文档视界 最新最全的文档下载
当前位置:文档视界 › 激光诱导荧光_LIF_技术在生物学领域中的应用与发展_高雪松

激光诱导荧光_LIF_技术在生物学领域中的应用与发展_高雪松

激光诱导荧光_LIF_技术在生物学领域中的应用与发展_高雪松
激光诱导荧光_LIF_技术在生物学领域中的应用与发展_高雪松

激光诱导荧光!!"#"技术在生物学领域中

的应用与发展

高雪松余小敏

!!"北京理工大学信息科学技术学院#北京!#$$%$$

&"亚洲光学集团!杭州"科技开发有限公司#杭州’!$$$%"

%摘要&概述了激光诱导荧光!()*"技术在生物学中的应用及其进展’给出了()*技术分类及其应用领域#并介绍了()*技术在探测化学毒气和生物战剂方面的应用以及各国对生物战剂的防护手段’

关键词(激光诱导荧光$生物医学应用$化学毒气$生物战剂$探测

中图分类号(+,’

())*+",#+-./-01,/234.56"257*6-32/"2."281479+.:+-*-;<,.54#/=2>2*-)?2.#

!"#$%&’()*+,-$./)’0.*

!123*4)50/6.)*78.&*8&9:&8;*)<)+=>)<<&+&?@&.A.*+-*.B&5(.6=)478.&*8&9:&8;*)<)+=C@&.A.*+1DDDEDC>;.*/F GH78.&*8&9:&8;*)<)+=I&B&<)J0&*6>)H K6LHC"(./#J6.8/;.*/P

(@/#3,"#A#*L&(85.Q.*+6;&/JJ<.8/6.)*()4

65)L%8&L.*L&6./

B2

$引言

荧光是物质的一种光致发光现象#荧光光谱对应物质的下能级结构’利用分子荧光作为信息载体进行物质分析和检测的研究方法称为荧光分析法!荧光诊断法"’激光诱导荧光!K/(&53*L%8&L S<%)! 5&(8&*8&#K3S"技术是荧光诊断法的一种#与普通荧光诊断方法不同的是K3S激发光源是可以精确控制激发光参数的激光’

最早记录荧光现象的是西班牙的Y)*/5L&(Z# [\]\年他在一种木头切片的水溶液中发现了天蓝色的光#此后在相关媒体上陆续出现有关荧光研究的报道#但在解释发光机理方面却没有进展’直到[E\G年#76)W&(对荧光现象进行了科学的解释之后#对荧光现象的研究才普遍开展起来#并使之成为物

质检测和分析的一种有效手段!进入!"世纪"科学仪器的发展加速了荧光技术的发展与应用"光电倍增管#光谱仪#像增强器###$技术#计算机和激光的发明和使用给荧光分析技术带来了一个新的飞跃!

./0,技术的分类

荧光分析是对物质分子的激发光谱和物质荧光光谱参数的分析!激发光谱是指不同激发波长的辐射引起物质发射某一波长荧光的相对效率"而荧光光谱是指某一激发波长引起物质发射不同波长荧光的相对强度"它们均是用荧光分析法进行定量和定性分析的基本参数和依据!荧光分析方法有荧光光谱分析#同步扫描荧光光谱分析#三维荧光光谱技术#时间分辨荧光探测#荧光偏振测定和荧光成像等!

荧光光谱分析研究的是荧光光谱形状#荧光强度#峰值位置#峰值带宽#与特征波长对应的荧光强度等相关信息"称为常规荧光分析技术!

同步扫描荧光光谱分析技术是在同时扫描激发波长和荧光波长情况下获得的"由测得的荧光强度信号与对应的激发波长构成荧光光谱图"称为同步荧光光谱!该方法的优点是使光谱简化#谱带窄化#减小光谱重叠现象和降低散射光影响!

三维荧光光谱技术测量的是物质荧光强度随激发波长变化关系的图谱"即三维荧光光谱!这种技术的优点在于它能获得激发波长与荧光波长同时变化的荧光强度信息!

时间分辨荧光探测技术是指利用荧光的时间特性来提高物质鉴别的选择性!物质分子不同"荧光寿命也不相同"因而可以利用寿命的不同来区分化合物!利用一个脉冲激发光源和具有时间$窗%的门检测系统"可以得到在固定波长的荧光强度与时间的关系曲线和在固定时间的荧光发射光谱!该方法的优点是能够对混合物中光谱重叠但寿命差异的组分进行分辨并分别测定"消除杂质与背景荧光干扰"提高信噪比"有助于对生物大分子和基团作用的研究!荧光偏振测定是通过测量荧光偏振方向的变化来鉴别物质!受激光激发的物质产生的荧光也是偏振的"荧光偏振方向与荧光物质的体积#形态和所处理的环境有关"因此荧光偏振方向反映物质变化信息!该方法已广泛应用于免疫检测和生化研究领域!

荧光成像是指利用凝视型或扫描型成像器件对被研究物质的荧光图像进行探测的方法!该方法与图像融合技术结合"可同时提供目标的荧光光谱信息和位置信息"其突出优点是直观#便于定位!

1/0,技术的应用领域

由于激光荧光诊断技术具有高效#痕量#微观#准确#灵敏#非接触#光学选择性强#精度高#实时性强#可非接触测量和特异性等特点"因此在以下方面得到了广泛应用&

%&用于医学诊断’

’&在生物化学和分子生物学中的应用"如脂肪族#芳族等化合物荧光分析’氨基酸#蛋白质#维生素#胺类化合物#酶和铺酶等的荧光分析’

(&用于无机化合物的荧光分析"如微量元素检测等’

)&用于分析地矿中各种元素的含量’

*&用于日用清洁剂#化妆品卫生指标的检测和生产过程中的在线监控’

+&用于测定大气污染类型#程度’污染物成分和含量’测定江河湖海和土壤中的污染成分’

,&用于药物#毒物#农药和毒品的鉴定和探测"利用遥感和光纤技术可伸展作用距离’

-&用于食品卫生检验’

.&用于探测燃烧和爆炸温度’

/&用于对兴奋剂等违禁药品的检测!

2/0,技术在生物医学中的典型应用

激光诱导荧光技术最早是作为一种激光诊断技术在生物医学中得到应用!一般来说"激光诊断技术

图!香农的信息传输模型

是指用激光作光源!通过研究被测物质与激光相互作用过程中所发出的信息来获得被研究物质的结构"组分等固有组成的一种获得信息的方法#如图!所示!根据香农的信息传输模型!任何对象都向外界发出信息来表明其固有特性!即有对外界的表象!这些表象可以通过不同途径被探知!通过对表象的了解加之科学的分析研究!可以得到对象的固有特性$激光诊断技术的作用是通过激光的引入!使信源发出信息的编码%信道"噪声和译码过程发生改变!其目的是提高可被探测信号的信噪比!并且上述改变过程是以信宿能获得最大信息量为原则$因此基本的激光诊断系统是采用激光技术"电子学技术和计算机技术的综合系统$在这个系统中!所用的光学方法是核心!电子学是信息处理的基础!而计算机和电子技术是手段$激光诱导荧光技术在生物医学中较为成熟的应用有如下几个方面$

($)癌症早期诊断

"#世纪初!人们已经发现人体正常组织和恶性肿瘤组织的荧光光谱存在很大差异$最早发现肿瘤组织和正常组织存在荧光差异的是$%&’()*+!!,"-年他在肉瘤实验模型中观察到肿瘤组织在紫光照射下能发出红色荧光$./0*%和1/*2)3在!,44年发现!当把手术切除的乳腺组织暴露在紫外光下时!正常组织发出绿色荧光!而肿瘤组织发出粉红色荧光$ 5/67*和1)38)*于!,-"年发现从血红质中提取出的光敏剂血卟啉&972)0%:%*:;<*’3=9:’易存于肿瘤组织中!并可发出较强的有特征峰的红色激发荧光$ !,>-年?%3(;7@7等人在乳腺癌%皮肤癌和口腔癌的肿瘤组织中也观察到类似现象!至此人们注意到生物组织的内源性自体荧光在肿瘤诊断中的潜在应用价值$!#世纪A#年代初!新的光敏剂血卟啉衍生物&972)0%:%*:;<’3B7*’C)0’C7!9:B’研制成功!与9:相比!9:B有效性强%浓度高!对肿瘤组织可表现出更好的特异性!推动了外源药物荧光诊断的发展$实验结果表明!在支气管肺癌%皮肤癌%宫颈癌和口腔癌等多种部位的肿瘤组织中都可观察到9:B的特殊红色荧光!对肿瘤组织的定位具有明显应用价值$ !,A#年激光的问世以及内窥镜和光纤技术的应用!使人体腔内癌症临床早期诊断!即利用DEF进行癌症早期诊断成为可能$进入"#世纪G#年代中期以来!已经在临床成功地实现了肺癌%胃癌%肠道癌和宫颈癌等早期诊断$激光诱导荧光技术在诊断早期肿瘤方面的应用价值已逐渐引起医学界%工程界专家的关注!并成为激光医学分支学科中的一个热点研究方向$

($%免疫细胞活性检验

自然杀伤细胞&H)0/*)&I’&&7*!HI’是机体非特异性免疫细胞中的重要成员$HI细胞无需抗原预先激励!也不需要抗体参与!就可以直接杀伤某些肿瘤细胞和病毒感染的细胞!因此在机体免疫监视%抗肿

瘤和早期抗感染免疫过程中起重要作用!建立快速准确新型的!"细胞杀伤活性检测法"对检测非特异性免疫功能#基础医学的研究和临床某些疾病$如肿瘤%的诊断和疗效评价具有重要意义!

放射免疫分析法$#$%%具有灵敏度高#专一性强的特点"但同时又具有极强的副作用!非放射性的时间分辨免疫荧光分析法$&’()*#)+,-.)/0-1,2)+!

3)43)$((14,5++56"�$%%是继放射性核素免疫分析法和荧光免疫分析法之后发展起来的一种新型免疫分析方法"具有无放射性#特异性强#稳定性好#线性范围宽#取样少和分析速度快等优点!用�$%测定!"细胞杀伤活性"能克服放射性免疫分析法污染环境和酶释放检测法灵敏度低和特异性较差等缺点!

78世纪98年代"芬兰:5--53实验室和加拿大的;6<)2公司分别研制出时间分辨荧光检测仪及其配套试剂$例如=1;%>&和=1?&>%等%"使�$%开始进入应用阶段"并在临床和基础医学中迅速推广!�$%已经用于淋巴腺激活的杀伤细胞活性检验$@,-A(544)B5-C"DE99%#&淋巴细胞活性检验$F254<)2A2B5-G"DE99%#辅助媒介细胞溶解检验$;1’54/H6+B264"DEE7%和先导淋巴细胞毒性确定IH,1(5 )B5-C"DEEJK"具有灵敏度高#专一性强#稳定性好和非放射性等优点!

"5L<-,(<)2A等人用铕标记靶细胞"用�$%方法测量!"细胞活性!其基本原理是将镧系稀土离子标记到靶细胞后"将标记的靶细胞溶于免疫细胞溶液"靶细胞被免疫细胞破坏后"释放出镧系稀土离子"被释放稀土离子的数量反映免疫细胞的活性!由于镧系稀土离子的荧光寿命很长$百微秒量级%"远大于生物组织$纳秒量级%"因此镧系螯合物的荧光衰减时间远大于背景荧光的衰减时间!�$%利用这一特性"延迟特定时间后"测量样品发出的荧光"避免短寿命背景荧光的影响"节省了传统的荧光剂$羧基荧光剂衍生物%标记检验过程中必需的背景校正步骤!

从78世纪E8年代起"我国医疗单位也相继开展了�$%的研究和临床工作"已合成多种螯合物#专用试剂"建立了多项�$%分析方法"如北京J8D医院用�$%进行了肿瘤标记#蛋白质激素#流体类化合物和MH@标记物的检测"上海儿童医院用�$%测定了妊娠NODN周妇女的血清甲胎蛋白及新生儿的促甲状腺素等"但截止目前国内尚未见�$%用于!"细胞杀伤活性检测的报道!

�$%检测法可应用于如下几个方面&$D%快速准确判断机体非特异性抗肿瘤#抗感染能力’$7%在以提高机体免疫系统活性的临床药物$例如中药%治疗肿瘤过程中"及时获得治疗效果信息’$J%为抗肿瘤药物的研制和生产提供免疫学依据’$P%有望成为人体血液常规检验的一项内容"以便对!"细胞活性低下者及时提出治疗方案!

1$2化学毒气和生物战剂的探测

生物战剂是一类由活的有机体产生的高活性特殊毒素!目前世界上大约有78个国家已被证实或怀疑拥有化学武器计划"有的国家还有生物战计划!对生化战剂的防护是各国国防体系中的一个重要组成部分!

随着基因工程和其他生物技术的发展"许多毒素的大量生产变得比较容易!虽然它目前还不能被做成大规模的毁伤性武器"但是与核武器相比"其生产和使用要容易许多"生化武器已对社会和地区稳定以及世界和平构成了严重威胁!对生化战剂的及时侦察和探测在战略和战术上都有极其重要的意义"有必要加强对它的研究和防护!在这个方面"美国正向着生化并检#远程遥测#即时报警和自动报告的方向发展!

目前用于生化战剂侦检的方法有许多种"其中点探测方法有特种酶探测法#离子迁移分光光度法#火焰分光光度法#表面声波法#固定化酶法#气相色谱与离子迁移法#生物光度法和压电法等’用于远距离遥感的有传输型和功能型光纤探测法以及Q$0探测法!由于Q$0探测法适于现场#实时#遥感探测的

特点!因此世界各国普遍采用这种方法进行生化战剂的遥感"

对生物战剂的研究包括两个方面!一是对战剂的分析!包括种类#来源#毒性和理化性质的分析$二是防护手段的研究!包括生物战剂的实时监测#报警#个人防护#区域防护#诊断#预防和治疗等方面的研究"

根据对战剂的分析!在!""#年底举行的国际禁止化学武器会议上列出了近$%%种毒素!其中有&%%’(%%种毒素因为生产规模#施放面积#毒性#稳定性等方面的限制!在短期内尚不能构成军事威胁"但研究表明!有几种毒素!不仅具有极高的毒性%仅几公斤或几十公斤就可以构成)%%平方公里内的人员伤害&!而且能够大批量生产%几吨至几十吨&!可能用于生物战剂"有些毒剂虽然不能大量生产!理化性质不甚稳定!但也可能成为恐怖组织在特定场合实施攻击的武器"

在防护手段研究方面!各国对生物武器防护研究的重要性和迫切性的认识日益提高"美国在*""+财年’国防报告(中提出由国防部向国会提交核生化防护年度报告!这表明生物战剂的防护已经与核武器和化学武器防护一起在美国国防中占有特殊重要的地位"各国对生物战剂侦检报警系统研制均高度重视!其中战场区域性早期预警系统的研制倍受重视"法国,-.研究机构研究的装在空运掩蔽部内的生物战剂一体化侦检系统!已于/%%+年投入部队使用"加拿大萨菲尔德防护研究所研制的,0.123!型侦检系统利用紫外激光照射测定粒子的荧光量及光谱!以确定粒子是否来源于生物战剂"该系统能分辨+种含生物战剂粒子!分辨时间不超过#4"美国能源部564178964国家研究所研制的:"$型远程生物遥感侦检系统!战术应用距离为+;9!战略应用达*<;9!系统可机载#舰载或装载于地面平台"=>?@AB@;公司研制的短程生物遥感侦检系统%3CD.323&的侦检距离为+;9!该系统用二极管泵浦EFGH1I激光器三倍频后的紫外激光%(++J9&作为激光雷达生物战剂侦检器的泵浦源!系统接收生物战剂受激产生的荧光%(<<’$<

!结束语

激光诱导荧光技术在生物医学中的应用范围正不断扩大和深入开展!目前已经取得了丰硕成果!并有一部分成果转化为商品!随着激光技术#探测技术和电子技术等关键技术水平的不断提高!激光诱导荧光技术将在生物医学的各个领域中发挥更大的作用"%参考文献略&%E6KLM

生物技术发展

学高身正明德睿智 云南省唯一的省属重点师范大学 学校:云南师范大学 学院:生命科学学院 专业:生物科学10级B班 姓名: 学号: 学制: 四年

浅谈现代生物技术发展历史 摘要:现代生物技术是通过生物化学与分子生物学的基础研究而快速发展起来的。医药生物技术起步最早、发展最快,目前世界已有2000多家生物技术公司,其中70%从事医药产品的开发。生物技术工业总体日趋成熟,正在由风险产业变成以商业为动力,以市场为中心的产业。应用生物技术已有可能产生几乎所有的多肽和蛋白质,基因工程技术的应用已使新药研究方法和制药工业的生产方式发生重大变革。 关键字:现代生物技术历史现状研究 导言科学家们认为,20世纪的科学技术是以物理学和化学的成就占主导地位,而21世纪的科学技术是以生物学的成就占主导地位。21世纪称为生命科学的世纪,生物技术称为21世纪的朝阳产业。生命科学的新发现,生物技术的新突破,生物技术产业的新发展将极大地改变人类及其社会发展的进程。在生物技术领域取得的突破性进展可以彻底消除营养不良,改善食品的生产方式,消除各种污染,延长人类寿命,提高生命质量等。一些成果还可以帮助人类加速植物和动物的人工进化以及改善生态环境对人类的影响等。 一.分类 生物技术的发展可分为三个阶段,即传统生物技术、近代生物技术和现代生物技术。 (一)传统生物技术阶段 指19世纪末到20世纪30年代前,以发酵产品为主干的工业微生物技术体系。这一时期的生物技术主要是通过微生物的初级发酵来生产食品,其应用仅仅局限在化学工程和微生物工程的领域,通过对粗材料进行加工、发酵和转化来生产纯化人们需要的产品,如乳酸、酒精、面包酵母、柠檬酸和蛋白酶等。 (二)近代生物技术阶段 近代生物技术是以20世纪4O年代抗菌素的提取,50年代氨基酸的发酵到60年代酶制剂工程为线索,仍以微生物发酵技术为技术特征的。这一时期抗生素工业、氨基酸发酵和酶制剂工程相继得到发展,细胞工程相关技术日臻完善,但从技术特征上看还不具备高新技术诸要素,因此只能被视为近代生物技术。 (三)现代生物技术阶段 现代生物技术以20世纪70年代DNA重组技术的建立为标志,以世界上第一家生物技术公司——Gene-Tech的诞生(1976)年为纪元。此后,越来越多的科学

最新生物技术的发展和应用

生物技术地发展和应用 自2001年初,生物技术产业便显现出一片诱人地前景。人类基因组草图地即将完成,带动各生物技术地不断飚升。人们普遍认为这将导致医学与药物研究地繁荣,并会带来滚滚地财富。随着基因组测序地完成,许多科学家和投资者开始把目光投向生物技术向个学科地渗透,如今生物技术已经在芯片、医学等领域都取得丰硕地成果。下面对生物芯片、基因治疗及微生物地研究地基本问题作简单地介绍。 (一)生物芯片 20世纪90年代初开始实施地人类基因组计划取得了人们当初意料不到地巨大进展,而由此也诞生了一项类似于计算机芯片技术地新兴生物高技术———生物芯片。 生物芯片主要是指通过微加工和微电子技术在固体芯片表面构建微型生物化学分析系统,以实现对生命机体地组织、细胞、蛋白质、核酸、糖类以及其他生物组分进行准确、快速、大信息量地检测。目前常见地生物芯片分为三大类:即基因芯片、蛋白芯片、芯片实验室或称微流控芯片等。生物芯片主要特点是高通量、微型化和自动化。生物芯片上高度集成地成千上万密集排列地分子微阵列,能够在很短时间内分析大量地生物分子,使人们能够快速准确地获取样品中地生物信息,检测效率是传统检测手段地成百上千倍。使用基因芯片分析人类基因组,可找出癌症、

糖尿病由遗传基因缺陷引起疾病地致病地遗传基因。生物医学研究人员可以在数秒钟内鉴定出导致癌症地突变基因。借助一小滴测试液,医生们能很快检测病菌对人体地感染。利用基因芯片分析遗传基因,可以使糖尿病地确诊率达到50%以上。生物芯片在疾病检测诊断方面具有独特地优势,它可以在一张芯片上同时对多个病人进行多种疾病地检测。仅用极小量地样品,在极短时间内,向医务人员提供大量地疾病诊断信息,这些信息有助于医生在短时间内找到正确地治疗措施。对肿瘤、糖尿病、传染性疾病、遗传病等常见病和多发病地临床检验及健康人群检查,具有十分重要地应用价值。 (二)基因治疗 众里盼她千百度,如今,基因治疗已近走出实验室,进入实践阶段,如:癌症地基因治疗,肿瘤地基因治疗属于一种生物治疗手段,是一大类治疗策略地总称。根据治疗机理不同,目前至少可以分为以下几方面: (1)免疫基因治疗:指地是通过基因修饰地瘤苗或抗原呈递细胞体内回输,或者免疫基因地直接体内导入,激发或增强人体地抗肿瘤免疫功能,达到治疗肿瘤地目地,它也是一大类治疗地总称。治疗基因包括肿瘤相关抗原基因、细胞因子基因或者MHC基因等。

光电技术在生物医学中的应用一现状与发展

论文题目: 光电技术在生物医学中的应用——现状与发展 学院 专业名称 班级学号 学生 2013年12月19日

摘要: 简要介绍光电技术在生物医学应用中的发展概况,从基因表达与蛋白质——蛋白质相互作用研究方面,重点讨论了生物分子光子技术的特点与优势,阐明基于分子光学标记的光学成像技术是重要的实时在体监测手段,最后简要讨论了医学光学成像技术在组织功能成像和脑功能成像中的应用原理。 关键词:光电技术,医学诊断与治疗,分子光子学,医学成像

1.生物医学光子学发展简介 光电技术在生物医学中的应用实质上就是生物医学光子学的研究畴。生物医学光子学是近年来受到国际光学界和生物医学界广泛关注的研究热点。在国际上一般称为生物医学光子学或生物医学光学。 光子学以量子为单位,研究能量的产生、探测、传输与信息处理。光子技术在生物与医学中的应用即定义为生物医学光子学,其相应产业涉及人类疾病的诊断、预防、监护、治疗以及保健、康复等。研究容包括:光子医学与光子生物学,X-射线成像,MRI ,PET等。近年来,生物医学光子学在生物活检、光动力治疗、细胞结构与功能检测、对基因表达规律的在体观测等问题上取得了可喜研究成果,目前正在从宏观到微观多层面上对大脑活动与功能进行研究。美国《科学》杂志在最近儿年已发表相关论文近20篇。随着光子学技术的发展,生物医学光子学将在多层次上对研究生物体特别是人体的结构、功能和其他生命现象产生重要影响。 在国际上已经成立了国际生物医学光学学会(International Biomedical Optics Society),简称IBOS。IBOS每年与国际光学工程学会(SPIE)联合举办学术会议。国外 学术交流方面,作为生物医学工程和光学工程领域重要国际会议的“生物医学光学国际学术研讨会”(International BiomedicalOptics Symposium,简称BIOS)每年在美国和欧洲各举办一次。在国,国家自然科学基金委员会生命科学部与信息科学部联合发起并承办的全国光子生物学与光子医学学术研讨会已经举办了六届。在第六届学术会议上发表学术论文75篇,论文摘要27篇。 从光电技术(或光子技术)在生物医学中的应用现状可以看到,光子医学与光子生物学的研究和应用围是广泛而且深入的,并正在形成有特色的学科和产业。例如,由于生物超微弱发光与生物体的细胞分裂、细胞死亡、光合作用、生物氧化、解毒作用、肿瘤发生、细胞和细胞间的信息传递与功能调节等重要的生命过程有着密切的联系,基于生物超微弱发光的生物光子技术在肿瘤诊断、农业、环境监测、食品监测和药理研究等方面己经得到应用。 下面主要从生物分子光子技术和医学光学成像技术两个方面介绍当前的研究现状 与发展趋势。

现代生物技术的应用与展望

现代生物技术的应用与展望 姓名:班级:学号: 摘要:参阅大量文献资料对近年来生物技术在农业、医药业、社会科学等中的应用进展进行了综述。从改革传统农业结构,解决食品短缺问题的应用、深入基因研究,解决健康长寿问题、运用现代生物技术,解决环境污染问题等内容出发,指明了生物技术现代科学发展中的应用前景。 关键词:生物技术基因医学健康农业 Abstract: a large number of literature on recent biotechnology in agriculture, medicine and industry, social science and application were reviewed in this paper. From the reform of traditional agriculture structure, to solve food shortage problem, in-depth application of genetic research, solve the longevity and health problems, use of modern biological technology, solve the problem of environmental pollution and other content, pointed out the biological technology of modern science and application prospects. 现代生物技术也可称之为生物工程,是以重组DNA技术和细胞融合技术为基础,利用生物体(或者生物组织、细胞及其组分)的特性和功能,设计构建具有预期性状的新物种或新品系,以及与工程原理相结合进行加工生产,为社会提供商品和服务的—个综合性技术体系。其内容包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程。现代生物技术的诞生以2O世纪7O年代初DNA重组技术和淋巴细胞杂交瘤技术的发明和应用为标志,迄今已走过了30多年的发展历程。实践证明现代生物技术对解决人类面临的粮食、健康、环境和能源等重大问题方面开辟了无限广阔的前景,受到了各国政府和企业界的广泛关注,与微电子技术、新材料技术和新能源技术并列为影响未来国计民生的四大科学技术支柱,是2l世纪高新技术产业的先导。可以预测,生物技术的应用与发展将导致生产体系与经济结构的飞跃变化,甚至可能引发一次新的工业革命,对人类社会的生产、生活各方面必将产生全面而深刻的影响。 1 改革传统农业结构,解决食品短缺问题 现代生物技术在农业中最突出的应用是利用转基因技术,将目的基因导入动、植物体内,对家畜、家禽及农作物进行品种改良,从而获得高产、优质、抗病虫害的转基因动植物新品种,达到充分提高资源利用效率,降低生产成本的目的。经过长期不断的努力,现代农业生物技术已取得重大突破,不仅从根本上改变了传统农作物的培育和种植,也为农业生产带来了新一轮的革命,并将在解决目前人类所面临的粮食危机、环境恶化、资源匮乏、效益衰减等方面发挥巨大作用。 1.1 提高农产品的产量与质量农作物病虫害是造成农业产量下降的主要原因之一,因而利用转基因技术把抗病、抗虫基因导入农作物中,使之可避免或减少病虫害。近年来,抗黄杆菌的水稻、抗除草剂的大豆、抗病毒病的甜椒、抗腐能力强与耐贮性高的番茄等转基因植物开始进入市场,提高了产量,增加了效益;根据人类的需要,还可把特定基因导入植物体,可达到改良农产品品质的目的,如高含量必需氨基酸的马铃薯,高蛋白质含量的大豆等;此外还可利用生物技术破坏水果细胞壁纤维酶,保证猕猴桃、桃、西红柿等水果成熟但不变软而提高水果的保鲜度,便于水果的运输。从1996年到2o02年,转基因农作物在全球的种植面积从170万ha扩大到5810万ha,即增加35倍,显示了现代农业生物技术强大的生命

激光诱导荧光法用于内燃机燃烧可视化的研究进展

R esearch Progress of Cooling System for Modern V ehicle Engine CH EN G Xiao 2bei ,Pan Li ,J V Hong 2ling (School of Energy &Power Engineering ,Huazhong University of Science &Technology ,Wuhan 430074,China ) Abstract :The development status ,influencing factors and existing problems of cooling system were briefly analyzed ,and the f ront design concept and research method like the intelligent electronic 2controlled coolin g ,precise cooling ,split cooling ,air 2side flow and vehicle thermal management for engine cooling system were also introduced.The hig h efficiency and low consumption realized with modern engine cooling system were discussed ,it was pointed out that the integration of precise cooling and split cooling with electronic 2controlled elements was the feasible method ,and the vehicle thermal management would be the main method to improve the cooling performance entirely. K ey w ords :automobile engine ;cooling system ;intelligent control ;thermal management ;prediction of development trend [编辑:潘丽丽] 收稿日期:2007210218;修回日期:2008201211 作者简介:马 骁(1983— ),男,四川省荥经市人,在读博士,主要研究方向为内燃机燃烧的激光诊断;max @https://www.docsj.com/doc/486863721.html, 。激光诱导荧光法用于内燃机燃烧可视化的研究进展 马 骁,何 旭,王建昕 (清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京 100084) 摘要:阐述了激光诱导荧光法用于内燃机可视化的基本原理。结合研究实例中典型的试验装置重点介绍了激光诱导荧光法在内燃机可视化研究中的应用情况,包括燃烧组分和温度场的激光诱导荧光测量、高度挥发性燃料的喷雾与混合气形成的平面激光诱导荧光法测量以及内燃机喷雾中气液两相的复合激光诱导荧光测量。 关键词:内燃机;激光诱导荧光;可视化;混合气形成;喷雾 中图分类号:T K464 文献标志码:A 文章编号:100122222(2008)0120007207 近年来控制汽车尾气排放和燃油经济性的法规 日益严格,对内燃机的研发,尤其是在缸内混合气组织、燃烧控制方面提出了更高的要求。可视化技术能够直观地提供缸内混合气形成和燃烧状态的信息,,因而可视化研究作为内燃机基础研究的重要一环一直受到国内外内燃机界的重视。 以激光诱导荧光(L IF )法为代表的现代光学诊断方法用于内燃机可视化技术是近年来的研究热点。L IF 法可以以非侵入的形式定量测量主要污染物及中间产物浓度分布、流场温度、混合气浓度分布等参数,采用不同的试验装置可以进行单点、一维、二维及准三维的测量[1],是一种灵活而有效的测试手段。随着激光器、增强型电荷耦合器件(ICCD )及光电倍增管等技术的不断发展,L IF 法正被更多的 研究者用于内燃机可视化研究。 1 L IF 法的基本原理 当激光光子的能量(表征为波长λ)符合分子特 定两个能级之间能量间隔时,受照射分子可以吸收光子从基态跃迁至高能态。由于处于高能态的分子不稳定,故在一定时间内受激分子将通过辐射和非辐射的方式释放能量返回基态,在此过程中分子的自发辐射发光称为荧光。荧光的特性随荧光物质的种类、环境温度、压力以及周围物质氛围的不同而呈现出较大的差异[2]。在满足一定条件时,通过荧光的强度可以得到包括浓度、温度、组分在内的多种物理参数。 在用L IF 法进行内燃机可视化研究中,作为观察对象的受激分子通常是以NO 为代表的燃烧产物 第1期(总第173期)2008年2月车 用 发 动 机V EHICL E EN GIN E No.1(Serial No.173) Feb.2008

生物技术的发展和应用

生物技术的发展和应用 自2001年初,生物技术产业便显现出一片诱人的前景。人类基因组草图的即将完成,带动各生物技术的不断飚升。人们普遍认为这将导致医学与药物研究的繁荣,并会带来滚滚的财富。随着基因组测序的完成,许多科学家和投资者开始把目光投向生物技术向个学科的渗透,如今生物技术已经在芯片、医学等领域都取得丰硕的成果。下面对生物芯片、基因治疗及微生物的研究的基本问题作简单的介绍。 (一)生物芯片 20世纪90年代初开始实施的人类基因组计划取得了人们当初意料不到的巨大进展,而由此也诞生了一项类似于计算机芯片技术的新兴生物高技术———生物芯片。 生物芯片主要是指通过微加工和微电子技术在固体芯片表面构建微型生物化学分析系统,以实现对生命机体的组织、细胞、蛋白质、核酸、糖类以及其他生物组分进行准确、快速、大信息量的检测。目前常见的生物芯片分为三大类:即基因芯片、蛋白芯片、芯片实验室或称微流控芯片等。生物芯片主要特点是高通量、微型化和自动化。生物芯片上高度集成的成千上万密集排列的分子微阵列,能够在很短时间分析大量的生物分子,使人们能够快速准确地获取样品中的生物信息,检测效率是传统检测手段的成百上千倍。使用基因芯片分析人类基因组,可找出癌症、糖尿病由遗传基因缺陷引起疾病的致病的遗传基因。生物医学研究人员可以在数秒钟鉴定出导致癌症的突变基因。借助一小滴测试液,医生们能很快检测病菌对人体的感染。利用基因芯片分析遗传基因,可以使糖尿病的确诊率达到50%以上。生物芯片在疾病检测诊断方面具有独特的优势,它可以在一芯片上同时对多个病人进行多种疾病的检测。仅用极小量的样品,在极短时间,向医务人员提供大量的疾病诊断信息,这些信息有助于医生在短时间找到正确的治疗措施。对肿瘤、糖尿病、传染性疾病、遗传病等常见病和多发病的临床检验及健康人群检查,具有十分重要的应用价值。 (二)基因治疗 众里盼她千百度,如今,基因治疗已近走出实验室,进入实践阶段,如:癌症的基因治疗,肿瘤的基因治疗属于一种生物治疗手段,是一大类治疗策略的总称。根据治疗机理不同,目前至少可以分为以下几方面: (1)免疫基因治疗:指的是通过基因修饰的瘤苗或抗原呈递细胞体回输,或者免疫基因的直接体导入,激发或增强人体的抗肿瘤免疫功能,达到治疗肿瘤的目的,它也是一大类治疗的总称。治疗基因包括肿瘤相关抗原基因、细胞因子基因或者MHC基因等。 (2)抑癌基因治疗:抑癌基因的失活是肿瘤发生过程中重要的分子事件,研究证明,体导入野生型抑癌基因,替代缺失或异常的抑癌基因表达,可以达到抑制肿瘤细胞增殖的效果。目前研究较为深入的抑癌基因治疗主要运用P53、P16、RB基因等,其中又以P53基因应用最广泛,许多治疗方案已进入临床试验阶段。 (3)反义癌基因治疗:癌基因是一类细胞增殖调控正信号基因,具有促使细胞增殖,阻止细胞分化的特点,癌基因的激活是肿瘤发生过程中另一重要的分子事件。通过人工合成的寡核苷酸与癌基因编码的mRAN互补结合,可以抑制mRNA

激光诱导荧光LIF

LIF测量原理 一、光致发光物理基础 发光可以定义为原子或分子从激发态到较低能态经历的辐射发射过程。如果激发态是通过吸收入射辐射产生的,那么源于这种激发态的发射就称为光致发光。 1. 分子轨道理论 根据分子轨道理论,两个原子轨道结合时既可以形成成键分子轨道(bonding molecular orbit),又可以形成反键分子轨道(anti-bonding molecular orbit)。基态时分子中的电子占据成键轨道,有机分子中原子间电子云以头碰头形式形成的单键分子轨道叫做σ轨道,相应的电子叫σ电子;肩并肩形式形成的分子轨道叫π轨道,相应的电子叫π电子。相应的反键轨道分别用σ*和π*表示。另外还有很多物质还含有非键轨道(non-bonding electron),即未共用电子或孤电子对,用n表示。当吸收一定能量后,一定能级之间的电子可发生下图所示的四种跃迁:σ->σ*、n->σ*、n->π*、π->π*。 σ* 反键轨道 π* 反键轨道 n 非键轨道 π成键轨道 σ成键轨道 分子轨道及电子能级跃迁 2. 单线态和三线态 电子的自旋状态可以用自旋多重度表示,对于基态的原子,对于一个给定轨道中的两个电子,必定具有相反的自旋方向,因此自旋多重度总等于1,称为单线态;当一个电子被激发到能量较高的电子态时,激发态可能是单线态,也可能是三线态。从单线态激发称为三线态的概率是相当低的,较单线态要低若干个数量级,三线态的寿命比单线态长得多。 3 激发光谱和发射光谱 荧光现象属于光致发光,涉用到两种辐射,即激发光(吸收)和发射光,因而也都具有两种特征光谱,即激发光谱和发射光谱。这是荧光定性和定量分析的基本参数及依据。 1)激发光谱 通过测量荧光体的发光通量(即强度)随激发光波长的变化而获得的光谱,称为激发光谱。激发光谱的具体测绘方法,是通过扫描激发单色器,使不同波长的入射光照射激发荧光体,发出的荧光通过固定

现代生物技术产业化发展的现状与趋势

现代生物技术产业化发展的现状与趋势 摘要:综述了现代生物技术的发展现状,介绍了农业生物技术的疫苗、工业生物技术、医药生物技术及其在生物技术领域中的应用情况,介绍了生物技术领域重点攻关课题研究进展,展望了今后的发展方向。 关键词:现代生物技术产业化现状与趋势 1 前言 生物技术也称生物工程,它是在分子生物学基础上建立的、为创建新的生物类型或新生物机能的实用技术,是现代生物科学和工程技术相结合的产物。具体而言,生物工程技术包括转基因植物、动物生物技术、农作物的分子育种技术、医药生物技术、纳米生物技术、重要疾病的生物治疗等。当前,世界生物技术发展已进入大规模产业化的起始阶段,蓬勃兴起和迅猛发展的生物医药、生物农业、生物能源、生物制造、生物环保等领域,正在促使生物产业成为世界经济中继信息产业之后又一个新的主导产业[1]。 现代生物技术以20世纪70年代DNA重组技术的建立为标志,以世界上第一家生物技术公司——Gene-Tech的诞生(1976)年为纪元[2]。此后,越来越多的科学家投身于分子生物学研究领域,并取得了许多重大的进展。至此,以基因工程为核心的技术上的革命带动了现代发酵工程、酶工程、细胞工程以及蛋白质工程的发展,形成了具有划时代意义和战略价值的现代生物技术。生物技术的最大特点是具有再生性,可以循环利用生物体为操作对象,在节约原材料和能源方面有巨大的潜力,而且投资少、周期短、经济效益大,并且没有污染。他是推动经济发展、社会进步的一项关键技术,在解决人类社会面临的一系列重大问题,如粮食、健康、环境和能源方面已经取得并将取得更大进展,对促进社会经济诸领域的发展有着不可估量的影响。 2 全球现代生物技术的发展现状 产值继续增长 2013年,全球生物工程药品市场规模为2705亿美元,2014年增长至3051亿美元。基于疾病诊断和治疗对重组技术、医药生物技术以及DNA测序技术等的需求不断增加,全球生物技术市场预计以%的年复合增长率增长,至2020年全球

现代生物技术发展史

现代生物技术的发展 姓名:王利新 学号: 学院:

摘要:现代生物技术是通过生物化学与分子生物学的基础研究而快速发展起来的。医药生物技术起步最早、发展最快,目前世界已有2000多家生物技术公司,其中70%从事医药产品的开发。生物技术工业总体日趋成熟,正在由风险产业变成以商业为动力,以市场为中心的产业。 应用生物技术已有可能产生几乎所有的多肽和蛋白质,基因工程技术的应用已使新药研究方法和制药工业的生产方式发生重大变革。该文对现代生物技术在医药和基因工程现代化的应用进行了全面、深入的论述。 【关键词】生物技术;医药;基因工程技术; 率高近十几年来,在利用生物技术制取新药方面取得了惊人的成就,已有不少药物应用于临床。例如人胰岛素、人生长激素、干扰素、乙肝疫苗、人促红细胞生成素(Epo)、GM-集落刺激因子(GM-CSF)、组织溶纤酶原激活素、白细胞介素-2及白介素-11等。正在研究的有降钙素基因相关因子、肿瘤坏死因子、表皮生长因子等140多种。随着生物技术药物的发展,多肽与蛋白质类药物的研究与开发,已成为医药工业中一个重要的领域,同时给生物制剂带来了新的挑战。在实际应用中,基因工程药物受到一定限制,如口服应用时生物利用度低,会受到消化酶的破坏,在胃酸作用下不稳定,在体内半衰期较短等,因此只能注射给药或局部用药。为了克服这些缺陷,已开始改为合成这些天然蛋白质的较小活性片段,即所谓“多肽模拟”或“多肽结构域”合成,又叫“小分子结构药物设计”。这类药物可口服,有利于由皮肤、粘膜给药,用于治疗免疫缺陷症、HIV 感染、变态反应性疾病、风湿性关节炎等,其制造成本也更低。这种设计思想也已应用于多糖类药物、核酸类药物和模拟酶的有关研究。小分子药物设计属于第二代结构相关性药物设计,所设计的分子能替代原先天然活性蛋白与特异靶相互作用。 在给药方式的研究方面,对注射用溶液和注射用无菌粉末(目前上市的多肽蛋白质类药物多为此种剂型),除了继续改进其稳定性外,还通过一些其他技术手段,研制出了化学修饰型、控释微球型和脉冲式给药系统。在非注射途径的给药系统,即包括鼻腔、口服、直肠、口腔、肺部给药方面也已取得重大进展。国内市场上主要有基因工程乙肝疫苗、干扰素、重组人白介素-2、G-CSF(增白细胞)、重组人红细胞生成素(EPO)等15种自己生产的基因工程药品。已经批准

激光诱导荧光_LIF_技术在生物学领域中的应用与发展_高雪松

激光诱导荧光!!"#"技术在生物学领域中 的应用与发展 高雪松余小敏 !!"北京理工大学信息科学技术学院#北京!#$$%$$ &"亚洲光学集团!杭州"科技开发有限公司#杭州’!$$$%" %摘要&概述了激光诱导荧光!()*"技术在生物学中的应用及其进展’给出了()*技术分类及其应用领域#并介绍了()*技术在探测化学毒气和生物战剂方面的应用以及各国对生物战剂的防护手段’ 关键词(激光诱导荧光$生物医学应用$化学毒气$生物战剂$探测 中图分类号(+,’ ())*+",#+-./-01,/234.56"257*6-32/"2."281479+.:+-*-;<,.54#/=2>2*-)?2.# !"#$%&’()*+,-$./)’0.* !123*4)50/6.)*78.&*8&9:&8;*)<)+=>)<<&+&?@&.A.*+-*.B&5(.6=)478.&*8&9:&8;*)<)+=C@&.A.*+1DDDEDC>;.*/F GH78.&*8&9:&8;*)<)+=I&B&<)J0&*6>)H K6LHC"(./#J6.8/;.*/P (@/#3,"#A#*L&(85.Q.*+6;&/JJ<.8/6.)*()4

激光诱导荧光检测技术简介

荧光分析法 原理:根据物质分子吸收光谱和荧光光谱能级跃迁机理,具有吸收光子能力的 物质在特定波长光(如紫外光)照射下可在瞬间发射出比激发光波长长的光,即荧光。荧光强度与物质浓度的关系可表示为:I=kC,因此紫外荧光光强I与样气的浓度C成线性关系。这是紫外荧光法进行定量检测的重要依据。 两种测定方法: 直接测定法:利用物质自身发射的荧光进行测定分析。 间接测定法:由于有些物质本身不发射荧光(或荧光很弱),这就需要把不发射荧光的物质转化成能发射荧光的物质。例如用某些试剂(如荧光染料),使其与不发射荧光的物质生成络合物,这种络合物能发射荧光,再进行测定。因此荧光试剂的使用,对一些原来不发荧光的无机物质和有机物质进行荧光分析打开了大门,扩展了分析的范围。 不管是直接测定,还是间接测定,一般的采用标准工作曲线法,取各种已知量的荧光物质,配成一系列的标准溶液,测定出这些标准溶液的荧光强度,然后给出荧光强度对标准溶液的浓度的工作曲线。在同样的仪器条件下,测定未知样品的荧光强度,然后从标准工作曲线上查出未知样品的浓度(即含量)。 一般常用的荧光分析仪器有:目测荧光仪(荧光分析灯),荧光光度计和荧光分光光度计三种。 荧光分析是一种先进的分析方法,它比电子探针法、质谱法、光谱法、极谱法等都应用的较广泛和普及,这同荧光分析具有很多优点分不开的。荧光分析所用的设备较简单,如目测荧光仪和荧光光度计构造非常简单完全可以自己制造。比起质谱仪、极谱仪和电子探针仪来它在造价上要便宜很多倍,而且荧光分析的最大特点是:分析灵敏度高、选择性强和使用简便。同时具备这三大特点的仪器并不多. 激光诱导荧光分析(LIF) 激光的特点:亮度高,方向性好,单色性好,相干性好 仪器组成:与普通的荧光检测器一样,激光诱导荧光检测器主要由光源、光学系统、检测池和光检测元件组成,两者最重要的区别是激光诱导荧光检测器的光源是激光器。 激光器:激光器是激光诱导荧光检测器的重要组成部分,用脉冲激光为光源,采用时间分辨技术可消除瑞利散射光(半径比光或其他电磁辐射的波长小很多的微小颗粒对入射光束的散射)和拉曼散射光(光波在被散射后频率发生变化)对测定的干扰,同时增加被测成分之间测定的选择性。以上这些特性使激光诱导荧光检测器的信噪比大大增强,显示出最高的灵敏度和较好的选择性。

现代生物技术在环境保护中的应用和前景(最新版)

( 安全论文 ) 单位:_________________________ 姓名:_________________________ 日期:_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 现代生物技术在环境保护中的应用和前景(最新版) Safety is inseparable from production and efficiency. Only when safety is good can we ensure better production. Pay attention to safety at all times.

现代生物技术在环境保护中的应用和前景 (最新版) 摘要:针对我国目前生态环境状况,论述了现代生物技术在治理环境污染,保护生态环境中的应用和发展前景。 关键词:现代生物技术生态环境环境保护 1我国生态环境现状 目前我国由于工业“三废”污染、农用化肥和农药的污染以及废弃塑料和农用地膜的污染,严重的影响了我国的生态环境,使得水污染日益加剧,水资源严重短缺,全国600多个城市中已有一半城市缺水,农村则有8000万人和6000万头牲畜饮水困难;土壤污染严重,耕地面积锐减,近10年来每年流失的土壤总量达50亿t,土地荒漠化日益加剧;森林覆盖面积下降,草场退化,每年减少森林面积达2500万亩;人们的身体健康受到严重威胁,疾病发病率急

剧上升。因此,加大环境保护和环境治理力度,加快应用高新技术,如现代生物技术来控制环境污染和保持生态平衡,提高环境质量已成为环保工作者的工作重点。 2现代生物技术与环境保护 现代生物技术是以DNA分子技术为基础,包括微生物工程,细胞工程,酶工程,基因工程等一系列生物高新技术的总称。现代生物技术不仅在农作物改良、医药研究、食品工程方面发挥着重要作用,而且也随着日益突出的环境问题在治理污染、环境生物监测等方面发挥着重要的作用。自20世纪80年代以来生物技术作为一种高新技术,已普遍受到世界各国和民间研究机构的高度重视,发展十分迅猛。与传统方法比较,生物治理方法具有许多优点。 (1)生物技术处理垃圾废弃物是降解破坏污染物的分子结构,降解的产物以及副产物,大都是可以被生物重新利用的,有助于把人类活动产生的环境污染减轻到最小程度,这样既做到一劳永逸,不留下长期污染问题,同时也对垃圾废弃物进行了资源化利用。 (2)利用发酵工程技术处理污染物质,最终转化产物大都是无

生物技术及其在医药中的应用

生物技术及其在医药中的应用 摘要:现代生物技术是70年代开始异军突起的高新技术领域,近一、二十年来发展极为神速,它与微电子技术,新材料和新能源技术并列成为影响未来国际民生的四大科学支柱,被认为是二十一世纪科学技术的核心。 关键词:生物技术,医药,应用 世界各国都看到生物技术正以其巨大的活力改变着传统的社会生产方式和产业结构,迅速向经济和社会各领域渗透和扩散,推动社会生产力的飞速发展并成为国与国之间,特别是大国之间竞争的主要手段之一。发达国家或国家集团为了争夺在世界经济上的主动地位,都把发展生物技术当作自己强国之道和新的国策,竞相制定和实施投资大,耗时长的生命科学与生物技术的发展计划,发展中的国家也相继制订计划,采取措施,组织研究与开发,以免在战略上失去机会。我国也己经采取了一系列重要措施施以加强生物技术的研究和开发,诸如推行“863”计划等足见其重视程度.生物技术学是最古老的技术,其历史几乎同少、类的文明史同时开始,随着科学技术的发展,特别是分子生物学的最新理论成就和当代尖端技术对生物技术的渗透,以及社会的需求,促使生物技术由传统技术转化为高新技术,它主要包括基因工程,细胞工程、酶工程和发酵工程,其对世界面临的重大问题—饥俄、疾病、能源及污染等—有可能提供解决办法。现代生物技术又是一项和医药产业结合极为密切的高新技术,它的发展已带给了某些医学基础学科的革命性变化,并为医药工业开辟了更为广阔的新领域。 1基因工程(亦称遗传工程)

基因工程是当代生物技术较为复杂,难度较大,也较有发展前途的一类。它包括体外基因工程(DNA体外重组)和体内基因工程(DNA体内重组)两种方式。当前人们所说的基因工程多半指的是体外基因工程。一般程序是取得所需的目的基因,将目的基因与载体连接,经过重组cDNA引入受体细胞(寄主细胞)并使目的基因的性状得以扩增并表达产生、们所需的蛋白质。 这项技术经受了实践的考验,走向了成熟,不仅运用该技术本身取得了一批令人瞩目的技术成果和理论成果,而且在该技术渗透到其他生物技术中去的同时,也取得了为数众多,用途广泛、社会效益与经济效益均十分显著的成果。目前,医药基因工程产品研制和开发大约有70多种,尤其是美国在医药基因工程产品的研制与开发已进入产业化阶段,FAD已批准了十多种重组产品投放市场。我国自70年代末期开始部署基因工程的研究于今整个局面已经有了很大发展。据不完全统计.现在大约有不下20种基因工程产品在研究开发之中,其中干扰素已投放市场,乙型肝炎疫苗已进中试阶段。 2细胞工程 细胞工程是由细胞培养和细胞融合两方面技术组成。1975年Kohler和涌lstein成功地创建了淋巴细胞杂交瘤技术,该技术被誉为免疫学的一次革命,是20世纪后20年内最重要的生物技术之一,它不但广泛地应用于改良和创新菌种,而且有效地用来开发单克隆抗体,杂合抗生素及其它生物技术医药产品。淋巴细胞杂交瘤技术是将体外不能长期生存的免疫细胞与在体外能迅速增殖的瘤细胞在聚乙二醉(PEG)作用下融合而产生杂交瘤细胞,所得的杂交瘤细胞承袭了两组亲代细胞的遗传特性,既保存了瘤细胞在体外迅速增殖传代能力,又继承了

浅谈生物技术的发展与展望

浅谈生物技术的认识与展望 中国要在21世纪中叶实现三步走的战略目标,为中华民族的伟大复兴奠定强大的物质和文化基础,必须抓住新的科技革命的历史机遇,走超常规的道路,才能实现经济与社会的跨越式发展。农业生物技术必将在发展现代农业、建设社会主义新农村、实现可持续发展等重大问题上发挥中流砥柱的引领与支撑作用。 1前所未有的历史机遇 1.1基因组学带来深刻的科学革命人类、拟南芥和水稻等基因组测序与工作图谱的完成,在自然科学史上第一次将物质结构、功能及其相互作用转换为数字信息,产生了全新的学科生物信息学,提高了生命科学的研究效率,加速了其他物种物理图谱、精细全图、转录图和测序工作的进程,刺激了其他相关学科如计算机科学、材料科学等的发展,功能基因组学、生物信息学、基因芯片、蛋白质组学和代谢组学等前沿新学科的发展,使人类对生命的本质、生物进化与起源、生物的基因设计、人类的食物营养、寿命与健康控制等的认识进入一个新的时代。 1.2基因组学带来技术革命随着功能基因组学、生物信息学、基因芯片、蛋白质组学和代谢组学等的深入发展,基因组学革命以起爆的方式,正在带来一系列新的技术革命,产生一系列新的技术领域、技术平台、技术专利、知识产权、技术工艺、技术标准、生物量刚和新兴产业。 1.3基因组学带来研究方法和组织方式的革命基因组学的工业化、信息化、系统化、智能化、网络化、集约化和一体化等新的研究方法和组织方式,以及技术路线上大科学、大平台、大规模、高效率、高通量、长效性、大产业等鲜明的特点,正在带来生命科学传统研究方法、技术路线、组织方式的空前革命,并且演变成为研究、开发、产业发展一体化的生物经济发展新模式。 1.4基因组学带来新的产业革命和深远的社会革命一个基因创造一个产业,由基因革命诞生的生物经济正在与信息经济一样成为21世纪社会发展的主导力量之一。生物技术的应用不仅在农业领域,例如针对抗逆、抗病、抗旱、抗盐碱、抗寒、抗虫害、优质、高产等问题对农作物进行遗传设计和定向改良,并且在食物与营养、医疗与保健、信息与能源、环保与新材料开发等方面,产生巨大的潜在的商业利益和机会,带来难以估量的经济效益和社会效益,产生新的生产方式、生活方式和新的伦理、观念与文化,进而发生影响深远的人类社会革命。

基因工程(现代生物技术)应用前景与发展

基因工程的发展现状及前景 摘要: 从20世纪70年代初发展起来的基因工程技术,经过30多年来的进步与发展,已成为生物技术的核心容。许多科学家预言,生物学将成为21世纪最重要的学科,基因工程及相关领域的产业将成为21世纪的主导产业之一近年来随着生物工程技术的发展,许多基因工程抗体陆续问世。基因工程研究和应用围涉及农业、工业、医药、能源、环保等许多领域。 关键字: 基因工程;基因工程抗体;前景;现状;发展 一、基因工程介绍 1、基本定义 生物学家于20世纪50年代发现了DNA的双螺旋结构,从微观层面更进一步认识了人类及其他生物遗传的物质载体,这是人类在生物研究方面的一次重大突破。60年代以后,科学家开始破译生物遗传基因的遗传密码,简单地说,就是将控制生物遗传特征的每一种基因的核苷酸排列顺序弄清楚。在搞清楚某些单个基因的核苷酸排列顺序基础上,进而进行有计划、大规模地对人类、水稻等重要生物体的全部基因图谱进行测序和诠释。美国从1991年起,准备用15年时间完成人体基因组测序计划。[5] 基因工程(Genetic engineering)原称遗传工程。从狭义上讲,基因工程是指将一种或多种生物体(供体)的基因与载体在体外进行拼接重组,然后转入另一种生物体(受体),使之按照人们的意愿遗传并表达出新的性状。因此,供体、受体和载体称为基因工程的三大要素,其中相对于受体而言,来自供体的基因属于外源基因。除了少数RNA病毒外,几乎所有生物的基因都存在于DNA结构中,而用于外源基因重组拼接的载体也都是DNA分子,因此基因工程亦称为重组DNA技术(DNA recombination)。另外,DNA重组分子大都需在受体细胞中复制

荧光探针

荧光探针(fluorescent probe)在化学传感、光学材料及生物检测和识别等领域得到了广泛的应用,并成为实现上述功能的一种主要的技术手段。但以传统的有机荧光染料为主的荧光探针在应用中也存在一些难以克服的缺陷。最近,无机发光量子点、荧光聚合物纳米微球、复合荧光二氧化硅纳米粒子等荧光纳米探针的相继出现,在一定程度上克服了传统有机荧光试剂的缺陷,为生物分析提供了新的发展领域,成为了近年来研究的热点,在此我想作一简单介绍,希望能起到抛砖引玉的作用,如果大家觉得我有什么地方说错的话,欢迎批评指正!让我也从中受益! 1、荧光纳米粒子的分类 荧光纳米粒子是指可以发荧光的半导体纳米微晶体(量子点)或将荧光团(Fluorophore)通过包埋、共价键连接以及超分子组装等方式引入有机或无机纳米粒子中,并让纳米粒子承担有机小分子荧光染料的检测、标记等功能。与传统的荧光染料相比,荧光纳米粒子具有更高的亮度和光稳定性,也能更加容易地实现水分散性和生物相容性。另外,随着纳米制备技术的进一步提高,对纳米粒子的尺度的精确控制及对粒子功能化手段的日臻完善,这在很大程度上使荧光纳米粒子满足了化学传感器、生物探针等领域的要求。目前荧光纳米粒子主要有无机发光量子点、荧光高分子纳米微球、复合荧光二氧化硅纳米粒子三大类。 1.1.量子点 量子点(quantum dot, QD)又可称为半导体纳米微晶体,是由数百到数千个原子组成的无机纳米粒子,是一种由II-VI 族或者III-V 族元素组成的纳米颗粒。目前研究较多的主要是CdX(X = S、Se、Te)。量子点粒径很小,它们的电子和空穴被量子限域,连续能带变成具有分子特性的分立能级结构,因此光学行为与一些大分子很相似,可以发射荧光。量子点的体积大小严格控制着它的光谱特征。量子点的晶体颗粒越小,比表面积越大,分布于表面的原子就越多,而表面的光激发的正电子或负电子受钝化表面的束缚作用就越大,其表面束缚能就越高,吸收的光能也越高,即存在量子尺寸效应,从而使其吸收带蓝移,荧光发射峰也相应蓝移。可见,相对于其他传统的荧光染料而言,量子点由于其量子尺寸效应,粒径不同或组成材料不同即可发射不同颜色的荧光。由于量子点潜在的应用前景,研究者在量子点的制备方面展开了一系列的研究。 目前,量子点的制备方法根据其所用材料的不同,有以下两种方法:一、在有机体系中采用胶体化学方法以金属有机化合物为前体制备量子点,二、在水溶液中直接合成。在有机体系采用胶体化学方法制备量子点的研究中,Bawendi等将金属有机化合物注射入热的有机溶剂中,在高温下制备出具有单分散性的CdSe量子点。后来,人们使用无机物来钝化颗粒表面,发展了核壳结构的量子点。peng等人以CdO或Cd(Ac)2为原料,在一定条件下与S、Se、Te的储备液混合,一步合成了性能良好的CdS、CdSe、CdTe量子点。Nie等以此法合成了CdSeTe量子点,其荧光发射最大的波长为850 nm,量子产率高达60%。该法不但克服了先前合成方法中需要采用(CH3)2Cd作为原料的缺点,而且所合成的量子点荧光量子产率高、尺寸分布窄、波长覆盖范围广。此外,Reiss等人在Peng的基础上以CdO为前体在HDA-TOPO混合体系中合成CdSe,然后以硬脂酸锌为锌源,在CdSe的表面包覆一层ZnSe,首次合成了CdSe/ZnSe核壳结构的量子点,荧光量子产率高达85%。另外,也有研究者采用在水溶液中进行量子点的合成,Weller等人以六偏磷酸钠及巯基乙酸、巯基乙胺等巯基化合物为稳定剂,以Cd(ClO4)2?6H2O为镉源合成了水溶性的CdS、CdSe、CdTe量子点。该法操作简单、可制备的量子点种类多、所用材料价格低、毒性小,且量子点表面修饰有可直接与生物分子偶连的羧基或氨基等官能团。然而,采用在水溶液中合成量子点的方法存在着量子产率不高、尺寸分布较宽等缺点。所以,目前人们仍较多的采用在有机体系中进行量子

相关文档
相关文档 最新文档