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基因工程制药------浅谈摘要: 主要介绍基因工程的概念、基因工程技术开发药物的一般过程及基因工程药物,同时探讨了今后利用基因工程技术进行药物开发、研究的发展方向。正文:1 基因工程概述所谓的基因工程是指在体外将核酸分子插入病毒、质粒或其它载体分子,构成遗传物质的新组合,并使之参入到原先没有这类分子的寄主细胞内,而能持续稳定地繁殖。基因工程的第一个重要特征是跨越天然物种屏障的能力,即把来自任何一种生物的基因放置在与其毫无亲缘关系的新寄主生物细胞中去的能力。这表明人们有可能按照主观愿望创造出自然界中不存在的新物种。第二个特征是,它强调了一种确定的DNA小片段在新寄主细胞中进行扩增的事实.才能制备到大是纯化的DNA片断,从而拓宽了分子生物学的领域,使之在生物制药领域有巨大的应用。基因工程自从20世纪70年代初期问世以来,无论是在基础理论研究领域,还是在生产实际应用方面.都已经取得了惊人的成绩。基因组核苷酸全序列的测定与分析,是基因工程技术促进基础生物学研究的一个出色范例。2001年2月12 日,由6国的科学家共同参与的国际人类基因组公布了人类基因组图谱及初步分析结果,这结果为人们提供了约3000 多个基因可用来制药,将推进基因制药产业的快速发展。由于基因克隆技术的发展,已使得基因工程技术在工业生产尤其是制药生产中发挥了重要作用。以前人们利用微生物自身生产有用的产品,如利用青霉菌生产青霉素、利用链霉菌生产链霉素等。但是从这些生物体中分离纯化这些药物,不仅成本昂贵,而且技术上也相当困难。如今将编码这些药物的基因克隆并转移到合适的生物体内进行有效的表达,就可以方便地提取到大量的有用药物。2 基因工程技术开发药物的一般过程利用基因工程技术开发一个药物,一般要经过以下几个步骤:①目的基因片断的获得:可以通过化学合成的方法来合成已知核苷酸序列的DNA片段;也可以通过从生物组织细胞中提取分离得到,对于真核生物则需要建立cDNA文库。 ②将获得的目的基因片断扩增后与适当的载体连接后,再导入适当的表达系统。③在适宜的培养条件下,使目的基因在表达系统中大量表达目的药物。④将目的药物提取、分离、纯化,然后制成相应的制剂。以上方法大部分是以微生物或组织细胞作为表达系统.通过微生物发酵或组织细胞培养来进行药物生产。近年来,通过转基因动物来进行药物生产的"生物药厂"成为目前转基因动物研究的最活跃的领域,也是基因工程制药中最富有诱人前景的行业。转基因动物制药具有生产成本低、投资周期短、表达量高、与天然产物完全一致、容易分离纯化等优势,尤其是适合于一些用量大、结构复杂的血液因子,如人血红蛋白(Hb)、人血白蛋白(HSA)、蛋白C(Protein C)等。英国的爱丁堡制药公司通过转基因羊生产α1-抗胰蛋白酶(α1-AAT)用于治疗肺气肿,每升羊奶中产16g AAT,占奶蛋白含量的 30%,估计每只泌乳期母羊可产70g AAT。另外,转基因植物制药比转基因动物制药更为安全,因为后者有可能污染人类的病原体。目前,已经开发出许多转基因植物药物,例如脑啡肽、α-干扰素和人血清蛋白,以及两种最昂贵的药物即葡萄糖脑苷脂酶和粒细胞-巨噬细胞群集落因子等。3 基因工程药物基因工程药物自20世纪70年代末期以来,有了飞跃的发展。1978年首次通过大肠杆菌生产由人工合成基因表达的人脑激素和人胰岛素,1980年美国联邦最高法院裁定微生物基因工程可以获得专利.1982年第一个由基因工程菌生产的药物--胰岛素.在美国和英国获准使用以来,各种基因工程药物犹如雨后春笋,得到了蓬勃发展。我国的医药技术的研发和产业化也取得了长足的进展。(1) 抗生素类 传统的抗生素生产,主要利用化学合成或微生物发酵来获得,其生产过程中菌种的表达水平比较低,生产成本比较高,而且在使用过程中容易产生耐药菌群。而利用基因工程技术可以对生产菌种进行基因改造,得到表达水平高、产品目的性强的菌株,如大肠杆菌生产青霉素酞胺酶。德国一个科研小组对生产半合成青霉素的材料6APA.用基因工程来增强大肠杆菌的青霉素酰胺酶活性。将大肠杆菌的基因 PBR322的质粒克隆化所形成的菌株,其酶活力比原株提高 50倍.从而提高6APA生产能力。我国王以光利用基因重组技术对螺旋霉素产生菌进行改造,增强了丙酰基转移酶的基因在螺旋霉素产生菌中的表达,并提高了丙酰螺旋霉素的产量。(2) 活性多肽类 在人体中存在一系列含量较低,但生理活性很高,而且在人体代谢过程中起着重要的调节作用的活性多肽类物质如激素等,这些物质在临床上可以作为药物来治疗相应的因此类物质失衡而造成的疾病。此类药物的制剂多来源于各种动物的脏器,生产方法复杂,成本高,个别产品还必须从动物的尸体中进行提取,无法进行大规模工业化生产,自基因工程技术问世以来,通过基因重组技术,可以由微生动进行生产,这是基因工程技术的最大成就之一,以下是这类药物中比较典型的两个。胰岛素: Genentech公司在1978年,由Goeddel等学者应用基因重组技术开发出使用大肠杆菌生产人胰岛素。随着基因工程技术的不断发展,生产胰岛素的工艺和技术也不断得到完善,在临床上已经完全取代了由动物脏器提取得到的产品。目前,我国新疆转基因羊已能够成功表达人胰岛素原,为胰岛素的生产开发了新途径。生长素: 人类生长素临床用于治疗侏儒症和肌肉萎缩症.传统制造方法是由人脑下垂体抽提精制而得,其原料来源困难,产量受到极大限制。全世界侏儒症患者中仅有1%可以得到治疗,原因是生长素价格极其昂贵,达每克5000美元。1979年Genentech公司由Goeddel等学者应用基因重组技术首先开发出使用大肠杆菌生产人生长素.近年来还开发了以酵母菌来生产生长素,其产量可达到×106~× 106分子/细胞。目前,我国基因工程人生长素已研制成功,并投入市场和用于临床使用。除上述药物外,运用基因工程技术生产的这类药物还有神经生长因子(PDGH)、人基底成纤维细胞生长因子、绒毛膜促性腺激素等。(3) 细胞免疫调节因子 基因工程技术用于细胞免疫调节因子的产品较多,临床广泛应用于抗肿瘤和免疫调节等。近年来,由于基因重组和细胞融合两大技术的进步,加上高压液相层析技术、氨基酸序列分拆装置以及蛋白质的精制和解析技术的改进,使一些调节细胞免疫活性物质的研究和开发得到快速发展,如干扰素(INF)、白介素(IL)、集落刺激因子(CSF)和肿瘤坏死因子(TNF)等。干扰素是其中研究较为广泛,技术比较成熟,产业化较早的一个产品。第一代干扰素是从血液中进行提取而得到。据芬兰的K Canted报道,处理23000L血液,所得纯度1%以下的干扰素不足100mg.所以产量很低。而且由于血源质量不能保证,可能造成血源性传染病的传播。第二代干扰素是采用基因工程技术进行生产的,其生产水平可达250000分子/细胞,每升可含亿单位,成本显著下降,产品纯度很高,含量可达90%以上。目前,已经商品化的基因工程干扰素有α、 β、γ三种,而且生产技术也在不断完善。俄罗斯科学家构建了以假单胞菌为载体的表达系统来生产基因工程干扰素.与传统的大肠杆菌表达系统相比其培养周期短,细胞易于破碎便于提取。随着基因重组技术的不断发展,一些研究人员对干扰素基因进行改造,构建靶向干扰素基因及表达载体。夏小兵等利用限制性内切酶分别从含有抗乙型肝炎S抗原(HbSAg)人源单链抗体与人干扰素α质粒中切出目的基因,连接到 pET22b质粒中,构建成单链抗体靶向干扰素表达载体,在大肠杆菌中表达成功。(4) 疫苗传统的疫苗是病源微生物的减毒或灭活物质,但这些疫苗都不理想,有可能发生回复突变,恢复毒性;或者因为灭活不适当引起疾病流行。利用基因工程技术生产的新型疫苗,可以克服传统疫苗价格昂贵、安全性能差等缺点,能为目前尚无有效疫苗的某些特殊疾病如艾滋病,提供有效的治疗手段。第一个商品化的基因工程疫苗是抗人乙型肝炎病毒(HBV)的疫苗。我国大约有10% 的人口受到HBV的侵害, HBV的感染通常还与特殊的肝癌(HCC)有着密切的关系,每年全世界死于HCC的病人有30万左右。HBV具有高度的寄主专一性,只能感染人类和黑猩猩,这意味着只能从肝炎患者身上才能获得有限数量的病毒,供做疫苗使用,而且从患者血液中提取制备的疫苗,还有传染艾滋病的可能。利用基因工程技术生产的抗HBV疫苗克服了传统疫苗的缺点,质量和安全性高,用量极少,一般剂量为10mg以下,接种3次,为普通药品用量的千分之一。1982年P Valenzuela等人将S基因(HBV表面抗原基因)的一个片段克隆在一种载体上,结果在酵母中合成出来HBV表面抗原(HbsAg)颗粒,其产量达25 μg/L,酵母表达系统现在已经能够大规模生产供给人类使用的重组肝炎疫苗。大约20年前,人们发现"裸露"DNA注入体内能够诱发免疫反应,科学家们进行了大量研究,开发出了新型的核酸疫苗。所谓核酸疫苗,是指将编码某种抗原蛋白的外源基因(DNA或RNA)直接转移到动物体内,通过宿主表达系统合成抗原蛋白,诱导宿主对该抗原蛋白产生免疫应答,以达到预防和治疗疾病的目的。现已开发出多种核酸疫苗,例如:流感核酸疫苗、艾滋病疫苗、狂犬病疫苗、结核病疫苗和乙型肝炎疫苗和戊肝疫苗等。(5) 基因治疗制品 基因治疗在1990年开始进行实验, 1993年美国FDA给人类基因治疗下的定义为:"基于对活性细胞遗传物质的改变而进行的医学治疗,这种改变可以在活体外进行,然后应用于人体,或者直接在人体内进行"。因此,基因治疗存在两种方式,即间接体内法和体内法。间接体内法主要是通过在体外进行基因转移,筛选可表达外源基因的细胞,然后再转移到体内;体内法则是直接在体内改变与修复遗传物质。随着分子生物学、基因重组技术的发展,有关目的基因的获得方法已趋成熟,但是,目的基因的转移传递系统、目的基因的表达调控以及疗效和安全性还需进一步研究证实。目前,基因转移系统主要是两类:一类是由病毒介导的基因转移系统,主要包括逆转录病毒(Rt)、腺病毒(Ad)、疱疹病毒(HSV)和腺病毒相关病毒(AAV)载体等。Nnldini等开发出一种基于HIV的重组Rt载体,不需要辅助细胞,能广泛感染各种非分裂细胞,同时保留了能整合在宿主染色体上的特点。世界上第一例基因治疗所采用的载体即是Rt载体,治疗腺苷酸脱羧酶缺乏所致的严重联合免疫缺乏症(ADA-SCID)。另外一类是非病毒介导的基因转移系统,包括脂质体、分子偶联载体、基因枪和裸DNA等。另外,反义核苷酸技术也应用于基因治疗,尤其在抗乙肝病毒的基因治疗方面,包括反义DNA、反义RNA和核酶 RNA等。2001年,Robaczewska等首次通过静脉给予反义 DNA,选择性抑制北京鸭HBV在鸭肝脏中的复制和表达,证明了反义DNA在动物实验中的有效性。美国Viagene公司研究出一种被称为"艾滋病毒免疫制剂",该药为一种鼠逆病毒与核心蛋白编码的基因序列和HIV表面抗原RNA结合产物,在小鼠和灵长类动物试验中确定该药能诱导出强的 HIV-特异性杀伤细胞。4 结束语基因工程技术使药品开发发生了根本性的转变。传统的药品开发方式是在大量的化学合成物质和微生物代谢产物中进行随机筛选,得到其中的有效成分作为新的药物。采用基因工程技术开发新药,是通过对致病机理的研究,找到那些可用于治疗目的的有效成分以及其编码基因,经过基因重组将其转入适当的载体,大量表达其有效成分作为治疗药物。同时,基因工程技术给药品生产技术带来了革命性变化。过去一些生产困难的产品,如激素、酶、抗体等一些生物活性物质,通过基因工程手段可以高质量、高收率地付诸生产,同时生产成本也大幅度降低,提高了患者的用药水平和生活质量。基因工程技术在传统医药不能有效治疗的一些疾病,如癌症、艾滋病、遗传病等的诊断、治疗和预防等方面提供了有效的新手段,并取得了一些重大的突破。如发现了致癌基因,可使癌症的早期诊断和治疗药物的开发成为可能。随着分子生物学和基因重组技术的发展,我们相信这些严重危害人类生命的疾病,在不久的将来会得到有效的预防和治疗。
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PCR是分子生物学的关键技术,又是常规技术。它的出现极大地推动了分子生物学的发展,旋即被迅速推广并应用到生命科学的各个领域。 关键词:PCR、发展简史、基本原理、基本操作、主要应用 聚合酶链式反应(polymerase chain reaction , PCR)是体外扩增DNA序列的技术。它与分子克隆和DNA序列分析方法几乎构成了整个分子生物学实验工作的基础。在这三种技术中,PCR方法理论上出现最早,实践中应用也最广泛。PCR技术使对微量的核酸(DNA或RNA)操作变得简单易行,同时还可以使核酸研究脱离活体生物。PCR技术的发明是分子生物学的一项革命,它极大地推动了分子生物学以及生物技术产业的发展。 PCR技术发展简史 人类对于核酸的研究已经有100多年的历史。20世纪60年代末70年代初,人们致力于研究基因的体外分离技术。但是,由于核酸的含量较少,一定程度上限制了DNA的体外操作。Khorana于1971年最早提出核酸体外扩增的设想。但是,当时的基因序列分析方法尚未成熟,对热具有较强稳定性的DNA聚合酶还未发现,寡核苷酸引物的合成仍处在手工、半自动合成阶段,这种想法似乎没有任何实际意义。 1985年,美国科学家Kary Mullis在高速公路的启发下,经过两年的努力,发明了PCR技术,并在Science杂志上发表了关于PCR技术的第一篇学术论文。从此,PCR技术得到了生命科学界的普遍认同,Kary Mullis也因此而获得1993年的诺贝尔化学奖。 但是,最初的PCR技术相当不成熟,在当时是一种操作复杂、成本高昂、“中看不中用”的实验室技术。1988年初,Keohanog通过对所使用的酶的改进,提高了扩增的真实性。尔后,Saiki等人又从生活在温泉中的水生嗜热杆菌内提取到一种耐热的DNA聚合酶,使得PCR技术的扩增效率大大提高。也正是由于此酶的发现使得PCR技术得到了广泛地应用,使该技术成为遗传与分子生物学 分析的根本性基石。在以后的几十年里,PCR方法被不断改进:它从一种定性的分析方法发展到定量测定;从原先只能扩增几个kb的基因到目前已能扩增长达几十个kb的DNA片段。到目前为止,PCR技术已有十几种之多,例如,将PCR与反转录酶结合,成为反转录PCR,将PCR与抗体等相结合就成为免疫PCR等。 PCR技术的基本原理和操作 1. PCR的基本原理 PCR的基本工作原理就是以拟扩增的DNA分子为模板,以一对分别与模板互补的寡核苷酸片段为引物,在DNA聚合酶的作用下,按照半保留复制的机理沿着模板链延伸直至完成新的DNA合成。通过不断重复这一过程,可以使目的DNA片段得到扩增。另一方面,新合成的DNA片段也可以作为模板,因而PCR技术可使DNA的合成量呈指数型增长。 2. PCR的基本成分 PCR包括7种基本成分:模板DNA、特异性引物、热稳定DNA聚合酶、脱氧核苷三磷酸(dNTP)、二价阳离子、缓冲液及一价阳离子。 模板DNA:包括基因组DNA、质粒DNA、噬菌体DNA、预先扩增的DNA、cDNA和mRNA分子等几乎所有形式的DNA和RNA都能成为PCR技术反应的模板。除此之外,PCR反应还可以直接以细胞为模板。 特异性引物:是一段与模板DNA链结合的寡核苷酸片段,对于DNA的扩增起到引发的作用。 热稳定DNA聚合酶:这是PCR技术实现自动化的关键。热稳定DNA聚合酶是从两类微生物中分离的:一类是嗜热和高度嗜热的真细菌,另一类是嗜热古细菌。现在又出现了一种兼顾了几种DNA聚合酶特点的混合型酶。 脱氧核苷三磷酸(dNTP):是DNA合成的原料,包括dATP、dGTP、dTTP、dCTP。 二价阳离子:常用到Zn2+和Mg2+,作为构成热稳定性DNA聚合酶的成分之一。 缓冲液:一般使用Tris-Cl缓冲液,标准的为10mmol/L,并将其调节到之间。 一价阳离子:一般使用50mmol/L的KCl溶液,有利于改善扩增的产物质量。 PCR的基本操作 PCR是一种级联反复循环的DNA合成反应过程。PCR技术的基本反应由三个步骤组成: 1. 变性:通过加热使模板DNA完全变性成为单链,同时引物自身和引物之间存在的局部双链也得以消除; 2. 退火:将温度下降至适宜温度,使引物与模板DNA退火结合; 3. 延伸:将温度升高,热稳定DNA聚合酶以dNTP为底物催化合成DNA链延伸。 以上三部为一个循环,新合成的DNA分子又可以作为下一轮合成的模板,经多次循环后即可达到扩增DNA片段的目的。 PCR的主要应用 最初建立PCR是为了扩增已知序列的靶基因。因为在PCR方法问世以前,要获得一个靶基因,必须建立基因文件库,然后从成千上万的菌落中通过Southern blot 杂交筛选含有靶基因的克隆。这样既费时又费钱,特别是在克隆真核生物基因时难度更大。自从建立了PCR方法以后,使克隆已知序列的基因变得非常容易。为了适应分子生物学的快速发展,PCR方法也得到了不断发展,现在PCR已应用到生命科学的各个领域。 1. 基础研究方面的应用 目前从事分子生物学的实验室和研究人员,几乎每天都在使用PCR,可以说几乎没有一个分子生物学家没有使用过PCR。因此,PCR与分子克隆一样是分子生物学实验室的常规方法,可用于达到以下目的: l 扩增目的基因和鉴定重组子; l 克隆基因; l 基因功能和表达调控的研究; l 基因组测序; l 制备单链模板; l 致突变; 2. PCR在临床上的应用 l 在遗传学上的应用:人类的遗传性疾病是因为某一碱基序列发生了突变,使之缺失或形成某一限制性内切酶的识别位点,通过PCR结合限制片段长度多态性分析(PCR-RFLP),就可以从基因的水平对遗传性疾病进行分析。例如,血友病甲是一种常见的遗传性出血性疾病,患者体内缺乏凝血因子FVIII这是由于基因第14个外显子的第336位氨基酸的编码基因发生了突变,产生了一个新的PstI酶切点,因此可以使用PCR-RFLP对血友病进行诊断。PCR还可以用来检测遗传性耳聋和Leber遗传性视神经病。 l 在肿瘤研究中的应用:PCR已日益广泛应用于肿瘤的病因与发病机理研究以及肿瘤诊断与治疗的研究中。例如,差异显示PCR技术能针对不同肿瘤寻找其特异而敏感的标志物,并用于肿瘤早期诊断、判断预后及疗效评估。另一方面,在使用普通放疗、化疗的同时可结合定量PCR技术检测微小残留病灶,以进一步改进治疗方案。此外,由于癌症的发生在一定意义上是单个细胞分子发生变化,因而可以使用单细胞PCR技术对癌症的发病机理进行研究。 l 检测病原体 l 在基因分型中的应用:当进行器官移植时并须先组织配型工作,此时常应用序列特异性寡核苷酸多态性PCR(PCR-sequence specific oilgonucleotide polymorphism,PCR-SSOP)对人类白细胞抗原(human leukocyte antigen,HLA)进行分型,使移植成功率大大提高。此外PCR-限制性片段长度多态性也可以用于对HLA的分型。 3. 在法医学中的应用 例如:最早应用DNA限制性片段长度多态性结合PCR-RFLP来进行法医学个体识别和亲子鉴定。目前发现在真核生物基因组编码和非编码序列中的短串联重复序列的重复次数在个体间存在着差异,因此可以使用短串联重复PCR技术对其进行分析。使用PCR技术进行法医鉴定的优点是样品用量小并且适于对高度降解材料的检测。除刚才提到的之外,可变数目串联重复序列(variable number tandem repeat,VN-TR)PCR也可以用于法医学个体识别和亲子鉴定。 所以,综上所述,PCR的确是一种分子生物学研究的基础技术。在它30多年的发展中衍生出了诸如PCR-RFLP、PCR-SSOP、VN-TR,以及免疫PCR、致突变PCR和定量PCR等十几种不同的技术方法。PCR技术可以为基因工程提供目的基因,并广泛地应用于个体识别、亲子鉴定、免疫配型、疾病诊断等方面。可以说,PCR已经渗透到了生命科学的各个领域。21世纪是生物工程的世纪。我相信,在今后的发展中PCR技术会不断地得到扩充和完善,PCR技术也将发挥着越来越重要的作用。 参考书目:黄留玉,PCR最新技术原理、方法及应用,北京,化学工业出版社,现代生物技术与医药科技出版中心,2005年
生物工程人才培养方案课程体系改革论文
摘要 :生物技术产业是21世纪最有发展前景的朝阳产业之一,为生物技术产业培养应用型人才的生物工程专业是近年来各高校大力发展的专业之一。在众多的生物产业中,需要大批具有专业理论并能够在第一线岗位上熟练控制生产等技术应用型专门人才。
关键词 :生物工程;人才;改革
吉林农业大学顺应社会发展需要和生物工程企业对专业人才的需求,于2000年设立生物工程专业。为了更好的服务社会,培养人才,吉林农业大学生物工程系开展了一系列专业改革工作,每4年修改一次培养方案,不断完善人才培养体系。本文受吉林省品牌专业生物工程团队资助针对生物工程人才培养方案及课程体系改革进行了详细的阐述
一、培养目标和规格的修订
从人才培养的行业要求方面看,作为生物工程专业的应用型人才,在知识的储备方面,应该具有一定的专业基础知识,宽广的人文社会知识,较强的实践管理知识以及相关的其它知识;在实际能力培养方面,应该具备较强的社会生存适应能力、知识更新能力、工程管理实践能力、创新能力;在素质要求方面,应该具有良好的思想道德素质、科学文化素质和身体素质。原培养方案的业务培养目标:培养德智体全面发展,具有较高的人文社科及生命科学基础知识,掌握本专业及其产业化的科学原理、工艺技术过程和工程设计等基本理论、基本知识和基本技能,获得本专业的基本训练,能够在生物工程及其相关领域从事新技术研究、新产品开发工作和设计、生产、管理的具有创新意识和实践能力的高级应用型工程技术人才。同时也为研究生培养输送合格人才。新培养方案的业务培养目标:培养具有生物工程基本理论和知识能力,掌握发酵工程、酶工程、生物质工程及其产业化工程技术,能够在生物、医药、食品等行业,从事与生物工程领域有关的设计、生产和新技术研究、新产品开发等工作的应用型人才。相比较,新的培养目标更加具体,简练,确定了应用型人才培养的核心目标。从而为培养方案中课程体系的建立指明了方向。对于学生培养的基本规格与素质要求,原培养方案比较宽泛的列举了10条,而经过集体讨论,精简为3条,非常明确:(1)拥有宽厚的人文与社会科学知识,树立正确的世界观,人生观和价值观,具有良好的思想品德,社会公德和职业道德。(2)掌握生物学和工程技术学科的基本知识,基本理论和基本技能,以工为本,生物新理论为支撑,为专业素质培养打下深厚的理工基础。(3)能比较系统的掌握发酵工程,酶工程和生物质工程等学科的基本理论和实验技术,熟悉国家大政方针,具备在生物工程领域从事设计、生产和新技术研究、新产品开发的基本能力。
二、主干学科与核心课程的修订
建立符合人才培养规格和社会发展要求的课程体系,通过认真调研,广泛征求教研室教师的意见和建议,生物工程专业的课程体系以建设核心课程为主线,以突出化学、生物、工程系列的基本理论和技能为特点。生物工程专业本身就确定了其归属的主干学科必然是生物学和工程技术学2大学科,具体偏重要根据所在学校的层次,所在地区的特点。具体体现在专业核心课的设定上。原培养方案的核心课程:细胞生物学、生物化学、微生物学、分子生物学、化工原理、酶工程、发酵工程、淀粉制品工艺学。经过讨论,确定用细胞工程代替细胞生物学,用生化工程代替分子生物学的核心地位,用工程识图与制图代替淀粉制品工艺学。这个变化增加了3个工程技术学的课程作为核心课程,改变了原版培养方案过度突出生物学学科的失误。新的核心课程为:细胞工程、生物化学、微生物学、化工原理、酶工程、发酵工程、生化工程、工程识图与制图。
三、精简学时,有机整合
以“注重素质、强化基础、拓宽口径、增强能力、开拓创新”为教学指导思想,遵循“横向拓宽,纵向理顺,加强基础,调整结构,更新内容,精简学时,突出实践”的原则,充分讨论,调整了课程框架和学分的分配。从学分分配中的变化看,主要体现在基础课、专业基础课、核心课的大幅度减少,这不是不重视基础教育,而是纠正过度强调基础教育,把结余下来的时间突出专业教育,为实现培养应用型人才的目标服务。第二个特点是增加了实践教学学分。第三个特点是总学分下降了分,给学生充分的自我发展空间,减轻学业负担。精简学时主要体现在删除一些相关性不高的课程和进行了课程的有机整合。删除的课程主要有植物生理学、细胞生物学、遗传学、普通生物学、淀粉制品工艺学、天然产物化学、细胞与免疫学技术。课程的有机整合非常重要,有利于形成完整的知识体系。
四、强化工程学基础,侧重应用
生物工程作为生物技术的产业化应用学科,工艺生产及应用的教学是其独特的内容之一,因此,应将生物学原理和技术相结合,并融人到工程学原理中在课程体系中,开设上游技术和下游加工过程等课程,并且要多增加实践性强的课程门类。高等数学开设学时较多的`高等数学B,物理化学也选择了B级别,增加了工程识图与制图,并且开设了细胞工程、生化工程、酶工程、发酵工程、基因工程等生物工程行业的五大工程课程,强化了工程学基础。
五、特色鲜明,注重实践
学校必须结合区域经济发展特点和自身办学条件,改革传统的教学模式,探索新的应用型人才培养方案,构建自身特色的生物工程本科人才教育模式,才能使高校生物工程专业人才培养与生物工程产业的发展相一致[8]。我校生物工程专业立足吉林省的地域特点,以服务地方经济为己任,以农产品生物转化与生物发酵为特色。本专业面向地方经济建设和吉林省粮食大省的优势,以生物物理学理学硕士点和生物工程专业学位硕士授权点为依托,以吉林省主要农作物为研究材料,凝练出农产品生物转化与生物发酵为特色的研究方向,为生物经济和生物产业培养了一大批优秀工程师。为突出这一特色,在课程设置上进行了精心安排。开设了微生物学、发酵工程、生物工程、微生物遗传育种、发酵设备、生物工程综合实验、生物工程下游技术、酿造工艺学、酒精与啤酒工艺学、生物工程分析、氨基酸与有机酸发酵工艺学、生物试验设计、发酵工厂设计等相关课程,从发酵学的基础到具体的专业应用,形成比较完整的体系。注重实践教学,在原有实习学时的基础上增加了4周的实践教学,主要有金工实习、化工原理实习、发酵设备实习、生物工程综合实习,尤其是生物工程综合实习开设5周,系统的完成有关生物工程专业的一项技术工艺。
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摘要:现代生物技术制药工业始于1971年,现已创造出35个重要治疗药物,全球大约有2500多家公司,主要产品有重组蛋白质药品、重组疫苗和诊断、治疗用的单克隆机体三大类。我国自80年代开始进行现代生物技术药品的研究和开发,到1998年7月底,我国已有近200多个现代生物技术制药企业,已有14种现代生物技术药品和疫苗投产,已经批准进入临床的有近10种药,正在进行临床前研究的有10多种。在采用现代生物技术改造传统生物技术制药产业方面已取得初步成果。但我国生物技术诊断试剂、酶工程、动植物细胞工程医药产品、现代生物技术支撑技术、后处理技术和制剂技术等方面与国外还存在差距。其中不重视中试放大过程是影响我国生物技术产业化发展的一个很重要的原因。 关键词:生物技术制药 生物技术的应用 生物技术发展 生物药物研究进展 生物技术药物(biotech drugs)或称生物药物(biopharmaceutics)是集生物学、医学、药学的先进技术为一体,以组合化学、药学基因(功能抗原学、生物信息学等高技术为依托,以分子遗传学、分子生物、生物物理等基础学科的突破为后盾形成的产业。现在,世界生物制药技术的产业化已进入投资收获期,生物技术药品已应用和渗透到医药、保健食品和日化产品等各个领域,尤其在新药研究、开发、生产和改造传统制药工业中得到日益广泛的应用,生物制药产业已成为最活跃、进展最快的产业之一。有些学者认为,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。无论这种说法是否得到普遍的认同,生物技术是当今高技术中发展最快的领域似乎是不争的事实。 科学家预测,生命科学到2015年会取得革命性进展。这些进展可以帮助人类解决很多目前无法医治的疾病的治疗问题,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,为社会安全和刑侦提供新的手段。有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。产生新的有机生命的研究也会取得进展。 1.生物制药现状 目前生物制药主要集中在以下几个方向: 1 肿瘤 在全世界肿瘤死亡率居首位,美国每年诊断为肿瘤的患者为100万,死于肿瘤者达万。用于肿瘤的治疗费用1020亿美元。肿瘤是多机制的复杂疾病,目前仍用早期诊断、放疗、化疗等综合手段治疗。今后10年抗肿瘤生物药物会急剧增加。如应用基因工程抗体抑制肿瘤,应用导向IL-2受体的融合毒素治疗CTCL肿瘤,应用基因治疗法治疗肿瘤(如应用γ-干扰素基因治疗骨髓瘤)。基质金属蛋白酶抑制剂(TNMPs)可抑制肿瘤血管生长,阻止肿瘤生长与转移。这类抑制剂有可能成为广谱抗肿瘤治疗剂,已有3种化合物进入临床试验。2 神经退化性疾病 老年痴呆症、帕金森氏病、脑中风及脊椎外伤的生物技术药物治疗,胰岛素生长因子rhIGF-1已进入Ⅲ期临床。神经生长因子(NGF)和BDNF(脑源神经营养因子)用于治疗末稍神经炎,肌萎缩硬化症,均已进入Ⅲ期临床。 美国每年有中风患者60万,死于中风的人数达15万。中风症的有效防治药物不多,尤其是可治疗不可逆脑损伤的药物更少,Cerestal已证明对中风患者的脑力能有明显改善和稳定作用,现已进入Ⅲ期临床。Genentech的溶栓活性酶(Activase重组tPA)用于中风患者治疗,可以消除症状30%。 3 自身免疫性疾病 许多炎症由自身免疫缺陷引起,如哮喘、风湿性关节炎、多发性硬化症、红斑狼疮等。风湿性关节炎患者多于4000万,每年医疗费达上千亿美元,一些制药公司正在积极攻克这类疾病。如 Genentech公司研究一种人源化单克隆抗体免疫球蛋白E用于治疗哮喘,已进入Ⅱ期临床;Cetor′s公司研制一种TNF-α抗体用于治疗风湿性关节炎,有效率达80%。Chiron公司的β-干扰素用于治疗多发性硬化病。还有的公司在应用基因疗法治疗糖尿病,如将胰岛素基因导入患者的皮肤细胞,再将细胞注入人体,使工程细胞产生全程胰岛素供应。 4 冠心病 美国有100万人死于冠心病,每年治疗费用高于1 170亿美元。今后10年,防治冠心病的药物将是制药工业的重要增长点。Centocor′s Reopro公司应用单克隆抗体治疗冠心病的心绞痛和恢复心脏功能取得成功,这标志着一种新型冠心病治疗药物的延生。基因组科学的建立与基因操作技术的日益成熟,使基因治疗与基因测序技术的商业化成为可能,正在达到未来治疗学的新高度。转基因技术用于构造转基因植物和转基因动物,已逐渐进入产业阶段,用转基因绵羊生产蛋白酶抑制剂ATT,用于治疗肺气肿和囊性纤维变性,已进入Ⅱ,Ⅲ期临床。大量的研究成果表明转基因动、植物将成为未来制药工业的另一个重要发展领域。 2.生物制药展望 今后10年生物技术将对当代重大疾病治疗剂创造更多的有效药物,并在所有前沿性的医学领域形成新领域。目前热门的药物生物技术如下:表1 热门药物生物技术技 术 新颖性 技 术 新颖性 组合化学 成熟领域 前导物综合鉴定技术 新生技术 药学基因组科学 发展领域 核糖酶 新生技术 蛋白质工程 发展领域 抗体酶 新生技术 基因治疗 发展领域 药物设计与人工智能 新生技术 糖类治疗剂 发展领域 功能抗原 新生技术 表2 正在研究开发的生物技术药物类型领 域 开发药物品种 领 域 开发药物品种 单克隆体 78 人生长激素 5 疫苗 62 组织纤溶酶原激活剂 4 基因治疗 28 凝血因子 3 白介素 11 集落细胞刺激因子 3 干扰素 10 促红细胞生成素 2 生长因子 10 SOD 1 重组可溶性受体 6 其他 56 反义药物 6 总数 284 生物学的革命不仅依赖于生物科学和生物技术的自身发展,而且依赖于很多相关领域的技术走向,例如微机电系统、材料科学、图像处理、传感器和信息技术等。尽管生物技术的高速发展使人们难以作出准确的预测,但是基因组图谱、克隆技术、遗传修改技术、生物医学工程、疾病疗法和药物开发方面的进展正在加快。除了遗传学之外,生物技术还可以继续改进预防和治疗疾病的疗法。这些新疗法可以封锁病原体进入人体并进行传播的能力,使病原体变得更加脆弱并且使人的免疫功能对新的病原体作出反应。这些方法可以克服病原体对抗生素的耐受性越来越强的不良趋势,对感染形成新的攻势。 除了解决传统的细菌和病毒问题之外,人们正在开发解决化学不平衡和化学成分积累的新疗法。例如,正在开发之中的抗体可以攻击体内的可卡因,将来可以用于治疗成瘾问题。这种方法不仅有助于改善瘾君子的状况,而且对于解决全球性非法毒品贸易问题具有重大影响。 各种新技术的出现有助于新药物的开发。计算机模拟和分子图像处理技术(例如原子力显微镜、质量分光仪和扫描探测显微镜)相结合可以继续提高设计具有特定功能特性的分子的能力,成为药物研究和药物设计的得力工具。药物与使用该药物的生物系统相互作用的模拟在理解药效和药物安全方面会成为越来越有用的工具。例如,美国食品药物管理局(FDA)在药物审批的过程中利用Dennis Noble的虚拟心脏模拟系统了解心脏药物的机理和临床试验观测结果的意义。这种方法到2015年可能会成为心脏等系统临床药物试验的主流方法,而复杂系统(例如大脑)的药物临床试验需要对这些系统的功能和生物学进行更为深入的研究。 到下世纪初生物技术药物的种类数目尚不会超过一般药物的总数,但生物技术制药公司总数将超过前10年的6倍。目前主要生物技术公司多分布在美国,如Amgen,Genetics institute,Genzyme,Genentech和Chiron,还有Biogen也发展较快。1987年尚没有一种重组DNA药物进入世界药品销售额排名前列表,但到1996年已有多种生物工程药物榜上有名。经上市的生物技术药物主要含3大类,即重组治疗蛋白质、重组疫苗和诊断或治疗用的单克隆抗体。 药物的研究开发成本目前已经高到难以为继的程度,每种药物投放市场前的平均成本大约为6亿美元。这样高的成本会迫使医药工业对技术的进步进行巨大的投资,以增强医药工业的长期生存能力。综合利用遗传图谱、基于表现型的定制药物开发、化学模拟程序和工程程序以及药物试验模拟等技术已经使药物开发从尝试型方法转变为定制型开发,即根据服药群体对药物反应的深入了解会设计、试验和使用新的药物。这种方法还可以挽救过去在临床试验中被少数患者排斥但有可能被多数患者接受的药物。这种方法可以改善成功率、降低试验成本、为适用范围较窄的药物开辟新的市场、使药物更加适合适用对症群体的需要。如果这种技术趋于成熟,可以对制药工业和健康保险业产生重大影响。 值得注意的是,制药工业的知识产权保护在世界各地是不平衡的。某些地区(例如亚洲)会继续以生产专利过期药物为主,有些地区(如美国和欧洲)除了继续生产低利润的药物外会不断开发新的药物。 总之,综合多学科的努力,通过新技术的创立可以大大拓宽发明新药的空间,增加发明新药的机遇与速度。因为这些手段可以寻找快速鉴定药物作用的靶,更有效地发现更多新的先导物化学实体,从而为发明新药提供更加广阔的前景。
随着我国医药行业的快速发展,技术水平也得到了快速的提高,为人民做出了很大的贡献。下面是我为大家整理的中药制药专业论文,供大家参考。
《 现代中药制药工艺学的 教学 方法 探索 》
摘要:从课程的准确定位、多元化教学、补充新的中药制药工艺技术以及全面评价等四个方面论述中药制药工艺学课程教学方法,提高专业课的授课质量进行探讨。
关键词:中药制药工艺学;中药现代化;教学方法
中图分类号: 文献标志码:A 文章 编号:1674-9324(2014)22-0069-02
我过于上世纪90年代提出中药现代化,旨在继承和发扬我国中医药优势和特色,综合运用现代制药技术和手段,提供“安全、有效、稳定、可控”的中药产品。这既是提高中药竞争力和国际化的必由之路,也是中药发展的内在要求。实现中药现代化,不仅需要技术创新,也需要专业技术人员的培养;不仅需要科研院所的努力,更需要中药企业的积极参与。针对中药制药技术进行联合攻关,提高中药的质量和竞争力,现代中药制药工艺对于实现中药现代化具有举足轻重的作用。现代中药制药工艺涉及两个相辅相成的重要环节:中药原料药的生产工艺和中药制剂的生产工艺。其中本文所讨论的中药制药工艺主要是指中药原料药的生产工艺,涉及中药的前处理、中药有效成分的提取工艺、分离纯化工艺、浓缩工艺和干燥工艺,这也是决定现代中药质量的关键环节[1,2]。现代中药制药工艺学研究的对象是中药,涉及中药学、生药学、天然药物化学、中药制药工程等多门专业课的综合理论知识。中药制药工艺学与化学制药工艺学和生物制药工艺学的相通之处在于对现代制药技术的采用,但中药制药工艺又具有自身的显著特色:以中医理论为基础,新技术和手段的应用要围绕中医药理论进行,若离开这个基础,就成为植物药或天然药物。因此,在中药制药工艺学的教学中,要在中医药理论这个基础上,积极采用现代化的提取纯化工艺。
一、准确定位
中药制药工艺学是专业性课程,针对大三下学期或大四上学期的学生开设。所以在中药制药工艺学的教学工程中,要以专业性、技术性为导向,突出这门课的应用性。这门课以中药学、天然药物化学、制药工程学课程为基础,突出其综合性以及在日后中药生产中的桥梁作用。中药制药工艺学的落脚点是工艺技术,不能过于强调其基础原理。
二、多元化教学
虽然中药制药工艺学目前的发展总体上较化学制药和生物制药有所差距,但仍有不少发展良好的中药制药企业,积极采用新技术,实现了中药生产的升级换代。同时积极吸收现代化学制药与生物制药领域的先进技术,与中医药理论相结合,在保证中医特色的前提下,实现中药的现代化生产。这就需要高校为企业输送既懂传统中医药理论,又掌握现代制药工艺的专业人才,这对制药工程专业的教学,特别是中药制药工艺学提出了新的要求。该课程的教学,要立足课本,但也要根据实际需要采用多种资源提高教学成效。
1.充分利用网络资源。采用网络资源,特别是国际上植物药生产的工艺的相关资料,对于提高中药制药工艺学的教学质量非常重要。目前,限于课堂教学条件限制,学生不能从教材上直观地感受工艺过程。根据课堂教学的需要,选用一些直观、说明生产流程的视频讲义。水蒸气蒸馏法提取中药材的精油章节,可以利用flash演示加热、汽化、冷凝过程,同时播放水蒸气蒸馏提取薰衣草精油的视频,这比教材的示意图更加直观和富有吸引力。等视频网站有动态表现生产工艺的flash和视频资料,可以直观地表现工厂车间的生产流程和原理,同时增加学生的学习兴趣。
2.强化实践教学。工科专业的学生,在学习中药制药工艺学这门课之前,会有专业见习和实习的机会,充分利用这些机会,让学生在车间里最直接地认知中药生产工艺,同时,车间操作人员的现场操作也可以加深学生对工艺流程、参数设置的理解。充分利用学校资源和企业资源,将理论学习与基本训练结合起来,增强学生的专业技能,切实提高课堂教学的实际效果。切不可将见习或实习简单化、形式化,在开始实习前,老师要和车间的带教老师沟通好,在保证学生和生产安全的前提下,要让学生对生产流程有深入的了解,最好有一定的亲手操作的机会。同时利用学校的中试车间,让学生分组分批完成实验任务,让每个小组(3~4学生)都独立地完成提取、纯化、浓缩、干燥以及压片或灌装胶囊的中药制药流程。该课程配套的实验分为两部分:一次是集中实验,统一学习操作技能;一次是进入到中药或生药方向的课题组中,跟随研究生做实验,要求每位学生从提取、纯化、浓缩、干燥等环节中,挑1~2种练习。这部分实验需要和各课题组的负责人沟通好,虽然实行起来有难度,但效果较好。
三、充分吸收最新的工艺技术
目前所采用的教材对新技术、新工艺有所更新,但仍不充分。但目前在国家政策的支持下和研究院所的共同努力下,一些中药企业加大研发力度,对新技术和新工艺的采用比较积极,引进了一批较高技术含量的生产工艺。所以在教学中需要补充已经被企业采用或行将被企业采用的新的技术或手段。在这方面比较有代表性的是膜分离(浓缩)技术。比如一些中药企业采用无机陶瓷膜工艺代替传统的醇沉工艺,减少生产环节,缩短生产周期;减少乙醇使用量,对中药有效成份基本无截留,除杂彻底;无机膜性质稳定,再生方便等特点。与纤维滤膜组合使用,即可以延长滤膜的使用寿命,又可以提高药品品质。但关于无机陶瓷膜的介绍以及在中药生产中的应用,在目前的教材中较少,可以利用网络资源,及时补充到讲课材料中,使学生接触到代表中药制药工艺发展方向的新技术。采用有机超滤膜精制中药多糖类成分,较传统的水提醇沉工艺具有得糖率高、工序简省的优点,是非常具有前景的生产工艺。以香菇多糖的制备为例,可以从超滤原理、多糖分子截留、多糖的组成等几个方面介绍有机膜超滤工艺在中药多糖制备工艺中的应用。同时利用flash动画模拟超滤过程,多糖的电镜测定等手段直观的对比膜过滤与传统工艺的不同,让学生有更深入的理解。
四、全面评价教学效果
中药制药工艺学是一门突出技术工艺的专业课,不能当作理论课来讲授,在考察学生时也应兼顾课本知识和实际应用能力。因此考察环节中应该有一定比例的实验课环节,考察学生实际解决问题能力以及对中药制药工艺的理解。笔者在学习结束后设置了中药制药工艺学综合实验:银杏总黄酮的提取及滴丸制备,涉及微波、超声以及传统煎煮等不同的提取工艺,采用UV和HPLC定量法,考察不同工艺对总黄酮的提取效率的影响。比较大孔吸附树脂柱、膜分离以及醇沉工艺对总黄酮部位质量的影响。让学生不仅加深对课本知识的理解,而且锻炼工艺设计的能力。
现代中药制药工艺学是传统技术与现代技术的结合,在坚持传统中医药理论的基础上,积极采用现代的技术,特别是源于化学制药和生物制药领域的先进技术,对于提升中药的生产水平至关重要,毕竟,目前中药制药领域新技术的独立创新成果较少。在设置中药制药工艺学实验课时要兼顾中药学、中药制剂等传统学科和生物学、材料学、波普学等现代技术。既懂传统中医药理论,又掌握现代制药工艺的专业人才,是实现中药现代化的重要依赖,也是生产现代中药的重要保障。所以,现代中药制药工艺学的教学要立足课堂,联系实践,培养既有扎实理论功底,又有实际工艺设计能力的工学人才。
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《 高新技术在中药制药领域应用的分析 》
摘 要:如今,人们对于中药制药质量要求越来越高,这也使中药制药面临了巨大的机遇和挑战,越来越多先进科学技术与专业设备出现在中药制药市场中。然而,我国目前中药制药领域中,高新技术得到了广泛的应用,高新技术的出现,不仅大大提高了中药制药生产的效率,还能够有效保障药品的安全卫生质量,对于中药制药行业的稳定发展有着重要的作用。因此,本文就具体介绍了高新技术在中药制药领域中的应用,并对其中存在的一些问题进行分析, 总结 出以下几点注意事项。
关键词:高新技术;中药制药;应用;分析
目前,高新技术受到了中药制药领域的高度重视,被广泛应用于中药制药过程中,取得非常好的效果。但是,就我国目前高新技术水平而言,虽然取得了一定的发展与进步,可总体来说尚不成熟,在实际的中药制药领域的应用中,仍旧存在很多的问题和不足,使得药品质量无法得到充足的保障,严重影响了中药制药的生产效率,这无疑会对中药制药领域产生一定的冲击。因此,本文以高新技术在中药制药领域的应用为主要内容,加少了几种不同类型的高新技术,提出一些自身的观点,仅供参考。
1 高新技术在中药制药工程中的应用与分析
泡制全浸润工艺与装备
一般情况下,我们对于中药的认识只存于表面,并不了解中药具体的制药过程。但是,在实际的中药的生产过程中,制药工艺非常繁琐,难度较大,这也导致大多数中药在制药过程中发生一些问题,使得药品的治疗效果受到一定的影响。其次,中药浸润工序是整个中药制药过程中最为关键的环节之一,制药人员必须要对浸润时间进行严格的控制,不能过长,也不能过短,充分保证药品的质量。因此,我们可以将先进的高新技术与设备应用到中药的泡制全浸润工艺中,以此来简化复杂的制药工艺,从而有效的降低制药生产工作的难度。此外,制药人员要对不同类型的药物进行分别处理,更根据药物的性质采取适合的制药工艺,并制定合理的浸润时间。
动态提取技术
结合目前我国中药制药生产过程现状而言,其中还存在很多的弊端,尤其是在进行重要药物的提取过程中,制药人员依旧延续了传统陈旧的提取方法,施工设备也非常滞后,这就导致药物的提出率不高,并不能发挥很好的治疗效果,从而严重制约了我国中药制药领域的发展。那么,如何才能提高中药的使用率,达到良好的治疗作用呢?那就必须将动态提出技术应用于中药制药的生产中,并对滞后的设备进行及时的更新,这样不仅能够充分保障药物的提出率,还大大提高了药物的使用率,使得我国中药制药领域真正满足于现代社会发展的需求。
仿生技术
仿生技术是从生物药剂学的角度模拟人口服给药及药物经胃、肠运转的原理,将药物研究与分子药物研究相结合,为经消化道给药的中药制剂设计的一种新的提取工艺技术。中药材粉末在一定的pH酸性水溶液提取,然后再用一定PH碱性水溶液提取,选择pH的最佳值和其他一些辅助条件和工艺参数。它主要是以生物学的相关理念为基础,从而对药物特性进行相应的分析,通过人体环境模拟的办法,来对中药药物生产的相关内容进行详细的分析和了解。而且在药物提纯的过程中,人们也可以采用仿生技术来对其进行相应的处理,从而使得药物在提取的过程中,药材的利用率得到了进一步的提升。
生物酶技术
与上述仿生技术使用一样,生物酶技术是借鉴了生物工程技术的酶工程技术来实现对中药的提取。生物酶是一种具有特殊催化性质的高效催化剂,大多数酶的主要构成成分是蛋白质,利用这项技术的优点在于,一方面多数植物中药的有效成分主要是靠生物酶的作用才能实现将其溶解出来,同时还可以借助酶的运输将药物的有效成分作用于细胞内部发挥药效。另一方面中药材在经过提取后其中还是含有一定量的杂质,如大分子的多糖、蛋白质、胶质类等,这些物质通过生物酶的催化都会将其降解而挥发出去。但是在使用生物酶技术时要注意,由于中药材包含的领域十分的广阔,包括了植物、动物、矿物质等物质,生物酶具有专一性,一种酶只能催化一种物质。
2 中药制剂应用高新技术应注意的问题
重要活性成分或药物配比的关系
一种中药的发现,其中活性成分和要用部位的确定和使用,使之进一步成为确定的药物很重要,但是研究清楚每一味中草药植物中所含有的活性成分的种类、用药部位之间的量效关系在医学研究领域有着更重要的意义,因为这种研究和最终各项理论的确定为人类利用中药开拓了广泛的药物资源。目前,我国中医中药药性和药味组成之间的关系研究主要是从哲学的辩证态度的分析进行的,缺乏相关药物之间量效方面的深入研究。因此,我们在继承和发扬我国传统中医中药理论和处方方剂的基础上,要从理论研究与实验方式相结合的方式进行发展和研究。
中药产品的内在质量和技术含量问题
目前我国中药制药生产过程中常常出现农药超标、化学成分过多等质量问题,这些药品一旦投入市场中,将会极大威胁人们的身心健康,甚至还会引发其他的并发症,后果不堪设想。虽然现代中药制药领域中引入了更多的高新技术和施工设备。但是,中药产品内在质量问题仍是中药制药行业非常关注的问题,还需要相关技术人员更加深入的研究和开发,不断加强和完善高新技术,进一步提高高新技术水平,促进中药制药领域长期稳定的发展。因此,中药制药行业要高度重视中药产品内在质量和技术含量问题,对于农药超标和化学成分较高的中药药材进行分析调查,充分保障药物的使用质量,达到理想的治疗效果,从而大大缓解了患者的病痛情况,为我国中药制药行业做出巨大的贡献。
应用现代检测技术控制
为了提高中药制药产业的生产技术和质量控制水平,大力发展想指纹图谱技术和其他的相关控制技术是十分有必要的,在未来应采用更加先进的高新技术,例如薄层色谱、高效液相色谱、并与二极管阵列检测器、质谱联用等。
3 结束语
综上所述,可以得知,高新技术的出现,对于中药制药领域的生存和发展起到了重要的作用,不仅提高了中药制药的生产效率,还充分保障了药物的质量,减少了繁琐的制药工序,打破以往传统的中药制药生产方法,采取更多先进的制药技术,加大对高新技术的推广和应用,及时对制药设备进行优化和更新,使其能够充分满足于现代社会发展的需求,对药物内在质量进行严格的质量把关,根据不同类型的药物,采用适合的高新技术,确保药物能够起到绝佳的治疗效果,从而进一步提高我国高新技术水平,促进中药制药领域长期稳定的发展。
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动物细胞和植物细胞工程制药探讨论文
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摘要:
细胞工程是生物制药工业中的关键技术,其在医药领域的应用使得生物制药行业得到了极大的发展,细胞工程制药前景广阔。通过对相关文献和数据的整理和分析,概述了细胞工程制药领域相关技术及其在生物制药工业中应用的意义与展望。
关键词:
细胞工程;生物制药;动物细胞工程;植物细胞工程;转基因;反应器;
1、生物制药及细胞工程概述
生物制药是生物技术的综合利用,从生物体、生物组织、细胞和体液中分离出有效成分,制备用于预防、治疗和诊断的产品[1]。天然的生物材料赋予了生物制药安全性高、副作用小、营养价值较高的特点,这些显着的优势使生物药物越来越受人们的青睐,这也是生物药物市场不断扩大的重要原因之一。
细胞工程是以细胞为研究对象,按照需求利用细胞和分子生物学的理论设计和操作,使细胞在遗传学上的特性发生变化,达到改良或创造新品种的目的,在大规模地培养和繁殖后,最终提取出对人类有利的产品。在工业上,主要包括上游工程(包括细胞培养、遗传操作和保存)和下游工程(包括转化细胞在生物制品生产中的应用)[2]。如今,细胞工程在生物制药工业发挥着不可替代的作用。
2、动物细胞工程制药
、动物细胞工程制药的概述及早期发展
动物细胞工程制药最早能够追溯到20世纪50年代,用动物细胞生产病毒,也就是在生物反应器中培养动物细胞,进行大规模培养后,再接种减毒或灭活的病毒来生产疫苗[3]。常见的动物细胞培养技术流程,一般是先将动物组织分散成单个细胞、细胞群(团)后,接种于培养基中进行原代培养,再经过10~50代的传代培养,就初步得到了需要的细胞系。然而,由于自然界的细胞普遍表达水平低,通过这种方法生产的产品不仅产量低,而且成本高,因此,早期动物细胞培养并没有得到充分的重视。
、杂交瘤技术
杂交瘤技术在20世纪70年代的创建,是动物细胞技术发展新的里程碑。随着杂交瘤技术在工业领域的应用,各种新产物相继出现,在生产用于疾病诊断和治疗的生物制品中具有重要意义[3]。1984年的诺贝尔生理学或医学奖颁给了创立抗原选择抗体学说以及发明单克隆抗体技术的3位科学家。他们提出将能够分泌特异性抗体的B淋巴细胞与能够无限增殖的骨髓瘤细胞融合筛选,形成能产生特定抗体的杂交瘤细胞。这种方法得到的融合细胞可以稳定生产特异性强、效价高的单克隆抗体。
、动物细胞大规模生产技术
动物细胞大规模生产指在人工条件下,在细胞生物反应器内大量培养有用的动物细胞,是生产药品的技术,也是制药业的关键技术。由于动物细胞对外界环境变化高度敏感,细胞培养放大工艺需要从实验室规模逐级放大到生产规模,各个反应器中工艺的差别成为目前放大过程的一大技术挑战[4]。通过动物细胞生产生物制品已成为全球生物产业的主要支柱,目前通过动物细胞培养获得较多的生物制剂是蛋白和抗体。
、动物生物反应器
动物生物反应器可以从转基因动物体内源源不断地获得人类需要的某种蛋白,并进行工业化生产蛋白质。依据产生蛋白部位的不同,可分为多种类型的生物反应器,如血液生物反应器、唾液腺生物反应器等。科学家发现,由于雌性动物的乳腺能够高效表达重组蛋白并进行一定的修饰,乳腺生物反应器成为最被看好的生物反应器发展方向。随着技术的发展,乳腺生物反应器的产物已经扩大到了抗凝血酶、凝血因子、人蛋白,还有各种溶菌酶、超氧化物歧化酶、干扰素等许多具有极高医用价值的酶或细胞因子。作为一种全新的生物生产模式,由于其在生产天然产物时的高产量、低成本的优势[5],乳腺生物反应器在生物医药行业将得到更广泛的应用。
、动物细胞核移植
动物细胞核移植在细胞工程中同样具有良好的前景。将动物的供体细胞核取出,注入另一个去核并且处于减数分裂中期的卵母细胞,改变细胞的遗传特性,以产生新产品,再将其进行体外培养、繁殖、纯化、提取,最终用于疾病治疗。我国对鱼类的核移植研究最早,“中国克隆之父”童第周在20世纪60年代就完成了世界上第一例鱼类细胞核移植。后来,我国学者又尝试在其他多种品系鱼类之间进行核质融合实验,并利用模式动物斑马鱼,揭示鱼类核移植后再程序化的分子机制,取得了巨大的研究成果,推动了鱼类核移植技术及其他相关领域的快速发展[6]。如今,动物细胞工程在生物制药领域意义重大。由于动物细胞结构的复杂性和分工的明确[7],动物细胞工程具有巨大的优势。
3、植物细胞工程制药
、植物细胞工程制药的概述及早期发展
将植物直接入药或者从植物体中提取有效成分是一种生产药物的传统方法。随着技术的成熟,处理和提取过程越来越简便,目前多种中药都是这样生产的。但是,这样的方法只适合容易栽培、繁殖速度快的植物,对于那些生长周期长、提取难度大的植物并不适合,所以受到了诸多限制。比如拥有抗癌成分的红豆杉曾因为人们的大规模砍伐,遭受了毁灭性的破坏[8]。
植物细胞工程制药,是将植物细胞作为基本研究单位,对植物细胞进行一系列操作,改变植物细胞生物特性,最终达到改良或培育新品种的目的[9]。应用植物细胞及组织培养,具有杂质少、提取简单、有效成分含量高和培养周期短的优势。植物细胞工程制药目前主要体现在组织及细胞培养、遗传特性改造以及转基因植物等方面。
、植物细胞工程大规模培养
最早提出应用植物大规模提取天然药物的是20世纪50年代美国的科学家,他们从多升发酵罐中得到了大量药用成分呋喃色酮。我国作为植物药用历史最悠久的国家之一,应用细胞培养技术能够帮助我国传统中药材发挥更大的价值。
丹参是具有活血化瘀、通经止痛功效的一味中药,其中的'主要成分——酚酸类和二萜类,药理作用主要表现在对心血管系统疾病的治疗。目前,由于丹参有效成分含量低、生长缓慢,野生丹参资源遭到大规模破坏,加上各地培育出的品种质量良莠不齐等原因,其在数量以及质量上都难以满足市场的供给需求[10]。经过实验研究发现,用一种10L规模的特殊植物组织反应器培养丹参发根,仅用50天,鲜重增殖倍数高达240倍,各种有效成分含量也得到大幅度提升。这是一种非常适合丹参发根生长及产物积累的方法,而且避免了农药等物质的污染。
、植物转基因技术
转基因植物与转基因动物相比有独特的优势,一方面植物细胞具有全能性,细胞培养条件简单且易于成活;另一方面进入植物体的外源基因,可以在与其他植物杂交的过程中积累有益基因优化表达。利用转基因植物也能生产疫苗,以植物作为生物反应器,将携带抗原基因的载体导入受体细胞,在植物体内表达和修饰这类特定抗原,成为具有免疫活性的蛋白质。香蕉、胡萝卜、土豆等都可以作为受体植物。一些转化编码基因的植物疫苗,如HBsAg、LTB、诺沃克病毒等,已被用于预防和治疗乙型肝炎及细菌性腹泻。在生物和临床试验中,均展示了良好的免疫应答,相较于传统疫苗,具有生产成本低、成功率高、易形成规模化生产等优势。尽管植物转基因疫苗的研究还处于起步阶段,但我国报道的转基因植物生物试验已经取得了一些成果[11],成为我国制药业的重要进步。
、植物生物反应器
植物生物反应器,又名“植物基因药厂”。这种技术拓宽了药用蛋白及疫苗的来源,在降低成本的同时,扩大了生物制药产业规模,并产生了巨大的商业价值。植物生物反应器的研发,对于在全球范围内抢占生物经济制高点有着重要的意义,许多发达国家都已把植物生物反应器的研发列入了国家重点生物技术研究的战略性计划[12]。我国开发植物作为反应器始于20世纪90年代,目前对于植物生物反应器的研发和投入与发达国家还存在一定的差距。在我国“九五”计划对这一项目进行政策扶持后,目前已经取得了大幅度进展[13]。
4、细胞工程制药的意义与展望
研究细胞工程制药的研究进展和前景,对于制药业的发展有重要意义。据统计,世界上50%的医药产品来自细胞工程制药,其中,植物细胞提取物和动物细胞提取物大约各占1/2。细胞工程在生物制药工业中占据重要地位,为新药开发提供了技术操作基础,在治疗免疫性疾病、提升治病疗效、创新医药品等方面都有广泛的应用[8],细胞工程制药的研究在不断取得突破,其影响和前景也日渐得到展现。如今,生物制药与细胞工程已经紧密联系在一起,随着细胞工程技术在生物制药生产中的普遍应用,生物制药行业发展迅速,取得了巨大的经济效益[14]。
伴随着更多新兴技术的出现和更新,在未来细胞工程制药研发过程中,可以充分利用各种技术平台寻找最佳研究方案。与其他相关领域的结合,也将更好地推动我国生物制药领域的发展。近半个世纪以来,细胞工程制药发展迅猛,并且已在医药领域取得了众多的研究成果。所以,在“十四五”规划期间,应更加重视战略性新兴产业,进一步加快和壮大新一代生物技术的发展。
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附 :建筑学毕业论文选题
1、室内外气温对建筑围护结构吸收太阳能的影响
2、鲁西南地区门墩石造型、纹样初探
3、室外气温和保温层位置对间断供暖房间能耗特征的影响
4、极少主义室内光环境设计研究
5、建筑工程项目成本控制研究
6、老年人建筑的自然光环境设计初探
7、杨凌城市色彩景观规划研究
8、襄城县古城墙遗址保护公园规划设计
9、光导管照明系统的配光及应用研究
10、BIM技术在钢结构工程建设阶段的应用
11、民营建筑企业项目团队核心利益相关者冲突管理研究
12、市政工程项目责任成本管理应用研究
13、长春七天酒店(火车站店)装饰工程的成本管理研究
14、国学中心项目施工成本控制研究
15、黑龙江移动枢纽楼建筑工程项目的成本控制研究
16、呼和浩特市建筑勘察设计研究院发展战略研究
17、包头市A装饰公司发展战略研究
18、南京国际金融中心续建工程项目成本控制研究
19、国有施工单位材料采购管理研究
20、基于互联网+的PMIS的运维管理研究
21、建发集团观澜丽景二期项目工程造价管理研究
22、俄侨文化影响下的中东铁路建筑及其历史价值研究
23、建筑艺术表现在房地产经营销售策略中的应用研究
24、吉林鼎鑫路桥建设有限公司发展战略研究
25、湘黔古镇聚居文化和建筑空间形态研究
26、“营改增”对建筑企业税负影响分析
27、BIM在建筑工程管理中的应用研究
28、基于FIDIC合同条件的承包商索赔研究
29、基于分项计量的空调系统能耗诊断的实用研究
30、基于VE工程项目成本控制的研究与应用
31、建筑施工项目安全文化建设研究
32、太阳能-空气源热泵系统在独立式住宅中的应用研究
33、青岛地区农村钢结构住宅热桥的热工分析
34、英谈村历史建筑保护与利用研究
35、我国建筑业营改增相关问题研究
36、延长油田中心化验室项目成本管理研究
37、低气压下噪声环境对人体舒适感影响机理的研究
38、青岛市住宅建筑室内热环境的实测与研究
39、晋鲁地区民居烟囱的建构技术与文化意义研究
40、挣值法在中铁一局二公司项目成本控制中的应用研究
41、我国工程承包企业进入国际市场的对策研究
42、冯坪办公楼项目工程造价管理与控制研究
43、ZHGY集团管道安装项目预算控制研究
44、延长石油南区采油厂办公楼建设项目成本管理研究
45、NK集团土地整理项目的成本管理优化研究
46、延长油田崖里坪住房小区工程项目成本管理研究
47、基于公司战略的建筑企业多项目管理研究
48、注册造价工程师诚信评价体系研究
49、HCE集团项目成本管理研究
50、K公司固定资产质量评价及优化对策研究
51、基于BIM的框架结构参数化设计研究
52、智能型太阳能LED路灯控制器的研究
53、青岛里院建筑保护与改造模式研究
54、基于博弈分析的绿色住宅发展研究
55、青岛市大型公建能耗现状评估与预测研究
56、符合被动式围护结构热工标准的“抬梁式”农村住宅构造方法研究
57、我国新型建筑工业化发展制约因素及对策研究
58、基于可操作性目标的城市色彩设计方法研究
59、基于BIM的规则建立在建筑设计阶段应用研究
60、建设工程网上招投标系统的研究与设计
61、工程招投标中违规行为分析与监督机制完善
62、BIM技术在工程项目全寿命周期成本管理中的应用
63、商品房住宅项目成本管控的研究
64、以“美居购”网为例探析家居软装电子商务经营
65、建筑行业新生代农民工的劳动权益保障问题研究
66、“营改增”对建筑业税负影响分析及对策
67、北方寒冷地区农村住宅保温结构一体化设计研究
68、北戴河新区国家级绿色建筑示范区创建研究
69、河北省建材产业物流指数研究
70、挣值法用于建筑工程成本控制的研究
71、高层住宅小区风环境数值模拟研究
72、绿色建筑运营阶段隐性成本估算模型研究
73、基于系统动力学的工程项目人工成本优化研究
74、工程项目供应链材料采购成本系统动力学仿真研究
75、高温影响的舒适度模型研制及在我国南方城市的应用
76、唐华清宫景区气候适宜性空间格局初探
77、施工现场建筑工人作业疲劳的影响因素研究
78、基于热管置入式墙体的小型建筑能耗数值分析
79、中铁咨询集团公司财务与资本运营子战略研究
80、某公司可持续发展的实践研究
81、ZH公司CM科技园项目成本管理研究
82、风险理论在工程安全监理实践中的应用研究
83、某研发中心与产业基地可行性研究
84、中铁工程设计咨询集团发展战略研究
85、青岛中山路商业街历史建筑保护修复研究
86、某市建筑节能检测平台建立与运行维护研究
87、基于BIM技术的建筑性能辅助商品房定价
88、建筑企业隐性知识转移影响机制研究
89、建筑施工企业工程质量诚信体系建设研究
90、现代建筑空间与水要素研究
91、算量软件在建筑工程上的应用及问题探讨
92、政府项目代建制合同管理体系研究
93、建筑企业工程项目管理信息化探讨
94、建筑供应链环境下的材料联合库存优化研究
95、建筑材料“暴露”手法在建筑空间设计中的应用研究
96、虚实相生对空间意境营造的作用机制研究
97、基于Matlab对DEA工程建设项目评标模型的应用研究
98、西方文艺复兴绘画名作中建筑图景及其历史价值研究
99、房地产开发项目成本控制研究
100、建设工程合同信用对合同管理绩效的影响研究
附:建筑学研究生毕业论文
摘要:在今天的企业施工过程中,为了保证工程的效率性,做好建筑工程质量监督的工作是很有必要的。合理地制定建筑工程质量监督的条约,加大监督的管理力度,将工程的质量问题放在首要位置,保证了建筑本体的安全性,也体现了以人为本的思想。本文针对建筑工程质量方面缺乏的相关法律条例、建筑企业质量监督的态度浅薄以及监督人员的专业素质差异过大进行讨论,根据此情况对提高工程质量的监督能力、加强施工单位的监督作用以及提高管理人员的综合素质提出几点看法和建议,也希望政府能够大力发挥宏观调控的作用,使建筑工程的质量问题得到有效根治。
关键词:建筑工程;质量监督;难题;管理方式
由于我国的经济发展迅猛,刺激了城市化进度的加深,作为城市化标志之一,建筑工程在不断发展的同时,也带来了一些质量监督方面的问题。对此,国家与建筑业相关部门开始对建筑工程的质量问题进行深究。经过一段时间的努力,各方面的尽力配合,积极响应国家的号召,使得建筑工程的一些管理模式得到优化,也成功解决了一部分难题,但是对于日益增多的建筑工程项目来说,这些措施还是远远不够的。所以,在我们保持关注建筑工程质量监督问题的基础上,对于在工程进行中出现的问题进行理解和归纳,总结出一套完善的管理体系,保证建筑工程施工质量的安全性,也对建筑工程的健康发展起到了至关重要的'作用。
一、建筑工程质量监督存在的难题
(一)相关的法律法规不够健全
当前我国建筑工程质量监督的能力还有待提高,是因为没有一个完整的体系去制约建筑工程中出现的质量问题,而一部分的法律政策太过片面,监督力度明显不足以约束一个庞大的建筑工程。所以,在进行建筑工程项目时,如果施工方不遵守规定,在施工质量上大打折扣,那么对于这种情况也没有一个专门细致的惩处管理条例。为了改善这种不良环境,我国应该针对具体情况做出相应措施,完善建筑工程质量监督的相关法律,政府在宏观上加大对工程的监督力度,一个官方的、完整的约束条例对于建筑工程的需要来说,已经是迫在眉睫。
(二)建筑企业质量监督的态度浅薄
建筑工程质量监督的管理之所以疏松,其中一个原因就是负责监督的企业专员对待质量监督没有一个积极的态度,缺乏监督的意识,这样一种不负责任的工作态度对于建筑工程的质量产生了极坏的影响,相关的工作无法进行。同时,企业部门对于这种消极的影响也放任不管,一个工程项目的整体都缺少相关的监督措施,导致监督体制最终只是一个可有可无的形态,使得建筑工程质量监督的管理力度越来越小,也就无法保证工程的效率。
(三)监督人员的素质差异过大
从某个方面来讲,负责质量监督的人员素质也决定了建筑工程质量监督能否有效开展。在今天,一些工程项目中安排了专门的人员进行质量监督,但是这些监督人员的专业素质有高有低,在面对质量问题时,一些人会严把大关,另一些人可能会有所放松,这种情况使得政府的监督工作无法继续进行。所以,如果负责建筑工程质量监督的人员素质过低,不仅难以保证建筑工程的质量,也会使得政府的监督力度大打折扣。
二、建筑工程质量监督的管理方式
(一)制定建筑工程质量监理制
工程质量监理制度的实行,能够大大加强建筑工程质量监督的力度,对于工程的正确实施有着推动作用。所以,政府在大体方向上监督的同时,也要加强建筑工程监理制的规划,使得建筑工程监理制得以健全自己的形势内容,而且把监理制合法化,加强负责建筑工程质量监督工作者的认真态度,使这些工作者负责的工程项目与法律挂钩,一旦玩忽职守就意味着违法。对于建筑工程质量监理的专门人员要进行精挑细选,这些人在工作时一定要遵守工程项目的监理机制,确保工程项目的顺利进行。
(二)加强对设计单位和设计人员的监督力度
建筑工程里许多的组合因素中,设计方案的可行性有着至关重要的作用。所以建筑工程在正式开工前,对于设计人员的来历要有一个细致的了解,对于指派他的企业或者组织要进行深刻的调查,确保人员的选择没有问题。然后,对于设计人员提交的设计方案进行仔细研究,多次检查其合格性,一旦发现任何不妥之处立刻要求其做出修改,保证设计方案的正确性、完整性,对建筑工程起到决定的作用。
(三)提升管理人员的综合素质
在建筑工程质量监督中,相关的工作者综合素质必须要高,对于工程质量要时刻进行监督,才能使建筑工程质量监督的方针得到有效实行。但是,相当一部分企业只把重点放在怎样获取较高的经济利润上,忽视了建筑工程的质量,使得建筑工程没有得到相应的保护措施,其中产生的许多问题在未来更加难以解决。所以,企业在挑选管理人员时要制定相应的选拔规则与制度,对于施工人员也要仔细选择,确保每一个工作位置都要有任务、有效率地进展,对建筑工程质量监督人员定期开展相关知识方面的工作,加强管理人员的质量监督意识,使他们认识到监督的重要性,提升管理人员的素质,为建筑工程的顺利实施提供有力保障。
三、结语
通过以上几大方面可知,完善建筑工程质量监督的体系对于建筑工程来说是势在必行的,但是在实施的过程中有着较多的阻碍因素,这些因素分散于各个施工单位或者个人,如何集中这些因素并进行妥善处理是建筑工程质量监督的一大难点。所以负责工程质量监督管理的相关工作者要处理好自己的工作重心,对于工程项目中实行的监督管理监制要大力提倡并严格执行,政府在宏观调控的同时,对于单位及个体要及时加大监督力度,在整个过程中起到了推波助澜的作用,这样对于建筑工程的质量将起到良好的监督作用,在良好的监督作风下,建筑工程的质量问题才能得到有效解决,这样的建筑物才能够被安全地放入市场中,人们对于建筑成品的使用才能感到放心如意。
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紧张又充实的大学生活即将结束,众所周知毕业前要通过最后的毕业论文,毕业论文是一种比较正规的、有准备的检验学生学习成果的形式,毕业论文应该怎么写才好呢?以下是我帮大家整理的土建专业毕业论文参考文献,欢迎大家借鉴与参考,希望对大家有所帮助。
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工程力学的题目可以在学小易上面搜题,关于工科专业的大学练习题再学小易上面基本都是有的,简答题选择题判断题基本都是可以搜到的。
如果是带有图形的题目的话,可以使用拍照搜题,一样是可以搜出答案的。
工程力学这个专业主要研究力学和数学的基本理论和知识,研习二维、三维绘图,运用计算机和现代实验技术手段解决与力学有关的工程问题。例如:桥梁的总承重计算、室内墙体的强度和受重分析计算、建筑的结构稳定性分析等。
工程力学研究自然界以及各种工程中机械运动最普遍、最基本的规律,以指导人们认识自然界、科学地从事工程技术工作。它涵盖了原有理论力学(静力学部分)和材料力学两门课程的主要经典内容。工程力学不仅与力学密切相关,而又紧密联系于广泛的工程实际。
力学是力与运动的科学,它既是一门基础科学, 又是一门应用众多且广泛的科学。下文是我为大家整理的关于物理学力学论文的范文,欢迎大家阅读参考!
浅析物理力学的产生及其发展
摘 要:物理力学主要是研究宏观力学的微观理论学科。研究物理力学的主要目的是通过理解微观粒子性质的相互作用,找出介质的力学性质计算方法,进而使解决力学问题建立在微观分析的基础上。本文主要探讨了物理力学的产生和发展,为有关物理力学问题的解决提供理论基础。
关键词:物理力学;产生;发展
一、物理力学发展需要解决的问题分析
在物理力学的发展过程中,我们需要解决两方面的问题,一个是关于物性的问题,另一个是有关运动规律的问题。物理力学主要通过物性及其运动规律这两个方面的微观化而成为解决问题、建立微观分析的基础。关于物性的参数主要表现为运动方程组中的系数,例如弹性系数、热导率、粘性系数、声速、比热等。为了求解运动的方程组,需要知道它们相关的数值。
在传统力学中,物性参数的数值是需要试验测定的。而在我们研究的物理力学中,是通过微观的分析以及对宏观数据分析相结合的方法计算参数的数值。我们研究物理力学,不仅是为了能够找出物质性质的微观规律,而且还需要找能够预见新物质性质的方法。
针对物理力学发展中的相关问题,先了解一下有关激波结构问题的例子。物态在激波前后会有很大的变化,在波阵面一定的厚度之内,物质是处在远离平衡的状态的。这时,对于宏观物态的参数已经不适用了。因此,我们需要从分子运用的这一个角度进行描述。像从波尔兹曼方程的角度出发,进而直接进行求解。
在上世纪60年代,一对无内部自由度的影响激波结构的问题得到了进一步发展。其发展主要得力于计算机技术的发展,从而能够使波尔兹曼方程进而得到模型数学方程,求精确解。另外,还能够实现激波管与稀薄气体风洞在较高区域的分辨率的相关方面的测量。虽然对于这些问题的处理都是初步的,但是从物理力学微观运动规律上看,确是一个非常大的进步。
还有一个相似的例子就是对爆震波反应区结构方面的研究。对于这方面的研究是比激波结构更加复杂的,解决问题的困难在于理论的复杂性,也有实验经验的不足等原因。分子气体的动力激光器中非平衡流方面的问题,主要是因为分子内部自由度性质在不断膨胀的气流中产生的自身不平衡现象。在这种迅速膨胀的气流中,分子振动的自由度两方面是不平衡的,不能够采用统一的温度对其进行描述。因此,这也是一个远离平衡的问题。
二、新技术不断推动物理力学的发展
物理力学的产生及其发展即是力学学科发展的重要趋势,也是促进现代工程技术发展的重要手段。自上世纪40年代至今,由于尖端的技术以及基础科学的不断发展与进步,力学面临着大量的超高温和超高压等特殊条件下的问题。我国著名的力学家钱学森在上世纪50年代初提出应该建立物理力学这门学科,其真知灼见把握了力学发展的大趋势,并且预见了今后突飞猛进的结果。
人类社会科学技术的不断发展,给物理力学的研究提供了更多的条件。纵观近五十年间的物理力学的发展,值得一提的是液体理论的重大进步。1972年,麦克唐纳等人计算出等压线结果和多种液体实测数据等,促进了对液体理论的研究。1997年,威尔逊提出了采用重正化群理论解决临界现象,取得了重大的进展。近20年来,对于耗散结构理论是非平衡系统的研究也取得了突破性的进展。上世纪50年代之后,原子分子物理学才重新被重视,尤其是计算机的不断应用大大地促进了这门学科的发展。其他的像分子束技术、光散射技术、中子衍射技术等都成为了研究固体以及液体微观结构的有效手段。另外,高压技术能够产生千万大气压以上的高压条件,高倍电子显微镜能够用来观测原子尺的现象等。新技术以及新发明都为进一步研究物理力学提供了有利的条件。
本文对物理力学的产生及其发展进行了相关的探讨。通过本文的研究,我们了解到,在对物理力学进行研究时,我们应该明确物理力学研究的目的,还应该充分采用新技术、新发明,将其不断应用到研究中。只要我们不断探索和实践,一定能够进一步促进物理力学的发展。
参考文献:
[1]范继美.理论力学与普通物理力学的关系[J].云南师范大学学报(自然科学版),2009,(02).
[2]钱学森.从原子分子物理出发,经由物理力学的思路和方法搞发明创造[J].原子与分子物理学报,2007,(02).
[3]干洪.力学学科的发展现状与21世纪展望[J].安徽建筑工业学院学报(自然科学版),2001,(02)。
[4]陈卫平.现代力学发展趋势及研究课题[J].台州师专学报,2007,(06).
浅析力学在机械中的应用
[摘 要]力学是力与运动的科学,它既是一门基础科学, 又是一门应用众多且广泛的科学。本文立足于力学,简要论述了力学的内涵及其发展历程,并对力学在机械中的应用进行了较为深入的探讨与分析。
[关键词]力学 弹性力学 断裂力学 工程力学 机械
力学是力与运动的科学,它的研究对象主要是物质的宏观机械运动,它既是一门基础科学,又是一门应用众多且广泛的科学。力学与天文学和微积分学几乎同时诞生,在经典物理的发展中起关键作用,推动了地球科学的发展进步,如大气物理、海洋科学等,同时力学也在机械中起着越来越重要的作用,且应用广泛。
一、力学
力学是一门独立的基础学科,主要研究能量和力以及它们与固体、液体及气体的平衡、变形或运动的关系,可粗分为静力学、运动学和动力学三部分。
力学的发展历史悠久,古希腊时代力学附属于自然哲学,后来成为物理学的一个大分支,1687年,牛顿三大定律的提出标志着力学作为一门独立的学科开始形成。此后,随着资本主义生产的发展,到18世纪末,以动力学和运动学为主要特征的经典力学日益完善。19世纪,大机器生产促进了力学在工程技术和应用方面的发展,推动了结构力学、弹性固体力学和流体力学等主要分支的建立。19世纪末,力学已是一门相当发展并自成体系的独立学科。
二、力学在机械中的应用
力学在机械中的应用广泛,其典型应用主要有以下几种:
1.弹性力学在机械设计中的应用
弹性力学也称弹性理论,是固体力学的重要分支,主要研究弹性体在外力作用或温度变化等外界因素下所产生的应力、应变和位移,从而解决结构或机械设计中所提出的强度和刚度问题。机械运动当中,许多机械运转速度较高、承载很大,机械的弹性变形对系统的影响不容忽视,必须将机械系统按弹性系统进行分析和设计。由此可见,弹性力学在机械设计中应用广泛。一般情况下,弹性力学在凸轮机构设计、齿轮机构设计、轴设计中应用较为广泛。
齿轮机构在设计时运用了弹性力学的知识,渐开线作为齿廓曲线存在诸多优点,但用弹性力学知识加以分析便可得出它存在的一些固有缺陷,即当两齿轮啮合传动时,根据弹性力学中的赫兹公式分析可得,在其它条件相同的情况下,要想降低两齿轮在接触处的最大接触力,就必须增大两轮齿廓在接触点处的综合曲率半径,对于渐开线齿轮传动来说,由于要增大两轮齿廓在接触点处的综合曲率半径,就需要增大齿轮机构的尺寸,而两轮齿廓在接触点处的综合曲率半径增大的范围是有限的,所以难以进一步达到齿轮机构尺寸小、而承载能力大幅度提高的目的。同时,弹性力学在轴设计中也有众多应用。为避免共振现象,对高转速的轴,如汽轮机主轴、发动机曲轴等设计时振动计算尤其重要,此时必须运用弹性力学知识。
2.断裂力学在机械工程中的应用
断裂力学,是固体力学的一门新分支,主要研究含裂纹构件的强度与寿命,是结构损伤容限设计的理论基础。断裂力学主要可分为线弹性断裂力学与弹塑性断裂力学两大类,前者适用于裂纹尖端附近小范围屈服的情况;而后者适用于裂纹尖端附近大范围屈服的情况。断裂力学发展迅速,在机械工程中应用广泛,并占据重要地位。断裂力学在机械工程中的有效应用,不仅可以提高机械的性能与功效,更能防止工程设备发生灾难性的断裂事故,以确保机械、设备的安全可靠与良好运行。
首先,我国在采用断裂力学方法制订结构缺陷评定标准及安全设计规范方面已取得了较好的成绩,如压力容器、小型但用量大的液化石油气钢瓶及汽轮一发电机组等。
其次,概率断裂力学在可靠性设计中应用较多。概率断裂力学在可靠性设计中的广泛应用推动了可靠性设计的快速发展。运用参量的分布及安全余度来反映常规设计中不能准确反映的客观实际和常规设计安全评定中用安全系数不能准确反映的真实安全性。由于安全余度考虑了应力和强度的二阶矩,较好地反映了结构可靠度的实质,既考虑了变异特性又考虑了平均值,因而与失效分布有较直接的关系,使安全设计更可靠。国外已较完整地应用于飞机结构,如概率损伤容限分析、飞机结构可靠性和事故分析、飞机结构的耐久性分析等方面。我国在这方面开展的典型性研究则是海洋石油平台导管架焊接管节点的疲劳强度分析。
再者,可用断裂力学方法进行机械产品的失效分析。失效分析是指事故或故障发生后所进行的检侧和分析,目的在于找到失效的部位、失效原因和机理,从而掌握产品应当改进的方向及修复的方法,防止同类问题再次发生,以推进技术不断前进。因此,失效分析技术受到了社会各界的重视。断裂力学在机械产品失效分析中具有着重要作用。机械产品的主要失效模式有: 断裂、蠕变、疲劳、腐蚀、磨损及热损伤等,它们都可以借助断裂力学方法及断裂分析技术予以解决,断裂力学方法是失效分析的有力工具。
最后,运用断裂力学可以指导改进工艺及合理选材,如模具、焊接工艺等方面,可以减少工人的劳动量。
3.工程力学在机械修理中的应用
工程力学涉及众多的力学学科分支与广泛的工程技术领域,是一门理论性较强、与工程技术联系极为密切的技术基础学科,工程力学的定理、定律和结论广泛应用于各行各业的工程技术中,是解决工程实际问题的重要基础。处理机械工程出现的大量破坏问题,绝大多数是根据力学方面的知识作出判断和分析的。例如,汽车修理中汽车零部件的破坏分析与修理也是如此,其中,判断汽车半轴套管断裂的原因与确定修复方案等,全部流程无一不体现着工程力学知识在汽修中的应用。
三、结语
当今社会,科学技术迅猛发展,作为一门基础学科,力学也一定会得到进一步的发展与进步,且在机械中获得更广更深的应用。
参考文献
[1]林同骥,浦群.现代力学的发展[J].力学进展,1990,(1).
[2]李彦军.工程力学在汽修中的应用与对策[J].科技向导,2012,(32).
[3]侯岩滨.弹性力学在机械设计中的应用[J].辽宁师专学报,2005,(1).
[4]吴清可,刘元杰,张毓槐.断裂力学在机械工程中的应用[J].机械强度,1988,(6).
工程力学的题目怎么找?1. 可以在网上搜索相关的文章或者书籍,如《工程力学基本原理》、《工程力学实验及应用》。2. 访问国内外大学的教材与课件,找到相关的题目。3. 科学资源平台(如SpringerLink、IEEE Xplore Digital Library)中检索有关“工程力学”的文章或会议论文,查看里面是否有适当的题目。
是试题,还是学习心得!