生物学和生物医学精选(五篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的5篇生物学和生物医学，期待它们能激发您的灵感。

篇1

Biomaterials and

Regenerative Medicine

2015

ISBN9781107012097

生物医用材料是指以医疗为目的，用于诊断、治疗、修复或替换人体组织器官或增进其功能的材料。再生医学是从20世纪80年代后期兴起并逐步发展起来的，但一直缺乏一个明确的定义。到90年代后期由于干细胞技术方面的突破，才把干细胞、组织工程、组织器官代用品等纳入到再生医学里面来。就再生医学本身而言，国际上还未被明确界定，且存在一些不同的看法，从广义上来讲，再生医学是利用人类的自然治愈能力，使受到巨大创伤的机体组织或器官获得自己再生能力为目的的医学。目前，再生医学所包含的内容主要为以下4大模块：干细胞与克隆技术、组织工程、组织器官代用品、异种器官移植。目前该领域已经成为一个多学科交叉并迅速发展的领域。

本书是由Peter X.Ma领衔的专家团队关于生物材料及再生医学领域的研究论文汇编，主要集中讨论了生物材料在干细胞研究和再生医学中的作用，着重分析了基础理论和方法，内容覆盖干细胞领域、合成技术、材料设计原则、材料物理特性、生物工程技术等领域。

全书共分5章：1.干细胞和再生医学的研究成果，包括胚胎干细胞、IPS细胞等;2. 用于再生医学的多孔支架材料研究，包括生物聚合物、生物陶瓷、微米和纳米纤维等;3. 用于再生医学的氢支架材料相关研究;4.生物因子传递研究，包括尖端的药物转移系统及基因治疗技术等内容;5. 动物模型和临床应用方面的研究成果，在心血管系统方面的应用、有机再生方面的内容。

书中详细介绍了生物高分子材料的结构和功能分类，从分子水平、纳米尺度分析了生物仿生材料的结构及生物分子设计，以及生物功能材料的应用。

Peter X. Ma是密执安大学教授，曾获得2013克莱门森奖、杰出科学家奖等多项殊荣。他是再生医学领域的世界级的材料专家，在生物材料的设计与合成研究领域处于非常领先的地位。

本书适合生物材料、干细胞生物学、干细胞工程、组织工程学、再生医学等专业的学生阅读，对于从事干细胞工程、生物医学材料、再生医学领域理论以及应用领域的研究生、学者来说，这本书非常有参考价值。

彭金平，博士生

（国家纳米科学中心）

Peng Jinping， Ph.D

篇2

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。

篇3

【关键词】 实验室生物安全 学生 防护策略

Biosafety and their protective strategies for students in medical laboratories

WANG Ke， PAN Jin，ZHAO Dong，et al.Laboratory of biological pathogens and immunology， Capital University of Medical Sciences， Beijing 100069，China

【Abstract】 Medical institutions' laboratory safety is different from other institutions in the laboratory. According to its professional characteristics should be based on security， the so-called laboratory biosafety (LBS) refers to pathogenic microorganisms that engaged in activities of the laboratory experiment in the pathogenic microbes to avoid staff and associated personnel hazards. With the national security of the importance of biological laboratories， it is necessary for medical students to learn laboratory biosafety knowledge and skills training against the existence of problems protection strategies.

【Key words】 Laboratory biosafety; student; protection strategy

实验室生物安全的概念起源于20世纪50～60年代，由于种种原因，我国对生物安全的研究和认识明显落后于西方国家，直到2002年，卫生部颁布了微生物和生物医学实验室生物安全通用准则，该准则对生物医学实验室内的生物安全作了详细的规定，可惜当时并未引起足够重视；2003年传染性非典型肺炎的流行，使得国家相关部门把对实验室生物安全的关注提到一个新的高度，有关法律法规相继面世［1，2］ 。随着国家经济和社会的飞速发展，医疗卫生与健康问题逐渐成为社会的关注焦点。为此国家加大了对医学教育的重视和投入，随之而来的就是大量先进仪器的进入和现代化实验室的建设，实验室利用率的加大，使大量的不同层次的学生走进了医学实验室，人员流动性增大，给医学实验室的生物安全管理带来了很大难度。在实验过程中发生的差错，轻的会造成实验材料的浪费，结果的错误，重的会导致感染，传播病原微生物，甚至造成人员的死亡。因此学生进入医学实验室应把生物安全放在第一位。首先要进行生物安全知识的教育，使学生在具有自我保护的意识下，克服不良习惯，养成良好习惯，结果受益终生。结合医学实验室的特点，将实验室及学生有序的管理好是非常必要的，通过多年的实验室工作和不断地思考总结归纳以下实验室容易出现的问题和针对问题解决的策略仅供参考。

1 医学实验室生物安全存在的问题

主要存在于与病原生物学相关的专业所使用的实验室。

1.1 学生上课做实验直接接触病原微生物，存在着因防护不严而病原微生物失控 不仅感染实验室人员，甚至还可能传播到社会，引起传染病的流行。

1.2 与实验无关的东西随意带进实验室 甚至有时将食物、饮料、衣物等摆放在实验台上与实验材料同放。

1.3 进实验室前的个人防护问题 许多学生很随意的穿着自己的衣服进入实验室，还有的学生穿者凉鞋、拖鞋，更有甚者为肩佩长发一边做实验一边用摸完实验用品的手不断的弄头发。

1.4 上实验课准备不足 有的同学上实验课慌慌张张的现找实验室，头脑空空，上什么内容也不知道，上课铃声响完还不断地有人进入，内容听不全，实验中就来回走找实验材料问实验方法等，实验室显得十分混乱。

1.5 使用酒精灯不注意安全 在病原微生物接种时酒精灯是最常用的，它的安全问题往往被忽略，有的同学因某种原因离开自己座位时依然点着酒精灯，酒精灯发生意外致人损伤的事件在学生实验室曾经是有过先例的。

1.6 实验后不洗手、隔离衣乱放 做完实验离开实验室前有的同学忘记洗手，赶上午饭前直接去饭厅，是十分危险的。再有下课后有的同学不将白大衣反折单放，而是直接塞入书包与其他物品同放。

1.7 实验物品的分类使用和存放混乱 值日生同学不懂实验后的用品如何分类，经常将污染的与没污染的用品混放，造成污染的范围扩大，更有甚者为乱倒实验垃圾，不知道实验垃圾应该如何分类等。

2 医学实验室生物安全管理的重点应放在硬件建设、制度建设和安全的教育上

高等院校实验室的安全事故时有发生，因此现在大家对实验室的安全问题十分重视，基本实行“以人为本”、“预防为主”、谁主管，谁负责的原则，将安全责任落实到每个实验室和个人，逐级签定安全责任书，开展各级培训班。把各项规章制度挂在墙上。这些都是最基本、最起码的安全管理，但未必就能防止安全事故的发生，一旦发生事故，一切原则、责任都于事无补，因此还需要在以下3个方面对安全管理加以支撑和保证。

2．1 硬件建设，确保实验室的安全 所有实验室门口都应贴有明显的标识牌（例如某某实验室，生物安全几级以及逃生门等必要的内容），实验室内外要有足够量和有效的消防器材，以备火灾时使用。紧急喷淋和洗眼器，以备有害液体不慎飞溅到眼睛或皮肤上时冲淋以减轻伤害。实验室应设置紧急救助药箱，备好基本救助材料，以供紧急需要时使用。

对于利用病原微生物开展教学的医学实验室，必须根据所开展工作的性质、接触的病原微生物的危害和因之所需要的生物安全等级（目前分为4级），使实验室的建筑结构和设施、安全设备、安全操作规程达到相应的要求，否则该实验室不能使用。

2．2 严格安全制度，消除安全隐患 防患于未然才能从根本上保证实验室的安全，预防措施必须以制度的形式稳固下来。

2.2.1 定期检查制度 对于实验室的安全条件和设施要做到胸中有数，定期检查，及时发现和杜绝安全隐患问题 。一旦发现重大安全隐患问题的实验室，必须立即停止使用，疏散人员，限期整改，确保人身安全。

2.2.2 加强教育严格准入制度 对进微生物实验室做实验的学生，首先要进行系统的生物安全教育以及防护方法教育，使他们通过教育具有安全意识，做事有条理，遇事不慌，处理得当。与实验无关的人员不得随意进入实验室。

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2.2.3 定期演练制度 通过组织相关人员对突发事故的模拟演练，来检查人员的安全意识，正确处置和快速反应能力。可定期进行演练，在演练过程中不断发现问题，达到不断提高的目的。

2.2.4 危险品保管制度 对易燃、易爆、剧毒、致病性病原微生物等危险品，要设专室专柜储存，双人双锁妥善保管。实验人员领用时必须经负责人签署意见，并作好详细领用记录。

2.2.5 不断进行安全教育 开展定期的、经常的安全教育，不断创造重视安全的氛围，是提高实验人员安全意识、养成良好安全习惯，从而防止安全事故发生的有效途径。安全教育内容包括：学习涉及实验室生物安全通用的要求、病原微生物安全防护、医疗废物及危险品管理等国家和学校的有关法规、制度，学习掌握各种标准化、规范化的实验操作，熟悉实验室环境和安全措施，学习正确使用消防器材，掌握基本的急救知识和逃生技巧等。

3 学生重在树立安全意识，养成良好的安全习惯，加强自我保护和防护策略

对于初进医学实验室的学生，为确保实验室和自身安全，必须要高度重视和认真对待实验室安全问题，认真学习和掌握实验室安全教育的内容。树立安全意识，养成良好的安全习惯，加强自我保护和防护策略，对于新开的实验课一定要在课前找好实验室的准确位置，了解其实验特点，要做那些实验内容，千万不要脑子空空，现上课现找实验室，匆忙进入实验室，投入实验，完全依赖带教老师，这样做的结果不但浪费时间和资源，重要的是加大了不可控制因素带来的危害。

3.1 做好个人防护，不存侥幸心理 进医学实验室前一定要穿好白大衣，实验课前一定要认真预习实验内容，接触有毒有害物品前，必须做好个人防护，不要抱侥幸心理，以为不会出事。课上严格按照带教老师所提的要求去做，对不懂的问题或操作，一定要问带课教师，不可自作主张，莽撞惹祸。一旦出现问题不要私自处理，要立刻报告给老师，在老师的指导下进行处理。

3.2 做实验要严肃认真，集中注意力 不要闲聊和大声喧哗，以免影响实验进度和实验室整体氛围，使人麻痹大意，引发事故，造成不必要的伤害。

3.3 不要将与实验无关的物品随意带入实验室，更不要放在实验台上 实验台在实验的整个过程中都应保持清洁有序，对于病原微生物专业常用的酒精灯一定要更加注意它的安全性。

3.4 用电设备的使用，要谨慎仪器要在带课教师的指导下正确使用 不要用带水的手进行操作，用后需切断电源的一定要切断电源，不需切断电源的千万不要切断电源。例如微生物实验室所用的温箱、冰箱课后不要随意断电。以免造成结果无法观察的后果。

3.5 实验完毕后不要随意处理实验所用物品 要在带教老师的指导下，分门别类的将其放好送到应该送的地方，洗手或用消毒液浸泡手后，将白大衣反折单放后再离开实验室等。

4 结束语

医学实验室的特点，仪器设备多、空间狭窄、实验复杂，涉及的危险因素多。学生进入实验室，如果对安全重视不足，教育不够，养成坏习惯，不仅会成为事故的制造者，造成人身伤害，还可能恶习难改，影响自己长远的职业生涯和将来工作的实验室的安全［3～6］。

学生是医学实验室安全教育的重点，通过认真全面的安全教育，使他们树立安全意识，养成良好的实验室习惯，尽快实习实验室环境，尽快掌握各种规范化实验操作。作好他们的生物安全知识培训，不仅保证其学习期间的安全，还有以下深远意义：受过正规生物安全知识培训并且熟练掌握其知识。有些学生毕业后将继续从事科研工作，或有机会参与实验室设计和建设，可使他们从容应对工作中面对的问题。还有些学生毕业后可能从事教学工作，把所学到和掌握的生物安全知识传授给学生，这样我国的医学实验室生物安全工作将会进入一个良性循环的时代：随着改革开放国际交流的日益增多，有些毕业生走出国门学习深造、或参加各种合作的研究项目，受过正规生物安全知识培训并且熟练掌握其知识，可以在国际交流中体现我国医学生的基本素质；熟练掌握其知识，受益终生。

【参考文献】

1 卫生部.WS233-2002微生物和生物医学实验室生物安全通用准则.北京：中国标准出版社，2002.

2 祁国明.病原微生物实验室生物安全(第二版).北京：人民卫生出版社，2006，1-67.

3 蒋建利.对生物医学研究生开设生物医学实验安全课程的必要探讨.山西医科大学学报，2004，6(1):69-71.

4 周乙华.实验室感染与生物安全.中华预防医学杂志，2005，39(3)：215.

篇4

【关键词】α-β钛合金 超晶结构 α相 商用纯钛合金

随着人口持续老龄化，对生物医疗器械所使用材料的要求日益增加。据估计，美国2030年进行髋关节置换人数将达到27200人/年，和2000年比将增加15200人/年，其中12.8%主要是对已植入髋关节进行修复。金属材料被应用在髋关节置换或其他关节置换手术中，例如膝关节、肩关节等。金属医用材料还可应用在脊柱或创伤固定、血管支架及椎间盘置换等。广泛使用的金属材料包括不锈钢，CoCrMo合金，Ti合金及其他特殊合金如AuPd合金，这些合金具有较低的弹性模量，出色的抗腐蚀性能及较好的生物相容性等优点。弹性模量在硬组织置换中是一个很重要的因素，正常骨和硬组织植入物间不同的弹性模量会产生压力屏蔽作用，使正常骨被重吸收或植入物松弛，大多数病人都需要再次手术进行矫正。另外一个普遍关注的问题是骨头坏死，是由于关节陷窝与相连接部件作用产生磨削而引起的，这些磨削会迁移到骨干表面，附着在正常骨上从而引起骨细胞的死亡。钛的研究主要集中在能够在生物医学方面长期使用的增强型钛合金，如之前被应用在航空航天领域的商用纯钛合金及Ti6Al4V。

一、商用纯钛合金

商用纯钛合金很早被应用在生物医疗器械中，如血管支架，创伤或脊柱固定器件等。Fe元素含量很低的情况下，植入物和人体之间基本上不产生不良反应。商用纯钛虽然有以上优势，但是作为硬组织植入物，其机械强度还达不到人体要求。对机械强度的要求使得越来越多的4级商用纯钛合金被应用在生物器件中，通过提高氧元素的含量，其机械强度超过了2级商用纯钛。

R.Z. Valiev等研究报道了一种增强的纯钛合金，通过等通道转角挤压技术（equal channel angular pressing，ECAP）和其他的变形处理加工过程，使得2级商用纯钛合金的强度提高。实验测试了三种状态下纯钛的强度：400℃下ECAP（8遍）（#1），ECAP+65%冷压延（#2）及ECAP+压延之后300℃退火处理（#3）。超晶（Ultra-fine Grained， UFG）结构中既有等轴微结构存在，也有具有明显边界的亚晶粒结构存在。较之原本的粗糙晶粒的商用纯钛，经过剧烈形变后的商用纯钛的显微硬度有明显的提高。与粗晶钛比较，加工后商用纯钛的最大拉伸强度可提高140%，但延展率会下降9%。

通过第三种方法处理的2级超晶商用纯钛的疲劳极限为500MPa，较之粗晶钛其疲劳极限提高了100%。另外，疲劳范围内低循环或高循环下的超晶钛比粗晶钛具有更高的疲劳强度。

C. Yao等通过#2处理制备出超晶结构钛，体外实验发现超晶结构能够影响钛植入物表面细胞的功能。虽然细胞在超晶钛上吸附机制还在进一步研究中，但较早一些研究中，例如通过粉末冶金技术制备出纳米晶粒金属，和细胞共培养后，晶粒边界处成骨细胞吸附量增多，所以人们越来越强调晶粒边界的作用。

摩擦作用的研究中，表明在商用纯钛中，超晶结构叫粗晶结构就有更好的摩擦学行为。但是对于摩擦耦合的长期反应情况还不是很清楚。

二、α-β钛合金

生物医用的商用纯钛机械性能远远低于全关节置换的要求，使得Ti6Al4V被广泛使用，成为生物医学器件中应用最多的钛合金。另外在Ti6Al4V的正常加工和处理过程中，常常采用不同的铌来替代Ti6Al4V合金中的钒，从而可以更好的模拟Ti6Al4V中α和β相的比例，所以对含钒材料生物反应的关注导致Ti6Al7Nb合金的发展和应用。对低模量α-β钛合金的研究致使Ti13Nb13Zr合金发展，它的强度系数可以和Ti6Al4V相媲美。

等轴α微结构合金具有较高的强度和延展性，具有较低的断裂强度；片层状结构具有较好的断裂强度，适中的强度和延展性。通过微结构的调控可以改善Ti 6Al 4V合金在高循环下的疲劳响应性能。

通过对体内细胞功能的研究，超晶Ti6Al4V合金被证实对成骨细胞吸附有促进作用。Ti6Al4V合金中存在α和β两相，α和β相晶粒的大小、均一性和分散性（主要是β相），以及合金内部α和β相晶粒的大小都会影响Ti6Al4V合金结构。退火温度对Ti6Al4V合金硬度的影响，表明在合金整体微米硬度不受影响的情况下，较低的退火温度对α和β相分布有较大的影响。

与常规晶粒合金相比，超晶合金具有较好的机械和生物响应性能。另外含有生物相容合金元素（如Nb， Zr， Ta等）的钛合金通过不同的加工处理过程，可以形成具有超晶结构的钛合金，使得生物性和机械性能大大提高，不过这方面研究正在进一步的研究和开发中。

三、结论

文章介绍了钛合金材料在生物医学领域应用的一些基本的合成方法，钛合金以及生物医学领域的进一步研究和发展将进一步推动新型材料和新技术的产生，使得病人的生活质量得以改善，另外要想在未来的研究中取得更大的进展，需要不同领域的专家，包括材料、生物力学以及细胞生物学方面的研究人员的通力合作。

参考文献：

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篇5

关键词：大数据；海量存储；数据挖掘；标本库；医学生物信息；数据挖掘

随着信息技术在医学临床和科研中的应用，临床医学、生物学、信息学发生了一次交叉融合， 这种以生物大数据信息是未来生物医学研究发展的核心点。这种以海量、高维度、数据变量复杂、为特征的数据结构， 需要我们在传统的医学基础之上集数学、统计学、工程学、计算机信息科学的交叉综合、理论和实验相结合，建立新的新方法和手段。使得我们的临床医学模式从经验医学进一步向循证医学转变，无序医疗向着有序医疗发展，医学研究也会进入从发现、研究、验证、应用到再发现、再研究、再验证、再应用的迭代式良性循环过程中。

1实现大数据的大价值是医学信息建设的新目标

信息化时代各行业信息数据量呈现指数上升，医疗行业的数据信息增长更快。经研究表明，未来10年医学数据将高爆式地增长，其增长来源于医院医疗信息运行数据的积累、新的临床信息系统的嵌入（如电子病例系统）、新医疗诊疗设备接入等。随着医学的进步以生物芯片为代表的高通量生物技术的飞速发展，基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学的信息也会涌入医学生物信息领域。这种大量高速增长的数据被称之为海量数据或者大数据（big data）。大数据的特点是海量、高维度、数据变量复杂、分析处理复杂。

随着信息技术在医学临床和科研中的应用，临床医学、生物学、信息学发生了一次交叉融合，形成了生物医学信息学（Biomedical Informatics）。这种以生物大数据信息是未来生物医学研究发展的核心点。我们可以看到，生物医学领域的大数据时代正在来临，其发展将促使我们尽快构建一个实时、便捷、全方位的医学生物信息挖掘和应用系统。在医学信息研究方面，我国还主要处在对医疗流程的信息化管理、质量控制等初级阶段，尚未开展面对"大数据"挖掘的系统研究与应用，但这种研究与挖掘应用必将成为生物医药科学技术发展的趋势。大数据时代的到来，既对临床医生、研究人员、医院管理者、医疗监管机构等都提出了巨大的挑战，也为生物医学研究带来了前所未有的机遇。生物医学领域里科学研究的一个重要发展趋势就是数据驱动。以前进行实验研究的目的是获得结论或者是提出一种新的假设，大数据技术通过对海量数据的研究来探索其中的规律，可以直接提出假设或得出可靠的结论。

当前，以临床医疗信息为基础的计算机信息系统可扩展到多个相联的信息系统，包括：电子病例系统、随访信息管理系统、实验室信息管理系统、生物信息分析系统、基因组学数据库系统、药物临床试验信息系统等，在医学科研与临床应用之间架起了一道不可或缺的桥梁。收集大数据、整合大数据、处理和分析大数据，形成价值密度高、利用价值高的数据资源体系，实现"大数据"的"大价值"，是医学信息建设的新目标。

2大数据挖掘将盘活医学生物信息资产

医学生物信息的大数据包括医疗对象以及与医疗对象相关的信息特征集合，生物标本以及与生物标本信息相关的特征集合，这些大数据集带有自己的、潜在的、未被揭示的规律趋势特征，这才是医学生物信息价值的核心所在。这些医学生物信息是我们进行用于人类健康研究价值的资产，研究、分析、挖掘海量医学生物信息就是盘活人类健康研究的资产。数据挖掘，也称知识发现，是盘活这些宝贵的医学生物信息资产的有力工具。

大数据的挖掘和应用不同于传统的采样分析法，它有自身的一些独特特点，如：①大数据挖掘分析与事物相关的所有数据，而非少量数据样本，研究的样本数量趋近于总体数量；②大数据挖掘追求的是效率和趋势，而非绝对的准确性；③大数据挖掘更多关注事物的相关关系而非因果关系，这种信息与信息之间的相关关系会提醒我们某件事情正在发生。

同时，从数据中发现价值的实践也由来已久。横跨数据库技术、统计学和机器学习等交叉学科和技术的数据挖掘是大数据分析的基础，传统的数据分析实践是无法适应大数据的发展的。

近年来，数据挖掘引起了信息产业界的极大关注。其主要原因是，由业务系统产生的大量数据，迫切需要将这些数据转换成有用的信息和知识，并广泛使用于业务中。获取的信息和知识可以广泛用于各种实践应用，包括商务管理、生产控制、市场分析、工程设计和科学探索等领域。数据挖掘利用了来自如下一些领域的思想和方法：统计学、人工智能、模式识别、机器学习等。数据挖掘的很多算法都采用了以上领域中的理论算法、建模技术和学习理论等。数据挖掘也迅速地接纳了来自其他领域的思想，这些领域包括最优化技术、进化计算、信息论、信号处理、可视化和信息检索技术等。数据挖掘也需要数据库系统提供有效的存储、索引和查询处理得支持。源于高性能并行计算的技术在处理海量数据集方面常常是也重要的。分布式计算技术也能有效地帮助处理海量数据，并且当数据不能集中到一起处理时更是至关重要的[2]。

医学生物信息的数据挖掘应用比较广泛，医学样本库领域的应用就是其中的一个实例。通过建立临床医学样本信息筛选和侦测交互信息平台来建立协作样本库和虚拟样本库。建立样本库协作单位的协作机制、严格的样本筛选策略（根据研究项目协议和国家地方相关标准诊断、归转标准[5-7]）、应答式的标本收集机制、样本区域内（研究机构、转化中心、医院）权利共享机制，以建立全新模式、响应一致、反应迅速、整齐划一的样本收集研究管理的体系。建设样本从标筛选、采集、管理策略运转的实例，是以一个研究中心结合4～5个医院以及4～5个样本筛选医院，建立研究临床医学转化知识发现和研究验证系统信息平台和建立临床医学样本信息筛选和侦测交互信息平台的基础。

医学生物信息的数据挖掘应用的另一个实例是医学科研。生物医药领域里科学研究的一个重要发展趋势就是数据驱动。以前进行实验研究的目的是获得结论或者是提出一种新的假设，而现在通过对海量数据的研究来探索其中的规律，可以直接提出假设或得出可靠的结论[8]。另一方面，必须清楚的是，大数据作用与价值的重点在于能够引导和启发科研者的创新思维、并辅助决策。简单而言，若是处理一个问题，通常人能够想到一种方法，而大数据能够提供若干种参考方法，将解决问题的思路拓宽、拓广、拓深。当然我们需要在学科知识的结合上下内功，不能单纯依靠智能挖掘技术及工具就能解决大数据的应用问题，实际上我们还要有熟悉掌握和运用智能挖掘技术及工具的业务技术人才，才能在浩瀚的信息资源中遨游，才能真正利用好医学信息这个巨大的资产。

3挖掘和利用医学生物信息的技术方法

医学科学的第三次革命需要在传统的医学基础之上集数学、统计学、工程学、计算机信息科学的交叉综合、理论和实验相结合，建立新的新方法和手段。目前，我国医院信息系统存在着许多问题，集中体现在：医学生物信息内容缺失、信息标准化程度低以及发展目标不明确等问题上。我们建设目的①坚持医疗一线的工作需要，②坚守医学大数据信息资源的理念，③做好大数据收储分析的准备工作。 大数据时代医院该如何挖掘和利用医学生物信息？我们通过与国内外有关数据挖掘的技术专家的合作，总结了医学生物信息的挖掘和利用的一些方法。

3.1数据集成（多种数据源可以组合在一起） 把不同来源、格式、特点性质的数据在逻辑上或物理上有机地集中，从而为医院和研究机构提供局部的或全面的数据共享。

3.2数据选择（从数据库中提取与分析任务相关的数据） 根据确定的数据分析对象，抽象出在数据分析中所需要的特征信息，然后选择合适的信息收集方法，将收集到的信息存入数据库。对于海量数据，选择一个合适的数据存储和管理的数据仓库是至关重要的。

3.3数据规约 数据挖掘时往往数据量非常大，在大量数据上进行挖掘分析需要很长的时间，数据归约技术可以用来得到数据集的归约表示，它小得多但仍然接近于保持原数据的完整性，数据挖掘的结果与归约前结果相同或几乎相同。

3.4数据清理（消除噪音或不一致数据） 在数据库中的数据有一些是不完整的（有些感兴趣的属性缺少属性值）、含噪声的（包含错误的属性值），并且是不一致的（同样的信息不同的表示方式），因此需要进行数据清理，将完整、正确、一致的数据信息存入数据库中，否则会影响数据挖掘的结果。

3.5数据变换（数据变换或统一成适合挖掘的形式；如，通过汇总或聚集操作等） 通过平滑聚集、数据概化、规范化等方式将数据转换成适用于数据挖掘的形式。对于有些实数型数据，通过概念分层和数据的离散化来转换数据也是重要的一步。

3.6模型运算（使用智能化的算法提取数据模式） 根据数据库中的数据信息，选择合适的分析工具，应用统计方法、事例推理、决策树、规则推理、模糊集、神经网络、遗传算法等方法处理信息，得出有用的分析信息。通过对数据的挖掘，①可以发现数据的历史规律，对过去进行总结；②可以根据数据对未来进行预测，研究者可以根据预测对未来行情趋势做出预判，并作出相关决策。

3.7模型评估 根据某种兴趣度度量，识别提供知识的真正有趣的模式。

3.8知识表示。（使用可视化和知识表示技术，向用户提供挖掘的知识） 将数据挖掘所得到的分析信息以可视化的方式呈现给用户，或作为新的知识存放在知识库中，供其他应用程序使用。使用各种图表、三维地图、动态模拟以及相关的动画技术使原本枯燥乏味的数据变得生动起来。数据可视化把数据以更加直观的形态展现出来，使人们对相关数据做到一目了然。经过上面几步我们就把原先认为毫无价值的数据变成了信息，最后演变为有价值的知识。

对于医学生物信息挖掘系统的建设者（这里包括医院科研部门和信息部门）来说，数据挖掘项目不因该是一个普通的IT项目，不能依照原来信息项目模式建设，更不能理解成为是个管理工具，在项目各个阶段，数据信息每一次挖掘、演绎、分析是建设者和研究者全程参与的艺术性结合。目前对于各行业、各类典型问题的数据挖掘应用，还缺乏标杆模式作为参考。数据挖掘工作更像一个年轻医师，需要通过不断尝试来积累经验，面对如潮水般涌来的海量数据，她必将成为了生物医学研究的支柱技术之一。

综上所述，在今后的发展中计算机硬件性能的巨幅提升和数据库技术的飞速发展，使得企业级大数据量的计算成为现实，数据挖掘涉及的数据量会更大。数据挖掘工具也将越来越强大，汇合的挖掘算法越来越多，并将逐步实现算法的自动选择和参数自动调优，数据挖掘各类算法的巨大潜力将得到充分发挥。

我们设想在不久的将来，生物信息大数据的应用将会改变着医学临床实践。临床医学模式从经验医学进一步向循证医学转变，无序医疗向着有序医疗进一步发展，医学研究也会进入从发现、研究、验证、应用到再发现、再研究、再验证、再应用的迭代式良性循环过程中。古老的医学走到了今天，已经发展成为多学科、多领域结合交汇的领域，生物信息科学、计算机科学和计算应用数学的介入为大数据信息时代开创了新的前景，未来数据资源将会成为极具研究价值的医学资产，而且我国又是一个医学研究资源丰富的大国，我们有理由相信，我们的医学研究者会通过医学生物信息的挖掘和利用，在医学的研究和发展中为广大人民的健康事业做出更多贡献。

参考文献：

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