好的效果。Xu等[18]利用靜電紡絲和噴墨打印相結(jié)合的方法制作組織工程軟骨。將活細胞和支架材料一同打印是3-D打印技術(shù)在關(guān)節(jié)外科基礎(chǔ)研究領(lǐng)域應(yīng)用的進步性標志，但如何實現(xiàn)細胞在支架內(nèi)按照預(yù)制組織結(jié)構(gòu)進行精準分布、如何構(gòu)建營養(yǎng)通道血管、如何提高打印組織的機械性能等，都是未來研究方向[18]。隨著3-D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，自體“生物型人工關(guān)節(jié)”將在未來成為可能。

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