高分子材料在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用精選(九篇)
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第1篇：高分子材料在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用范文
關(guān)鍵詞：交叉學(xué)科；本科教學(xué)；互動(dòng)；創(chuàng)新思維；實(shí)踐認(rèn)知
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）07-0143-03
現(xiàn)代社會(huì)科技進(jìn)步日新月異，創(chuàng)新性的研究和產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，其中非常多的成果都來自于交叉學(xué)科的貢獻(xiàn)。一個(gè)已經(jīng)被普遍接受的共識(shí)是：學(xué)科交叉點(diǎn)往往就是科學(xué)新的生長點(diǎn)、新的科學(xué)前沿，這里最有可能產(chǎn)生重大的科學(xué)突破，使科學(xué)發(fā)生革命性的變化；同時(shí)，交叉科學(xué)是綜合性、跨學(xué)科的產(chǎn)物，因而有利于解決人類面臨的重大復(fù)雜科學(xué)問題、社會(huì)問題和全球性問題[1]。所以，對于本科教學(xué)中的交叉學(xué)科課程的教學(xué)就提出了更高的要求，如要求教師縱覽多個(gè)學(xué)科的發(fā)展，從而能站在交叉學(xué)科的前沿來引領(lǐng)學(xué)生去認(rèn)知和創(chuàng)新性思考；同時(shí)，也要求學(xué)生積極主動(dòng)地去檢索相關(guān)資料，能互動(dòng)地參與到整個(gè)課程教學(xué)的過程中來。只有這樣，交叉學(xué)科的本科教學(xué)才能獲得理想的教學(xué)效果，提高學(xué)生的科學(xué)敏銳力和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維。盡管教育界對交叉學(xué)科研究生階段創(chuàng)新型人才培養(yǎng)已有較多思考[2]，但是迄今為止對交叉學(xué)科的本科教學(xué)的交流還很少。
本文以四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院開設(shè)的“生物高分子及制品”課程教學(xué)為例，從課堂教學(xué)的多個(gè)方面提出了對交叉學(xué)科的本科教學(xué)的思考和體會(huì)。
一、課程背景
“生物高分子及制品”是四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院為大三學(xué)生開設(shè)的一門課程，任課教師均來自我院醫(yī)用高分子材料及人工器官系。醫(yī)用高分子材料專業(yè)建立于1978年，并分別于1986年和1992年獲得碩士、博士學(xué)位授予權(quán)，是我國最早的培養(yǎng)生物醫(yī)用高分子材料專業(yè)人才的基地之一。系內(nèi)的教師在生物醫(yī)用高分子材料及人工器官的科研、教學(xué)方面有30多年的豐富經(jīng)驗(yàn)。本課程所使用教材主要為我系老師合力編寫的普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材《生物醫(yī)用高分子材料》[3]，并結(jié)合科研前沿做了豐富多樣的專題講解。目前一個(gè)年級有三個(gè)班平行授課，每個(gè)班的人數(shù)在70～90人。本門課程是典型的交叉學(xué)科產(chǎn)物，其內(nèi)容涉及生物醫(yī)學(xué)、材料學(xué)（高分子材料）、工程設(shè)計(jì)、醫(yī)療器械等多個(gè)領(lǐng)域。教材的主要章節(jié)包括緒論、高分子材料和生物體的相互作用、生物醫(yī)用高分子材料的生物相容性和安全性評價(jià)、人工器官用高分子材料、醫(yī)療診斷用高分子材料、藥物緩控釋高分子材料、軟硬組織替代和組織工程用高分子材料、醫(yī)用高分子材料的設(shè)計(jì)。根據(jù)我院學(xué)生學(xué)術(shù)研究發(fā)展方向和工程應(yīng)用發(fā)展方向并重的特點(diǎn)，在課堂講授的時(shí)候授課教師會(huì)盡量同時(shí)擴(kuò)展到前沿的科研領(lǐng)域（如醫(yī)用高分子非病毒基因載體）和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用環(huán)節(jié)（如生物醫(yī)用高分子材料制品的生產(chǎn)、消毒）等?？疾榉绞揭哉n堂討論、平時(shí)成績和期末筆試成績綜合打分。
二、互動(dòng)式授課的幾點(diǎn)思考與體會(huì)
1.綜合多學(xué)科領(lǐng)域的講解方式。生物醫(yī)用高分子材料是功能高分子材料中重要的組成部分，是指在生物及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域所使用的高分子材料?？傮w而言，本課程是兩個(gè)一級學(xué)科：材料學(xué)（其中的高分子材料）和生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)（其中的生物材料）的交叉點(diǎn)。兩個(gè)學(xué)科的跨度很大，如何能生動(dòng)形象地講解和引領(lǐng)學(xué)生思考至為關(guān)鍵。例如，在進(jìn)行人工器官用高分子材料的講解時(shí)，我們通常會(huì)采取由淺入深的啟發(fā)式教學(xué)方法。首先，我們將人體器官做一個(gè)對應(yīng)的抽象化的模型，其中包括腦—計(jì)算機(jī)、耳—聲音探測器、肺—?dú)怏w交換器、心—泵/液體輸送器、肝—化學(xué)工廠、腎—分離/凈化系統(tǒng)和血管—輸送管路等，以方便同學(xué)們從功能上理解人體器官并能針對性地對人工器官進(jìn)行設(shè)計(jì)、思考。通過講解，同學(xué)們了解到研究人工器官并不能簡單考慮其與人體組織器官的類似，更重要的是能使其再現(xiàn)或部分再現(xiàn)人體器官的功能。舉例來說，在講到人工腎時(shí)，我們會(huì)先從醫(yī)學(xué)的角度講述腎臟的結(jié)構(gòu)和功能，重點(diǎn)描述腎小球的濾過作用和腎小管的重吸收作用。其中，腎小球每天以125ml/min的濾過率處理約180L的血液，腎小管將濾過液中大部分的水、電解質(zhì)、葡萄糖和其他小分子有用物質(zhì)重新吸收入血液，而每天最終排尿量僅為2.0L。通過上述講解，同學(xué)們可以清楚地了解腎臟在人體中的主要功能，那么進(jìn)一步的關(guān)于人工腎功能設(shè)計(jì)的講解也就順理成章了。人工腎是血液凈化技術(shù)中所使用的最重要的人工器官，再通過進(jìn)一步關(guān)聯(lián)講解病理學(xué)的內(nèi)容，我們可以使同學(xué)們了解到使用人工腎的血液凈化技術(shù)的目的和意義在于治療與血液相關(guān)的疾病，既包括腎臟方面的疾病如腎衰竭，也包括各種由于血漿成分發(fā)生病理改變而產(chǎn)生的血液性或免疫性疾病，如巨球蛋白血癥、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、血友病和多發(fā)性骨髓瘤等。緊接著，針對不同的疾病和需要去除致病物質(zhì)，我們很自然就將知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)到不同的血液凈化技術(shù)上來，分別講述血液透析、血液濾過和血液透析濾過三種人工腎技術(shù)。最終，三種不同的人工腎技術(shù)就引出了不同的生物醫(yī)用高分子材料和制品的需求和設(shè)計(jì)：通過對用于人工腎的各種生物醫(yī)用高分子材料的化學(xué)成分、物理性能的分析，以及對完成其制品的各種工程技術(shù)的描述和表征，使同學(xué)們?nèi)跁?huì)貫通，掌握這個(gè)跨多學(xué)科交叉領(lǐng)域的知識(shí)點(diǎn)。再舉一個(gè)例子，在講組織工程用高分子材料章節(jié)時(shí)，由于這是一個(gè)非常前沿的跨生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和材料學(xué)的交叉領(lǐng)域，如何有機(jī)結(jié)合多學(xué)科知識(shí)使同學(xué)們帶著興趣學(xué)習(xí)就非常關(guān)鍵。首先，我們會(huì)用“人耳鼠”等組織工程經(jīng)典的圖片展開緒論，使同學(xué)們的目光一下子就被吸引住了，讓他們?nèi)ニ伎迹喝祟惪萍嫉倪M(jìn)展真的有一天能實(shí)現(xiàn)更換人體的各個(gè)組織器官嗎？由于多個(gè)現(xiàn)實(shí)的案例擺了出來，他們就會(huì)意識(shí)到這是有可能并已經(jīng)部分實(shí)現(xiàn)了的前沿科技。進(jìn)而，我們就會(huì)用搭房子來做一個(gè)形象的比喻講解組織工程的三要素：細(xì)胞是磚塊，生長因子是建筑工人，而生物材料就是整個(gè)房屋的支架。而組織工程支架材料對生物相容性、生物降解性能的要求就使得生物醫(yī)用高分子成了其中的首選。在這樣的引領(lǐng)下，同學(xué)們的關(guān)注點(diǎn)自然就轉(zhuǎn)到了我們高分子學(xué)科與組織工程的關(guān)系，并能帶著興趣學(xué)習(xí)接下來的組織工程的原理和方法、軟骨組織工程支架材料、神經(jīng)組織工程支架材料、血管組織工程支架材料、肌腱組織工程支架材料、皮膚組織工程支架材料、角膜組織工程材料、組織工程支架制品的制備方法等多個(gè)知識(shí)點(diǎn)。在講解的過程中，我們還會(huì)播放組織工程培養(yǎng)細(xì)胞、體外構(gòu)建人工血管等錄像資料，讓同學(xué)們更直觀地認(rèn)識(shí)生物醫(yī)用高分子材料在組織工程中的應(yīng)用。
2.學(xué)生積極參與的教學(xué)互動(dòng)形式。除了教師的有效引領(lǐng)作用外，學(xué)生能否積極參與教學(xué)過程的互動(dòng)也是交叉學(xué)科本科教學(xué)能否成功的關(guān)鍵。對于本課程，我們主要采取了課外檢索學(xué)術(shù)資料做PPT報(bào)告和分組討論的形式。如前所述，我們將人體組織、器官分開并做了一個(gè)對應(yīng)的抽象化的模型。對應(yīng)于此，我們將學(xué)生分成了若干個(gè)小組，安排每個(gè)小組負(fù)責(zé)準(zhǔn)備和主持一個(gè)主題的PPT報(bào)告和討論。我們會(huì)提前一周通知負(fù)責(zé)組的同學(xué)（通常為4～8人），事先與他們討論講述的主線和子方向，要求同學(xué)們分工合作，其中一些同學(xué)負(fù)責(zé)每人5分鐘的PPT講解，其他一些同學(xué)負(fù)責(zé)資料收集和整理工作。例如對肺的一個(gè)主題，通過一周的準(zhǔn)備，同學(xué)們查閱了一定數(shù)量的文獻(xiàn)資料，準(zhǔn)備了精美的PPT資料和講解內(nèi)容：第一個(gè)同學(xué)做了呼吸系統(tǒng)和常見呼吸系統(tǒng)疾病的綜述；第二個(gè)同學(xué)的報(bào)告集中于描述現(xiàn)有的呼吸系統(tǒng)手術(shù)（尤其是肺部手術(shù)）中使用的大量生物醫(yī)用高分子材料和制品，例如包括呼吸道麻醉科導(dǎo)管、單肺通氣封堵導(dǎo)管等醫(yī)療器械；第三個(gè)同學(xué)從人工肺的研究角度出發(fā)，用較多的學(xué)術(shù)資料描述了該領(lǐng)域的研究前沿，進(jìn)一步通過閱讀資料提出了現(xiàn)有研究的不足，并提出他們小組討論后對該領(lǐng)域的展望；最后一個(gè)同學(xué)結(jié)合工程實(shí)際，從生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝等方面描述該領(lǐng)域醫(yī)用高分子制品的制備方法，并簡單提及國內(nèi)外的主要生產(chǎn)企業(yè)。通過這樣的一個(gè)“準(zhǔn)備—講述”的過程，該組同學(xué)系統(tǒng)地掌握了交叉學(xué)科從基本概念到學(xué)術(shù)研究，再到工業(yè)領(lǐng)域的諸多方面，并能邏輯清晰地講述給全班同學(xué)。在同學(xué)們的PPT講述過程中，任課教師會(huì)組織聽報(bào)告的同學(xué)們進(jìn)行有益的討論。例如，在講解到有關(guān)生物醫(yī)用高分子材料和制品的生物相容性的時(shí)候，有做報(bào)告的同學(xué)會(huì)以隱形眼鏡為例講解，其制備原料主要是聚羥乙基甲基丙烯酸酯類材料。這時(shí)，我們會(huì)請有戴過隱形眼鏡的同學(xué)舉手，并組織討論：為什么隱形眼鏡有日拋、月拋和年拋的區(qū)別，它們對材料的要求有何不同？為什么夜晚要取下眼鏡進(jìn)行清洗保養(yǎng)？作為使用者，自己戴隱形眼鏡會(huì)有什么樣的要求？通過這些問題的討論，同學(xué)們可以進(jìn)一步了解作為交叉學(xué)科的產(chǎn)品，生物醫(yī)用高分子材料和制品不僅要在功能上滿足使用的醫(yī)學(xué)目的，還要求我們從材料學(xué)和工程學(xué)的角度去設(shè)計(jì)，才能獲得較為理想的使用性能。而且這樣的討論也容易引起同學(xué)們的興趣，避免過多過深的理論講解會(huì)導(dǎo)致的注意力分散。在整個(gè)PPT報(bào)告和討論的過程中，任課教師會(huì)針對同學(xué)們的資料準(zhǔn)備情況、PPT講解情況和討論情況進(jìn)行評價(jià)和打分，作為成績考核的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。
3.創(chuàng)造條件結(jié)合實(shí)踐教學(xué)。交叉學(xué)科除了能在學(xué)術(shù)前沿激發(fā)出更多的創(chuàng)新性火花之外，往往還可以通過學(xué)科的交叉設(shè)計(jì)、生產(chǎn)出大量的實(shí)用的制品。本門課程針對的生物醫(yī)用高分子材料和制品就是典型例子，其所涉及的產(chǎn)業(yè)主要為醫(yī)療行業(yè)和醫(yī)療材料（器械）企業(yè)。因此，創(chuàng)造條件結(jié)合實(shí)踐進(jìn)行教學(xué)就成了本門課程重要的組成部分。本門課程的授課教師大多與上述行業(yè)的企業(yè)有長年的產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，已經(jīng)完成或正在研發(fā)多項(xiàng)生物醫(yī)用高分子材料和制品的工作，因而具備較好的實(shí)際條件進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)。例如，任課教師與成都市的多家醫(yī)療器械生產(chǎn)企業(yè)建立了長期的科研關(guān)系，從而能將課程的認(rèn)識(shí)實(shí)踐帶到其中的一些單位，包括人工腎的生產(chǎn)企業(yè)和醫(yī)療耗材（導(dǎo)管、輸液制品）企業(yè)等。通過實(shí)習(xí)參觀企業(yè)，以及在課堂上觀摩老師帶的各種生物醫(yī)用高分子材料和醫(yī)療器械，同學(xué)們對這門交叉學(xué)科涉及的產(chǎn)業(yè)有了更好的認(rèn)識(shí)。另外，經(jīng)常有高端的相關(guān)行業(yè)展會(huì)在成都舉行，例如2012年的第68屆中國國際醫(yī)療器械秋季博覽會(huì)在成都云集了國內(nèi)外的多家企業(yè)。這種時(shí)候，任課教師就會(huì)及時(shí)公布展會(huì)時(shí)間，并鼓勵(lì)同學(xué)們?nèi)⒂^，通過學(xué)習(xí)和對比國內(nèi)外企業(yè)的產(chǎn)品，了解其設(shè)計(jì)理念和所使用的生物醫(yī)用高分子材料。展會(huì)結(jié)束之后，我們會(huì)和同學(xué)們在課堂上針對展會(huì)上的所見所想進(jìn)行很多有益的討論，很好地幫助同學(xué)們更進(jìn)一步地認(rèn)識(shí)這門交叉學(xué)科的知識(shí)和產(chǎn)業(yè)。
4.結(jié)合教學(xué)內(nèi)容邀請專業(yè)醫(yī)生講座的教學(xué)。結(jié)合課堂講授內(nèi)容，我們會(huì)定期或不定期邀請一些醫(yī)生到課堂進(jìn)行講座，如講授到血液透析時(shí)，我們會(huì)專門邀請四川大學(xué)華西醫(yī)院腎內(nèi)科進(jìn)行血液透析的醫(yī)生到課堂進(jìn)行講座，從醫(yī)生的角度講述醫(yī)用高分子材料在血液透析制品方面的臨床應(yīng)用。通過這些講座，使同學(xué)們更深刻了解醫(yī)用高分子材料及制品的實(shí)際應(yīng)用，增加了學(xué)習(xí)的積極性和興趣。最后，由于交叉學(xué)科課程覆蓋的知識(shí)面非常廣，簡單地進(jìn)行死記硬背的考試是不適宜的。經(jīng)過商討，本課程的多位任課老師達(dá)成了一致的共識(shí)：平時(shí)的討論和報(bào)告占學(xué)生成績的很大一部分，期末考試以開卷方式進(jìn)行，出題盡量是基于交叉學(xué)科的特點(diǎn)來綜合性地考查學(xué)生的邏輯思維、判斷和創(chuàng)新能力。通過八年多的教學(xué)實(shí)踐，我們發(fā)覺本課程的教學(xué)互動(dòng)效果很好，也起到了很好的引領(lǐng)作用，有很多學(xué)生對這門交叉學(xué)科產(chǎn)生了濃厚的興趣，并相繼進(jìn)入了生物醫(yī)用高分子材料和制品的科研或產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。
總而言之，交叉學(xué)科的獨(dú)特性決定了對其本科教學(xué)方法的靈活性、多樣性的要求。只有不斷解放思想、更新教學(xué)理念和完善教學(xué)手段，才能保證交叉學(xué)科教學(xué)的質(zhì)量，才能更加有效地提高同學(xué)們的興趣和綜合能力，為更高階段的交叉學(xué)科創(chuàng)新性研究以及相關(guān)交叉學(xué)科的產(chǎn)業(yè)輸送人才。
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第2篇：高分子材料在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用范文
1 高中化學(xué)新教材在價(jià)值定位上做的幾項(xiàng)重要改革
1.1 化學(xué)與能源。能源也是現(xiàn)代社會(huì)三大支柱產(chǎn)業(yè)之一。隨著人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的日益增大，人們對能源的需求急劇增加。化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量是現(xiàn)代能量的主要來源之一，研究化學(xué)反應(yīng)中能量的變化具有非常現(xiàn)實(shí)的意義。高中化學(xué)新教材首次在化學(xué)教學(xué)中滲透了能量觀點(diǎn)，如，在高一化學(xué)第一章里提出如何提高燃料的利用率，開發(fā)新能源等與社會(huì)相關(guān)的問題。在鹵素中新增了“海水資源及其綜合利用”，在幾種重要金屬中增加了“金屬的回收和資源保護(hù)”，在原電池一節(jié)介紹了“化學(xué)電源和新型電池”等?；瘜W(xué)與能量、能源觀點(diǎn)的建立，不僅僅是為了教育學(xué)生節(jié)約能源，樹立環(huán)境保護(hù)意識(shí)，更側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，增強(qiáng)社會(huì)進(jìn)步責(zé)任感。尤其是在第二輪新教材改革中增加了一些開放性問題的研究，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力等。
1.2 化學(xué)與環(huán)境。保護(hù)環(huán)境已成為當(dāng)前和未來的一項(xiàng)全球性的重大課題。新教材中介紹了臭氧層的破壞、酸雨、溫室效應(yīng)、光化學(xué)煙霧、白色垃圾、土壤以及水污染等環(huán)境污染問題及其防治。并將“居室中化學(xué)污染及防治”、“生活中常見污染物和防治污染”放在選學(xué)教材中。在治理這些環(huán)境污染問題中，化學(xué)已經(jīng)并將繼續(xù)發(fā)揮重大作用，大幅度地增強(qiáng)了學(xué)生的社會(huì)環(huán)保責(zé)任感，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。與化學(xué)和能源一樣，化學(xué)與環(huán)境從可持續(xù)發(fā)展的角度來看，在化學(xué)教育中增強(qiáng)了化學(xué)與社會(huì)的聯(lián)系部分，因?yàn)榄h(huán)境科學(xué)是一門綜合性的學(xué)科，而環(huán)境化學(xué)是解決環(huán)境問題的“鑰匙”，環(huán)境教育與能源問題的提出對提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，培養(yǎng)公民綜合素養(yǎng)有著重要的作用。這正是現(xiàn)代化學(xué)教育的藍(lán)圖規(guī)劃，現(xiàn)代化學(xué)教育價(jià)值觀的一種重要體現(xiàn)。
1.3 化學(xué)與生產(chǎn)、生活。人的衣食住行、醫(yī)療保健、生命科學(xué)等無一不和化學(xué)密切相關(guān)。高一化學(xué)新教材鹵素一章介紹了“碘與人體健康”，高二化學(xué)結(jié)合有機(jī)化學(xué)知識(shí)介紹了“食品添加劑與人體健康”，并以大量的彩圖形象地介紹了各類無機(jī)物和有機(jī)物的用途。高三化學(xué)在電解池教學(xué)中，常識(shí)性介紹了“以氯堿工業(yè)為基礎(chǔ)的化工生產(chǎn)”，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際以及其它相關(guān)學(xué)科知識(shí)探討“硫酸工業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益”，樹立學(xué)生的主人翁意識(shí)，這是素質(zhì)教育、創(chuàng)新教育的一種方式。但新教材中也有一些不足之處，如：與化學(xué)問題相關(guān)的其他學(xué)科的相互滲透介紹得較少，知識(shí)體系綜合化不夠，這不利于提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力和綜合素養(yǎng)。要充分地體現(xiàn)化學(xué)素養(yǎng)教育，還可以在有關(guān)教學(xué)內(nèi)容后以常識(shí)介紹的形式將相關(guān)的其他學(xué)科知識(shí)做適當(dāng)?shù)闹v解，譬如，“膠體”內(nèi)容后可結(jié)合空氣溶膠介紹物理學(xué)中有關(guān)空氣中可見光的波長，使學(xué)生明白“晴朗的天空為什么是藍(lán)色的”。但瑕不掩瑜，新教材較以往教材，價(jià)值定位有了很大進(jìn)步。這是價(jià)值的相對真理性，它隨時(shí)空環(huán)境的改變而不斷更新。
2 化學(xué)教育價(jià)值實(shí)現(xiàn)的基本策略
2.1 主題型教學(xué)策略?！盎瘜W(xué)――人類進(jìn)步的關(guān)鍵”是高中化學(xué)新課程的總主題，在整個(gè)高中化學(xué)教學(xué)過程中應(yīng)該盡可能體現(xiàn)這一主題。如“糖類、蛋白質(zhì)、油脂”可以“人類重要的營養(yǎng)物質(zhì)”為主題；氮族元素結(jié)合生物圈中氮的循環(huán)以固氮為主題；硅和硅酸鹽工業(yè)、金屬和合成材料以材料為主題；化學(xué)反應(yīng)與能量、原電池原理以開發(fā)新能源為主題；烴以石油化工為主題。主題型教學(xué)策略可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)到自己所學(xué)內(nèi)容的社會(huì)價(jià)值及其實(shí)用性，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)和保持。
2.2 用途聯(lián)系型策略。在元素化合物教學(xué)中應(yīng)該將現(xiàn)代最新的有價(jià)值的有關(guān)元素化合物用途納入教學(xué)之中。如在學(xué)習(xí)NO的性質(zhì)時(shí)，可聯(lián)系醫(yī)學(xué)新成就，介紹NO對人體某些疾病的治療作用，然后提出問題：為什么大量NO吸入人體有害，而少量的NO吸入?yún)s能治療某些疾??？在學(xué)習(xí)有機(jī)高分子材料時(shí)，可聯(lián)系智能高分子材料、導(dǎo)點(diǎn)高分子材料、醫(yī)用高分子材料、可降解高分子材料、高吸水性高分子材料等；在鹵素學(xué)習(xí)時(shí)，可聯(lián)系海水化學(xué)資源的開發(fā)、利用和飲水與消毒化學(xué)；在硅和硅酸鹽學(xué)習(xí)時(shí)，可聯(lián)系新型無機(jī)高分子材料等。
2.3 情境滲透型策略。對某些與中學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)有密切關(guān)系的新的應(yīng)用型成果可采取情境滲透型策略。例如，進(jìn)行晶體類型與性質(zhì)學(xué)習(xí)時(shí)，可以將“晶體缺陷對晶體生長、晶體的力學(xué)性能、電學(xué)性能、磁學(xué)性能和光學(xué)性能等有重要影響，如許多過渡金屬氧化物中的價(jià)態(tài)可以變化并形成非整比化合物，從而使晶體具有特意色彩等光學(xué)性質(zhì)，甚至具有半導(dǎo)性或超導(dǎo)性”作為情境，討論具有NaCl型結(jié)構(gòu)的NiO晶體發(fā)生晶體缺陷形成的非整比化合物NiXO的結(jié)構(gòu)特征等。
第3篇：高分子材料在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用范文
1.1納米碳材料
納米碳材料主要包括碳納米管、氣相生長碳纖維也稱為納米碳纖維、類金剛石碳等。
碳納米管有獨(dú)特的孔狀結(jié)構(gòu)［1］，利用這一結(jié)構(gòu)特性，將藥物儲(chǔ)存在碳納米管中并通過一定的機(jī)制激發(fā)藥物的釋放，使可控藥物變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。此外，碳納米管還可用于復(fù)合材料的增強(qiáng)劑、電子探針（如觀察蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的AFM探針等）或顯示針尖和場發(fā)射。納米碳纖維通常是以過渡金屬Fe、Co、Ni及其合金為催化劑，以低碳烴類化合物為碳源，氫氣為載體，在873K～1473K的溫度下生成，具有超常特性和良好的生物相溶性，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用前景。類金剛石碳（簡稱DLC）是一種具有大量金剛石結(jié)構(gòu)C—C鍵的碳?xì)渚酆衔?，可以通過等離子體或離子束技術(shù)沉積在物體的表面形成納米結(jié)構(gòu)的薄膜，具有優(yōu)秀的生物相溶性，尤其是血液相溶性。資料報(bào)道，與其他材料相比，類金剛石碳表面對纖維蛋白原的吸附程度降低，對白蛋白的吸附增強(qiáng)，血管內(nèi)膜增生減少，因而類金剛石碳薄膜在心血管臨床醫(yī)學(xué)方面有重要的應(yīng)用價(jià)值。
1.2納米高分子材料
納米高分子材料，也稱高分子納米微?；蚋叻肿映⒘?，粒徑尺度在1nm～1000nm范圍。這種粒子具有膠體性、穩(wěn)定性和優(yōu)異的吸附性能，可用于藥物、基因傳遞和藥物控釋載體，以及免疫分析、介入性診療等方面。
1.3納米復(fù)合材料
目前，研究和開發(fā)無機(jī)—無機(jī)、有機(jī)—無機(jī)、有機(jī)—有機(jī)及生物活性—非生物活性的納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是獲得性能優(yōu)異的新一代功能復(fù)合材料的新途徑，并逐步向智能化方向發(fā)展，在光、熱、磁、力、聲［2］等方面具有奇異的特性，因而在組織修復(fù)和移植等許多方面具有廣闊的應(yīng)用前景。國外已制備出納米ZrO2增韌的氧化鋁復(fù)合材料，用這種材料制成的人工髖骨和膝蓋植入物的壽命可達(dá)30年之久［3］。研究表明，納米羥基磷灰石膠原材料也是一種構(gòu)建組織工程骨較好的支架材料［4］。此外，納米羥基磷灰石粒子制成納米抗癌藥，還可殺死癌細(xì)胞，有效抑制腫瘤生長，而對正常細(xì)胞組織絲毫無損，這一研究成果引起國際的關(guān)注。北京醫(yī)科大學(xué)等權(quán)威機(jī)構(gòu)通過生物學(xué)試驗(yàn)證明，這種粒子可殺死人的肺癌、肝癌、食道癌等多種腫瘤細(xì)胞。
此外，在臨床醫(yī)學(xué)中，具有較高應(yīng)用價(jià)值的還有納米陶瓷材料，微乳液等等。
2納米材料在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的前景
2.1用納米材料進(jìn)行細(xì)胞分離
利用納米復(fù)合體性能穩(wěn)定，一般不與膠體溶液和生物溶液反應(yīng)的特性進(jìn)行細(xì)胞分離在醫(yī)療臨床診斷上有廣闊的應(yīng)用前景。20世紀(jì)80年代后，人們便將納米SiO2包覆粒子均勻分散到含有多種細(xì)胞的聚乙烯吡咯烷酮膠體溶液中，使所需要的細(xì)胞很快分離出來。目前，生物芯片材料已成功運(yùn)用于單細(xì)胞分離、基因突變分析、基因擴(kuò)增與免疫分析（如在癌癥等臨床診斷中作為細(xì)胞內(nèi)部信號(hào)的傳感器［5］）。倫敦的兒科醫(yī)院、挪威工科大學(xué)和美國噴氣推進(jìn)研究所利用納米磁性粒子成功地進(jìn)行了人體骨骼液中癌細(xì)胞的分離來治療病患者［6］。美國科學(xué)家正在研究用這種技術(shù)在腫瘤早期的血液中檢查癌細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)癌癥的早期診斷和治療。
2.2用納米材料進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)部染色
比利時(shí)的DeMey博士等人利用乙醚的黃磷飽和溶液、抗壞血酸或檸檬酸鈉把金從氯化金酸（HAuCl4）水溶液中還原出來形成金納米粒子，（粒徑的尺寸范圍是3nm～40nm），將金納米粒子與預(yù)先精制的抗體或單克隆抗體混合，利用不同抗體對細(xì)胞和骨骼內(nèi)組織的敏感程度和親和力的差異，選擇抗體種類，制成多種金納米粒子—抗體復(fù)合物。借助復(fù)合粒子分別與細(xì)胞內(nèi)各種器官和骨骼系統(tǒng)結(jié)合而形成的復(fù)合物，在白光或單色光照射下呈現(xiàn)某種特征顏色（如10nm的金粒子在光學(xué)顯微鏡下呈紅色），從而給各種組織“貼上”了不同顏色的標(biāo)簽，為提高細(xì)胞內(nèi)組織分辨率提供了各種急需的染色技術(shù)。
2.3納米材料在醫(yī)藥方面的應(yīng)用
2.3.1納米粒子用作藥物載體
一般來說，血液中紅血球的大小為6000nm～9000nm，一般細(xì)菌的長度為2000nm～3000nm［7］，引起人體發(fā)病的病毒尺寸為80nm～100nm，而納米包覆體尺寸約30nm［8］，細(xì)胞尺寸更大，因而可利用納米微粒制成特殊藥物載體或新型抗體進(jìn)行局部的定向治療等。專利和文獻(xiàn)資料的統(tǒng)計(jì)分析表明，作為藥物載體的材料主要有金屬納米顆粒、無機(jī)非金屬納米顆粒、生物降解性高分子納米顆粒和生物活性納米顆粒。
磁性納米顆粒作為藥物載體，在外磁場的引導(dǎo)下集中于病患部位，進(jìn)行定位病變治療，利于提高藥效，減少副作用。如采用金納米顆粒制成金溶液，接上抗原或抗體，就能進(jìn)行免疫學(xué)的間接凝聚實(shí)驗(yàn)，用于快速診斷［9］。生物降解性高分子納米材料作為藥物載體還可以植入到人體的某些特定組織部位，如子宮、陰道、口（頰、舌、齒）、上下呼吸道（鼻、肺）、以及眼、耳等［10］。這種給藥方式避免了藥物直接被消化系統(tǒng)和肝臟分解而代謝掉，并防止藥物對全身的作用。如美國麻省理工學(xué)院的科學(xué)家已研制成以用生物降解性聚乳酸（PLA）制的微芯片為基礎(chǔ)，能長時(shí)間配選精確劑量藥物的藥物投送系統(tǒng)，并已被批準(zhǔn)用于人體。近年來生物可降解性高分子納米粒子（NPs）在基因治療中的DNA載體以及半衰期較短的大分子藥物如蛋白質(zhì)、多肽、基因等活性物質(zhì)的口服釋放載體方面具有廣闊的應(yīng)用前景。藥物納米載體技術(shù)將給惡性腫瘤、糖尿病和老年癡呆癥的治療帶來變革。
2.3.2納米抗菌藥及創(chuàng)傷敷料
Ag+可使細(xì)胞膜上蛋白失去活性從而殺死細(xì)菌，添加納米銀粒子制成的醫(yī)用敷料對諸如黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠濃桿菌等臨床常見的40余種外科感染細(xì)菌有較好抑制作用。
2.3.3智能—靶向藥物
在超臨界高壓下細(xì)胞會(huì)“變軟”，而納米生化材料微小易滲透，使醫(yī)藥家能改變細(xì)胞基因，因而納米生化材料最有前景的應(yīng)用是基因藥物的開發(fā)。德國柏林醫(yī)療中心將鐵氧體納米粒子用葡萄糖分子包裹，在水中溶解后注入腫瘤部位，使癌細(xì)胞部位完全被磁場封閉，通電加熱時(shí)溫度達(dá)到47℃，慢慢殺死癌細(xì)胞。這種方法已在老鼠身上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中獲得了初步成功［11］。美國密歇根大學(xué)正在研制一種僅20nm的微型智能炸彈，能夠通過識(shí)別癌細(xì)胞化學(xué)特征攻擊癌細(xì)胞，甚至可鉆入單個(gè)細(xì)胞內(nèi)將它炸毀。
第4篇：高分子材料在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用范文
【關(guān)鍵詞】絲膠蛋白；應(yīng)用；組織工程；結(jié)構(gòu)進(jìn)展
蠶絲通過脫膠可以形成一種球狀的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，這種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)對其進(jìn)行分析，其主要成分便是我們常說的絲膠蛋白。一般蠶絲可以分為外層絲膠和內(nèi)層絲素兩種不同的成分，絲膠一般都是包覆在絲素的，對絲素有著良好的保護(hù)和膠結(jié)作用，可以有效的防止因受到其他因素影響而造成絲纖維的損傷。因此對于絲織物而言，其在絲膠選擇與提取的時(shí)候，首先要對絲織物的染色、整序進(jìn)行全面處理和分析從而提取無污染、純度高的絲膠蛋白。就目前社會(huì)發(fā)展中，絲膠的提取與制取已經(jīng)從傳統(tǒng)的方向朝著非催化、膜過濾、高溫水解法和酶水解法等方向轉(zhuǎn)變。絲膠蛋白作為目前的一種新型微生物而受到人們的高度重視。絲膠蛋白還具備著生物相容性好的特性，是一種性能優(yōu)良的生物材料和凝膠型材料，同時(shí)其還具備著藥物稀釋以及酶固化載體的性能，因此在社會(huì)各行業(yè)得到高度重視，尤其是在化妝品制造業(yè)、纖維制品和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，更是得到了前所未有的開發(fā)與發(fā)展。時(shí)至今日，絲膠材料的開發(fā)已經(jīng)整合了多種學(xué)科領(lǐng)域，以期在日后的工作中能夠?yàn)槠浒l(fā)展提供廣闊的應(yīng)用前景。
一、組織工程概述
組織工程學(xué)是由多種學(xué)科相互交叉形成的邊緣性學(xué)科，組織工程的興起與建設(shè)為臨床醫(yī)療提供了發(fā)展基礎(chǔ)，也被人們稱之為再生醫(yī)學(xué)。目前我們常說的組織工程是以生物活性物質(zhì)為基礎(chǔ)，通過各種技術(shù)方法和管理手段構(gòu)建形成的一種綜合性物質(zhì)模式，并對各種動(dòng)植物器官和組織有著再造與修復(fù)技術(shù)。當(dāng)前，組織工程已經(jīng)涉及到多種學(xué)科，諸如生物學(xué)、工程學(xué)、材料學(xué)等，并且成為臨床治療工作中再造骨、軟骨等器官修復(fù)與再造的關(guān)鍵手段。
就目前社會(huì)發(fā)展而言，人體組織損傷、缺損都容易引起其功能，傳統(tǒng)的修復(fù)方法都是通過對自身組織進(jìn)行移植、修復(fù)，這種方法雖然在一定程度上得到滿意的治療效果，但是它都是一種以犧牲自身健康為代價(jià)的方法，極容易引起人體其他器官出現(xiàn)損傷與破壞，甚至是造成并發(fā)癥的出現(xiàn)。就目前常見的人體器官功能衰竭現(xiàn)象分析，通常都是采用藥物治療以及短暫的替代療法，雖然在一定程度上可以挽救部分患者的生命和降低其疼痛感，但是其工體器官的源極有限，因此極容易引起免疫出現(xiàn)問題，由此帶來的并發(fā)癥可以說是一種致命的。
二、絲膠蛋白概述
絲膠蛋白就其字面意思分析，其就是一種絲膠狀態(tài)的蛋白質(zhì)，也被人們稱之為球類蛋白質(zhì)，在蠶絲中，其約占蛋白質(zhì)總量的三分之一左右，但蠶絲營繭的時(shí)候，其能夠發(fā)生粘合作用，從而構(gòu)成氨基酸等物質(zhì)，易溶于水中。就目前的蠶絲成分分析而言，其主要的組成成分為絲素與絲膠，其中絲膠主要存在于繭絲的，對于絲素發(fā)揮著重要的保護(hù)和膠結(jié)作用。一般情況下，絲膠都是由氨基酸和天門冬氨酸等多種天然材料構(gòu)成，其有著良好的水溶性要求。由于制絲以及紡織工藝的高速發(fā)展，絲膠的研究也變得越來越深入?，F(xiàn)階段的社會(huì)發(fā)展中，人們對于絲膠的研究逐步廣泛，也不再局限于傳統(tǒng)的天然蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)之中，是利用各種可再生和能利用資源進(jìn)行全面分析，從而對其中的活性成分控制與分析[1]。
三、絲膠蛋白的提取與應(yīng)用
1、提取
就目前社會(huì)發(fā)展而言，常見的絲膠提取主要可以分為兩種方法，其一是利用繭、廢絲等作為原材料，對其進(jìn)行清洗和雜物處理之后在采用高溫水浴的方式來進(jìn)行脫膠，然后再利用絲膠溶液來進(jìn)行濃縮和干燥處理，從而制取固體粉末絲膠模式，在采用溫?zé)徇M(jìn)行純堿浸漬和處理，在利用高溫脫膠，然后提取出需要的絲膠粉末和絲膠溶液[2]。
另一種途徑是通過對繭以及廢棄的絲進(jìn)行水煮從而利用在廢液中提取絲膠溶液的方式來進(jìn)行提取。繭或者相關(guān)的絲織物經(jīng)過脫膠和高溫煮沸之后容易形成脫膠鹽類化合物，在利用放水沉淀的方式來提取。這種方法不但有效的提高了廢水中存在的膠質(zhì)物，也有效的降低了廢水污染。
2、絲膠蛋白在組織工程學(xué)中的應(yīng)用
2.1固定化酶載體
絲膠可用作固定化酶載體。相關(guān)工作人員在在研究固定化酶載體時(shí)發(fā)現(xiàn)，用絲膠膜作固定化酶載體，可使酶的抗熱性、抗電滲性、酶活性的穩(wěn)定性明顯提高，但固定化酶的活性得率相對較低。巖元淳m1等將絲膠與問規(guī)聚乙烯醇混合制成膜（絲膠30%），再覆以聚乙烯醇，制得的混合膜機(jī)械性能優(yōu)良，絲膠和酶的溶出量低，膜中的固定化酶能維持較長時(shí)間的活性.放置8個(gè)月時(shí)活性降低率不低于20%；也有工作人員經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)為增加固定化酶載體的表面積，將絲膠及其與絲素的混合液分別經(jīng)酶固定化后涂在無紡布表面，與相同處理的絲素比較，以絲膠和絲素混合的方法使固定化酶的活性能進(jìn)一步提高。
2.2人工合成高分子材料的添加劑
絲膠可用作人工合成高分子材料的添加劑。絲膠由氨基酸組成，故能被微生物分解。將絲膠導(dǎo)入聚氨酯后發(fā)現(xiàn)，所得高分子不僅能被生物降解，而且能成為優(yōu)異的地球環(huán)境保護(hù)材料，還能使聚氨酯的物理性能得到改良[3]。利用絲膠的吸濕性，以過硫酸鉀作引發(fā)劑，將絲膠（占20%一50%）與丙烯酸混合制得的高分子聚合體具有較強(qiáng)的吸水性能.吸水率（絲膠吸水后不溶凝膠的質(zhì)量與吸水前絲膠粉末的比例）可高達(dá)104；如果將絲膠、丙烯酸和丙烯酰氨三者混合。不斷增強(qiáng)，這類新產(chǎn)品的銷量正在逐漸增長。
第5篇：高分子材料在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用范文
關(guān)鍵詞：化學(xué)；教學(xué)情境；北京奧運(yùn)
文章編號(hào)：1005－6629(2008)04－0036－03中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
教學(xué)情境是指知識(shí)在其中得以存在和應(yīng)用的環(huán)境背景或活動(dòng)背景[1]。真實(shí)的、適合學(xué)生實(shí)際和發(fā)展的教學(xué)情境能夠提供豐富的學(xué)習(xí)素材，同時(shí)在整個(gè)學(xué)習(xí)過程激發(fā)、推動(dòng)、強(qiáng)化、維持、調(diào)整學(xué)生的情感活動(dòng)、認(rèn)知活動(dòng)和實(shí)踐活動(dòng)，有效促進(jìn)學(xué)習(xí)。
隨著2008年的臨近，北京奧運(yùn)的氣息已經(jīng)傳遍了神州大地的每一個(gè)角落，中國人民正在通過自己的勤勞與智慧，努力承辦一屆以“綠色奧運(yùn)、科技奧運(yùn)、人文奧運(yùn)”為理念的“有特色、高水平”的奧運(yùn)盛會(huì)。北京奧會(huì)中蘊(yùn)含著大量與化學(xué)學(xué)科知識(shí)密切相關(guān)的內(nèi)容，是教師創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境的新視點(diǎn)，化學(xué)教學(xué)中教師應(yīng)該敏銳地關(guān)注和提取相關(guān)信息，創(chuàng)設(shè)具有基礎(chǔ)性、現(xiàn)實(shí)性、思想性、現(xiàn)代性和基于學(xué)生經(jīng)驗(yàn)的教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生有效學(xué)習(xí)。
1 綠色奧運(yùn)中的化學(xué)
所謂“綠色奧運(yùn)”就是指用保護(hù)環(huán)境、保護(hù)資源、保護(hù)生態(tài)平衡的可持續(xù)發(fā)展思想籌辦奧運(yùn)會(huì)，廣泛開展環(huán)境保護(hù)的宣傳教育活動(dòng)，促進(jìn)北京和中國環(huán)?；A(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和生態(tài)環(huán)境的改善，倡導(dǎo)綠色健康的生活方式和消費(fèi)方式。在這個(gè)理念中蘊(yùn)含著豐富的“綠色化學(xué)”知識(shí)及情感態(tài)度價(jià)值觀教育的素材，基于“綠色奧運(yùn)”背景創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，能有效地引導(dǎo)學(xué)生樹立環(huán)境意識(shí)，樹立綠色化學(xué)理念，形成正確的化學(xué)價(jià)值觀。
1.1北京奧運(yùn)火炬體現(xiàn)“綠色奧運(yùn)”理念
我國奧運(yùn)火炬“祥云”設(shè)計(jì)師章駿曾介紹說，“祥云”長72厘米，重985克，除了適合各個(gè)火炬手使用、媒體拍攝及飽含科技含量外，“祥云”的設(shè)計(jì)還體現(xiàn)了“綠色奧運(yùn)”的理念。“祥云”使用燃料為丙烷，這種燃料價(jià)格低廉，燃燒后只產(chǎn)生二氧化碳和水，不會(huì)對環(huán)境造成污染。除此之外，火炬外形的制作材料也都是可回收的環(huán)保材料。
2007年北京市中考化學(xué)的一道試題即以上述資料為素材設(shè)計(jì)，突出對化學(xué)核心知識(shí)與化學(xué)基本概念的考查：
為體現(xiàn)綠色奧運(yùn)的理念，北京奧運(yùn)會(huì)采用丙烷作為火炬燃料，丙烷燃燒時(shí)發(fā)出亮黃色火焰，反應(yīng)生成水和二氧化碳，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____。
在教學(xué)中，以上述資料作為情景素材，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，可以引導(dǎo)學(xué)生探討奧運(yùn)火炬選擇丙烷作為燃料的意義，討論是否有更好的燃料可以選擇，繼而學(xué)習(xí)烷烴的相關(guān)性質(zhì)，如燃燒后的產(chǎn)物和釋放的能量等，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生深入認(rèn)識(shí)綠色化學(xué)的意義與價(jià)值。
1.2通過大氣污染防治創(chuàng)設(shè)情境
2006年12月25日北京市環(huán)保局網(wǎng)站上了題為“北京市民迎來第238個(gè)達(dá)標(biāo)天 空氣質(zhì)量目標(biāo)實(shí)現(xiàn)”的一則消息：
“24日中午，市環(huán)保監(jiān)測中心的數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)天北京市區(qū)空氣污染指數(shù)85，空氣質(zhì)量為良。至此,今年我市市區(qū)空氣質(zhì)量二級和好于二級的天數(shù)已達(dá)238天，今年市政府確定的在直接關(guān)系群眾生活方面擬辦的重要實(shí)事之一，即‘全年市區(qū)空氣質(zhì)量二級和好于二級的天數(shù)達(dá)到65%’的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)了。同時(shí)，也標(biāo)志著自1999年以來我市空氣質(zhì)量連續(xù)8年得到改善。今年到目前為止的空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)天比1998年的100天增加了138天?！?/p>
這一令人振奮的消息，展示了北京市區(qū)空氣質(zhì)量的大轉(zhuǎn)變，張顯著北京向“綠色奧運(yùn)”邁進(jìn)的信心與成效。
同樣，2007年北京市中考化學(xué)一道試題，也體現(xiàn)了奧運(yùn)與環(huán)保的密切關(guān)系。
北京奧運(yùn)會(huì)將有數(shù)以萬計(jì)的觀眾。針對觀看比賽時(shí)產(chǎn)生的垃圾，下列說法正確的是____。
①這些垃圾應(yīng)隨身帶出賽場
②這些垃圾應(yīng)送到垃圾焚燒發(fā)電廠，焚燒發(fā)電
③這些垃圾中的塑料制品不要丟棄，避免“白色污染”。
上述情景素材可引發(fā)什么是大氣污染、引起大氣污染的人為因素有哪些、什么是環(huán)境污染指數(shù)（API）、從化學(xué)的角度如何防治大氣污染、良好的大氣環(huán)境給運(yùn)動(dòng)員們帶來了哪些益處等學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生深入地學(xué)習(xí)。
1.3 通過污水處理創(chuàng)設(shè)情境
在北京申奧時(shí)，曾經(jīng)對世界做出了這樣的承諾：2008年，北京中心城區(qū)污水處理率要達(dá)到90%，再生水回用率要達(dá)到50%。
北京奧運(yùn)官方網(wǎng)站訊，為實(shí)現(xiàn)奧運(yùn)承諾，北京市區(qū)建成9座污水處理廠和配套管網(wǎng)設(shè)施，城區(qū)日污水處理能力已達(dá)到291萬噸/日。2006年市區(qū)年處理污水近8億立方米，污水處理率達(dá)到90％以上，提前1年實(shí)現(xiàn)奧運(yùn)承諾目標(biāo)。北京市把再生水利用作為新水源加以開發(fā)利用。讓再生水成為農(nóng)業(yè)灌溉、河湖景觀用水、工業(yè)冷卻等的主要水源。2006年全市利用再生水3.6億立方米，再生水用量達(dá)到全市年用水量的10％。今年利用中水可以達(dá)到4.8億立方米，占全市用水量的14%。實(shí)現(xiàn)再生水回用達(dá)到50%的承諾目標(biāo)。2008年將利用再生水6億立方米。
高中化學(xué)選修課程《化學(xué)與生活》中的“化學(xué)與環(huán)境保護(hù)”主題，課程內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)習(xí)污水處理中主要的化學(xué)方法及其原理, 調(diào)查污水排放和處理情況，撰寫調(diào)查報(bào)告， 提出改進(jìn)建議[2]， 教學(xué)中可利用上述素材創(chuàng)設(shè)情境，使學(xué)生真切地了解污水處理和再利用的重要意義，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生從媒體與網(wǎng)絡(luò)中收集當(dāng)?shù)氐奈鬯欧排c處理情況，形成調(diào)查報(bào)告，并提出切實(shí)可行的意見和建議。
2科技奧運(yùn)中的化學(xué)
所謂“科技奧運(yùn)”就是指緊密結(jié)合國內(nèi)外科技最新進(jìn)展，集成全國科技創(chuàng)新成果，舉辦一屆高科技含量的體育盛會(huì)；提高北京科技創(chuàng)新能力，推進(jìn)高新技術(shù)成果的產(chǎn)業(yè)化和在人民生活中的廣泛應(yīng)用，使北京奧運(yùn)會(huì)成為展示新技術(shù)成果和創(chuàng)新實(shí)力的窗口。這一理念結(jié)合材料科學(xué)、生物化學(xué)、分析化學(xué)的相關(guān)知識(shí)，可以為學(xué)生創(chuàng)設(shè)具有時(shí)效性并且觸及化學(xué)科技前沿的教學(xué)情境，使學(xué)生切身感受化學(xué)在現(xiàn)代科技、現(xiàn)代體育中的應(yīng)用，感受化學(xué)在社會(huì)發(fā)展和提高人們物質(zhì)生活以及精神生活中的重要作用。
2.1水立方映射出科技之光
國家游泳中心又被稱為“水立方”（Water Cube）,位于北京奧林匹克公園內(nèi)，是北京為2008年夏季奧運(yùn)會(huì)修建的主游泳館，也是2008年北京奧運(yùn)會(huì)標(biāo)志性建筑物之一。2008年奧運(yùn)會(huì)期間，國家游泳中心承擔(dān)游泳、跳水、花樣游泳、水球等比賽，賽后將建成為具有國際先進(jìn)水平的、集游泳、運(yùn)動(dòng)、健身、休閑于一體的中心。
“水立方”的外形看上去就像一個(gè)藍(lán)色的水盒子，而墻面就像一團(tuán)無規(guī)則的泡泡。這個(gè)泡泡所用的材料是“ETFE”。這種材料耐腐蝕性、保溫性俱佳，自清潔能力強(qiáng)。國外的抗老化試驗(yàn)證明，它可以使用15至20年。猶如一個(gè)個(gè)“水泡泡”的ETFE膜具有較好抗壓性，厚度僅如同一張紙的ETFE膜構(gòu)成的氣枕，甚至可以承受一輛汽車的重量。
ETFE的中文名為乙烯-四氟乙烯共聚物。ETFE既具有類似聚四氟乙烯的優(yōu)良性能，又具有類似聚乙烯易加工的性能，還有耐溶劑和耐輻射的性能[3]。ETFE膜材的厚度通常小于0.20mm，是一種透明膜材。ETFE膜材常做成氣墊應(yīng)用于膜結(jié)構(gòu)中。最早的ETFE工程已有20余年的歷史，其中最著名的是英國的伊甸園。
在高中化學(xué)選修模塊《化學(xué)與技術(shù)》“高分子化合物與材料”、《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》“合成高分子材料”等課題的教學(xué)中，教師可應(yīng)用上述情景素材，配合展示水立方的效果圖和實(shí)景圖，提供關(guān)于水立方的新聞采訪錄像等，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，更好地學(xué)習(xí)高分子材料的特性及其價(jià)值，兩種聚合反應(yīng)（加成聚合反應(yīng)和縮合聚合反應(yīng)），鼓勵(lì)并組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，舉例說明已知的高分子材料的成功應(yīng)用實(shí)例，并共同展望高分子材料的應(yīng)用前景。
2.2拒絕運(yùn)動(dòng)場上的化學(xué)幽靈――興奮劑
體育運(yùn)動(dòng)中的興奮劑是指國際體育組織規(guī)定的禁用物質(zhì)和禁用方法的統(tǒng)稱。以前由國際奧委會(huì)醫(yī)學(xué)委員會(huì)，現(xiàn)在由世界反興奮劑機(jī)構(gòu)每年公布一份禁用物質(zhì)和禁用方法的清單，簡稱《禁用清單》[4]。體育運(yùn)動(dòng)中的“興奮劑”，不單指藥物，也包括禁用方法和其它生理物質(zhì)，例如血液、尿液和含有違禁藥物成分的食品添加劑、營養(yǎng)補(bǔ)品、飲料等，只要這些生理物質(zhì)以“非正常量或通過不正常途徑”攝入人體，也是興奮劑。再如用血液回輸以增強(qiáng)體內(nèi)紅細(xì)胞值的方法、尿液輸入膀胱以逃避檢測的方法，都屬于使用興奮劑。在一些食品、飲品、補(bǔ)品中含有某種禁止使用的化學(xué)成分且超出限制量，也是興奮劑。目前國際奧林匹克運(yùn)動(dòng)委員會(huì)規(guī)定：“競技運(yùn)動(dòng)員使用任何形式的藥物和以非正常量或通過不正常途徑攝入生理物質(zhì),企圖以人為的或不正常的方式提高競技能力即被認(rèn)為使用了興奮劑”[5]。
北京奧運(yùn)官方網(wǎng)站訊，2007年11月12日，中國反興奮劑中心正式揭牌。中心面積約5500平方米，擁有目前世界上最大的興奮劑檢測實(shí)驗(yàn)室。中心下設(shè)興奮劑檢查、教育信息等6個(gè)部門。該中心的工作人員中，除國內(nèi)相關(guān)專業(yè)的專家和志愿者外，另有20名從國外興奮劑檢測機(jī)構(gòu)聘請的專家。同世界其他三十幾個(gè)得到世界反興奮劑機(jī)構(gòu)（WADA）認(rèn)證的實(shí)驗(yàn)室相比，中國反興奮劑中心的儀器是世界上最先進(jìn)的。在奧運(yùn)會(huì)期間，中心預(yù)計(jì)將進(jìn)行4500例興奮劑檢查。同時(shí)，中國反興奮劑中心還承擔(dān)著反興奮劑的宣傳教育工作，發(fā)揚(yáng)公平競爭的體育精神，并培養(yǎng)運(yùn)動(dòng)員和教練員的主動(dòng)抵制興奮劑的意識(shí)。
這一情境的創(chuàng)設(shè)，有利于幫助學(xué)生樹立體育道德和公平競爭的意識(shí)，了解常用化學(xué)檢測方法及其應(yīng)用。結(jié)合高中化學(xué)選修課程《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》中的《化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)》，引導(dǎo)學(xué)生利用查閱的文獻(xiàn)資料，認(rèn)識(shí)現(xiàn)代的化學(xué)分析手段和儀器，例如：紅外、色譜、原子吸收光譜、核磁共振等現(xiàn)代化學(xué)分析測試技術(shù)。
2.3“鳥巢”中的化學(xué)
“鳥巢”是2008年北京奧運(yùn)會(huì)主體育場。由2001年普利茨克獎(jiǎng)獲得者赫爾佐格（Herzog）、 德梅隆（De Meuron）與中國建筑師李興剛等合作完成的巨型體育場設(shè)計(jì)，形態(tài)如同孕育生命的“巢”，它更像一個(gè)搖籃，寄托著人類對未來的希望。“鳥巢”外形結(jié)構(gòu)主要由巨大的門式鋼架組成，共有24根桁架柱，現(xiàn)已完成24根桁架柱整柱及2根下柱吊裝。國家體育場建筑頂面呈鞍形，長軸為332.3米，短軸為296.4米，最高點(diǎn)高度為68.5米，最低點(diǎn)高度為42.8米。
托起“鳥巢”最關(guān)鍵的“肩部”結(jié)構(gòu)的，就是為“鳥巢”量身打造的“Q460”鋼材。Q460是一種低合金高強(qiáng)度鋼。Q代表鋼材的強(qiáng)度，460代表460兆帕。Q460就是鋼材受力強(qiáng)度達(dá)到460兆帕?xí)r才會(huì)發(fā)生塑性變形，這個(gè)強(qiáng)度要比一般鋼材大?！癚460”建筑可用鋼是中國科研人員經(jīng)過三次技術(shù)“攻關(guān)”才研制出來的，它不僅在鋼材厚度和使用范圍都是前所未有的， 而且它具有良好的抗震性、抗低溫性、可焊性等特點(diǎn)[6]?！癚460”鋼材這一自主創(chuàng)新成果用于“鳥巢”的主體結(jié)構(gòu)，是這種鋼材在國內(nèi)建筑上的首次使用，而這次使用的鋼板厚度達(dá)110毫米，也是史無前例的，在國家標(biāo)準(zhǔn)中，“Q460”的最大厚度只是100毫米。
高中化學(xué)課程《化學(xué) 必修1》中的“常見無機(jī)物及其應(yīng)用”主題的教學(xué)中，可運(yùn)用上述情景素材引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)金屬的通性以及合金的特性，初步了解各種鋼材的原料配比與相應(yīng)的應(yīng)用價(jià)值，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)材料的基本分類方法。在選修模塊《化學(xué)與技術(shù)》“化學(xué)材料的制造和應(yīng)用”主題中還可以引導(dǎo)學(xué)生推測“Q460”的基本成分，引發(fā)深層次的研究性學(xué)習(xí)。同時(shí)，上述素材也是引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)我國現(xiàn)代材料研究和材料工業(yè)發(fā)展，認(rèn)識(shí)新材料的發(fā)展方向，認(rèn)識(shí)和欣賞化學(xué)對現(xiàn)代科技與社會(huì)發(fā)展重大貢獻(xiàn)的重要資料。
3 討論
運(yùn)用上述情景素材創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，除了要體現(xiàn)情境作用的真實(shí)性與時(shí)效性，還應(yīng)特別注意發(fā)揮好情境作用的全程性與發(fā)展性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，特別是繼續(xù)學(xué)習(xí)的愿望和潛能。在教學(xué)中教師除了要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)化學(xué)知識(shí)的外，還要根據(jù)情境的特點(diǎn)，發(fā)展學(xué)生的文獻(xiàn)檢索與分析、信息分類、數(shù)據(jù)分析、文字表達(dá)、討論與交流、總結(jié)與分析、解決問題等能力，引導(dǎo)學(xué)生樹立健康意識(shí)、公平意識(shí)、正確價(jià)值觀念等。
參考文獻(xiàn)：
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第6篇：高分子材料在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用范文
一、高中化學(xué)問題的來源
1.教科書欄目設(shè)計(jì)中的化學(xué)問題
高中化學(xué)教科書的編寫是依據(jù)新課程教學(xué)改革綱要和高中化學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)，著眼于提高學(xué)生的化學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)的基本知識(shí)、基本原理解決生產(chǎn)、生活中的實(shí)際問題的能力。蘇教版化學(xué)教科書中設(shè)置了活動(dòng)與探究、交流與討論、觀察與思考、問題解決、信息提示、拓展視野、練習(xí)與實(shí)踐等欄目，提供了豐富的問題化教學(xué)的素材。因此，教科書是化學(xué)問題的重要資源。
2.由練習(xí)轉(zhuǎn)化來的問題
練習(xí)不僅幫助學(xué)生鞏固知識(shí)，還要應(yīng)用知識(shí)解決某些實(shí)際問題，在學(xué)生思考的過程中，往往會(huì)產(chǎn)生新的化學(xué)問題。
3.由教學(xué)目標(biāo)轉(zhuǎn)化來的問題
在教學(xué)過程中，尤其是在復(fù)習(xí)階段，教師會(huì)根據(jù)教學(xué)目標(biāo)來設(shè)計(jì)問題，不斷挖掘教材，將瑣碎的知識(shí)整合為符合學(xué)生實(shí)際的問題。
4.源于生活中的探究問題
化學(xué)與生產(chǎn)生活有著密切的聯(lián)系，學(xué)生會(huì)接觸到很多生活和生命健康有關(guān)的問題，教師在教學(xué)過程中注意聯(lián)系生活實(shí)際，幫助學(xué)生開拓視野，激活學(xué)生的探究欲望和思維，讓課堂靈動(dòng)起來。
5.實(shí)驗(yàn)中形成的化學(xué)問題
實(shí)驗(yàn)教學(xué)在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、思維能力、探究能力等方面有著不可替代的作用。教師要加強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)方法和途徑的研究，改變那種“講實(shí)驗(yàn)”、“背實(shí)驗(yàn)”的現(xiàn)狀，讓學(xué)生在實(shí)踐中體會(huì)化學(xué)的奧秘。
6.激發(fā)興趣的問題
在傳統(tǒng)的教學(xué)中，化學(xué)知識(shí)與生活實(shí)際被認(rèn)為分開，學(xué)生不能真正體會(huì)到學(xué)習(xí)的樂趣?！芭d趣是最好的老師”，學(xué)生對化學(xué)有興趣，自然會(huì)投入百分之百的熱情，這樣的課堂也才會(huì)有活力。
二、有效問題設(shè)計(jì)的原則
一個(gè)好的問題，能夠點(diǎn)燃一個(gè)學(xué)生的欲望；一個(gè)好的問題，能夠竄起一堂課；一個(gè)好的問題，能夠讓一節(jié)課升華。那么，什么樣的問題才是好問題？那就是問題的設(shè)計(jì)要有效，能夠引起學(xué)生的思考，能夠讓學(xué)生的思維動(dòng)起來。
1.適度性原則
適度是指合適的難度、合理的梯度。問題的設(shè)計(jì)要考慮學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知水平和思維能力，使問題符合學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”。如果提出的問題過于淺顯，學(xué)生信口拈來，就引起不了學(xué)生的興趣；而超前、過于深?yuàn)W的問題，學(xué)生無法解決，難以體現(xiàn)思維的力度。也就是說，在“新舊知識(shí)結(jié)合點(diǎn)上”產(chǎn)生的問題，最能激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，最具有啟發(fā)性和思考性。因此，要盡量設(shè)計(jì)能夠讓學(xué)生“挑一挑”就能解決的問題，既能給學(xué)生以成功的喜悅，又能調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維。
2.精準(zhǔn)性原則
精準(zhǔn)是指教師設(shè)計(jì)的問題要有一定的精度和準(zhǔn)度。有的教師設(shè)計(jì)的問題流于形式，問一些像“懂了嗎？還有什么問題”之類的無效問題，還有的教師只顧自己滔滔不絕的講授，而不注重學(xué)生的參與，學(xué)生勢必會(huì)產(chǎn)生厭倦，效果也不好。這就需要我們在課堂上要注意問題的精度，設(shè)計(jì)出適量且抓住重點(diǎn)、難點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)的問題，對于那些學(xué)生都懂的問題不要問，學(xué)生不懂得才問；一看就明白的不要問，有疑難的才問；“是不是”、“對不對”的盡量不問。問題不在于多，而在于是否有效，是否能真正調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維。同時(shí)，教師對設(shè)計(jì)的問題要準(zhǔn)確，不能讓學(xué)生聽后云里霧里，不知道再問什么，問題本身不能犯科學(xué)性錯(cuò)誤，要嚴(yán)密，學(xué)生才知道從什么角度來回答。
3.多維性原則
多維是指要注意問題設(shè)計(jì)的角度和廣度。問題的角度不同，激發(fā)學(xué)生思考的效果也不同。例如講解《乙醇》時(shí)，老師如果提出“乙醇為什么有香味呢”，學(xué)生會(huì)覺得問題太專業(yè)化，離自己太遠(yuǎn)，不感興趣，如果轉(zhuǎn)換一下角度，提出“廚師在燒魚時(shí)都喜歡加酒去腥提香，你有什么看法？”這樣的問題把學(xué)生置身于真實(shí)的生活情境中，感受到化學(xué)與生活是如此的接近，能夠體會(huì)到學(xué)習(xí)化學(xué)的樂趣，自然愿意參與到學(xué)習(xí)討論中。
設(shè)計(jì)問題時(shí)還要思路廣、跨度大，不是以一個(gè)答案去束縛學(xué)生的思維，而是創(chuàng)造一個(gè)自主學(xué)習(xí)的時(shí)空與機(jī)會(huì)，發(fā)散學(xué)生的思維，設(shè)計(jì)具有一定角度、廣度，具有巨大的求異性和包容性問題，這種可以從多方面、多角度回答的問題，給學(xué)生留有更大的思考空間，有利于學(xué)生里或思維的培養(yǎng)。另外要注意所提的問題中，要多問些“你是怎么想的”、“你有什么新的看法”、“談?wù)勀愕捏w會(huì)”等，這樣開放性強(qiáng)的問題，有利于學(xué)生發(fā)散思維，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。
三、有效問題設(shè)計(jì)的策略
教師要選好問題設(shè)計(jì)的切入口，精心設(shè)計(jì)與學(xué)生學(xué)情相符合的問題，找準(zhǔn)問題的作用點(diǎn)，這樣就能達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生興趣，提高課堂的實(shí)效。
1.著眼于情境創(chuàng)設(shè)，找準(zhǔn)問題設(shè)計(jì)的“激發(fā)點(diǎn)”
“情境創(chuàng)設(shè)”是在化學(xué)教學(xué)中，教師通過精心的設(shè)計(jì)，把學(xué)生帶入到一個(gè)新奇的環(huán)境中，以全新的視角來審視周圍的事物，激發(fā)了學(xué)生的求知欲望和探究興趣，通過解“疑”排“障”，達(dá)到提升自身學(xué)科素養(yǎng)的目的。問題情境創(chuàng)設(shè)的途徑有：
①通過實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問題情境
②通過學(xué)生的錯(cuò)誤創(chuàng)設(shè)問題情境
③通過日常觀念和科學(xué)概念的矛盾創(chuàng)設(shè)問題情境
④通過“開放性”問題創(chuàng)設(shè)問題情境
⑤通過學(xué)生的自學(xué)閱讀創(chuàng)設(shè)問題情境
例如在學(xué)習(xí)《化學(xué)反應(yīng)的限度》時(shí)就可以通過讓學(xué)生自主閱讀“科學(xué)史話――煉鐵高爐尾氣之謎”引入情境，然后提問“為什么高爐尾氣中CO的比例始終不改變？”引入此反應(yīng)為可逆反應(yīng)，便于學(xué)生理解可逆反應(yīng)有限度。
在《化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能》一節(jié)引入時(shí)，我用到下面的漫畫素材：醫(yī)學(xué)史上有這樣一個(gè)案例，有一位女病人格林太太經(jīng)常頭疼、失眠且心情煩躁，病因不詳。后來一位化學(xué)家?guī)退鉀Q了問題。原來她有蛀牙史，曾換過一顆金牙，后來在一次車禍中又失去了與之相鄰的牙齒，換了一顆不銹鋼的假牙，病根原來就是這兩顆假牙。為什么這兩顆假牙會(huì)令格林太太經(jīng)常頭疼、失眠且心情煩躁？這與化學(xué)又有什么關(guān)系呢？而格林太太的怪病又與我們今天所學(xué)的內(nèi)容又有什么關(guān)系呢？要想解開這個(gè)迷團(tuán)，我們有必要一起來學(xué)習(xí)這方面的知識(shí)。因此，創(chuàng)設(shè)適宜的問題情境可以豐富學(xué)習(xí)的內(nèi)容，有利于激發(fā)學(xué)生的好奇心和興趣，有利于學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展。
2.著眼于學(xué)生的發(fā)展，找準(zhǔn)問題設(shè)計(jì)的“延伸點(diǎn)”
教育的最終目的是為了學(xué)生的發(fā)展，而學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展是一個(gè)持續(xù)的過程，教師要有意識(shí)地提供拓展性的問題，將課堂延伸到課外，使課堂不僅是常規(guī)意義上的45分鐘，還可以前延和后延。
在微型課《吸水高分子材料》的教學(xué)中，在介紹完吸水性高分子材料的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)問題“請學(xué)生利用課外時(shí)間對你所感興趣的某功能高分子材料作信息的收集、實(shí)物的研究等，寫出你的小報(bào)告”。這樣不僅把化學(xué)與生活聯(lián)系起來，鼓勵(lì)學(xué)生用化學(xué)的眼光看世界，同時(shí)將課堂延伸到了課外，進(jìn)一步提升了學(xué)生的探究熱情。
3.著眼于“學(xué)案導(dǎo)學(xué)―小組合作”教學(xué)模式，找準(zhǔn)問題設(shè)計(jì)的“生成點(diǎn)”
為了讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人，教師要更新觀念，改進(jìn)教法，學(xué)生也要改變學(xué)法，在教學(xué)中做到師生合作、生生合作，同思考、共探究，大膽提問，這樣才能形成新型的師生關(guān)系，構(gòu)建新的教學(xué)模式?！皩W(xué)案導(dǎo)學(xué)―小組合作”教學(xué)模式的一個(gè)重要特點(diǎn)就是課前的自學(xué)，導(dǎo)學(xué)問題顯得尤為重要，要求教師指導(dǎo)學(xué)生圍繞導(dǎo)學(xué)案進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，基本解決學(xué)案中的相關(guān)問題，完成導(dǎo)學(xué)練習(xí)，提出自主學(xué)習(xí)中的疑難問題。
第7篇：高分子材料在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用范文
采用箔材(如紙等材料)的分層實(shí)體制造LOM(LanminatedObjectmanufacturing)方法,以事先涂有熱熔膠紙為基本構(gòu)形材料,厚度0.125mm,在計(jì)算機(jī)控制下,自動(dòng)將三維數(shù)字化模型分割成與紙張同樣厚的薄片(平面模型),用二氧化碳激光器逐層精確割出每層的輪廓形狀,再逐層熱壓粘接成型。在不需要切削加工和模具的情況下,數(shù)小時(shí)內(nèi)即可快速形成任意復(fù)雜形狀的三維物體,成型件精度可達(dá)0.2mm,具有與硬木制品相當(dāng)?shù)挠捕?稍作表面處理后可在200℃以下的環(huán)境中使用,如果用這種設(shè)備制作模具,完全可以用于醫(yī)學(xué)高分子材料(如醫(yī)用硅橡膠)件的模壓制作[2]。
1.1數(shù)字化信息的提取
從醫(yī)院的CT、核磁共振及光學(xué)掃描等設(shè)備中獲取患者的DICOM格式文件,并保存于硬盤中。傳統(tǒng)的邊界提取是通過掃描儀將得到的CT圖像掃入電腦,然后通過灰度信息識(shí)別其邊界,并用一系列的簡單曲線替代[1]。這樣做存在圖像配準(zhǔn)誤差,在替代過程中又損失了部分邊界信息,降低了三維重建精度。所以,利用DICOMEDGE軟件將DICOM文件直接打開,根據(jù)CT域值和曲率域值選擇相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行邊界提取,而后并根據(jù)邊界情況予以取舍,滿意后以文本格式將截面輪廓輸出。由于采用直接讀取DICOM文件的數(shù)字化信息,減少了中間轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié),從建構(gòu)方式上提高了制件精度。
1.2數(shù)據(jù)篩選與匹配
由DICOM文件轉(zhuǎn)化后的IBL文件可以在Pro/E中打開,通過觀察分析可知存在如下問題:(1)由DICOM文件轉(zhuǎn)化后得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)量太多,而且匹配狀況差。(2)不同截面包含的封閉曲線數(shù)目不等。(3)在應(yīng)該存在平滑過渡的地方,由于掃描間距的存在而由平面替代。這些問題直接導(dǎo)致三維重建模型的表面扭曲,甚至無法重構(gòu),為確保三維模型的建立,應(yīng)對得到的圖形進(jìn)行分析,按照平滑重構(gòu)的原則分塊重構(gòu),通過找出各截面的型心,用扇掃與分段對應(yīng)的方式保證重構(gòu)過程中的表面平滑,根據(jù)不同數(shù)目封閉曲線構(gòu)成情況將相鄰截面求交,得到新的截面后與相應(yīng)截面重構(gòu),而對于因平面替代造成失真的地方,可在合適之處用1個(gè)較小的圓等分為與相鄰截面相同的等份,然后用起點(diǎn)對齊的方式處理,可得到建立三維CAD模型數(shù)據(jù)點(diǎn),并以IBL格式保存該數(shù)據(jù)文件。
1.3曲線生成與三維重建
在Pro/E環(huán)境下,輸入處理后的IBL格式數(shù)據(jù)文件,即可得到若干條基準(zhǔn)曲線,為了使生成的實(shí)體表面光順,用3次有理B-樣條對曲線進(jìn)一步擬合和逼近,這樣就可獲得比較真實(shí)的用于構(gòu)造三維實(shí)體的基準(zhǔn)曲線。用Pro/E中的三維處理命令進(jìn)行三維重建,得到較真實(shí)的三維實(shí)體模型塊,通過各個(gè)實(shí)體模型塊的組合,即可得到所需要的三維實(shí)體模型,通過旋轉(zhuǎn)與縮放,詳細(xì)觀察各模型塊之間的結(jié)合情況,也可采用一些平滑的方式使結(jié)合處更加光順。
1.4由CAD模型生成STL文件
由于人體的骨骼及外形各不相同,而且由復(fù)雜曲面構(gòu)成,因此,Pro/E軟件在將其二維集合信息傳輸給快速成型系統(tǒng)制造前,必須對模型曲面進(jìn)行近似處理,用一系列的小三角形平面片逼近自由曲面,經(jīng)過近似處理的三維模型由Pro/Interface產(chǎn)生STL格式文件。之后,對三角化后的模型進(jìn)行修補(bǔ),因?yàn)樵蠵ro/E模型中可能有缺陷,或者CAD模型三角化形成STL文件過程中產(chǎn)生了數(shù)據(jù)誤差,導(dǎo)致曲線不封閉,故修改后將STL文件輸人到快速成型系統(tǒng)[1]。
1.5快速原型制造
在STL文件的三維模型上沿成型的高度方向,每隔一定的間隔自動(dòng)提取截面輪廓線信息,逐層進(jìn)行平面切片處理,根據(jù)切片處理得到平面截面輪廓,快速成型系統(tǒng)中的成型頭(激光頭或噴頭)在z-y平面內(nèi),自動(dòng)按截面輪廓運(yùn)動(dòng),切割紙得到一層截面輪廓,每層截面輪廓成形之后,快速成型系統(tǒng)將下一層材料送至已成型的輪廓面上,然后進(jìn)行新一層截面輪廓材料的成型,從而將一層層截面輪廓重合在一起,最終形成三維產(chǎn)品[1]。利用Pro/E生成的三維實(shí)體模型,可對實(shí)體進(jìn)行簡單的有限元分析(Pro/FEM),還可直接進(jìn)行模具設(shè)計(jì)(Pro/Moldesign),通過模型生產(chǎn)模具[1]。
2結(jié)束語
快速成型制造技術(shù)的使用,為臨床醫(yī)學(xué)中長期困擾人們的“度身定作”問題的解決提供了較為有效的解決方法和制作手段,而以Pro/E和AutoCAD等為代表的三維造型軟件系統(tǒng),為快速原型制造技術(shù)提供了強(qiáng)有力的模型設(shè)計(jì)工具。
(1)采用DICOM文件作為三維建模的輸入文件,為遠(yuǎn)程治療提供了可能,同時(shí)在計(jì)算機(jī)上提供可視化的三維模型,為臨床診療和教學(xué)提供了可操作的工具,為不同層次的醫(yī)療人員提供了共同對話的參照物[1],有利于醫(yī)療人才的培養(yǎng)。
第8篇：高分子材料在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用范文
光電化學(xué)是在電化學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一個(gè)新學(xué)科,是研究光直接對電極或界面材料的影響以及伴隨的光能與電能和化學(xué)能轉(zhuǎn)化的學(xué)科。1839年，Becquerel首次在由兩個(gè)相同金屬電極和稀酸溶液構(gòu)成的體系中觀察到電極在光照下產(chǎn)生電流的現(xiàn)象（即Becquerel效應(yīng)）10。20世紀(jì)50年代中期，Brattain和Garrett12將半導(dǎo)體的光電化學(xué)性質(zhì)與其電子結(jié)構(gòu)特性結(jié)合起來，推動(dòng)了光電化學(xué)相關(guān)學(xué)科的繁榮發(fā)展,并為現(xiàn)代光電化學(xué)奠定了基礎(chǔ)。進(jìn)入60年代,DewaldH提出了半導(dǎo)體光電極產(chǎn)生光電勢的機(jī)理,進(jìn)一步從理論層面對光電化學(xué)進(jìn)行了闡述。1966年，Gerischer[4提出了半導(dǎo)體電極光分解理論,并首次系統(tǒng)研究了半導(dǎo)體/電解質(zhì)溶液界面的電化學(xué)和光電化學(xué)行為；隨后Kolb等0對半導(dǎo)體/電解質(zhì)溶液理論不斷豐富和發(fā)展，這些理論的闡明進(jìn)一步為現(xiàn)代光電化學(xué)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。自1972年Fujishima和Honda0發(fā)現(xiàn)可以利用TiO2作為光陽極在紫外光照射下催化水的分解以來，光電化學(xué)特別是半導(dǎo)體光電化學(xué)領(lǐng)域的研究開始得到廣泛關(guān)注。近年來，隨著對半導(dǎo)體新型電極和電解質(zhì)溶液體系在光照下的電化學(xué)行為和光電轉(zhuǎn)換規(guī)律研究的深入，固體物理中一些概念、理論的引入與交叉，以及當(dāng)前能源、環(huán)境、分析等學(xué)科領(lǐng)域的不斷需求，光電化學(xué)方面的研究已廣泛深入和應(yīng)用到了光電催化CO:還原、光電化學(xué)太陽能電池、光電化學(xué)分解水、光電化學(xué)分析等領(lǐng)域,并呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢。
光電化學(xué)包括光電轉(zhuǎn)化和電化學(xué)兩個(gè)過程。其中光電轉(zhuǎn)換過程,是具有光電化學(xué)活性的物質(zhì)吸收光子而處于激發(fā)態(tài)，所產(chǎn)生的載流子通過與一些分子發(fā)生電子交換而產(chǎn)生電荷分離和電荷傳遞，形成光電壓或光電流，實(shí)現(xiàn)光能向電能轉(zhuǎn)化的過程，這是光電化學(xué)的核心過程?。另一方面，電化學(xué)過程又包括電子傳遞和界面反應(yīng)兩個(gè)過程。實(shí)現(xiàn)分離的電子和可分別向基底電極表面和電極材料與電解質(zhì)溶液的界面轉(zhuǎn)移,并在溶液界面處發(fā)生氧化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換,形成光電流或光電壓。
具有光電化學(xué)活性的材料通過光電化學(xué)過程產(chǎn)生光電響應(yīng)的機(jī)理主要有以下兩種：（1)當(dāng)在周圍電解質(zhì)溶液中存在還原性物種時(shí),處于激發(fā)態(tài)的光電活性物質(zhì)可以被還原至基態(tài)，從而使光電化學(xué)過程持續(xù)循環(huán)進(jìn)行,進(jìn)而產(chǎn)生持續(xù)光電流；(2)當(dāng)電子供體或受體作為猝滅分子存在時(shí),在激發(fā)態(tài)分子與猝滅分子之間會(huì)發(fā)生電子轉(zhuǎn)移（ET),進(jìn)而發(fā)生氧化還原反應(yīng)或電極表面電子轉(zhuǎn)出，形成光電流,并使光電材料恢復(fù)至基態(tài)參與下一次光電響應(yīng)M。以半導(dǎo)體材料為例,在外界光照、溫度、電場、磁場等的作用下,半導(dǎo)體材料價(jià)帶和導(dǎo)帶上的電子態(tài)會(huì)發(fā)生一定的變化而表現(xiàn)出較為敏感的響應(yīng)，并具體表現(xiàn)為光電、熱電、光致發(fā)光、電致發(fā)光等現(xiàn)象和效應(yīng)。在半導(dǎo)體材料受到光輻射激發(fā)時(shí),光子能量大于禁帶寬度時(shí),價(jià)帶電子就會(huì)吸收光子能量而被激發(fā)至導(dǎo)帶上,而在價(jià)帶上留有,產(chǎn)生載流子(即電子）。載流子中的電子和可以發(fā)生復(fù)合并將能量以其他形式釋放,如果在一定的條件下發(fā)生分離,繼而會(huì)產(chǎn)生光電壓或光電流，實(shí)現(xiàn)光能與電能的轉(zhuǎn)化M。如圖1所示，當(dāng)半導(dǎo)體的能帶位置與電極的能級匹配時(shí)，導(dǎo)帶位置上的電子可以轉(zhuǎn)移至電極表面，同時(shí)產(chǎn)生的被電子供體捕獲完成電極反應(yīng),形成陽極光電流;如果導(dǎo)帶電子轉(zhuǎn)移至電解質(zhì)溶液界面處,并與溶液中的電子受體反應(yīng),電極表面的電子就會(huì)轉(zhuǎn)移至半導(dǎo)體的價(jià)帶并捕獲,形成陰極光電流。因此，光電化學(xué)過程不僅伴隨著能量轉(zhuǎn)換，同時(shí)還伴隨著電荷分離、電子傳遞、能量轉(zhuǎn)移、界面反應(yīng)等過程。光電化學(xué)過程的進(jìn)行直接關(guān)系到光電轉(zhuǎn)換效率、光電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及其應(yīng)用。另外,光電化學(xué)過程的實(shí)現(xiàn)不僅與激發(fā)光的波長和強(qiáng)度有關(guān),而且與光電材料的類型、性能有著直接且緊密的關(guān)系,光電材料本身的光電化學(xué)性質(zhì)、制備方法、復(fù)合效果、形貌控制、電荷傳導(dǎo)速率等對于光電化學(xué)過程的順利實(shí)現(xiàn)有重要影響。
2光電化學(xué)傳感器概述
隨著分析科學(xué)的不斷發(fā)展,新的分析方法不斷涌現(xiàn)。自20世紀(jì)60年代光電化學(xué)過程闡明到21世紀(jì)初，光電化學(xué)分析方法作為一種新的分析方法開始出現(xiàn)并不斷快速發(fā)展。光電化學(xué)分析是在光照射下基于被分析物、光電材料和電極三者之間電荷轉(zhuǎn)移發(fā)展起來的一種分析檢測技術(shù)14。光電化學(xué)分析的基本原理是基于光電化學(xué)過程。在電化學(xué)(電子傳遞和界面反應(yīng)）和光電轉(zhuǎn)換（能量轉(zhuǎn)換）兩個(gè)過程的基礎(chǔ)上，利用被分析物對傳感識(shí)別過程(界面識(shí)別或反應(yīng)）的影響所產(chǎn)生的光電流或光電壓的變化,建立起光電響應(yīng)變化與被分析物之間的定量關(guān)系,從而構(gòu)建出用于生物、環(huán)境等方面分析的光電化學(xué)傳感器。
光電化學(xué)傳感器主要分為電位型和電流型兩種。其中電位型光電化學(xué)傳感器主要是指光尋址電位傳感器（LAPS)。目前研究較多的是電流型光電化學(xué)傳感器，它是利用被測物質(zhì)與激發(fā)態(tài)的光電材料之間發(fā)生電子傳遞而引起光電材料的光電流變化進(jìn)行測定或根據(jù)待測物質(zhì)本身的光電流對其進(jìn)行定量分析。
光電化學(xué)傳感器將傳統(tǒng)的電化學(xué)傳感器和光電化學(xué)結(jié)合起來，同時(shí)具有電化學(xué)和光化學(xué)傳感器的優(yōu)點(diǎn)。一方面，該檢測方法與目前已經(jīng)建立起來的電化學(xué)發(fā)光（ECL)方法在過程上正好相反,ECL采用電作為激發(fā)信號(hào),檢測的是光信號(hào);而光電化學(xué)分析使用光作為激發(fā)信號(hào),檢測的是電信號(hào),通過采用不同形式的能量作為激發(fā)信號(hào)和檢測信號(hào),使激發(fā)和檢測信號(hào)互不干擾，因而背景信號(hào)較低，可獲得較高的靈敏度;另一方面，由于采用電化學(xué)檢測，因而具有設(shè)備簡單、價(jià)廉，易于微型化的優(yōu)點(diǎn)。
光電化學(xué)傳感器以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在分析中有著廣泛的潛在應(yīng)用價(jià)值。光電化學(xué)分析通過與納米材料的制備、免疫分析體系的構(gòu)建、生物功能分子的應(yīng)用等方面的結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了其應(yīng)用范圍。目前,光電化學(xué)傳感器在生物活性分子分析（如半胱氨酸M、NADH21,22、谷胱甘肽E3,24、活性蛋白25,26等)、DNA分析、酶傳感分析、免疫分析B6^、細(xì)胞相關(guān)分析、環(huán)境分析（如溶解氧、化學(xué)需氧量、有機(jī)污染物、重金屬離子、有機(jī)磷農(nóng)藥、植物調(diào)節(jié)劑等)領(lǐng)域有著較為廣闊的研究。
3光電化學(xué)傳感器的材料選擇與設(shè)計(jì)
從光電化學(xué)傳感器的發(fā)展過程及其基本原理來看,光電化學(xué)傳感器在功能結(jié)構(gòu)上分為光電轉(zhuǎn)換單元和傳感識(shí)別單元兩部分，其中前者主要在于選擇具有較好光電化學(xué)活性和穩(wěn)定性的光電活性物種來構(gòu)建光電轉(zhuǎn)換層，后者主要在于通過不同的分析傳感策略來實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物的檢測。因此，光電化學(xué)傳感器的構(gòu)建主要從光電材料的選擇修飾和傳感信號(hào)產(chǎn)生模式兩個(gè)方面來考慮和設(shè)計(jì)。
近十年來，隨著光電化學(xué)傳感器研究的不斷增多，可用于光電化學(xué)分析的光電活性物種也得到了廣泛關(guān)注。最近,有多篇綜述對應(yīng)用在光電傳感器中的不同光電活性物種進(jìn)行了總結(jié)6,5455。可用于光電轉(zhuǎn)換層的材料主要包括有機(jī)光電分子、導(dǎo)電高分子、無機(jī)半導(dǎo)體及其復(fù)合材料等。
3.1有機(jī)光電分子
有機(jī)光電分子是相對于有機(jī)高分子聚合物來說的，主要是指在光照激發(fā)下能夠發(fā)生電子從最高占據(jù)軌道（HOMO)到最低空軌道（LUMO)躍遷產(chǎn)生相應(yīng)激發(fā)態(tài)和電荷轉(zhuǎn)移的有機(jī)分子。該類分子的典型代表主要包括卟啉類、酞菁類、偶氮染料、蒽醌類以及有機(jī)金屬配合物類等。其中有機(jī)金屬配合物是有機(jī)光電分子中重要的一類，主要是利用具有較大離域電子體系的配體與某些金屬離子構(gòu)成的具有光電化學(xué)活性的一類物質(zhì)。目前研究和應(yīng)用比較多的是金屬釕的一些配合物。Weber等53提出了使用釕-聯(lián)吡啶作為光電化學(xué)信號(hào)標(biāo)記物并給出了其光電化學(xué)轉(zhuǎn)化過程。Ru(n)配合物受到光激發(fā)后形成活化的Ru(n)*,Ru(n)*失去電子變?yōu)镽u(m),然后Ru(m)被電子供體還原為Ru(n)。Dong等制備了釕聯(lián)吡啶衍生物,并將其作為光電化學(xué)信號(hào)發(fā)生分子修飾到SnO2納米半導(dǎo)體電極上,第一次通過光電化學(xué)法定量測定了生物素親和素的識(shí)別作用。Gao等在ITO表面修飾具有較好穩(wěn)定性和光響應(yīng)的核酸加合物（PIND-Ru^PIND),通過ITO表面的核苷酸與目標(biāo)核酸雜交，第一次用光電化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)核苷酸檢測。
有機(jī)光電分子一般具有較大的離域電子體系，對可見光有較強(qiáng)的吸收能力，并具有較強(qiáng)的電子注入和電子轉(zhuǎn)移能力等B9’6a。另外,對于有機(jī)光電分子，可以根據(jù)需要直接合成或進(jìn)行基團(tuán)修飾，具有很好的可修飾性。Ikela等合成了一種有機(jī)光電材料--5,10,15,20四（4吡啶基)卟啉,并將其沉積在ITO電極上做成傳感器，通過光電流的降低可重復(fù)檢測核苷酸,其檢測濃度達(dá)到^M級。Yamada等62以蒽醌（AQ)作為光敏劑制備出了蒽醌寡聚核苷酸復(fù)合物,并結(jié)合轉(zhuǎn)移產(chǎn)生光電流的方法，實(shí)現(xiàn)了對DNA胞嘧啶甲基化的光電檢測。Pandey等63報(bào)道了流動(dòng)注射分析體系（FIA),選用具有光電化學(xué)活性的9,10肩醌衍生物作為信號(hào)發(fā)生分子,利用激發(fā)態(tài)蒽醌分子與電子供體（葡萄糖）反應(yīng)產(chǎn)生的光電流,首次對嵌入DNA中的復(fù)合物進(jìn)行了檢測。
但該類材料單獨(dú)作為光電轉(zhuǎn)化層所產(chǎn)生的光電流較弱，需要與其他傳導(dǎo)材料進(jìn)行復(fù)合,以提高光電流信號(hào)和檢測的靈敏度。如Hu等通過在石墨烯表面負(fù)載金納米粒子，并進(jìn)一步修飾巰基化卟啉制備出卟啉/AuNPs/石墨烯納米復(fù)合物，以此作為電極修飾材料用于氫醌的光電化學(xué)檢測，取得了較好的效果。
3.2導(dǎo)電高分子及其復(fù)合物
導(dǎo)電高分子是由具有共軛T鍵的高分子經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)“摻雜”使其由絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)體、半導(dǎo)體的一類高分子材料。由于材料的T電子共軛體系的成鍵和反鍵能帶之間的能隙比較小，一般約為1.5-3.5eV,接近于無機(jī)半導(dǎo)體的導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的能隙，因此，共軛高分子材料大多具有半導(dǎo)體性質(zhì)。目前研究比較多的主要有聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等。導(dǎo)電高分子主要應(yīng)用于與無機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合和構(gòu)建可以特異性識(shí)別目標(biāo)分子并具有一定光電化學(xué)活性的分子印跡膜。其應(yīng)用將在后文中進(jìn)行闡述。導(dǎo)電高分子制備相對簡單，并可以實(shí)現(xiàn)可控聚合或有目的性的識(shí)別基團(tuán)修飾，具有較強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性，因而有較大的研究潛力。
3.3無機(jī)納米半導(dǎo)體及其復(fù)合物
無機(jī)半導(dǎo)體材料是目前研究和應(yīng)用最為廣泛的一類光電材料。該類材料可以通過多種方法制得,并可以通過形貌和尺寸控制表現(xiàn)出優(yōu)異的光電化學(xué)性質(zhì)。由于量子限域效應(yīng)的存在，無機(jī)納米半導(dǎo)體材料具有比塊體材料更優(yōu)異的光電化學(xué)活性。這類材料主要包括以TiOi、ZnO、WO;等為代表的金屬氧化物半導(dǎo)體，以CdS、CdSe、ZnS、ZnSe等量子點(diǎn)(QDs)為代表的金屬硫族化物半導(dǎo)體。
其中TiOi以其較好的穩(wěn)定性、較快的電荷傳導(dǎo)速率和較好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛關(guān)注，基于TiO:的研究也最多和較為全面。但由于TiO2的禁帶寬度較大，只能被紫外光激發(fā)；而在紫外光區(qū)域,很多檢測體系會(huì)受到干擾或破壞,從而限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。因此很多研究通過使用有機(jī)分子、導(dǎo)電高分子、量子點(diǎn)或其他窄能帶半導(dǎo)體等對TiO2進(jìn)行敏化,來拓寬其應(yīng)用光譜范圍。鞠煜先課題組M報(bào)道了使用磺酸基鐵卟啉功能化TiOi納米粒子,構(gòu)建了一種在較低電位下檢測生物分子的光電化學(xué)傳感器。徐靜娟課題組M使用CdS與TiOi構(gòu)成雜合物來構(gòu)建光電轉(zhuǎn)換層，通過免標(biāo)記免疫法實(shí)現(xiàn)了對目標(biāo)蛋白的檢測。蔡青云課題組69通過CdTe/CdS共敏化TiO2納米管陣列構(gòu)建了一種用于八氯苯乙烯檢測的免標(biāo)記光電化學(xué)免疫傳感器。通過使用P3HT與TiOi復(fù)合修飾電極,建立了一種在可見光下零電位檢測有機(jī)磷農(nóng)藥的光電化學(xué)傳感器。另外,也有用導(dǎo)電高分子與貴金屬粒子共同修飾TiOi的報(bào)道。利用導(dǎo)電高分子與TiOi形成的多級電荷分離體系,并結(jié)合Au、Ag等貴金屬的摻入對電極表面過電位的降低及對轉(zhuǎn)移的促進(jìn)，可以提高半導(dǎo)體材料的光電化學(xué)性能,這也為光電化學(xué)分析提供了新的材料復(fù)合。
無機(jī)半導(dǎo)體中，另一種常用的材料是CdS(Se、Te)納米材料或QDs,目前已有綜述對這類材料的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)B4,73。針對該類材料具有較高的電荷復(fù)合速率和光穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，通過分子/電子傳遞體系或有效電子傳導(dǎo)陣列，減少半導(dǎo)體中電子的復(fù)合,對提高其光穩(wěn)定性和光電轉(zhuǎn)換效率是十分重要的。近年來，隨著對碳材料研究的不斷深入,碳納米管（CNTs)、石墨烯（GR)等材料以其優(yōu)異的電子學(xué)性質(zhì)，在促進(jìn)光電極材料的光電化學(xué)性質(zhì)方面有著較多應(yīng)用。Wang等M合成了CdS修飾GR的復(fù)合材料,并構(gòu)建了用于靈敏檢測有機(jī)磷的光電化學(xué)傳感器。使用一步快速溶液反應(yīng)制備了GR~CdS納米復(fù)合材料,并用這種新合成的GR~CdS納米復(fù)合材料構(gòu)建了用于檢測谷胱甘肽（GSH)的光電化學(xué)生物傳感器。Li等M通過苯并b]芘磺酸鹽與還原的氧化石墨烯(RGO)之間的mi堆積(stacking)作用對RGO進(jìn)行非共價(jià)功能化,并結(jié)合CdS納米粒子的原位生長制備了RGO^CdS納米復(fù)合物；以此材料為光電轉(zhuǎn)換層免疫檢測了前列腺特異性抗原（PSA)。制備了具有較好光電化學(xué)活性的Cd0.5Zn0.5S/RGO納米復(fù)合材料，并基于此復(fù)合材料構(gòu)建光電化學(xué)傳感器，用于Cu2+的選擇性檢測。碳材料作為電子傳導(dǎo)基質(zhì)的引入，不僅提高了量子點(diǎn)的光電轉(zhuǎn)換效率，也為提高其他半導(dǎo)體材料的光電化學(xué)活性提供了重要思路和方法。
此外,氧化鎢作為一種本征型半導(dǎo)體氧化物,具有耐酸性和耐高溫的能力，并有較高的抗光腐蝕性；其能帶寬度約為2.6eV,對可見光中的藍(lán)光有較強(qiáng)的吸收；由于其能帶寬度較TiOi小，可直接利用太陽光，因而具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值62’83。我們課題組M以WO;為基礎(chǔ)材料并與石墨烯和原卟啉復(fù)合,構(gòu)建了一種多級電荷分離體系用于半胱氨酸的光電檢測。Zhang等M制備了WO;修飾TiC/C核殼納米纖維復(fù)合電極,用于H2O2的無酶光電化學(xué)檢測。納米硫化鉍是一種重要的窄能帶直接半導(dǎo)體，其禁帶寬度可以調(diào)節(jié)（Eg=1.30~1.70eV),表現(xiàn)出具有較寬的吸收光譜和較高的吸收系數(shù)（一般在扣4?^5^-1)B5-86。我們課題組在進(jìn)一步研究B^h的光電化學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)上，分別構(gòu)建了用于檢測DNA甲基化67]、DNA甲基轉(zhuǎn)移酶活性和miRNA89的光電化學(xué)生物傳感器。
3.4其他
除了以上討論的這些光電活性物質(zhì)外,全碳材料M和QN4復(fù)合材料M也逐漸引起了人們的關(guān)注。另外,某些生物材料如細(xì)胞、DNA、熒光蛋白等也具有光電化學(xué)活性，利用它們自身的光激發(fā)電荷轉(zhuǎn)移過程引起的光電流變化，可以研究生物分子與其他物質(zhì)間的相互作用92,該領(lǐng)域仍需深入研究。
4光電化學(xué)傳感器信號(hào)產(chǎn)生與傳感模式
4.1直接電荷轉(zhuǎn)移與氧化還原
在光電化學(xué)傳感器的設(shè)計(jì)上，一般采用較多是陽極光電流。在該傳感模式中，光電極的電極反應(yīng)只涉及電荷轉(zhuǎn)移和電子或參與的直接氧化還原反應(yīng),一般不包括分子識(shí)別、酶催化等其他過程;信號(hào)產(chǎn)生的重要環(huán)節(jié)是實(shí)現(xiàn)電荷的有效分離。在光激發(fā)下，光電活性物質(zhì)發(fā)生電子躍遷產(chǎn)生電子，電子轉(zhuǎn)移至電極表面,而留在光電層中的與電解質(zhì)溶液中的待檢測物分子發(fā)生氧化還原反應(yīng)。被檢測物一般是具有還原性的物質(zhì)，通常將其作為電子供體以一定濃度直接加入到電解質(zhì)溶液中。被檢測物分子的加入使得光電層中產(chǎn)生的電子可以有效分離,減少其復(fù)合,使光電流增加。光電流的增加會(huì)隨待測物濃度的增大而增強(qiáng)，因而可以通過光電流與被檢測物分子的數(shù)量關(guān)系實(shí)現(xiàn)對待測物的定量分析。Cooper等63制備了亞甲基藍(lán)和亞甲基綠固定的磷酸鋯修飾的鉑通道光電極,在波長620~670nm的可見光照射下，光氧化的染料與抗壞血酸發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生光電流；基于該電極構(gòu)建的傳感器對抗壞血酸的定量檢測濃度可達(dá)到1mM。鞠煜先課題組64使用磺酸原卟啉功能化的ZnO納米粒子修飾ITO電極構(gòu)建了一種光電化學(xué)傳感器。所制備的電極在360nm的光照下表現(xiàn)出有效的光電流響應(yīng);加入的半胱氨酸作為電子供體,可有效地捕獲光生而使光電流增強(qiáng)。基于這種光電流信號(hào)增強(qiáng)檢測半胱氨酸的線性范圍為0.6~157^M,檢測限為0.2+M。另外，鞠煜先課題組M還應(yīng)用基于抑制電荷復(fù)合的光電化學(xué)策略來檢測多巴胺。該光電化學(xué)傳感器是通過將表面未鈍化的CdTeQDs直接涂覆在含氟導(dǎo)電玻璃（FTO)基底上制得。量子點(diǎn)在405nm的光激發(fā)下，產(chǎn)生電荷分離，電子轉(zhuǎn)移至溶液中的02使其還原為O2_.,促進(jìn)電荷分離。能級處于量子點(diǎn)價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的電子供體可以捕獲,從而抑制載流子的復(fù)合,使光電響應(yīng)增強(qiáng)。
雖然基于直接電荷轉(zhuǎn)移與氧化還原的策略具有直接、簡便、易行的特點(diǎn),并且靈敏度較高,但存在的問題是可用于直接檢測的目標(biāo)物較少，且體系抗干擾能力較弱,在選擇性上往往不能給出比較滿意的結(jié)果。為了提高選擇性，可以通過一定的前處理過程,將目標(biāo)分子有選擇的轉(zhuǎn)化為可用于光電流信號(hào)產(chǎn)生的物質(zhì)，以間接的方式來達(dá)到檢測目的。如Li等M首先將待檢測的甲基對硫磷通過簡單水解反應(yīng)得到對硝基苯酣,然后以對硝基苯酣作為電子供體,在由PTCA/TiOl作為光陽極構(gòu)成的光電化學(xué)池中檢測光電流信號(hào),從而間接地實(shí)現(xiàn)了對有機(jī)磷的檢測。
4.2基于分子結(jié)合導(dǎo)致的位阻效應(yīng)引起的光電流抑制策略
基于分子識(shí)別和結(jié)合引起的光電層表面空間位阻效應(yīng)建立起的光電化學(xué)傳感器,在很多方面得到了研究和應(yīng)用。通過前面的介紹可知，一般對于陽極光電流的產(chǎn)生,需要在電解質(zhì)溶液中有電子供體來捕獲來完成光電極反應(yīng)。在用于光電檢測的光電化學(xué)池中，無毒且氧化電位較低的抗壞血酸通常會(huì)被作為電子供體加入到電解質(zhì)溶液中B7]。如果在光電層與電解質(zhì)溶液層之間嵌入具有空間阻隔效果的分子復(fù)合物，就會(huì)阻礙電子供體向光電層的遷移和捕獲,從而使光電流降低?；谶@種光電流的降低與位阻效應(yīng)的定量關(guān)系可以用于目標(biāo)物的分析。目前文獻(xiàn)報(bào)道的基于分子識(shí)別和結(jié)合產(chǎn)生位阻效應(yīng)最常用的方式是形成生物分子間強(qiáng)作用親和物（如生物素親和素、抗原~抗體、分子受體等作用方式）。Cosnier課題組M使用生物素標(biāo)記的吡咯基-Ru配合物為前驅(qū)體,利用電化學(xué)方法合成了含生物素的聚（吡咯-Ru(n))復(fù)合膜，通過生物素和親和素之間的親合作用，將親和素標(biāo)記的霍亂毒素（choleratoxin)固定到電極表面，并利用抗原抗體結(jié)合,以光電流降低法檢測了霍亂毒素抗體。徐靜娟課題組99利用層層組裝法將正電性的聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDDA)和巰基乙酸（TGA)修飾的帶有負(fù)電性的水溶性CdS量子點(diǎn)（TGA^CdSQDs)交替組裝在IT0電極表面，再通過TGA表面的一C00H與IgG的一N%結(jié)合將IgG修飾到電極表面從而制備出免標(biāo)記的光電化學(xué)免疫傳感器。在含有0.1M抗壞血酸（AA)為電子供體的磷酸緩沖溶液中，不加抗原時(shí)該光電極有較強(qiáng)的光電流響應(yīng)，在加入抗原后,抗原與抗體形成免疫復(fù)合物,增加了光電極表面的空間位阻，阻礙了電子供體的傳質(zhì)過程從而使光電流減小，該傳感器在最優(yōu)條件下對抗原的檢測,表現(xiàn)出較好的選擇性、靈敏度和穩(wěn)定性。
還有一些文獻(xiàn)報(bào)道了基于aptamer與生物材料之間的作用產(chǎn)生位阻效應(yīng)來檢測目標(biāo)物的方法。Zhang等_分別在層層組裝的CdSe納米粒子光電層上固定了可特異性識(shí)別目標(biāo)細(xì)胞和溶菌酶的aptamer,利用aptamer與目標(biāo)物形成的復(fù)合物增加電子供體傳輸?shù)奈蛔?，以抑制法?shí)現(xiàn)了對Ramos細(xì)胞和溶菌酶的檢測。另外,也有利用修飾在電極表面某些可以與靶細(xì)胞表面殘基特異性識(shí)別的分子，將被測細(xì)胞鍵合在電極表面形成位阻效應(yīng)。如Zhao等剛將葉酸固定在GR/CdS修飾的IT0電極表面,利用葉酸與癌細(xì)胞表面葉酸受體之間的結(jié)合作用將細(xì)胞固定在電極上，以抑制法實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)癌細(xì)胞的檢測。徐靜娟課題組M以苯硼酸功能化的卟啉敏化TiOi作為光電層，利用硼酸基團(tuán)與目標(biāo)細(xì)胞表面的睡液酸殘基結(jié)合形成的復(fù)合物來產(chǎn)生位阻效應(yīng),以抑制法檢測目標(biāo)細(xì)胞。
4.3酶抑制及酶催化法
光電化學(xué)分析中基于酶催化活性來實(shí)現(xiàn)信號(hào)產(chǎn)生和變化也是一類重要的策略。在光電化學(xué)分析中常用到的酶主要有乙酰膽堿酯酶（AChE)、辣根過氧化物酶（HRP)、葡萄糖氧化酶（GOx)、堿性磷酸酶（ALP)等。
在光電化學(xué)分析中，電極光電層表面固定的AChE可以催化硫代乙酰膽堿生成膽堿，膽堿具有一定的電活性,在被氧化后，兩分子的膽堿可以通過S-S結(jié)合形成沒有電活性的二聚體，同時(shí)產(chǎn)生光電流。該過程需要利用固定在電極上的AChE的酶催化反應(yīng)來完成。當(dāng)有AChE酶抑制劑存在時(shí),AChE的活性就會(huì)降低，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致生成的膽堿量減少和光電流降低_。通過這種策略既可以分析AChE酶的活性，也可以對抑制劑進(jìn)行定量&04,105。如Wang等和Gong等剛分別用AChE修飾CdS/GR和BiOI光電層，利用有機(jī)磷農(nóng)藥對AChE酶活性的抑制作用，以光電流抑制法實(shí)現(xiàn)了對有機(jī)磷農(nóng)藥的檢測。
HRP的應(yīng)用主要有兩個(gè)方面，一是與％02一起用于生物催化沉積（BCP)。利用固定有HRP的CdS/TiOi修飾電極，通過HRP在H2O2存在下催化氧化4氯4萘酣（4-CN),在電極表面的沉積物，阻礙電子供體傳質(zhì)過程,使光電流降低,并以此建立起對H2O2的光電化學(xué)檢測。該課題組M還基于生物催化沉積（BCP)構(gòu)建了連有HRP的三明治結(jié)構(gòu)的光電化學(xué)免疫分析陣列，并考察了對鼠IgG(抗原Ag)的協(xié)同超靈敏檢測。HRP在該體系中主要有三個(gè)作用：（1)HRP標(biāo)記的二抗(Ab2)通過生物結(jié)合后可以增強(qiáng)空間位阻，（2)HRP與％O2共同催化促進(jìn)BCP過程，進(jìn)一步增強(qiáng)位阻效應(yīng)，(3)HRP可以吸收部分光子，使信號(hào)降低。綜合BCP^PEC免疫分析陣列的多信號(hào)協(xié)同結(jié)果,該電極表現(xiàn)出對抗原較好的分析性能。HRP應(yīng)用的第二個(gè)方面是催化％O2分解，該方面在信號(hào)傳感中又可以以兩種形式實(shí)現(xiàn)。第一種是HRP直接催化&O2分解,促進(jìn)電極與電解質(zhì)溶液之間的電子傳遞和光電流的產(chǎn)生M。第二種是通過HRP標(biāo)記的待測分子與未標(biāo)記的待測分子之間的競爭和HRP催化共同實(shí)現(xiàn)的。如Kang等aw]使用抗體(Anti-PAH)修飾的TiO2納米管(TiO2NTs)與多環(huán)芳香化合物（PAH)和HRP雙功能化的納米金(BGNPs)復(fù)合，用于PAH超靈敏光電化學(xué)免疫分析。在不加入PAH時(shí)，Anti~PAH的表面被BGNPs所飽和，BGNPs上的HRP可以催化H2O2的還原，促進(jìn)電極和電解質(zhì)之間的電荷傳遞,從而產(chǎn)生光電流；而在加入PAH后,PAH會(huì)與BGNPs競爭與Anti-PAH的結(jié)合位點(diǎn)，使BGNPs的結(jié)合減少，并導(dǎo)致光電流降低。除了不參與BCP外,GOx與HRP的應(yīng)用基本類似。
ALP是生物體內(nèi)廣泛存在的一種酶，可以催化水解生物體內(nèi)的許多磷酸酯。最近，徐靜娟課題組112提出了以ALP標(biāo)記二抗并通過納米金擴(kuò)增，催化底物中的抗壞血酸磷酸酯（AAP)原位產(chǎn)生抗壞血酸作為電子供體，以光電流信號(hào)增加的方式免疫檢測了前列腺癌抗原（PSA)。隨后他們M又報(bào)道了將ALP固定到TiOi層，催化AAP產(chǎn)生抗壞血酸鹽,利用抗壞血酸鹽與TiOi表面的缺陷形成配體金屬電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物，使得TiO2在可見光區(qū)域有了較強(qiáng)的吸收帶,進(jìn)而產(chǎn)生光電流響應(yīng),并在此基礎(chǔ)上考察了2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)對ALP酶活性的抑制作用。
此外在光電化學(xué)分析中應(yīng)用到的酶還有肌氨酸氧化酶以及類酶M等,如利用FePt的類過氧化物酶活性檢測％O2ai6,117]；某些DNA酶也具有類過氧化物酶活性，可以通過BCP或基于％O2分解引起的信號(hào)產(chǎn)生用于光電化學(xué)分析49。除了直接對酶活性進(jìn)行分析以外，也可以通過間接法進(jìn)行分析,如Willner課題組_曾報(bào)道過間接法測定酪氨酸酶(Tyrosinase)活性的方法。
4.4貴金屬納米粒子的局域表面等離子體效應(yīng)(LSPR)與激子等離子體激元反應(yīng)（EPI)
貴金屬（Au、Ag、Pt等）在分析化學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用。LSPR是入射光的電磁場頻率與金屬自由電子的集體振蕩頻率發(fā)生共振時(shí)產(chǎn)生的一種物理光學(xué)現(xiàn)象,該現(xiàn)象與納米粒子的形狀、大小、間距、介電性能以及周圍環(huán)境等有關(guān)M。利用LSPR的性質(zhì)，目前已經(jīng)發(fā)展了基于散射、消光等技術(shù)的LSPR光學(xué)傳感器_?；赥iO2或ITO電極負(fù)載的Au、Ag等貴金屬納米粒子的LSPR光電化學(xué)性質(zhì)，可以開發(fā)新的光電化學(xué)分析方法。在可見光的照射下，負(fù)載在電極表面的金屬納米粒子由于表面LSPR的存在而引起電荷分離，當(dāng)電極基底材料的導(dǎo)帶態(tài)密度比金屬納米粒子的更高時(shí),就會(huì)有金屬納米粒子的光激發(fā)電子向電極轉(zhuǎn)移12fl,氧化態(tài)的金屬納米粒子從溶液中捕獲電子，從而產(chǎn)生光電流。Zhao等122以液相沉積TiOi為基底，以AuNPs為LSPR產(chǎn)生源,考察了％O2對AuNPs在TiOi表面的生長調(diào)控,并結(jié)合GOx催化氧化葡萄糖促進(jìn)電荷轉(zhuǎn)移，以信號(hào)增強(qiáng)的方式檢測了葡萄糖。
陳洪淵課題組在研究了CdSQDs與貴金屬納米粒子（AuNPs、AgNPs)光電化學(xué)過程的基礎(chǔ)上還提出了激子等離子體激元（EPI)相互作用的信號(hào)產(chǎn)生模式,并以此策略實(shí)現(xiàn)了對DNA的檢測。以CdSQDs與AuNPs之間的作用為例，其作用原理如圖2所示。在一定能量光子激發(fā)下（過程1),量子點(diǎn)價(jià)帶上的電子發(fā)生躍遷至導(dǎo)帶上（過程2),產(chǎn)生電子。如果電極處在合適的溶液中并且材料與電極能級合適，溶液中的電子供體就會(huì)捕獲（過程3),導(dǎo)帶上的電子也會(huì)向電極方向轉(zhuǎn)移（過程4),就會(huì)有光電流的產(chǎn)生，這種情況和前面討論的情況一致。但是激發(fā)產(chǎn)生的載流子難免會(huì)發(fā)生復(fù)合（過程5和6)。在復(fù)合過程中，經(jīng)過弛豫之后的輻射躍遷會(huì)發(fā)射出熒光；如果所發(fā)射的熒光與AuNPs的吸收譜發(fā)生重疊，就可以引起AuNPs的LSPR,將這部分能量吸收（過程7)。同時(shí),LSPR所產(chǎn)生的局域電場會(huì)反過來加強(qiáng)過程6的進(jìn)行（過程8),從而建立起CdSQDs(激子）與AuNPs(等離子體）之間的能量傳遞（總和為過程9),使得光電材料的效率降低。將AuNPs換成AgNPs也有類似的過程。目前,基于這種策略的研究還比較少。
3.5其他傳感模式
除了以上傳感模式外,基于電極表面原位沉積導(dǎo)致的光電流變化策略、基于分子印跡識(shí)別的光電分析策略（MIP-PEC)、光電活性物質(zhì)tlsDNA嵌合策略、化學(xué)發(fā)光激發(fā)的光電化學(xué)檢測體系及某些signal-on策略也得到很多關(guān)注。
基于電極表面原位沉積導(dǎo)致的光電流變化策略主要用于某些金屬離子和陰離子的檢測。電極表面的原位沉積一般是指通過一定方法在修飾電極表面形成新光電活性中心的過程。新光電化學(xué)活性中心的生成主要是利用電極表面已有的光電材料與溶液中的某種待測離子發(fā)生離子交換,或是借助一定的輔助物與被測金屬離子作用形成沉積。Shchukin等125首先將新制的CdO修飾電極放入含S2-的溶液中，在CdO表面形成CdS沉積；然后將CdO/CdS修飾電極在另一不含捕獲劑的電解質(zhì)中檢測其光電流響應(yīng)，來檢測S2-。該檢測策略用于檢測的金屬離子比較多的是Cu2+和Cd2+。由于CuS的溶度積常數(shù)比CdS的小，當(dāng)把以CdS或其復(fù)合物作為光電層的修飾電極浸入含有Cu2+的溶液中，通過離子交換會(huì)在CdS的表面生成CwS。所生成的C^S在CdS表面相當(dāng)于是一個(gè)激子阱(excitontrapping),由于它的形成使得載流子易于在激子阱中復(fù)合,從而導(dǎo)致光電流的降低，以此可以實(shí)現(xiàn)對Cu2+的定量分析a26?12a。對于Cd2+的檢測一般是采用在電極表面沉積CdS或CdSe的方式來進(jìn)行。田陽課題組&29]將TiO2NTs電極浸入含有％SO4和SeO2的體系中，隨著Cd2+加入量的增多，在TiO2NTs上原位電沉積出CdSe納米簇，對TiOi起到敏化作用，使光電流增加，以此實(shí)現(xiàn)對Cd2+的定量分析?；陬愃频姆椒ǎ撜n題組㈣還在TiOiNTs和CdSO^溶液體系中，利用&S與Cd2+反應(yīng)生成的CdS在TiO2NTs上沉積敏化來檢測H2S。
對于某些非電活性的被測物，可以選擇分子印跡（MIP)與光電化學(xué)分析相結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)高選擇性檢測的目的。Shi等131首次在TiOiNTs負(fù)載吡咯基聚合物作為增強(qiáng)光電層和MIP識(shí)別單元，以信號(hào)增加的方式實(shí)現(xiàn)了對2,4~D的靈敏檢測。同一課題組的Chen等_和Lu等_分別利用類似的方法實(shí)現(xiàn)了對微囊藻毒素（Microcystin~LR)和雙酣A的檢測。于京華課題組134,135先后報(bào)道了利用聚鄰苯二胺分子印跡膜修飾TiOiNTs構(gòu)建光電化學(xué)傳感器，并用于毒死啤(Chlorpyrifos)和林丹(Lindane)的特異性識(shí)別和檢測。
在與DNA分析有關(guān)的檢測中，比較常用的方法是基于Ru聯(lián)吡啶配合物與雙鏈DNA的嵌合作用。郭良宏課題組在這方面做了很多工作。如果先將Ru聯(lián)吡啶配合物固定在電極表面作為光電活性中心,當(dāng)溶液中加入未損傷的雙鏈DNA時(shí),雙鏈DNA就會(huì)鍵合在電極表面,使光電流降低136;而當(dāng)DNA受到損傷后,損傷的DNA會(huì)將Ru聯(lián)吡啶配合物暴露出來，使光電流響應(yīng)增強(qiáng)。另一方面，如果先將雙鏈DNA固定在電極表面，當(dāng)DNA以雙鏈完整形式存在時(shí)，具有光電化學(xué)活性的Ru聯(lián)吡啶配合物就可以嵌入到DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的凹槽中，會(huì)產(chǎn)生較大的光電流；當(dāng)DNA受到損傷后，Ru聯(lián)吡啶配合物就會(huì)從DNA中脫離出來，光電流降低。通過對比前后的光電流變化就可以對雙鏈DNA損傷進(jìn)行檢測。隨后，該課題組將Ru-聯(lián)吡啶配合物與雙鏈DNA的嵌合作用推廣到了Hg2+6141、DNA8~oxodGuo損傷_和DNA甲基化損傷檢測等方面。
除了外加物理光源為激發(fā)源的檢測過程外，以化學(xué)發(fā)光（CL)作為激發(fā)源,并與光電化學(xué)檢測結(jié)合起來的方法也有報(bào)道。張書圣課題組143報(bào)道了以異魯米諾4^O2~Co2+化學(xué)發(fā)光體系為光源，通過間接法檢測了癌細(xì)胞中的巰基化合物。Willner課題組144以Hemin/G四聯(lián)體4^O2化學(xué)發(fā)光共振能量轉(zhuǎn)移（CRET)體系為激發(fā)源，實(shí)現(xiàn)了對GOx酶活性和DNA的分析。
此外,為了提高光電化學(xué)檢測的靈敏度,通過其他途徑實(shí)現(xiàn)signals檢測的策略也引起了人們的研究興趣。張書圣課題組先后報(bào)道了基于aptamer與目標(biāo)分子的識(shí)別反應(yīng)間接signals檢測癌細(xì)胞中的三磷酸腺苷（ATP)a45和基于溶菌酶與aptamer之間識(shí)別反應(yīng)的反位阻效應(yīng)signals檢測溶菌酶146。類似地,Zhang等M先將可以與雙酣A特異識(shí)別的aptamer固定在光電層上，當(dāng)在體系中加入雙酣A后，雙酣A與aptamer的識(shí)別反應(yīng)使aptamer脫離光電層，實(shí)現(xiàn)了signal~on檢測雙酣A。
5光電化學(xué)傳感器的發(fā)展前景
目前光電化學(xué)傳感器中光電活性材料選擇主要集中在TiO2、ZnO、CdX(S、Se、Te)、Ru金屬配合物、有機(jī)染料等。為了促進(jìn)電荷分離和電子傳遞,構(gòu)建多級電荷分離體系、光電材料電子傳輸介質(zhì)復(fù)合等手段在光電化學(xué)體系的設(shè)計(jì)上得到了一些應(yīng)用；在信號(hào)識(shí)別和傳感模式上也有了多種實(shí)現(xiàn)方式。近年來，隨著流動(dòng)注射系統(tǒng)、微流控系統(tǒng)等的快速發(fā)展，將這些技術(shù)與光電化學(xué)分析結(jié)合起來，共同開發(fā)可用于多組分、多樣品、高通量陣列檢測系統(tǒng)逐漸引起了人們的關(guān)注。此外種廉價(jià)、可快速制備的紙基光電分析體系也引起了人們的研究興趣。
第9篇：高分子材料在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用范文
關(guān)鍵詞：化學(xué)；本科教學(xué)；生物化學(xué)；課程設(shè)計(jì)
隨著科技發(fā)展的進(jìn)步，科學(xué)觀念的更新，知識(shí)的融合，學(xué)科之間的劃分沒以前那么明顯，多學(xué)科之間的交叉和滲透的趨勢越發(fā)的明顯。生物化學(xué)是一門涉及知識(shí)范圍廣，理論性很強(qiáng)的學(xué)科，也是生命科學(xué)領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)學(xué)科，其理論和技術(shù)已滲透到非醫(yī)學(xué)的很多重要領(lǐng)域。在生物學(xué)和化學(xué)聯(lián)系日益緊密的今天，很多非醫(yī)學(xué)院校的化學(xué)系專業(yè)沒能開設(shè)生物化學(xué)課程，一定程度上限制了學(xué)生的認(rèn)知和發(fā)展的空間，使很多學(xué)生畢業(yè)后的實(shí)際工作適應(yīng)能力遇到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，本文就非醫(yī)學(xué)院校化學(xué)專業(yè)學(xué)生開設(shè)生物課程的必要性做一淺談[1-2]。
1通過生物化學(xué)課程的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生對化學(xué)專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣
生物化學(xué)的主要任務(wù)是研究生物的化學(xué)組成，探討蛋白質(zhì)、糖、脂肪三大生命元素的結(jié)構(gòu)和其在生命過程中的各種化學(xué)變化，從分子水平解釋生命科學(xué)的現(xiàn)象。從早期對生物大體組成的研究，進(jìn)展到如今通過對分子結(jié)構(gòu)的精細(xì)研究。目前，生物化學(xué)的研究方法學(xué)上主要依賴于分子生物學(xué)和化學(xué)。在化學(xué)方面，應(yīng)用光譜技術(shù)分析生命物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，同位素標(biāo)記技術(shù)標(biāo)記不同生物，同通過X射線衍射技術(shù)觀察生命的組成，通過化學(xué)分離的技術(shù)對重要的生物分子進(jìn)行分析來說明生物大分子特定的結(jié)構(gòu)與功能的多樣性的關(guān)系，通過對生物結(jié)構(gòu)和功能的研究，揭示生物體物質(zhì)代謝、能量轉(zhuǎn)換、遺傳信息傳遞、光合作用、神經(jīng)傳導(dǎo)、肌肉收縮、激素作用、免疫和細(xì)胞間通訊等生命的奧秘中的化學(xué)變化。使學(xué)生在化學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)上通過生物化學(xué)的課程，認(rèn)識(shí)化學(xué)領(lǐng)域在生命科學(xué)中的重要性和應(yīng)用，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)專業(yè)知識(shí)的積極性和樂趣。
2通過生物化學(xué)課程的學(xué)習(xí)，拓展學(xué)生的知識(shí)系統(tǒng)
生命活動(dòng)的本質(zhì)就是生物分子在機(jī)體進(jìn)行的一系列化學(xué)反應(yīng)，從化學(xué)元素到分子物質(zhì)的化學(xué)組成，再到生命活動(dòng)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。生物化學(xué)課程中，學(xué)生能認(rèn)識(shí)到的生物分子的不同化學(xué)組成會(huì)有特定的生理功能，C、N和O等元素的相同的組成成分但不同化學(xué)結(jié)構(gòu)會(huì)有截然不同的生理效果。相同的化學(xué)基團(tuán)與其他元素組成不同的生物分子，亦能顯示出相同化學(xué)基團(tuán)的功能，蛋白激酶通過磷酸化的化學(xué)反應(yīng)才會(huì)有酶的活性，去磷酸化會(huì)功能沉默。由多羥基醛或多羥基酮及其衍生物組成的糖類物質(zhì)，有些能直接提供能量，而有些通過糖原儲(chǔ)存能量。同是脂類油性物質(zhì)的脂肪，有的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其在特定環(huán)境下能夠通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷愇镔|(zhì)，有些化學(xué)結(jié)構(gòu)使其具有存儲(chǔ)、和保溫的功能。學(xué)生通過生物化學(xué)課程的學(xué)習(xí)，不但認(rèn)識(shí)到物質(zhì)組成性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，亦能了解生命機(jī)體內(nèi)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和變化對機(jī)體的意義，加深學(xué)生對結(jié)構(gòu)與功能統(tǒng)一性和特殊性的認(rèn)識(shí)，拓展學(xué)生的知識(shí)系統(tǒng)。通過生物化學(xué)課程的學(xué)習(xí)，啟發(fā)化學(xué)專業(yè)學(xué)生對生命科學(xué)研究的思路。近年來逐漸興起一門學(xué)科叫化學(xué)生物學(xué)，是通過化學(xué)的理論和方法研究生命的現(xiàn)象、生命過程的化學(xué)基礎(chǔ)。以生物無機(jī)化學(xué)、生物分析化學(xué)、生物有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)、化學(xué)信息學(xué)、生物物理化學(xué)和仿生高分子材料為研究方向、發(fā)展方向，探索和調(diào)整生命機(jī)體過程的途徑和機(jī)理，為新的化學(xué)藥物的發(fā)現(xiàn)提供必要的理論證據(jù)，化學(xué)生物學(xué)使用小分子作為工具解決生物學(xué)的問題，正在由化學(xué)分子學(xué)、化學(xué)遺傳學(xué)而且向化學(xué)基因組學(xué)的方向擴(kuò)展，構(gòu)成了現(xiàn)代生物學(xué)與遺傳學(xué)的重要技術(shù)基礎(chǔ)[1-3]。
3通過生物化學(xué)課程的學(xué)習(xí)，拓展化學(xué)生畢業(yè)后就業(yè)渠道
化學(xué)專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)后很多都是從事農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、醫(yī)療、環(huán)?；蚴称窢I養(yǎng)等相關(guān)行業(yè)，這些行業(yè)不僅要求從業(yè)者有牢固的有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)等化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，還要求從業(yè)者掌握和懂得生物化學(xué)方面的知識(shí)。很多化學(xué)專業(yè)的科研工作者亦經(jīng)常碰到與生物知識(shí)有關(guān)的化學(xué)問題，畢業(yè)后還得花費(fèi)大量的精力和時(shí)間補(bǔ)充生物化學(xué)方面的知識(shí)。通過化學(xué)專業(yè)設(shè)置生物化學(xué)課程知識(shí)，培養(yǎng)厚基礎(chǔ)、寬口徑的化學(xué)專業(yè)畢業(yè)生，讓學(xué)生在化學(xué)專業(yè)原有的基礎(chǔ)上掌握基本的生物學(xué)知識(shí)，具有堅(jiān)實(shí)的化學(xué)與生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和較廣泛的化學(xué)生物學(xué)交叉領(lǐng)域的知識(shí)，具有熟練的化學(xué)與相關(guān)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技能，創(chuàng)新意識(shí)強(qiáng)，綜合素質(zhì)高，能成為在化學(xué)生物學(xué)、化學(xué)、生命、醫(yī)藥、材料、化工、環(huán)保等相關(guān)領(lǐng)域從事教學(xué)、科研、技術(shù)開發(fā)及管理工作的復(fù)合型應(yīng)用人才[2，4]。遺憾的是化學(xué)專業(yè)開設(shè)生物化學(xué)課程的難度和教材皆不盡如人意，生物化學(xué)是涉及知識(shí)范圍廣的學(xué)科，教材主要針對生物學(xué)或醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生，因此花費(fèi)過多的篇幅介紹相關(guān)的基本化學(xué)知識(shí)，容易使化學(xué)專業(yè)學(xué)生失去學(xué)習(xí)的興趣，而且教材生物學(xué)知識(shí)的起點(diǎn)較高，化學(xué)專業(yè)學(xué)生對體內(nèi)代謝等缺乏系統(tǒng)的掌握和了解，導(dǎo)致化學(xué)專業(yè)學(xué)生出現(xiàn)知其然,不知其所以然的情況,這樣的學(xué)習(xí)失去了生命科學(xué)的特色,學(xué)生的收獲也會(huì)不大[1，6]。因此適合化學(xué)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)生物化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容的構(gòu)建顯得很重要。
3.1教學(xué)形式和方法上要靈活
科學(xué)選擇教學(xué)方法，巧妙靈活應(yīng)用各種教學(xué)手段，開展討論式、提問等互動(dòng)式教學(xué),啟發(fā)學(xué)生的思維，激發(fā)學(xué)生課堂的主動(dòng)性。利用生物信息學(xué)網(wǎng)站提供的一些類似于DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯過程中的動(dòng)畫和蛋白及核酸等分子的三維結(jié)構(gòu)的生物大分子物質(zhì)圖等方式,增強(qiáng)學(xué)生的感官認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)生學(xué)習(xí)的樂趣性。利用多媒體教學(xué)采用綱要信息圖表法出示比原有知識(shí)更為簡潔的綱要信號(hào),以簡化信息,提高學(xué)生認(rèn)知的清晰度,喚起學(xué)生對舊知識(shí)的回憶,提高學(xué)生思維敏捷性。教學(xué)時(shí)通過一些具體的有代表性的例子讓學(xué)生更容易接受，例如在講糖代謝和三羧酸循環(huán)時(shí)聯(lián)系我們?nèi)粘５奶悄虿』颊?，因其胰島素不足或發(fā)生胰島素抵抗，糖原轉(zhuǎn)化功能受訴，導(dǎo)致血糖的升高，把復(fù)雜的知識(shí)生活化，不但能吸引學(xué)生的注意力，還能提高學(xué)生物的學(xué)習(xí)熱情。
3.2教學(xué)內(nèi)容上要適宜
生物化學(xué)教學(xué)內(nèi)容上對化學(xué)專業(yè)已經(jīng)學(xué)過的糖、蛋白質(zhì)和脂類結(jié)構(gòu)等內(nèi)容上簡單性回顧精講適宜，不宜花很多篇幅和時(shí)間。增加生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，如細(xì)胞結(jié)構(gòu)，細(xì)胞器的功能等內(nèi)容，讓化學(xué)專業(yè)學(xué)生打好學(xué)生物化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，提高學(xué)生的積極性。在機(jī)體生物轉(zhuǎn)化和規(guī)律，分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系等內(nèi)容要循序漸進(jìn)，讓學(xué)生與原有化學(xué)專業(yè)的知識(shí)體系銜接，在突出生物性的前提下，將龐雜的知識(shí)點(diǎn)分成難、中、易三個(gè)等級，因人制宜，根據(jù)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)和接受能力不同區(qū)別對待，使生物化學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容能夠適應(yīng)藥學(xué)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)和接受能力?；瘜W(xué)專業(yè)開設(shè)生物化學(xué)課程是知識(shí)交叉、學(xué)科滲透的科技時(shí)代要求，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)、綜合素質(zhì)高的復(fù)合型化學(xué)人才的社會(huì)需求，是化學(xué)專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后從事工作的迫切需求。但是，對化學(xué)專業(yè)學(xué)生開設(shè)生物化學(xué)課程的授課方法和講授內(nèi)容上還必須不斷的研究，使這門課程的教學(xué)體系設(shè)計(jì)能夠符合化學(xué)專業(yè)的實(shí)際還需要我們進(jìn)一步探索。
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