序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨特的藝術，我們為您準備了不同風格的5篇生物學和生物醫學，期待它們能激發您的靈感。

篇1

Biomaterials and

Regenerative Medicine

2015

ISBN9781107012097

生物醫用材料是指以醫療為目的，用于診斷、治療、修復或替換人體組織器官或增進其功能的材料。再生醫學是從20世紀80年代后期興起并逐步發展起來的，但一直缺乏一個明確的定義。到90年代后期由于干細胞技術方面的突破，才把干細胞、組織工程、組織器官代用品等納入到再生醫學里面來。就再生醫學本身而言，國際上還未被明確界定，且存在一些不同的看法，從廣義上來講，再生醫學是利用人類的自然治愈能力，使受到巨大創傷的機體組織或器官獲得自己再生能力為目的的醫學。目前，再生醫學所包含的內容主要為以下4大模塊：干細胞與克隆技術、組織工程、組織器官代用品、異種器官移植。目前該領域已經成為一個多學科交叉并迅速發展的領域。

本書是由Peter X.Ma領銜的專家團隊關于生物材料及再生醫學領域的研究論文匯編，主要集中討論了生物材料在干細胞研究和再生醫學中的作用，著重分析了基礎理論和方法，內容覆蓋干細胞領域、合成技術、材料設計原則、材料物理特性、生物工程技術等領域。

全書共分5章：1.干細胞和再生醫學的研究成果，包括胚胎干細胞、IPS細胞等;2. 用于再生醫學的多孔支架材料研究，包括生物聚合物、生物陶瓷、微米和納米纖維等;3. 用于再生醫學的氫支架材料相關研究;4.生物因子傳遞研究，包括尖端的藥物轉移系統及基因治療技術等內容;5. 動物模型和臨床應用方面的研究成果，在心血管系統方面的應用、有機再生方面的內容。

書中詳細介紹了生物高分子材料的結構和功能分類，從分子水平、納米尺度分析了生物仿生材料的結構及生物分子設計，以及生物功能材料的應用。

Peter X. Ma是密執安大學教授，曾獲得2013克萊門森獎、杰出科學家獎等多項殊榮。他是再生醫學領域的世界級的材料專家，在生物材料的設計與合成研究領域處于非常領先的地位。

本書適合生物材料、干細胞生物學、干細胞工程、組織工程學、再生醫學等專業的學生閱讀，對于從事干細胞工程、生物醫學材料、再生醫學領域理論以及應用領域的研究生、學者來說，這本書非常有參考價值。

彭金平，博士生

（國家納米科學中心）

Peng Jinping， Ph.D

篇2

2生物材料的類型與應用生物材料種類繁多,到目前為止,被詳細研究過的生物材料已經超過一千種,在醫學臨床上廣泛應用的也有幾十種,涉及材料學科各個領域。依據不同的分類標準,可以分為不同的類型。

2.1以材料的生物性能為分類標準根據材料的生物性能,生物材料可分為生物惰性材料、生物活性材料、生物降解材料和生物復合材料四類。

2.1.1生物惰性材料生物惰性材料是指一類在生物環境中能保持穩定,不發生或僅發生微弱化學反應的生物醫學材料,主要是生物陶瓷類和醫用合金類材料。由于在實際中不存在完全惰性的材料,因此生物惰性材料在機體內也只是基本上不發生化學反應,它與組織間的結合主要是組織長入其粗糙不平的表面形成一種機械嵌聯,即形態結合。生物惰性材料主要包括以下幾類:(1)氧化物陶瓷主要包括氧化鋁陶瓷和氧化鋯陶瓷.氧化鋁陶瓷中以純剛玉及其復合材料的人工關節和人工骨為主,具體包括純剛玉雙杯式人工髖關節;純剛玉—金屬復合型人工股骨頭;純剛玉—聚甲基丙烯酸酯—鈷鉻鉬合金鉸鏈式膝關節,其他人工骨、人工牙根等。(2)玻璃陶瓷該材料主要用來制作部分人工關節。(3)Si3N4陶瓷該類材料主要用來制作一些作為替代用的較小的人工骨,目前還不能用作承重材料。(4)醫用碳素材料它主要被作為制作人工心臟瓣膜等人工臟器以及人工關節等方面的材料。(5)醫用金屬材料該類材料是目前人體承重材料中應用最廣泛的材料,在其表面涂上活性生物材料后可增加它與人體環境的相容性.同時它還能制作各類其他人體骨的替代物。

2.1.2生物活性材料生物活性材料是一類能誘出或調節生物活性的生物醫學材料。但是,也有人認為生物活性是增進細胞活性或新組織再生的性質。現在,生物活性材料的概念已建立了牢固的基礎,其應用范圍也大大擴充.一些生物醫用高分子材料,特別是某些天然高分子材料及合成高分子材料都被視為生物活性材料.羥基磷灰石是一種典型的生物活性材料。由于人體骨的主要無機質成分為該材料,故當材料植入體內時不僅能傳導成骨,而且能與新骨形成骨鍵合。在肌肉、韌帶或皮下種植時,能與組織密合,無炎癥或刺激反應.生物活性材料主要有以下幾類:

(1)羥基磷灰石,它是目前研究最多的生物活性材料之一,作為最有代表性的生物活性陶瓷—羥基磷灰石(簡稱HAP)材料的研究,在近代生物醫學工程學科領域一直受到人們的密切關注.羥基磷灰石[Ca10(PO4)6(OH)2]是脊椎動物骨和齒的主要無機成分,結構也非常相近,與動物體組織的相容性好、無毒副作用、界面活性優于各類醫用鈦合金、硅橡膠及植骨用碳素材料。因此可廣泛應用于生物硬組織的修復和替換材料,如口腔種植、牙槽脊增高、耳小骨替換、脊椎骨替換等多個方面.另外,在HA生物陶瓷中耳通氣引流管、頜面骨、鼻梁、假眼球以及填充用HA顆粒和抑制癌細胞用HA微晶粉方面也有廣泛的應用.又因為該材料受到本身脆性高、抗折強度低的限制,因此在承重材料應用方面受到了限制.現在該材料已引起世界各國學者的廣泛關注。目前制備多孔陶瓷和復合材料是該材料的重要發展方向,涂層材料也是重要分支之一。該類材料以醫用為目的,主要包括制粉、燒結、性能實驗和臨床應用幾部分。

(2)磷酸鈣生物活性材料這種材料主要包括磷酸鈣骨水泥和磷酸鈣陶瓷纖維兩類.前者是一種廣泛用于骨修補和固定關節的新型材料,有望部分取代傳統的PMMA有機骨水泥.國內研究抗壓強度已達60MPa以上。后者具有一定的機械強度和生物活性,可用于無機骨水泥的補強及制備有機與無機復合型植入材料。

(3)磁性材料生物磁性陶瓷材料主要為治療癌癥用磁性材料,它屬于功能性活性生物材料的一種。把它植入腫瘤病灶內,在外部交變磁場作用下,產生磁滯熱效應,導致磁性材料區域內局部溫度升高,借以殺死腫瘤細胞,抑制腫瘤的發展。動物實驗效果良好。

(4)生物玻璃生物玻璃主要指微晶玻璃,包括生物活性微晶玻璃和可加工生物活性微晶玻璃兩類。目前關于該方向的研究已成為生物材料的主要研究方向之一。

2.1.3生物降解材料所謂可降解生物材料是指那些在被植入人體以后,能夠不斷的發生分解,分解產物能夠被生物體所吸收或排出體外的一類材料,主要包括β-TCP生物降解陶瓷和生物陶瓷藥物載體兩類,前者主要用于修復良性骨腫瘤或瘤樣病變手術刮除后所致缺損,而后者主要用作微藥庫型載體,可根據要求制成一定形狀和大小的中空結構,用于各種骨科疾病。

2.1.4生物復合材料生物復合材料又稱為生物醫用復合材料,它是由兩種或兩種以上不同材料復合而成的生物醫學材料,并且與其所有單體的性能相比,復合材料的性能都有較大程度的提高的材料。制備該類材料的目的就是進一步提高或改善某一種生物材料的性能。該類材料主要用于修復或替換人體組織、器官或增進其功能以及人工器官的制造,它除應具有預期的物理化學性質之外,還必須滿足生物相容性的要求,這里不僅要求組分材料自身必須滿足生物相容性要求,而且復合之后不允許出現有損材料生物學性能的性質。按基材分生物復合材料可分為高分子基、金屬基和陶瓷基三類,它們既可以作為生物復合材料的基材,又可作為增強體或填料,它們之間的相互搭配或組合形成了大量性質各異的生物醫學復合材料,利用生物技術,一些活體組織、細胞和誘導組織再生的生長因子被引入了生物醫學材料,大大改善了其生物學性能,并可使其具有藥物治療功能,已成為生物醫學材料的一個十分重要的發展方向,根據材料植入體內后引起的組織反應類型和水平,它又可分為近于生物惰性的、生物活性的、可生物降解和吸收等幾種類型。人和動物中絕大多數組織均可視為復合材料,生物醫學復合材料的發展為獲得真正仿生的生物材料開辟了廣闊的途徑。

2.2以材料的屬性為分類標準

2.2.1生物醫用金屬材料生物醫用金屬材料是用作生物醫學材料的金屬或合金,又稱外科用金屬材料或醫用金屬材料,是一類惰性材料,這類材料具有高的機械強度和抗疲勞性能,是臨床應用最廣泛的承力植入材料。該類材料的應用非常廣泛,及硬組織、軟組織、人工器官和外科輔助器材等各個方面,除了要求它具有良好的力學性能及相關的物理性質外,優良的抗生理腐蝕性和生物相容性也是其必須具備的條件。醫用金屬材料應用中的主要問題是由于生理環境的腐蝕而造成的金屬離子向周圍組織擴散及植入材料自身性質的退變,前者可能導致毒副作用,后者常常導致植入的失敗。已經用于臨床的醫用金屬材料主要有不銹鋼、鈷基合金和鈦基合金等三大類。此外,還有形狀記憶合金、貴金屬以及純金屬鉭、鈮、鋯等。

2.2.2生物醫用高分子材料醫用高分子材料是生物醫學材料中發展最早、應用最廣泛、用量最大的材料,也是一個正在迅速發展的領域。它有天然產物和人工合成兩個來源,該材料除應滿足一般的物理、化學性能要求外,還必須具有足夠好的生物相容性。按性質醫用高分子材料可分為非降解型和可生物降解型兩類。對于前者,要求其在生物環境中能長期保持穩定,不發生降解、交聯或物理磨損等,并具有良好的物理機械性能。并不要求它絕對穩定,但是要求其本身和少量的降解產物不對機體產生明顯的毒副作用,同時材料不致發生災難性破壞。該類材料主要用于人體軟、硬組織修復體、人工器官、人造血管、接觸鏡、膜材、粘接劑和管腔制品等方面。這類材料主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚硅氧烷、聚甲醛等.而可降解型高分子主要包括膠原、線性脂肪族聚酯、甲殼素、纖維素、聚氨基酸、聚乙烯醇、聚己丙酯等。它們可在生物環境作用下發生結構破壞和性能蛻變,其降解產物能通過正常的新陳代謝或被機體吸收利用或被排出體外,主要用于藥物釋放和送達載體及非永久性植入裝置.按使用的目的或用途,醫用高分子材料還可分為心血管系統、軟組織及硬組織等修復材料。用于心血管系統的醫用高分子材料應當著重要求其抗凝血性好,不破壞紅細胞、血小板,不改變血液中的蛋白并不干擾電解質等。

2.2.3生物醫用無機非金屬材料或稱為生物陶瓷。生物醫用非金屬材料,又稱生物陶瓷。包括陶瓷、玻璃、碳素等無機非金屬材料。此類材料化學性能穩定,具有良好的生物相容性。一般來說,生物陶瓷主要包括惰性生物陶瓷、活性生物陶瓷和功能活性生物陶瓷三類。其中惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷在前面已經簡要作了介紹,而功能活性生物陶瓷是近年來提出的一個新概念.隨著生物陶瓷材料研究的深入和越來越多醫學問題的出現,對生物陶瓷材料的要求也越來越高。原先的生物陶瓷材料無論是生物惰性的還是生物活性的,強調的是材料在生物體內的組織力學環境和生化環境的適應性,而現在組織電學適應性和能參與生物體物質、能量交換的功能已成為生物材料應具備的條件。因此,又提出了功能活性生物材料的概念。它主要包括以下兩類:(1)模擬性生物陶瓷材料該類材料是將天然有機物(如骨膠原、纖維蛋白以及骨形成因子等)和無機生物材料復合,來模擬人體硬組織成分和結構,以改善材料的力學性能和手術的可操作性,并能發揮天然有機物的促進人體硬組織生長的特性。(2)帶有治療功能的生物陶瓷復合材料該類材料是利用骨的壓電效應能刺激骨折愈合的特點,使壓電陶瓷與生物活性陶瓷復合,在進行骨置換的同時,利用生物體自身運動對置換體產生的壓電效應來刺激骨損傷部位的早期硬組織生長。具體來說是由于腫瘤中血管供氧不足,當局部被加熱到43~45℃時,癌細胞很容易被殺死。現在最常用的是將鐵氧體與生物活性陶瓷復合,填充在因骨腫瘤而產生的骨缺損部位,利用外加交變磁場,充填物因磁滯損耗而產生局部發熱,殺死癌細胞,又不影響周圍正常組織。現在,功能活性生物陶瓷的研究還處于探索階段,臨床應用鮮有報道,但其發展應用前景是很光明的。各種不同種類的生物陶瓷的物理、化學和生物性能差別很大,在醫學領域用途也不同.尤其是功能活性陶瓷更有不可估量的發展前途.臨床應用中,生物陶瓷存在的主要問題是強度和韌性較差.氧化鋁、氧化鋯陶瓷耐壓、耐磨和化學穩定性比金屬、有機材料都好,但其脆性的問題也沒有得到解決。生物活性陶瓷的強度則很難滿足人體承力較大部位的需要。

2.2.4生物醫用復合材料此類材料在2.1.4中已有介紹,此處不再詳述

2.2.5生物衍生材料生物衍生材料是由經過特殊處理的天然生物組織形成的生物醫用材

料,也稱為生物再生材料.生物組織可取自同種或異種動物體的組織.特殊處理包括維持組織原有構型而進行的固定、滅菌和消除抗原性的輕微處理,以及拆散原有構型、重建新的物理形態的強烈處理.由于經過處理的生物組織已失去生命力,生物衍生材料是無生命力的材料.但是,由于生物衍生材料或是具有類似于自然組織的構型和功能,或是其組成類似于自然組織,在維持人體動態過程的修復和替換中具有重要作用.主要用于人工心瓣膜、血管修復體、皮膚掩膜、纖維蛋白制品、骨修復體、鞏膜修復體、鼻種植體、血液唧筒、血漿增強劑和血液透析膜等.

3.生物材料的性能評價目前關于生物材料性能評價的研究主要集中在生物相容性方面.因為生物相容性是生物材料研究中始終貫穿的主題.它是指生命體組織對生物材料產生反應的一種性能,該材料既能是非活性的又能是活性的.一般是指材料與宿主之間的相容性,包括組織相容性和血液相容性.現在普遍認為,生物相容性包括兩大原則,一是生物安全性原則,二是生物功能性原則.生物安全性是植入體內的生物材料要滿足的首要性能,是材料與宿主之間能否結合完好的關鍵.關于生物材料生物學評價標準的研究始于20世紀70年代,目前形成了從細胞水平到整體動物的較完整的評價框架.國際標準化組織(ISO)以10993編號了17個相關標準,同時對生物學評價方法也進行了標準化.迫于現代社會動物保護和減少動物試驗的壓力,國際上各國專家對體外評價方法進行了大量的研究,同時利用現代分子生物學手段來評價生物材料的安全性、使評價方法從整體動物和細胞水平深入到分子水平.主要在體外細胞毒性試驗、遺傳性和致癌性試驗以及血液相容性評價方法等方面進行了一些研究.但具體評價方法和指標都未統一,更沒有標準化.隨著對生物材料生物相容性的深入研究,人們發現評價生物材料對生物功能的影響也很重要.關于這一方面的研究主要是體外法。具體來說側重于對細胞功能的影響和分子生物學評價方面的一些研究。總之,關于生物功能性的原則是提出不久的一個新的生物材料的評價方面,它必將隨著研究的不斷深入而向前發展.而涉及材料的化學穩定性、疲勞性能、摩擦、磨損性能的生物材料在人體內長期埋植的穩定性是需要開展評價研究的一個重要方面。

4生物材料的發展趨勢展望生物材料科學是20世紀新興學科中最耀眼的新星之一。現在,生物材料科學已成為一門與人類現代醫療保健系統密切相關的邊緣學科。其重要性不僅因為它與人類自身密切相關,還因為它跨越了材料、醫學、物理、生物化學和現代高科技等諸多學科領域。現在對于該材料的研究已從被動地適應生物環境發展到有目的地設計材料,以達到與生物組織的有機連接。并隨著生命科學和材料科學的發展,生物材料必將走向功能性半生命方向。生物材料的臨床應用已從短期的替換和填充發展成永久性牢固種植,并與其它高科技(如電子技術、信息處理技術)相結合,制備富有應用潛力的醫療器械。生物材料的研究在世界各國也日益受到重視.四年一次的世界生物材料大會代表著國際上生物材料研究的發展動態和目前的水平。分析認為,以下幾個方面是生物材料今后研究發展的幾個主要方向:

(1)發展具有主動誘導、激發人體組織和器官再生修復功能的,能參與人體能量和物質交換產生相互結合的功能性活性生物材料,將成為生物材料研究的主要方向之一。

(2)把生物陶瓷與高分子聚合物或生物玻璃進行二元或多元復合,來制備接近人體骨真實情況的骨修復或替代材料將成為研究的重要方向之一。

(3)制備接近天然人骨形態的、納微米相結合的、用于承重的、多孔型生物復合材料將成為方向之一。

(4)用于延長藥效時間、提高藥物效率和穩定性、減少用量及對機體的毒副作用的藥物傳遞材料將成為研究熱點之一。

(5)血液相容性人工臟器材料的研究也是突破方向之一。

(6)如何能夠制備出納米尺寸的生物材料的工藝以及納米生物材料本身將成為研究熱點之一。

篇3

【關鍵詞】 實驗室生物安全 學生 防護策略

Biosafety and their protective strategies for students in medical laboratories

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

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

【Key words】 Laboratory biosafety; student; protection strategy

實驗室生物安全的概念起源于20世紀50～60年代，由于種種原因，我國對生物安全的研究和認識明顯落后于西方國家，直到2002年，衛生部頒布了微生物和生物醫學實驗室生物安全通用準則，該準則對生物醫學實驗室內的生物安全作了詳細的規定，可惜當時并未引起足夠重視；2003年傳染性非典型肺炎的流行，使得國家相關部門把對實驗室生物安全的關注提到一個新的高度，有關法律法規相繼面世［1，2］ 。隨著國家經濟和社會的飛速發展，醫療衛生與健康問題逐漸成為社會的關注焦點。為此國家加大了對醫學教育的重視和投入，隨之而來的就是大量先進儀器的進入和現代化實驗室的建設，實驗室利用率的加大，使大量的不同層次的學生走進了醫學實驗室，人員流動性增大，給醫學實驗室的生物安全管理帶來了很大難度。在實驗過程中發生的差錯，輕的會造成實驗材料的浪費，結果的錯誤，重的會導致感染，傳播病原微生物，甚至造成人員的死亡。因此學生進入醫學實驗室應把生物安全放在第一位。首先要進行生物安全知識的教育，使學生在具有自我保護的意識下，克服不良習慣，養成良好習慣，結果受益終生。結合醫學實驗室的特點，將實驗室及學生有序的管理好是非常必要的，通過多年的實驗室工作和不斷地思考總結歸納以下實驗室容易出現的問題和針對問題解決的策略僅供參考。

1 醫學實驗室生物安全存在的問題

主要存在于與病原生物學相關的專業所使用的實驗室。

1.1 學生上課做實驗直接接觸病原微生物，存在著因防護不嚴而病原微生物失控 不僅感染實驗室人員，甚至還可能傳播到社會，引起傳染病的流行。

1.2 與實驗無關的東西隨意帶進實驗室 甚至有時將食物、飲料、衣物等擺放在實驗臺上與實驗材料同放。

1.3 進實驗室前的個人防護問題 許多學生很隨意的穿著自己的衣服進入實驗室，還有的學生穿者涼鞋、拖鞋，更有甚者為肩佩長發一邊做實驗一邊用摸完實驗用品的手不斷的弄頭發。

1.4 上實驗課準備不足 有的同學上實驗課慌慌張張的現找實驗室，頭腦空空，上什么內容也不知道，上課鈴聲響完還不斷地有人進入，內容聽不全，實驗中就來回走找實驗材料問實驗方法等，實驗室顯得十分混亂。

1.5 使用酒精燈不注意安全 在病原微生物接種時酒精燈是最常用的，它的安全問題往往被忽略，有的同學因某種原因離開自己座位時依然點著酒精燈，酒精燈發生意外致人損傷的事件在學生實驗室曾經是有過先例的。

1.6 實驗后不洗手、隔離衣亂放 做完實驗離開實驗室前有的同學忘記洗手，趕上午飯前直接去飯廳，是十分危險的。再有下課后有的同學不將白大衣反折單放，而是直接塞入書包與其他物品同放。

1.7 實驗物品的分類使用和存放混亂 值日生同學不懂實驗后的用品如何分類，經常將污染的與沒污染的用品混放，造成污染的范圍擴大，更有甚者為亂倒實驗垃圾，不知道實驗垃圾應該如何分類等。

2 醫學實驗室生物安全管理的重點應放在硬件建設、制度建設和安全的教育上

高等院校實驗室的安全事故時有發生，因此現在大家對實驗室的安全問題十分重視，基本實行“以人為本”、“預防為主”、誰主管，誰負責的原則，將安全責任落實到每個實驗室和個人，逐級簽定安全責任書，開展各級培訓班。把各項規章制度掛在墻上。這些都是最基本、最起碼的安全管理，但未必就能防止安全事故的發生，一旦發生事故，一切原則、責任都于事無補，因此還需要在以下3個方面對安全管理加以支撐和保證。

2．1 硬件建設，確保實驗室的安全 所有實驗室門口都應貼有明顯的標識牌（例如某某實驗室，生物安全幾級以及逃生門等必要的內容），實驗室內外要有足夠量和有效的消防器材，以備火災時使用。緊急噴淋和洗眼器，以備有害液體不慎飛濺到眼睛或皮膚上時沖淋以減輕傷害。實驗室應設置緊急救助藥箱，備好基本救助材料，以供緊急需要時使用。

對于利用病原微生物開展教學的醫學實驗室，必須根據所開展工作的性質、接觸的病原微生物的危害和因之所需要的生物安全等級（目前分為4級），使實驗室的建筑結構和設施、安全設備、安全操作規程達到相應的要求，否則該實驗室不能使用。

2．2 嚴格安全制度，消除安全隱患 防患于未然才能從根本上保證實驗室的安全，預防措施必須以制度的形式穩固下來。

2.2.1 定期檢查制度 對于實驗室的安全條件和設施要做到胸中有數，定期檢查，及時發現和杜絕安全隱患問題 。一旦發現重大安全隱患問題的實驗室，必須立即停止使用，疏散人員，限期整改，確保人身安全。

2.2.2 加強教育嚴格準入制度 對進微生物實驗室做實驗的學生，首先要進行系統的生物安全教育以及防護方法教育，使他們通過教育具有安全意識，做事有條理，遇事不慌，處理得當。與實驗無關的人員不得隨意進入實驗室。

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2.2.3 定期演練制度 通過組織相關人員對突發事故的模擬演練，來檢查人員的安全意識，正確處置和快速反應能力。可定期進行演練，在演練過程中不斷發現問題，達到不斷提高的目的。

2.2.4 危險品保管制度 對易燃、易爆、劇毒、致病性病原微生物等危險品，要設專室專柜儲存，雙人雙鎖妥善保管。實驗人員領用時必須經負責人簽署意見，并作好詳細領用記錄。

2.2.5 不斷進行安全教育 開展定期的、經常的安全教育，不斷創造重視安全的氛圍，是提高實驗人員安全意識、養成良好安全習慣，從而防止安全事故發生的有效途徑。安全教育內容包括：學習涉及實驗室生物安全通用的要求、病原微生物安全防護、醫療廢物及危險品管理等國家和學校的有關法規、制度，學習掌握各種標準化、規范化的實驗操作，熟悉實驗室環境和安全措施，學習正確使用消防器材，掌握基本的急救知識和逃生技巧等。

3 學生重在樹立安全意識，養成良好的安全習慣，加強自我保護和防護策略

對于初進醫學實驗室的學生，為確保實驗室和自身安全，必須要高度重視和認真對待實驗室安全問題，認真學習和掌握實驗室安全教育的內容。樹立安全意識，養成良好的安全習慣，加強自我保護和防護策略，對于新開的實驗課一定要在課前找好實驗室的準確位置，了解其實驗特點，要做那些實驗內容，千萬不要腦子空空，現上課現找實驗室，匆忙進入實驗室，投入實驗，完全依賴帶教老師，這樣做的結果不但浪費時間和資源，重要的是加大了不可控制因素帶來的危害。

3.1 做好個人防護，不存僥幸心理 進醫學實驗室前一定要穿好白大衣，實驗課前一定要認真預習實驗內容，接觸有毒有害物品前，必須做好個人防護，不要抱僥幸心理，以為不會出事。課上嚴格按照帶教老師所提的要求去做，對不懂的問題或操作，一定要問帶課教師，不可自作主張，莽撞惹禍。一旦出現問題不要私自處理，要立刻報告給老師，在老師的指導下進行處理。

3.2 做實驗要嚴肅認真，集中注意力 不要閑聊和大聲喧嘩，以免影響實驗進度和實驗室整體氛圍，使人麻痹大意，引發事故，造成不必要的傷害。

3.3 不要將與實驗無關的物品隨意帶入實驗室，更不要放在實驗臺上 實驗臺在實驗的整個過程中都應保持清潔有序，對于病原微生物專業常用的酒精燈一定要更加注意它的安全性。

3.4 用電設備的使用，要謹慎儀器要在帶課教師的指導下正確使用 不要用帶水的手進行操作，用后需切斷電源的一定要切斷電源，不需切斷電源的千萬不要切斷電源。例如微生物實驗室所用的溫箱、冰箱課后不要隨意斷電。以免造成結果無法觀察的后果。

3.5 實驗完畢后不要隨意處理實驗所用物品 要在帶教老師的指導下，分門別類的將其放好送到應該送的地方，洗手或用消毒液浸泡手后，將白大衣反折單放后再離開實驗室等。

4 結束語

醫學實驗室的特點，儀器設備多、空間狹窄、實驗復雜，涉及的危險因素多。學生進入實驗室，如果對安全重視不足，教育不夠，養成壞習慣，不僅會成為事故的制造者，造成人身傷害，還可能惡習難改，影響自己長遠的職業生涯和將來工作的實驗室的安全［3～6］。

學生是醫學實驗室安全教育的重點，通過認真全面的安全教育，使他們樹立安全意識，養成良好的實驗室習慣，盡快實習實驗室環境，盡快掌握各種規范化實驗操作。作好他們的生物安全知識培訓，不僅保證其學習期間的安全，還有以下深遠意義：受過正規生物安全知識培訓并且熟練掌握其知識。有些學生畢業后將繼續從事科研工作，或有機會參與實驗室設計和建設，可使他們從容應對工作中面對的問題。還有些學生畢業后可能從事教學工作，把所學到和掌握的生物安全知識傳授給學生，這樣我國的醫學實驗室生物安全工作將會進入一個良性循環的時代：隨著改革開放國際交流的日益增多，有些畢業生走出國門學習深造、或參加各種合作的研究項目，受過正規生物安全知識培訓并且熟練掌握其知識，可以在國際交流中體現我國醫學生的基本素質；熟練掌握其知識，受益終生。

【參考文獻】

1 衛生部.WS233-2002微生物和生物醫學實驗室生物安全通用準則.北京：中國標準出版社，2002.

2 祁國明.病原微生物實驗室生物安全(第二版).北京：人民衛生出版社，2006，1-67.

3 蔣建利.對生物醫學研究生開設生物醫學實驗安全課程的必要探討.山西醫科大學學報，2004，6(1):69-71.

4 周乙華.實驗室感染與生物安全.中華預防醫學雜志，2005，39(3)：215.

篇4

【關鍵詞】α-β鈦合金 超晶結構 α相 商用純鈦合金

隨著人口持續老齡化，對生物醫療器械所使用材料的要求日益增加。據估計，美國2030年進行髖關節置換人數將達到27200人/年，和2000年比將增加15200人/年，其中12.8%主要是對已植入髖關節進行修復。金屬材料被應用在髖關節置換或其他關節置換手術中，例如膝關節、肩關節等。金屬醫用材料還可應用在脊柱或創傷固定、血管支架及椎間盤置換等。廣泛使用的金屬材料包括不銹鋼，CoCrMo合金，Ti合金及其他特殊合金如AuPd合金，這些合金具有較低的彈性模量，出色的抗腐蝕性能及較好的生物相容性等優點。彈性模量在硬組織置換中是一個很重要的因素，正常骨和硬組織植入物間不同的彈性模量會產生壓力屏蔽作用，使正常骨被重吸收或植入物松弛，大多數病人都需要再次手術進行矯正。另外一個普遍關注的問題是骨頭壞死，是由于關節陷窩與相連接部件作用產生磨削而引起的，這些磨削會遷移到骨干表面，附著在正常骨上從而引起骨細胞的死亡。鈦的研究主要集中在能夠在生物醫學方面長期使用的增強型鈦合金，如之前被應用在航空航天領域的商用純鈦合金及Ti6Al4V。

一、商用純鈦合金

商用純鈦合金很早被應用在生物醫療器械中，如血管支架，創傷或脊柱固定器件等。Fe元素含量很低的情況下，植入物和人體之間基本上不產生不良反應。商用純鈦雖然有以上優勢，但是作為硬組織植入物，其機械強度還達不到人體要求。對機械強度的要求使得越來越多的4級商用純鈦合金被應用在生物器件中，通過提高氧元素的含量，其機械強度超過了2級商用純鈦。

R.Z. Valiev等研究報道了一種增強的純鈦合金，通過等通道轉角擠壓技術（equal channel angular pressing，ECAP）和其他的變形處理加工過程，使得2級商用純鈦合金的強度提高。實驗測試了三種狀態下純鈦的強度：400℃下ECAP（8遍）（#1），ECAP+65%冷壓延（#2）及ECAP+壓延之后300℃退火處理（#3）。超晶（Ultra-fine Grained， UFG）結構中既有等軸微結構存在，也有具有明顯邊界的亞晶粒結構存在。較之原本的粗糙晶粒的商用純鈦，經過劇烈形變后的商用純鈦的顯微硬度有明顯的提高。與粗晶鈦比較，加工后商用純鈦的最大拉伸強度可提高140%，但延展率會下降9%。

通過第三種方法處理的2級超晶商用純鈦的疲勞極限為500MPa，較之粗晶鈦其疲勞極限提高了100%。另外，疲勞范圍內低循環或高循環下的超晶鈦比粗晶鈦具有更高的疲勞強度。

C. Yao等通過#2處理制備出超晶結構鈦，體外實驗發現超晶結構能夠影響鈦植入物表面細胞的功能。雖然細胞在超晶鈦上吸附機制還在進一步研究中，但較早一些研究中，例如通過粉末冶金技術制備出納米晶粒金屬，和細胞共培養后，晶粒邊界處成骨細胞吸附量增多，所以人們越來越強調晶粒邊界的作用。

摩擦作用的研究中，表明在商用純鈦中，超晶結構叫粗晶結構就有更好的摩擦學行為。但是對于摩擦耦合的長期反應情況還不是很清楚。

二、α-β鈦合金

生物醫用的商用純鈦機械性能遠遠低于全關節置換的要求，使得Ti6Al4V被廣泛使用，成為生物醫學器件中應用最多的鈦合金。另外在Ti6Al4V的正常加工和處理過程中，常常采用不同的鈮來替代Ti6Al4V合金中的釩，從而可以更好的模擬Ti6Al4V中α和β相的比例，所以對含釩材料生物反應的關注導致Ti6Al7Nb合金的發展和應用。對低模量α-β鈦合金的研究致使Ti13Nb13Zr合金發展，它的強度系數可以和Ti6Al4V相媲美。

等軸α微結構合金具有較高的強度和延展性，具有較低的斷裂強度；片層狀結構具有較好的斷裂強度，適中的強度和延展性。通過微結構的調控可以改善Ti 6Al 4V合金在高循環下的疲勞響應性能。

通過對體內細胞功能的研究，超晶Ti6Al4V合金被證實對成骨細胞吸附有促進作用。Ti6Al4V合金中存在α和β兩相，α和β相晶粒的大小、均一性和分散性（主要是β相），以及合金內部α和β相晶粒的大小都會影響Ti6Al4V合金結構。退火溫度對Ti6Al4V合金硬度的影響，表明在合金整體微米硬度不受影響的情況下，較低的退火溫度對α和β相分布有較大的影響。

與常規晶粒合金相比，超晶合金具有較好的機械和生物響應性能。另外含有生物相容合金元素（如Nb， Zr， Ta等）的鈦合金通過不同的加工處理過程，可以形成具有超晶結構的鈦合金，使得生物性和機械性能大大提高，不過這方面研究正在進一步的研究和開發中。

三、結論

文章介紹了鈦合金材料在生物醫學領域應用的一些基本的合成方法，鈦合金以及生物醫學領域的進一步研究和發展將進一步推動新型材料和新技術的產生，使得病人的生活質量得以改善，另外要想在未來的研究中取得更大的進展，需要不同領域的專家，包括材料、生物力學以及細胞生物學方面的研究人員的通力合作。

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篇5

關鍵詞：大數據；海量存儲；數據挖掘；標本庫；醫學生物信息；數據挖掘

隨著信息技術在醫學臨床和科研中的應用，臨床醫學、生物學、信息學發生了一次交叉融合， 這種以生物大數據信息是未來生物醫學研究發展的核心點。這種以海量、高維度、數據變量復雜、為特征的數據結構， 需要我們在傳統的醫學基礎之上集數學、統計學、工程學、計算機信息科學的交叉綜合、理論和實驗相結合，建立新的新方法和手段。使得我們的臨床醫學模式從經驗醫學進一步向循證醫學轉變，無序醫療向著有序醫療發展，醫學研究也會進入從發現、研究、驗證、應用到再發現、再研究、再驗證、再應用的迭代式良性循環過程中。

1實現大數據的大價值是醫學信息建設的新目標

信息化時代各行業信息數據量呈現指數上升，醫療行業的數據信息增長更快。經研究表明，未來10年醫學數據將高爆式地增長，其增長來源于醫院醫療信息運行數據的積累、新的臨床信息系統的嵌入（如電子病例系統）、新醫療診療設備接入等。隨著醫學的進步以生物芯片為代表的高通量生物技術的飛速發展，基因組學、轉錄組學、蛋白質組學、代謝組學的信息也會涌入醫學生物信息領域。這種大量高速增長的數據被稱之為海量數據或者大數據（big data）。大數據的特點是海量、高維度、數據變量復雜、分析處理復雜。

隨著信息技術在醫學臨床和科研中的應用，臨床醫學、生物學、信息學發生了一次交叉融合，形成了生物醫學信息學（Biomedical Informatics）。這種以生物大數據信息是未來生物醫學研究發展的核心點。我們可以看到，生物醫學領域的大數據時代正在來臨，其發展將促使我們盡快構建一個實時、便捷、全方位的醫學生物信息挖掘和應用系統。在醫學信息研究方面，我國還主要處在對醫療流程的信息化管理、質量控制等初級階段，尚未開展面對"大數據"挖掘的系統研究與應用，但這種研究與挖掘應用必將成為生物醫藥科學技術發展的趨勢。大數據時代的到來，既對臨床醫生、研究人員、醫院管理者、醫療監管機構等都提出了巨大的挑戰，也為生物醫學研究帶來了前所未有的機遇。生物醫學領域里科學研究的一個重要發展趨勢就是數據驅動。以前進行實驗研究的目的是獲得結論或者是提出一種新的假設，大數據技術通過對海量數據的研究來探索其中的規律，可以直接提出假設或得出可靠的結論。

當前，以臨床醫療信息為基礎的計算機信息系統可擴展到多個相聯的信息系統，包括：電子病例系統、隨訪信息管理系統、實驗室信息管理系統、生物信息分析系統、基因組學數據庫系統、藥物臨床試驗信息系統等，在醫學科研與臨床應用之間架起了一道不可或缺的橋梁。收集大數據、整合大數據、處理和分析大數據，形成價值密度高、利用價值高的數據資源體系，實現"大數據"的"大價值"，是醫學信息建設的新目標。

2大數據挖掘將盤活醫學生物信息資產

醫學生物信息的大數據包括醫療對象以及與醫療對象相關的信息特征集合，生物標本以及與生物標本信息相關的特征集合，這些大數據集帶有自己的、潛在的、未被揭示的規律趨勢特征，這才是醫學生物信息價值的核心所在。這些醫學生物信息是我們進行用于人類健康研究價值的資產，研究、分析、挖掘海量醫學生物信息就是盤活人類健康研究的資產。數據挖掘，也稱知識發現，是盤活這些寶貴的醫學生物信息資產的有力工具。

大數據的挖掘和應用不同于傳統的采樣分析法，它有自身的一些獨特特點，如：①大數據挖掘分析與事物相關的所有數據，而非少量數據樣本，研究的樣本數量趨近于總體數量；②大數據挖掘追求的是效率和趨勢，而非絕對的準確性；③大數據挖掘更多關注事物的相關關系而非因果關系，這種信息與信息之間的相關關系會提醒我們某件事情正在發生。

同時，從數據中發現價值的實踐也由來已久。橫跨數據庫技術、統計學和機器學習等交叉學科和技術的數據挖掘是大數據分析的基礎，傳統的數據分析實踐是無法適應大數據的發展的。

近年來，數據挖掘引起了信息產業界的極大關注。其主要原因是，由業務系統產生的大量數據，迫切需要將這些數據轉換成有用的信息和知識，并廣泛使用于業務中。獲取的信息和知識可以廣泛用于各種實踐應用，包括商務管理、生產控制、市場分析、工程設計和科學探索等領域。數據挖掘利用了來自如下一些領域的思想和方法：統計學、人工智能、模式識別、機器學習等。數據挖掘的很多算法都采用了以上領域中的理論算法、建模技術和學習理論等。數據挖掘也迅速地接納了來自其他領域的思想，這些領域包括最優化技術、進化計算、信息論、信號處理、可視化和信息檢索技術等。數據挖掘也需要數據庫系統提供有效的存儲、索引和查詢處理得支持。源于高性能并行計算的技術在處理海量數據集方面常常是也重要的。分布式計算技術也能有效地幫助處理海量數據，并且當數據不能集中到一起處理時更是至關重要的[2]。

醫學生物信息的數據挖掘應用比較廣泛，醫學樣本庫領域的應用就是其中的一個實例。通過建立臨床醫學樣本信息篩選和偵測交互信息平臺來建立協作樣本庫和虛擬樣本庫。建立樣本庫協作單位的協作機制、嚴格的樣本篩選策略（根據研究項目協議和國家地方相關標準診斷、歸轉標準[5-7]）、應答式的標本收集機制、樣本區域內（研究機構、轉化中心、醫院）權利共享機制，以建立全新模式、響應一致、反應迅速、整齊劃一的樣本收集研究管理的體系。建設樣本從標篩選、采集、管理策略運轉的實例，是以一個研究中心結合4～5個醫院以及4～5個樣本篩選醫院，建立研究臨床醫學轉化知識發現和研究驗證系統信息平臺和建立臨床醫學樣本信息篩選和偵測交互信息平臺的基礎。

醫學生物信息的數據挖掘應用的另一個實例是醫學科研。生物醫藥領域里科學研究的一個重要發展趨勢就是數據驅動。以前進行實驗研究的目的是獲得結論或者是提出一種新的假設，而現在通過對海量數據的研究來探索其中的規律，可以直接提出假設或得出可靠的結論[8]。另一方面，必須清楚的是，大數據作用與價值的重點在于能夠引導和啟發科研者的創新思維、并輔助決策。簡單而言，若是處理一個問題，通常人能夠想到一種方法，而大數據能夠提供若干種參考方法，將解決問題的思路拓寬、拓廣、拓深。當然我們需要在學科知識的結合上下內功，不能單純依靠智能挖掘技術及工具就能解決大數據的應用問題，實際上我們還要有熟悉掌握和運用智能挖掘技術及工具的業務技術人才，才能在浩瀚的信息資源中遨游，才能真正利用好醫學信息這個巨大的資產。

3挖掘和利用醫學生物信息的技術方法

醫學科學的第三次革命需要在傳統的醫學基礎之上集數學、統計學、工程學、計算機信息科學的交叉綜合、理論和實驗相結合，建立新的新方法和手段。目前，我國醫院信息系統存在著許多問題，集中體現在：醫學生物信息內容缺失、信息標準化程度低以及發展目標不明確等問題上。我們建設目的①堅持醫療一線的工作需要，②堅守醫學大數據信息資源的理念，③做好大數據收儲分析的準備工作。 大數據時代醫院該如何挖掘和利用醫學生物信息？我們通過與國內外有關數據挖掘的技術專家的合作，總結了醫學生物信息的挖掘和利用的一些方法。

3.1數據集成（多種數據源可以組合在一起） 把不同來源、格式、特點性質的數據在邏輯上或物理上有機地集中，從而為醫院和研究機構提供局部的或全面的數據共享。

3.2數據選擇（從數據庫中提取與分析任務相關的數據） 根據確定的數據分析對象，抽象出在數據分析中所需要的特征信息，然后選擇合適的信息收集方法，將收集到的信息存入數據庫。對于海量數據，選擇一個合適的數據存儲和管理的數據倉庫是至關重要的。

3.3數據規約 數據挖掘時往往數據量非常大，在大量數據上進行挖掘分析需要很長的時間，數據歸約技術可以用來得到數據集的歸約表示，它小得多但仍然接近于保持原數據的完整性，數據挖掘的結果與歸約前結果相同或幾乎相同。

3.4數據清理（消除噪音或不一致數據） 在數據庫中的數據有一些是不完整的（有些感興趣的屬性缺少屬性值）、含噪聲的（包含錯誤的屬性值），并且是不一致的（同樣的信息不同的表示方式），因此需要進行數據清理，將完整、正確、一致的數據信息存入數據庫中，否則會影響數據挖掘的結果。

3.5數據變換（數據變換或統一成適合挖掘的形式；如，通過匯總或聚集操作等） 通過平滑聚集、數據概化、規范化等方式將數據轉換成適用于數據挖掘的形式。對于有些實數型數據，通過概念分層和數據的離散化來轉換數據也是重要的一步。

3.6模型運算（使用智能化的算法提取數據模式） 根據數據庫中的數據信息，選擇合適的分析工具，應用統計方法、事例推理、決策樹、規則推理、模糊集、神經網絡、遺傳算法等方法處理信息，得出有用的分析信息。通過對數據的挖掘，①可以發現數據的歷史規律，對過去進行總結；②可以根據數據對未來進行預測，研究者可以根據預測對未來行情趨勢做出預判，并作出相關決策。

3.7模型評估 根據某種興趣度度量，識別提供知識的真正有趣的模式。

3.8知識表示。（使用可視化和知識表示技術，向用戶提供挖掘的知識） 將數據挖掘所得到的分析信息以可視化的方式呈現給用戶，或作為新的知識存放在知識庫中，供其他應用程序使用。使用各種圖表、三維地圖、動態模擬以及相關的動畫技術使原本枯燥乏味的數據變得生動起來。數據可視化把數據以更加直觀的形態展現出來，使人們對相關數據做到一目了然。經過上面幾步我們就把原先認為毫無價值的數據變成了信息，最后演變為有價值的知識。

對于醫學生物信息挖掘系統的建設者（這里包括醫院科研部門和信息部門）來說，數據挖掘項目不因該是一個普通的IT項目，不能依照原來信息項目模式建設，更不能理解成為是個管理工具，在項目各個階段，數據信息每一次挖掘、演繹、分析是建設者和研究者全程參與的藝術性結合。目前對于各行業、各類典型問題的數據挖掘應用，還缺乏標桿模式作為參考。數據挖掘工作更像一個年輕醫師，需要通過不斷嘗試來積累經驗，面對如潮水般涌來的海量數據，她必將成為了生物醫學研究的支柱技術之一。

綜上所述，在今后的發展中計算機硬件性能的巨幅提升和數據庫技術的飛速發展，使得企業級大數據量的計算成為現實，數據挖掘涉及的數據量會更大。數據挖掘工具也將越來越強大，匯合的挖掘算法越來越多，并將逐步實現算法的自動選擇和參數自動調優，數據挖掘各類算法的巨大潛力將得到充分發揮。

我們設想在不久的將來，生物信息大數據的應用將會改變著醫學臨床實踐。臨床醫學模式從經驗醫學進一步向循證醫學轉變，無序醫療向著有序醫療進一步發展，醫學研究也會進入從發現、研究、驗證、應用到再發現、再研究、再驗證、再應用的迭代式良性循環過程中。古老的醫學走到了今天，已經發展成為多學科、多領域結合交匯的領域，生物信息科學、計算機科學和計算應用數學的介入為大數據信息時代開創了新的前景，未來數據資源將會成為極具研究價值的醫學資產，而且我國又是一個醫學研究資源豐富的大國，我們有理由相信，我們的醫學研究者會通過醫學生物信息的挖掘和利用，在醫學的研究和發展中為廣大人民的健康事業做出更多貢獻。

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