第一篇：熱電材料的研究進(jìn)展[定稿]

熱電材料的研究進(jìn)展李玲玲,張麗鵬,于先進(jìn)(山東理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院,淄博255049)摘要

本文論述了不同種類熱電材料的結(jié)構(gòu)特征和熱電性能。闡述了提高熱電材料熱電性能的方法、途徑以及熱電材料在溫差發(fā)電和制冷等方面的應(yīng)用,并指出熱電材料作為能源的轉(zhuǎn)化方式必將成為材料界的研究重點(diǎn)。關(guān)鍵詞熱電材料;熱電性能;進(jìn)展中圖分類號: T Q174.75文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A1引言熱電材料(又稱溫差電材料)是一種利用固體內(nèi)部載流子的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)熱能和電能的直接相互轉(zhuǎn)化的功能材料。其工作原理是固體在不同溫度下具有不同的電子(或者空穴)激發(fā)特征,當(dāng)熱電材料兩端存在溫差時,材料兩端電子(或者空穴)激發(fā)數(shù)量的差異將形成電勢差(電壓)。從1823年Thoums Seebeck發(fā)現(xiàn)熱電效應(yīng)到今天已有180多年的歷史,其間人們一直不斷探求和開發(fā)其可能的工業(yè)用途。熱電偶是其中最為成功的例子[ 1]。但由于金屬的熱電效應(yīng)相當(dāng)微弱,不能作為能量轉(zhuǎn)換裝置[ 2]。而真正將這一效應(yīng)發(fā)展為有使用意義的能量轉(zhuǎn)換裝置則是在20世紀(jì)50年代。1909年到1911年,德國Altenkirch先后建立了熱電發(fā)電及制冷理論,這一理論表明,優(yōu)良的熱電材料必須具有高的Seebeck系數(shù)(S),從而保證有較明顯的的熱電效應(yīng),較小的熱導(dǎo)率()以保留接點(diǎn)處的熱量,高的電導(dǎo)率()以減少Joule熱損失,即材料熱電性能的優(yōu)劣取決于其熱電優(yōu)值Z[ 3]。表示如下式:Z= S2/影響熱電材料的優(yōu)值Z的3個參數(shù)Seebeck系數(shù)、熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率都是溫度的函數(shù)。同時優(yōu)值Z又敏感地依賴于材料種類、組分、摻雜水平和結(jié)構(gòu)[ 4]。因此每種熱電材料都有各自的適宜工作溫度范圍,習(xí)慣上,人們常用熱電品質(zhì)因素與溫度之積ZT這一無量綱來描述材料的熱電性能(T是材料的平均溫度)。ZT= S2T/, ZT越大,熱電材料的性能越好。2熱電材料的種類2.1半導(dǎo)體金屬合金型熱電材料金屬材料的熱電效應(yīng)非常小,除在測溫方面的應(yīng)用外,其他沒有實(shí)際的應(yīng)用價值。直到20世紀(jì)50年代,人們發(fā)現(xiàn)小帶隙(small band gap)摻雜半導(dǎo)體比金屬大很多熱電效應(yīng),研制溫差電源和熱電制冷器已具有現(xiàn)實(shí)意義[ 5]。這類材料以,!,?族及稀土元素為主。目前,研究較為成熟并且已經(jīng)應(yīng)用于熱電設(shè)備中的材料主要是金屬化合物及其固溶體合金如Bi 2T e 3/ Sb 2T e

3、PbT e、SiGe、CrSi等,Bi2Te3/Sb2T e3適用于低溫,在室溫附近ZT#1,是目前室溫下ZT最高的塊體熱電材料,用于熱電冰箱等制冷器。PbT e適用于400~ 800K,在600~ 700K溫區(qū), ZT#0.8,用于溫差電源。SiGe適用于700K以上高溫,在1200K時, ZT近似等于1,是當(dāng)前RTG(NASA用于航天器的溫差電源,利用放射性同位素PU238自然衰變所釋放的熱量作穩(wěn)定熱源)中所使用的熱電材料。這些材料都可以通過摻雜分別制成P型和n型材料。通過調(diào)整成分、摻雜和改進(jìn)制備方法以進(jìn)一步提高這些材料的ZT, ZT的研還在繼續(xù)進(jìn)行[ 6]。但這些熱電材料存在制備條件要求較高,需在一定的氣體保護(hù)下進(jìn)行,不適于在高溫下工作以及含有對人體有害的重金屬等缺點(diǎn)。2.2方鈷礦型(Skutterudite)熱電材料Skutterudide材料是一類通式為AB 3的化合物,它實(shí)際是為克服早期金屬合金材料的缺點(diǎn)而進(jìn)行的進(jìn)一步的研究發(fā)展,這類材料具有復(fù)雜的立方晶格結(jié)構(gòu),其單位晶胞中含有32個原子,最初的研究集中在等結(jié)的IrSb3, RhSb3和CoSb3等二元合金[ 7, 8],其中CoSb3的熱電性能相比較而言最好。盡管二元合金有良好的電性能,但其熱電數(shù)據(jù)受到熱導(dǎo)率的限制。為了降低二元合金的熱導(dǎo)率,人們提出了幾點(diǎn)建議:第一,在同等結(jié)構(gòu)的化合物中形成固溶體,通過增加點(diǎn)陣缺陷來降低二元合金的熱導(dǎo)率[ 8, 9]。第二,將稀土元素鑭,鈰等加人到Skutterudite材料中形成所謂的填充式Skutterudite材料(filled Skutterudite)來降低晶格熱導(dǎo)率[ 10~ 12]。這種填充式Skutterudite材料的晶體結(jié)構(gòu)的單位晶胞中有34個原子,其通式為RM 4X 12,此處X為磷、砷或銻, M是鐵、釕、鋨,而R為鑭、鈰、鐠.、鉫等稀土元素。稀土元素R起到降低熱導(dǎo)的作用。盡管室溫下的填充式Skutterudite材料的熱導(dǎo)率已經(jīng)較低了,但與理論計算相比仍高3~ 4倍,因而有待更進(jìn)一步的研究以獲得最佳性能優(yōu)值[ 13]。2.3金屬硅化物型熱電材料金屬硅化物是指元素周期表中過渡元素與硅形成的化合物,如FeSi 2, MnSi 2, CrSi 2等。由于這類材料的熔點(diǎn)很高,因此很適合于溫差發(fā)電應(yīng)用。對于上述幾類硅化物,人們研究較多的是具有半導(dǎo)體特征的-FeSi3,它具有高抗氧化性、無毒、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)。此外,通過向-FeSi 3中摻入不同雜質(zhì),可制成P型或N型半導(dǎo)體,是適合于在200~ 900?溫度范圍內(nèi)工作的熱電材料[ 14, 15]。但由于傳統(tǒng)的FeSi 3無量綱優(yōu)值ZT較低,人們尋找新的硅化物取代它,一種較有前景的是高硅化物HMS,這實(shí)際上是一種由四個相,即Mn 11Si19,Mn 15Si 24, Mn 26Si 45和Mn 27Si 47組成的非均勻硅化錳材料。高硅化物的溫差電優(yōu)值具有各向異性的特征,目前實(shí)驗(yàn)得到的無量綱優(yōu)值已與SiGe合金相當(dāng),具有廣泛地應(yīng)用前景。2.4氧化物型熱電材氧化物型熱電材料的特點(diǎn)是可以在氧化氣氛里高溫下長期工作,大多數(shù)無毒性、無環(huán)境污染,且制備簡單,制樣時在空氣中可直接燒結(jié),無需抽真空,成本費(fèi)用低,因而備受人們的關(guān)注[ 16]。目前除了人們研究較多的氧化物半導(dǎo)體材料外[ 17, 18],在20世紀(jì)90年代初日本學(xué)者發(fā)現(xiàn)了一種新型熱電材料,即層狀過渡金屬氧化物,其典型代表為NaCo 2O 4化合物。NaCo 2O 4化合物具有層狀結(jié)構(gòu)[ 19],如圖1,一層由Na 0.5無規(guī)則占據(jù),一層由CoO 2占據(jù),呈交替排列。Na 0.5層引入無序度,降低熱導(dǎo)率, CoO 2層負(fù)責(zé)導(dǎo)電。在室溫下,NaCo 2O 4具有較高的熱電勢,同時有低的電阻率和低的晶格熱導(dǎo)率,因而是一種較有前途的新型熱電材料。盡管NaCo 2O 4具有良好的熱電性能,但溫度超過1073K時,由于Na的揮發(fā)限制了該材料的應(yīng)用,因此人們加速了對其它層狀結(jié)構(gòu)過渡金屬氧化物的研究,其中最典型的就是Ca 3Co 4O 9化合物。有關(guān)報道表明:多晶Ca3Co4O9室溫下熱電性能與NaCo 2O 4多晶相當(dāng),而Ca復(fù)合氧化物在1000K以上空氣中和氧氣中仍能保持性能穩(wěn)定。研究表明Ca 3Co 4O 9作為一種P型半導(dǎo)體材料,在熱電效應(yīng)方面具有很好的應(yīng)用發(fā)展前景。3提高熱電材料性能的途徑由熱電發(fā)電和制冷理論可知,材料的熱電性能的優(yōu)劣取決于其熱電優(yōu)值Z(Z= S2/)。因此,提高熱電材料的性能取決于以下三個方面。3.1尋找具有較高Seebeck系數(shù)的材料材料的Seebeck系數(shù)與材料的晶體結(jié)構(gòu)學(xué)組成及能帶結(jié)構(gòu)等有關(guān)。利用理論計算和實(shí)驗(yàn)的方法尋找高熱電靈敏度材料是一條有效的途徑,例如可以通過摻雜、替代等方法來提高材料的Seebeck系數(shù)。但材料的結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成確定后,若想得到性能更好的材料還需通過其他途徑。3.2提高材料的電導(dǎo)率通過提高載流子濃度和載流子遷移率可以提高材料的電導(dǎo)率。但實(shí)驗(yàn)證明,對許多熱電半導(dǎo)體材料來講,電導(dǎo)率的提高至一定值后,其Seebeck系數(shù)卻隨著電導(dǎo)率的進(jìn)一步提高而較大幅度地下降。從而使熱電靈敏值的分子項(xiàng)S2可調(diào)范圍受到限制,若想得到性能更好的熱電材料,降低材料的導(dǎo)熱系數(shù)成了提高熱電性能最重要的途徑。3.3降低材料熱導(dǎo)率材料的熱導(dǎo)率由兩部分構(gòu)成,一部分是電子熱導(dǎo)率;另一部分是聲子熱導(dǎo)率。對熱電半導(dǎo)體材料來講,由于要求材料具有較高的電導(dǎo)率,電子熱導(dǎo)率的調(diào)節(jié)受到了很大程度的限制。然而,半導(dǎo)體熱電材料中電子熱導(dǎo)率占總熱導(dǎo)率的比例較小,因此,通過增強(qiáng)晶格點(diǎn)陣對聲子的散射來降低聲子熱導(dǎo)率用來調(diào)節(jié)材料的熱導(dǎo)率幾乎成了提高半導(dǎo)體材料熱電優(yōu)值最主要的方法[ 21]。目前降低半導(dǎo)體熱電材料的熱導(dǎo)率主要有三個方面:1.尋找聲子散射能力較強(qiáng)的由多種原子組成的大晶胞復(fù)雜結(jié)構(gòu)晶體是熱電材料研究的必然途徑之一[ 22]。另外,為了使材料的晶體結(jié)構(gòu)更復(fù)雜化,可以通過摻雜或不同材料之間形成固溶體的辦法來提高聲子的散射能力。2.制備晶體結(jié)構(gòu)中存在較大孔隙的熱電材料,在其孔隙中填入某些尺寸合適質(zhì)量較大的原子,由于原子可以在籠狀孔隙內(nèi)振顫[ 23],從而可以大大提高材料的聲子散射能力,使熱導(dǎo)率降低。3.提高多晶半導(dǎo)體材料中晶界對聲子的衍射作用[ 24],會實(shí)現(xiàn)聲子熱導(dǎo)率的降低。4熱電材料的應(yīng)用熱電材料主要有溫差發(fā)電和熱電制冷以及作為傳感器和溫度控制器在微電子器件和EMS中的應(yīng)用。溫差發(fā)電是利用熱電材料的Seebeck效應(yīng),將熱能直接轉(zhuǎn)化為電能,不需要機(jī)械運(yùn)動部件,也不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。1962年,美國首次將熱電發(fā)器應(yīng)用于人造衛(wèi)星上,開創(chuàng)了研制長效遠(yuǎn)距離,無人維護(hù)的熱電發(fā)電站的新紀(jì)元[ 25]。另外,雖然到目前為止熱電材料的發(fā)電效率一直較低,但因?yàn)樗哂械牟豢涉敲赖膬?yōu)點(diǎn),作為在特殊場合下使用的電源已經(jīng)普及應(yīng)用。它在工業(yè)余熱、廢熱和低品味熱溫差發(fā)電方面也具有很大的潛在應(yīng)用。熱電制冷是利用Peltier效應(yīng),當(dāng)電流流過熱電材料時,將熱能從低端排向高溫端,不需要壓縮機(jī),也不需要氟利昂等制冷劑。其作用速度快,使用壽命長,并且借助于其它技能制冷又能加熱的特點(diǎn)可方便地實(shí)現(xiàn)溫度時序控制。如制冷設(shè)備可以應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、高性能接收器和高性能紅外傳感器等方面,同時還可以為電子計算機(jī)、廣通訊及激光打印機(jī)等系統(tǒng)提供恒溫環(huán)境。如果能實(shí)現(xiàn)較高的制冷效率,就可以替代目前用氟利昂制冷的壓縮機(jī)制冷系統(tǒng),有利于保護(hù)環(huán)境。這是現(xiàn)在熱電材料研究的熱點(diǎn)。另外,熱電制冷材料一個可能具有實(shí)際應(yīng)用意義的場合是為超導(dǎo)材料的使用提供低溫環(huán)境。因?yàn)檫@兩類熱電設(shè)備都無振動、無噪音,也無磨損、無泄漏,體積小、重量輕,安全可靠壽命長,對環(huán)境不產(chǎn)生任何污染,是十分理想的電源和制冷器。5結(jié)束語近年來,隨著人們環(huán)境保護(hù)意識的加強(qiáng)以及對傳統(tǒng)能源觀念的轉(zhuǎn)變,尋找高效率、無污染的能量轉(zhuǎn)換方式已經(jīng)成為當(dāng)今能源科學(xué)急需解決的問題。溫差電器作為一種非常具有潛力的能量轉(zhuǎn)換方式,尤其在特殊的應(yīng)用領(lǐng)域具有不可替代的作用?？傊?氧化物熱電材料以其獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)及一些不可替代的特殊用途,將確保這類材料及技術(shù)的研究與開發(fā)不斷持續(xù)下去。當(dāng)前,提高熱電材料的轉(zhuǎn)化效率,加快溫差電器向民用及通用型的轉(zhuǎn)化步伐是當(dāng)今材料界一個急需解決的重要問題。此外,人們對能源及環(huán)保意識觀念的轉(zhuǎn)變,還將進(jìn)一步促進(jìn)半導(dǎo)體溫差電技術(shù)的研究與應(yīng)用,研究與應(yīng)用相互促進(jìn)形成良性循環(huán)。隨著這個循環(huán)過程的不斷螺旋上升,人們希望以溫差電固體器件裝置取代傳統(tǒng)熱機(jī)的夢想也將隨之逐步接近于現(xiàn)實(shí)

第二篇：聚氨酯研究進(jìn)展

聚氨酯樹脂的研究進(jìn)展

摘要：本文綜述了聚氨酯目前研究熱點(diǎn)，其中包括氟硅改性、水性化、非異氰酸酯聚氨酯和聚氨酯納米復(fù)合材料的研究，指出了聚氨酯未來研究方向。

關(guān)鍵詞：聚氨酯；氟硅改性；水性；非異氰酸酯；納米復(fù)合材料

Research progress of polyurethane

Abstract：This article reviews the current research focus of polyurethane, including fluorine-modified, water-based, non-isocyanate polyurethane and polyurethane nano-composites, demonstrating future research directions of polyurethane.Keyword: polyurethane;fluorine-modified;non-isocyanate;nano-composites

引言

聚氨酯樹脂(PU)是一種重要的合成樹脂，它具有優(yōu)良的性能，如硬度范圍寬、強(qiáng)度高、耐磨、耐油、耐臭氧性能優(yōu)良，且具有良好的吸振，抗輻射和耐透氣性能，具有高拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率，良好的耐磨損性、抗撓曲性、耐溶劑性，而且容易成型加工，并具有性能可控的優(yōu)點(diǎn)；它的產(chǎn)品形態(tài)多樣，如泡沫塑料、彈性體、涂料、膠黏劑、纖維素、合成革等；因此廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、建筑、機(jī)械、家具等諸多領(lǐng)域。

1.氟硅改性

氟硅改性聚氨酯是目前研究的熱點(diǎn)之一，氟硅具有獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)，其表面能較低，因此在成膜過程中向表面富集，可賦予改性聚合物涂膜優(yōu)良的耐水、耐油污、耐候、耐高低溫使用性能以及良好的機(jī)械性能。常有兩種: 一種方法是將含有羥基或胺基的硅氧烷樹脂或單體與二異氰酸酯反應(yīng)，將有機(jī)硅氧烷引到水性聚氨酯中，利用硅氧烷的水解縮合交聯(lián)來改善聚氨酯的性能；另一種方法是在環(huán)氧硅氧烷作為后交聯(lián)劑引入到體系中，形成環(huán)氧交聯(lián)改性聚氨酯體系。Cheng(Cheng, Zhang et al.2005)等人基于聚丙二醇（PPG），聚醚接枝聚硅氧烷（PE-PSI），2,4丁二醇（BDO）合成一個新穎的硅氧烷改性聚氨酯（PE-PSI）。Luo(Luo, Huang et al.2010)等人基于異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI），以二端羥烷基聚[甲基-（3,3,3-三氟丙基）]硅氧烷（PMTFPS）為軟段，聚己內(nèi)酯（PCL）的混合軟段的基礎(chǔ)上，合成氟-硅氧烷改性聚氨酯系列。Linlin(Linlin, Xingyuan et al.2007)等以2,4-甲苯二異氰酸酯、二端羥丁基聚二甲基硅氧烷（DHPDMS）、聚四氫呋喃醚二醇、1,4-丁二醇為主要原料合成了系列的有機(jī)硅改性聚氨酯（Si-PU）。硅烷改性聚氨酯的研究十分活躍，以聚氨酯為主鏈通過硅烷封端改性，是一個重要的發(fā)展方向。Mahdi(Mahdi, Syed Z.Rochester Hills et al.2001)通過硅烷偶聯(lián)劑改性聚氨酯，提高了聚氨酯密封膠對玻璃的粘接性，而且不用底涂劑，甚至可膠接油漆面和有機(jī)物污染的表面。Sun, DX(Sun, Miao et al.2011)等用硅烷偶聯(lián)劑（SiCA）改性功能化的納米二氧化硅聚氨酯，提高其熱穩(wěn)定性、硬度、耐水性和耐候性。Xu(Xu, Lu et al.2011)等利用2-三氟甲基-4,4'-二氨基二苯醚合成了一系列含氟聚氨酯彈性體，性能測定結(jié)果表明含氟聚氨酯彈性體具有較低的表面張力，更好的疏水性、熱穩(wěn)定性、良好的機(jī)械性能和阻燃性能。

2.水性聚氨酯

20世紀(jì)60年代以來，溶劑型聚氨酯得到了廣泛的使用，然而有機(jī)溶劑使用時造成空氣污染，具有或多或少的毒性，水性聚氨酯以水為基本介質(zhì)，具有不污染環(huán)境、節(jié)能、操作加工方便等優(yōu)點(diǎn)，已受到人們的重視(仝鋒 2000;顏俊, 涂偉萍 et al.2001)。水性聚氨酯按照分散粒子是否帶電可分為離子型和非離子型, 而離子型水性聚氨酯按照聚氨酯主鏈上的帶電性質(zhì)又可分為陰離子型、陽離子型和兩性離子型。LU(Lu, Tighzert et al.2005)等利用蓖麻油改性的水性聚氨酯與熱塑性淀粉共混，試驗(yàn)表明，兩者具有較好的相容性，這種改性彌補(bǔ)了熱塑性淀粉的耐水性、物理機(jī)械性能方面的不足，為高性能的可降解淀粉塑料的研究提供了理論支持。Tyre(Tyre 2008)等人對作為木地板涂料的水性聚氨酯-丙烯酸混合物與油性產(chǎn)品的硬度、耐磨性和耐化學(xué)性坐了詳細(xì)比較。Zhang(Zhang W)等人以聚醚多元醇、聚酯多元醇、異氰酸酯、二羥甲基丙酸、三乙烷、羥乙基丙烯酸酯為原料，合成作為水性油墨連接料的水性聚氨酯乳液，制成的水性油墨不燃，無毒，無害，環(huán)境友好，既安全又節(jié)能。Yang.Z(Yang Z 2010)等人以水和非羥基溶劑作為混合溶劑，得到環(huán)硫氯丙烷單體和巰基改性聚氨酯混合水性乳液，該乳液可以用作高效、環(huán)保的工業(yè)廢水汞離子吸附劑。Lagiewczyk(Lagiewczyk and Czech 2011)等基于羥基聚丁二烯（HTPB），聚丙二醇（PPG），二羥甲基丙酸（DMPA）和異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）制備水性聚氨酯的壓敏粘合劑（PU-PSA），其具有低粘性，低附著力和良好的凝聚力。

3.非異氰酸酯聚氨酯

20世紀(jì)90年代開始, 發(fā)達(dá)國家重視非異氰酸聚氨酯（NIPU）的開發(fā)與應(yīng)用，在歐美國家正逐步實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，在涂料、彈性體、膠粘劑等行業(yè)的應(yīng)用大有與常規(guī)異氰酸酯競爭之勢(Rokicki 2000;Figovsky and Shapovalov 2002;Yu, Yuan et al.2009)。NIPU由環(huán)碳酸酯齊聚物與胺類齊聚物反應(yīng)制得, Garipov RM(Garipov, Sysoev et al.2003)等研究了環(huán)碳酸酯與胺的反應(yīng)動力學(xué)特征。Kim(Kim, Kim et al.2001)等利用二氧化碳在相轉(zhuǎn)移催化劑（PTC）作用下與二縮水甘油醚和雙酚S的反應(yīng)產(chǎn)物（DGEBS）反應(yīng)制備二元環(huán)碳酸酯。Tamami(Tamami, Sohn et al.2004)等[利用環(huán)氧大豆油（ESBO）在催化劑作用下于110 ℃與二氧化碳反應(yīng)合成大豆油環(huán)碳酸酯（CSBO），進(jìn)而與胺類化合物反應(yīng)可合成NIPU。Oleg Figovsky(Oleg Figovsky 2007)等研究了星形環(huán)碳酸酯的制備和其在合成星形羥基NIPU齊聚物、星形NIPU、星形雜化NIPU中的應(yīng)用，同時還研究了丙烯酸環(huán)氧化合物、丙烯酸環(huán)碳酸酯、丙烯酸羥基NIPU齊聚物、丙烯酸NIPU、丙烯酸雜化NIPU的制備方法。通過采用特殊的樹枝狀氨基硅烷低聚物（dendroaminosilane oligomer），可以將硅烷鏈段引入NIPU網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，成為一種雜化非異氰酸酯聚氨酯（hybrid NIPU，HNIPU）(王北海 2007)。雜化非異氰酸酯聚氨酯（HNIPU）涂料具有更好的耐化學(xué)性和透氣性，是無分子間氫鍵類似結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)聚

氨酯涂料的1.5-2.5倍(Figovsky, Shapovalov et al.2001)。Poul-Ernst Meier,Farum(DK)(Poul-Ernst Meier 2004)發(fā)明了以HNIPU為基的膠粘劑和密封膠，用于金屬表面涂裝材料。

4.聚氨酯納米復(fù)合材料

聚氨酯/納米復(fù)合材料是未來的研究方向之一，近年來國內(nèi)外聚氨酯/納米復(fù)合材料的制備方法，主要介紹了共混法、原位聚合法、插層聚合法、溶膠-凝膠法等幾種常用的納米材料改性聚氨酯的方法(Dong-mei, Shao-ling et al.2011)。Zheng(Zheng, Gao et al.)等通過分散蒙脫石和多元醇，加入氨基烷基聚硅氧烷中和，制備蒙脫土/有機(jī)硅嵌段聚氨酯納米復(fù)合材料。Petrovic(Petrovic, Cho et al.2004)等用溶膠-凝膠法制備并表征了兩系列軟段質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%和70% 的嵌段SiO2 納米復(fù)合材料，研究了不同含量球形納米SiO2溶膠對軟、硬段相分離的影響。Yang hong-yan(Hongyan, Daocheng et al.2006)等以聚四氫呋喃醚二醇-1000(PTMG)、甲苯-2,4-二異氰酸酯（TDI）、3,3-二氯-4,4-二苯基甲烷二胺（MOCA）為原料，采用預(yù)聚法合成聚氨酯彈性體，并選用納米CaCO3 對聚氨酯彈性體進(jìn)一步增強(qiáng)，通過對納米CaCO3進(jìn)行表面改性及采用超聲波促進(jìn)納米粒子在基體中更好地分散，并考察了納米的CaCO3含量和合成溫度對聚氨酯彈性體力學(xué)性能的影響。You(You, Park et al.2011)等制備泡沫聚氨酯（PUF）/多壁碳納米管復(fù)合材料，并研究了其電學(xué)、熱學(xué)和形態(tài)學(xué)特性，為制備高性能復(fù)合材料提供了理論依據(jù)。

展望

1.聚氨酯制備方法多為傳統(tǒng)的制備方法，需進(jìn)一步研究新的制備方法，進(jìn)一步提高材料的綜合性能；

2.針對特定缺陷利用多元復(fù)合改性聚氨酯涂料進(jìn)行改良研究；

3.對于聚氨酯納米復(fù)合材料的研究，期待新型納米材料如納米金剛石、納米SiC等新型超硬納米材料的應(yīng)用研究；

4.聚氨酯復(fù)合材料還處于實(shí)驗(yàn)研究階段，工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域還有待于進(jìn)一步開發(fā)。

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第三篇：藥用植物研究進(jìn)展

植物是藥物的重要來源之一，人類利用藥用植物的歷史淵遠(yuǎn)流長。今天，盡管科學(xué)家已經(jīng)能夠利用化學(xué)方法研制品類繁多的藥品，但開發(fā)利用植物藥的熱情在世界范圍內(nèi)卻有增無減。這主要是由于植物種類豐富，體內(nèi)所含的有效成分形形色色，具有開發(fā)新藥的巨大潛力；既可以從中直接發(fā)現(xiàn)新藥源；又可以發(fā)現(xiàn)新的先導(dǎo)化合物，通過結(jié)構(gòu)修飾等技技術(shù)發(fā)明新藥。

中國野生藥用植物種質(zhì)資源非常豐富，據(jù)統(tǒng)計在5000種以上，但傳統(tǒng)的中草藥獲取方法是以采集和消耗大量的野生植物資源為代價的，當(dāng)采集和消耗量超過自然資源的再生能力時，必然會導(dǎo)致物種瀕危甚至滅絕。再有，自然生態(tài)環(huán)境的日益惡化，也進(jìn)一步導(dǎo)致藥用植物資源的匱乏。在已出版的《中國植物紅皮書》第一卷中，共收載了388種國產(chǎn)珍稀瀕危野生植物，其中有藥用價值的約100余種，在中國歷史上就已赫赫有名的人參、天麻、黃連、黃芪、杜仲、厚樸、巴戟天、平貝母、肉蓯蓉等，均位列其中。

迄今，為了解決藥用植物的供需矛盾，人們多采用人工栽培的方法擴(kuò)大藥源。但在人工栽培的藥用植物中，有不少名貴藥材如人參、黃連等生產(chǎn)周期很長，如果以常規(guī)方法育種或育苗，需要花費(fèi)很長時間。另有一些藥用植物如貝母（Ftitillaria spp.）、番紅花(Crocus sativus)等，因繁殖系數(shù)小、耗種量大，導(dǎo)致發(fā)展速度很慢且生產(chǎn)成本增加。還有一些藥用植物，如地黃(Rehmannia glutinosa)、太子參(Pseudostellaria heterophylla)等，則因病毒危害導(dǎo)致退化，嚴(yán)重影響了產(chǎn)量和品質(zhì)。

于是，積極研究藥用植物資源的再生技術(shù)，使有限的資源為人類永續(xù)利用迫在眉睫。應(yīng)用植物組織培養(yǎng)生產(chǎn)藥用植物，具有不受地區(qū)、季節(jié)與氣候限制，便于工廠化生產(chǎn)等優(yōu)勢，同時組織培養(yǎng)中的細(xì)胞生長速度要比植物正常生長速度快，接近于分生組織的生長速度，因此利用組織培養(yǎng)手段快速繁殖藥用植物種苗，或者利用組織培養(yǎng)或細(xì)胞培養(yǎng)手段直接生產(chǎn)藥物便隨之日益發(fā)展。

目前藥用植物組織培養(yǎng)的應(yīng)用主要有兩個方面：一是利用試管微繁生產(chǎn)大量種苗以滿足藥用植物人工栽培的需要；二是通過愈傷組織或懸浮細(xì)胞的大量培養(yǎng)，從細(xì)胞或培養(yǎng)基直接提取藥物，或通過生物轉(zhuǎn)化、酶促反應(yīng)生產(chǎn)藥物。

我國的藥用植物組織培養(yǎng)研究，可以追溯到20世紀(jì)50年代。1964年，羅士韋教授等首先報道了人參組織培養(yǎng)獲得成功的研究成果。1983年，全國第一屆藥用植物組織培養(yǎng)討論會召開，屆時全國已有30多個單位，100余人從事藥用植物的組織培養(yǎng)研究。其中以廣西藥物所的羅漢果快速繁殖，山東大學(xué)生物系與荷澤地區(qū)中藥材試驗(yàn)站的懷地黃去病毒研究和中國藥科大學(xué)人參工業(yè)化生產(chǎn)的中間試驗(yàn)為代表性的研究成果。自此，我國藥用植物的組培研究迅速發(fā)展。1986年，由我國科學(xué)工作者編寫的有關(guān)專著《藥用植物組織培養(yǎng)》問世……到目前為止，我國的科技工作者在藥用植物組織培養(yǎng)方面已取得了巨大的成績，組織培養(yǎng)技術(shù)水平也在不斷進(jìn)步：如培養(yǎng)方法已從固體、液體、懸浮培養(yǎng)，深層大罐發(fā)酵發(fā)展到液體連續(xù)培養(yǎng)；培養(yǎng)材料也從藥用植物的根、莖、葉、花、胚、果實(shí)、種子等組織或器官，這些器官誘導(dǎo)出的愈傷組織或冠癭組織，一直發(fā)展到目前的細(xì)胞。

近40年來我國經(jīng)離體培養(yǎng)獲得試管植株的藥用植物已有金線蓮(Anoectochilus formosanus)、白芨(Bletilla striata)、番紅花、鐵皮石斛(Dendrobium candidum)、絞股藍(lán)（Cynostemma pentaphyllum）、苦丁茶(Ilex kudingcha)、南洋金花(Datura metel)、海巴戟(Morinda citrifolia)等100余種，其中大多數(shù)為珍貴的藥用植物。

從60年代開始的我國傳統(tǒng)藥材離體培養(yǎng)和試管繁殖研究，到目前為止已有100多種藥用植物經(jīng)離體培養(yǎng)獲得試管植株，其中有的還利用試管繁殖技術(shù)生產(chǎn)用于栽培種植藥材，如苦丁茶、蘆薈、懷地黃、枸杞、金錢蓮等。寧夏農(nóng)林科學(xué)院構(gòu)相研究所利用試管繁殖與嫩枝扦插相結(jié)合的方法繁殖新品種“寧杞一號”和“寧杞二號”苗木100多萬株，加速了該品種的推廣。

通過組織培養(yǎng)成功的藥用植物至少有200種。增養(yǎng)的藥用植物從常見的到珍稀瀕危植物、民族植物，如云南黑節(jié)草、延齡草、高山紅景天，藏藥——川西獐芽菜、莪術(shù)、水母雪蓮、星花鄉(xiāng)線菊、溪黃草、玉葉金花、遼東蔥木等。從生產(chǎn)常用藥的植物到具有抗癌、抗病毒等有效成分的植物，如紅豆杉、艾黃楊、狼毒、大戟屬、長春花、米仔蘭、狗牙花和香榧等。

第四篇：生物信息學(xué)研究進(jìn)展

我國生物信息學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

摘要：簡要敘述了我國生物信息學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀，以及我國當(dāng)前生物信息學(xué)發(fā)展中的一些問題，并對生物信息學(xué)的發(fā)展前景進(jìn)行概述。

關(guān)鍵詞：生物信息學(xué) 現(xiàn)狀 展望

1生物信息學(xué)簡介

生物信息學(xué)(Bioinformatics)是20世紀(jì)末才誕生的一門新學(xué)科，是信息技術(shù)在生物數(shù)據(jù)處理上的應(yīng)用，該學(xué)科涉及分子生物學(xué)技術(shù)、計算機(jī)信息技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等多門學(xué)科，是生物學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、計算機(jī)科學(xué)等眾多學(xué)科交叉的新興學(xué)科。它主要利用計算機(jī)信息處理工具和軟件對分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和分析，從中發(fā)現(xiàn)有價值的信息，它是生命科學(xué)的前沿學(xué)科，其數(shù)據(jù)信息主要來自于人類及各種模式生物基因組的分子數(shù)據(jù)，包括DNA、RNA和蛋白質(zhì)片斷的序列數(shù)據(jù)，也有蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和經(jīng)過計算機(jī)處理的分子數(shù)據(jù)。

2國內(nèi)生物信息學(xué)發(fā)展?fàn)顩r

我國生物信息學(xué)研究近年來發(fā)展較快,相繼成立了北京大學(xué)生物信息學(xué)中心、華大基因組信息學(xué)研究中心、中國科學(xué)院上海生命科學(xué)院生物信息中心,部分高校已經(jīng)或準(zhǔn)備開設(shè)生物信息學(xué)專業(yè)。2002年國家自然科學(xué)基金委在生物化學(xué)、生物物理學(xué)與生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)學(xué)科設(shè)立了生物信息學(xué)項(xiàng)目,并列入生命科學(xué)部優(yōu)先資助的研究項(xiàng)目。國家 863計劃特別設(shè)立了生物信息技術(shù)主題,從國家需求的層面上推動我國生物信息技術(shù)的大力發(fā)展。

但是由于起步較晚及諸多原因，我國的生物信息學(xué)發(fā)展水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外。在PubMed收錄的以關(guān)鍵詞“Bioinformatics”檢索到的歷年發(fā)表的文章數(shù)，可以看出大量的研究文獻(xiàn)出現(xiàn)在21世紀(jì)以后。其中我國共有138篇占全部5548篇的2.5%，而美國則發(fā)表2160篇占全部的39%之多（統(tǒng)計數(shù)據(jù)截至2004年2月15日）。我國學(xué)者在生物信息學(xué)領(lǐng)域發(fā)表的有高影響力的論文只有不到美國學(xué)者發(fā)表數(shù)量的6%，差距相當(dāng)大。在生物信息學(xué)領(lǐng)域，一些著名院士和教授在各自領(lǐng)域取得了一定成績，顯露出蓬勃發(fā)展的勢頭，有的在國際上還占有一席之地。如北京大學(xué)的羅靜初和顧孝誠教授在生物信息學(xué)網(wǎng)站建設(shè)方面、中科院生物物理所的陳潤生研究員在EST序列拼接方面以及在基因組演化方面、天津大學(xué)的張春霆院士在DNA序列的幾何學(xué)分析方面、中科院理論物理所郝柏林院士、清華大學(xué)的李衍達(dá)院士和孫之榮教授、內(nèi)蒙古大學(xué)的羅遼復(fù)教授、上海的丁達(dá)夫教授等等。北京大學(xué)于1997年3月成立了生物信息學(xué)中心，這個中心在1996年歐洲EMBNet擴(kuò)大到歐洲之外時已正式成為中國結(jié)點(diǎn)(每個國家只有一個結(jié)點(diǎn))，目前已有60多種生物數(shù)據(jù)庫的經(jīng)常更新的鏡像點(diǎn)。近年來，它已組織過多次國內(nèi)和地區(qū)的培訓(xùn)班及會議，有著較廣泛的國際聯(lián)系。另外，中國科學(xué)院、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院、軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院、清華大學(xué)、天津大學(xué)、浙江大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)、中山大學(xué)、內(nèi)蒙古大學(xué)等等都先后開展了生物信息學(xué)研究和教學(xué)工作，許多大學(xué)都設(shè)立了生物信息學(xué)專業(yè)，并同時招收本科、碩士、博士研究生。

各種學(xué)術(shù)會議及論壇的召開，對于促進(jìn)我國在這一前沿領(lǐng)域的發(fā)展起著越來越重要的作用。中國科學(xué)院于1997年9月和12月召開了第80、87次香山會議，首次邀請有關(guān)專家就“DNA芯片的現(xiàn)狀與未來”和“生物信息學(xué)”進(jìn)行探討。1999年3月，清華大學(xué)生物信息學(xué)研究所、國家人類基因組北方研究中心和北京生物技術(shù)和新醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)促進(jìn)中心共同舉辦了“北方生物信息學(xué)學(xué)術(shù)研討會”。1999年4月，北京大學(xué)舉辦了“國際生物信息學(xué)講習(xí)班”。2001年4月，由北京市科技委員會、中國人類基因組北方研究中心、中國人類基因組南方研究中心、北京華大基因研究中心、軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院、北京生物工程學(xué)會生物信息學(xué)專業(yè)委

員會、北京生物技術(shù)和新醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)促進(jìn)中心等共同舉辦的首屆“中國生物信息學(xué)大會”在北京召開。2003年11月28-29日，中國科協(xié)“生物信息學(xué)與進(jìn)化計算”第81次青年科學(xué)家論壇在北京中國科技會堂成功召開。這次論壇是中國科協(xié)舉辦的一次多學(xué)科交叉的盛會，旨在促進(jìn)國內(nèi)青年科學(xué)家在這一全新領(lǐng)域內(nèi)的相互交流，促進(jìn)該學(xué)科的成長與發(fā)展。這是國內(nèi)首次以“生物信息學(xué)”為主題的一次多學(xué)科交叉的青年科學(xué)家論壇。與會者一致認(rèn)為系統(tǒng)生物學(xué)、非編碼區(qū)功能研究、基因調(diào)控和相互作用網(wǎng)絡(luò)等是當(dāng)前生物信息學(xué)研究的熱點(diǎn)問題。

盡管如此，真正開展生物信息學(xué)具體研究和服務(wù)的機(jī)構(gòu)或公司仍相對較少，僅有的幾家科研機(jī)構(gòu)主要開展生物信息學(xué)理論研究，聲稱提供生物信息學(xué)服務(wù)的公司所提供的服務(wù)也僅局限于簡單的計算機(jī)輔助分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計，而且服務(wù)體系并不完善；國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)上已有的幾家生物信息學(xué)網(wǎng)站，大部分偏于所有生物（醫(yī)）學(xué)領(lǐng)域的新聞報道，而生物信息學(xué)專業(yè)技術(shù)服務(wù)的含量太少，這就與國外有了較大差距。

3我國生物信息學(xué)發(fā)展中存在的問題

一方面，在生物信息學(xué)研究領(lǐng)域，一般的教授、教師能力有限，有些甚至對生物信息學(xué)本身知其一不知其二，缺乏正規(guī)的訓(xùn)練，很少了解目前的研究重點(diǎn)、熱點(diǎn)和今后方向。由于所申請的經(jīng)費(fèi)支持力度和持續(xù)時間原因，大多數(shù)學(xué)者只能選擇易于獲得研究成果的科研項(xiàng)目，一般缺乏新穎性和創(chuàng)造性。這可能與我們國家處于快速發(fā)展階段的“短平快”思路和環(huán)境有關(guān)。另一方面，可能是教育體制上的原因，科研項(xiàng)目的分配問題、行政管理中存在的問題，傳統(tǒng)教育不鼓勵學(xué)生進(jìn)行批判性、創(chuàng)新性地學(xué)習(xí)和思考的問題，也可能是癥結(jié)所在。另外，生物信息學(xué)對信息交流有很高的要求，尤其是Internet的暢通，我國曾經(jīng)有人為的限制訪問或限制流量這些今后回顧時會成為苦澀消化的舉措[6]。目前我國的科研經(jīng)費(fèi)真正投入并落到實(shí)處的占國家GDP的份額還很小，科研經(jīng)費(fèi)問題進(jìn)一步限制了生物信息學(xué)在我國的發(fā)展。

4展望

生物信息學(xué)作為一門新興的工程技術(shù)學(xué)科，對剛起步的我們來說充滿了機(jī)會和挑戰(zhàn)，“后基因組時代”給我國的生物信息學(xué)發(fā)展提供了很大的舞臺。生物信息學(xué)首先是一門信息學(xué)，所以我們必須端正一些可能的認(rèn)識錯誤，必須呼吁引導(dǎo)更多的計算機(jī)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)人才加入到其中的研究。統(tǒng)計學(xué)、概率論、組合數(shù)學(xué)（尤其是圖論）、拓?fù)鋵W(xué)、運(yùn)籌學(xué)、函數(shù)論、信息學(xué)、計算數(shù)學(xué)、群論、人工智能，都已經(jīng)在生物信息學(xué)研究中發(fā)揮了巨大的作用。我們應(yīng)盡快縮小我國在計算機(jī)信息學(xué)的核心技術(shù)、巨型計算機(jī)的應(yīng)用以及互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)方面與世界領(lǐng)先國家的差距。生物信息學(xué)的發(fā)展對生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境科學(xué)、信息技術(shù)以及新材料的研究必將起到深刻的作用，生物信息學(xué)進(jìn)一步深入研究和廣泛應(yīng)用必將為這些領(lǐng)域帶來根本性的變革。生物信息學(xué)的特點(diǎn)是投資少，見效快，效益大，適合于我國的現(xiàn)實(shí)條件。即從英特網(wǎng)上源源不斷地采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、歸類與重組，發(fā)現(xiàn)新線索、新現(xiàn)象和新規(guī)律，用以指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)工作的設(shè)計，這是一條既快又省的科研路線，可避免不必要的重復(fù)，少走彎路，提高我國生物科學(xué)的研究水平。

第五篇：生命科學(xué)研究進(jìn)展

生命科學(xué)研究進(jìn)展

尹強(qiáng)

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，江西南昌，330045)

現(xiàn)代生物技術(shù)已進(jìn)入商品生產(chǎn)的激烈競爭階段。據(jù)在京舉行的關(guān)于“分子生物學(xué)進(jìn)展”方面的學(xué)術(shù)報告會透露，美國科學(xué)院的院報中，每月的生物論文10倍于數(shù)理化天地論文的發(fā)表數(shù)量。這個數(shù)字顯示了在當(dāng)代人們對生命科學(xué)發(fā)展的重視程度。同樣，在商品生產(chǎn)領(lǐng)域也表現(xiàn)出了同樣的趨勢。如在運(yùn)用現(xiàn)代生物技術(shù)的遺傳工程方面，美國每年在該領(lǐng)域投入的研究經(jīng)費(fèi)高達(dá)100多億美元，有200多家大生物技術(shù)公司從事有關(guān)方面產(chǎn)品商品開發(fā)，已生產(chǎn)出了多種生物制品。在市場上出售的有人生長激素、胰島素、調(diào)節(jié)血壓的人腎素，還有乙型肝炎疫苗；可使腫瘤枯萎的生物技術(shù)藥物已進(jìn)入臨床試驗(yàn)。美國利用遺傳工程正在研制生物制品的還有多種，如具有抗癌作用的腫瘤壞死素、能溶解血栓的組織纖維蛋白溶酶活化劑及多種免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)制劑．科學(xué)工作者還正在研制艾滋病疫苗。在現(xiàn)階段的動物試驗(yàn)中，這種疫苗已使老鼠體內(nèi)產(chǎn)生了艾滋病抗體，并開始在人體上進(jìn)行試驗(yàn)。

日本在生物技術(shù)方面的研發(fā)也不甘落后，該國的科學(xué)家把生物技術(shù)看成是使日本的技術(shù)在2l世紀(jì)處于世界領(lǐng)先地位的跳板。日本引進(jìn)美國的生物技術(shù)，派出大量人員去美國學(xué)習(xí)，同時鼓勵本國的科研。日本已研制出促進(jìn)紅細(xì)胞形成的血細(xì)胞生成素，可用于治療腎臟疾病。西歐各國在生物技術(shù)方面起步較慢，但在現(xiàn)代制藥工業(yè)中生物技術(shù)卻異軍突起。他們在單克隆抗體和特異蛋白分子的生產(chǎn)方面處于世界領(lǐng)先地位。一些老企業(yè)也利用生物技術(shù)生產(chǎn)各種高效酶制劑，用于食品加工和廢物處理。還有，他們在細(xì)胞融合領(lǐng)域也取得了重要進(jìn)展，如番茄馬鈴薯的育成。在開發(fā)這類細(xì)胞融合技術(shù)產(chǎn)品時，除在產(chǎn)品實(shí)踐方面有所突破外，還在育種理論上有新發(fā)現(xiàn)。如他們在研究報告中指出，利用細(xì)胞融合技術(shù)最有前途的是近親植物細(xì)胞融合，它對提高品種質(zhì)量效果明顯。

俄羅斯生物技術(shù)研究也日趨活躍，他們在前蘇聯(lián)時期的研究基礎(chǔ)上，先將遺傳工程的重點(diǎn)放在農(nóng)業(yè)方面，力圖培育出“早熟、高產(chǎn)、營養(yǎng)豐富、能在貧瘠土地上生長的農(nóng)作物。俄羅斯科學(xué)家還存分子生物學(xué)和醫(yī)學(xué)生物技術(shù)方面進(jìn)行了卓有成效的研究，在研究離子載體如何穿過細(xì)胞膜方面有突破性進(jìn)展，了解這一點(diǎn)將使人們揭開細(xì)胞維持恒定狀態(tài)的奧秘。

我國在現(xiàn)代生物技術(shù)開發(fā)方面雖然起步較晚，但發(fā)展迅速，在某些項(xiàng)目上已躋身于世界先進(jìn)行列，引起了國際同行的關(guān)注。如存生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的人工器官，新華醫(yī)院和上海第一結(jié)核病防治院共同研制的聚丙烯中空纖維人工肺已在全國推廣應(yīng)用，僅新華醫(yī)院一家就用了300多例。過去不用人工肺死亡率達(dá)50％，現(xiàn)在應(yīng)用新的人工肺，深低溫手術(shù)無一例死亡，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。上海胸外醫(yī)院、新華醫(yī)院、人體代用材料研究所研制的人造血管、膨體心臟修補(bǔ)片已達(dá)到國際20世紀(jì)80年代水平。特別應(yīng)提到的是，我周在轉(zhuǎn)基因抗病蟲害作物、生物大分子的合成及克隆生物領(lǐng)域取得的成果亦是頗多。我國還參與了人類基因組測序工作，說明我國在該領(lǐng)域占有一席之地。我們還必須進(jìn)一步加強(qiáng)該領(lǐng)域的研究工作，以縮小與發(fā)達(dá)國家在生物技術(shù)研究開發(fā)方面的差距。我國研制成功第二代人造血

查新報告顯示，我國第一代人造血在臨床應(yīng)用中，已成功地?fù)尵攘?00多名傷病員。研究第二代人造血的科研人員，在歷時4年的探索中對氟碳人造血的合成、乳化、毒理以及藥效等方面做了不少改進(jìn)，儲存期從半年延長到1.5年；它在血管中的半衰期也從原來的10 h延長到19.8h。這將更有利于患者恢復(fù)健康。人造血是國際生命科學(xué)界，特別是醫(yī)學(xué)界關(guān)注的熱門課題。第二代人造血是我國上海有機(jī)化學(xué)研究所、上海勞動衛(wèi)生職業(yè)病防治研究所的科學(xué)工作者研制的。對第二代人造血的科學(xué)檢測實(shí)驗(yàn)證實(shí)，它具有4個方面的優(yōu)點(diǎn)：第一是儲存期長；第二是不管使用者的血型，能保證血液和各臟器的正常生理功能，適宜大面積、突發(fā)性事故傷員的急救；第三是生產(chǎn)中可以消毒、患者在使用時不會染上因輸血引起的傳染病；第四是它的顆粒直徑僅為人體血液紅細(xì)胞的1／70．在紅細(xì)胞被血管栓塞段堵截時，人造血可載運(yùn)氧氣繞道而行，使缺血段的細(xì)胞重新得到氧氣供應(yīng)，這會有利于治療某些血管缺血性疾病。專家們在評審這項(xiàng)成果時指出，我國科學(xué)工作者研制成功的第二代氟碳人造血，僅僅用了4年的時間，而且有那么多的優(yōu)點(diǎn)，是難能可貴的，這對于解決救護(hù)傷員及其他需血的患者來說是一大福音。對該成果的重大意義不僅在于治療本身，從生命科學(xué)的理論和實(shí)踐來看，它應(yīng)該是人造器官或組織的一部分，從這個角度來講，這項(xiàng)成果的意義是深遠(yuǎn)的。生物應(yīng)答變更因子類新藥問世

“生物應(yīng)答變更因子”是一類新發(fā)現(xiàn)的藥物，其主要功能是促進(jìn)免疫系統(tǒng)的防御能力。這類新藥在治療癌癥及一些傳染病方面有作用。專家們認(rèn)為，21世紀(jì)它們會統(tǒng)領(lǐng)藥物市場。評價如此之高．值得人們關(guān)注。

迄今，美國醫(yī)學(xué)家已發(fā)現(xiàn)40～50種生物應(yīng)答變更因子的藥物。現(xiàn)舉若干實(shí)例。如加利福尼亞州一家生物技術(shù)公司研制的最新生物應(yīng)答變更因子藥物——“干細(xì)胞因子”，它能促進(jìn)早期骨髓細(xì)胞的生長，以產(chǎn)生紅細(xì)胞和白細(xì)胞，適用于骨髓功能衰退、接受化療、移植異體骨髓以及艾滋病等患者的治療。又如免疫系統(tǒng)激素—— “干擾素α-2”也是一種新的生物應(yīng)答變更因子藥物，它能促進(jìn)各種白細(xì)胞去破壞病毒感染細(xì)胞，甚至它本身也能滲入病毒感染細(xì)胞，從而阻斷病毒增殖。再如“紅細(xì)胞生成素”是一種腎臟分泌的激素，它能促進(jìn)骨髓細(xì)胞成為成熟的攜氧紅細(xì)胞．可用于腎功能衰竭患者或艾滋病患者的貧血癥。還有一種“集落促進(jìn)因子”，其主要功效是促進(jìn)未成熟的骨髓細(xì)胞成為能抵抗疾病的白細(xì)胞，它還可被用于增強(qiáng)治療白血病的藥物胞嘧啶阿糖苷以及治療艾滋病的藥物疊氮胸苷的療效。專家們在評審生物應(yīng)答變更因子系列藥物時指出，此類新藥物通過控制患者的紅細(xì)胞和白細(xì)胞達(dá)到治療疾病的目的，其作用機(jī)制新穎，效果特別，其前景可與當(dāng)年抗菌素發(fā)展勢頭相媲美。他們特別建議。應(yīng)進(jìn)一步加大在本領(lǐng)域的研發(fā)力度。3 延緩人體衰老研究的新突破

3．1 生長激素合成劑抗衰老

生理學(xué)知識告訴我們，大多數(shù)人年過30歲后，腦垂體前葉分泌生長激素的功能就逐漸減退，年逾花甲者的分泌量相當(dāng)于青春期的1／5。有些老年人甚至自身不能再產(chǎn)生這種生長激素。在這種事實(shí)面前，科學(xué)工作者，特別是生命科學(xué)工作者，便試圖通過研究解決這一問題。

研究人員經(jīng)過長期的探索，開發(fā)成功一種合成劑。這項(xiàng)成果經(jīng)威斯康遜醫(yī)學(xué)院的丹尼爾·拉德曼大夫用于臨床試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，12名61～81歲的男性接受為期半年的生長激素合成劑注射療程后，受試者體重保持不變，而脂類卻平均減少約15％，肌肉組織增加近9％，同時，脊椎骨密度與皮膚厚度略有增長。

拉德曼主持的生長激素合成劑臨床試驗(yàn)顯然取得了明顯的防衰益壽之效。此項(xiàng)研究成果公布后引起了生命科學(xué)界，特別是醫(yī)學(xué)界的強(qiáng)烈反應(yīng)。研究報告稱，臨床試驗(yàn)顯示，該合成劑既有利于老人增加體力和改善身體結(jié)構(gòu)，又可預(yù)防因膽固醇過高而導(dǎo)致的心臟病發(fā)作。

專家們在評審這些研究成果時既肯定了其試驗(yàn)取得的抗衰老的效果，同時也指出，這項(xiàng)研究尚未說明此合成劑對年長者的神經(jīng)系統(tǒng)和感覺器官等有何影響。此外，如劑量過大或療程過長可能產(chǎn)生的副作用，值得進(jìn)一步觀察。

3．2 改善微循環(huán)功能抗衰老

我國南通市抗衰老中心的研究人員開發(fā)出一種由40余味中草藥及純天然物精制而成的藥物背心和帽子。經(jīng)過300多位患者的試用驗(yàn)證，這種藥物背心和帽子對慢性支氣管炎、冠心病、高

血壓、神經(jīng)功能癥等30多種常見病均有明顯的療效。

生命科學(xué)工作者及醫(yī)學(xué)工作者在談到此類試驗(yàn)療效時指出，微循環(huán)功能不良是導(dǎo)致人體衰老的主要因素。在這一思想指導(dǎo)下，世界各地，特別是一些發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中大國又相繼開發(fā)出了改善和增強(qiáng)微循環(huán)功能的新制劑和儀器，現(xiàn)已形成系列產(chǎn)品。實(shí)踐已經(jīng)證明，改善人體微循環(huán)功能已使眾多的微循環(huán)出現(xiàn)障礙的患者，尤其是老年人群受益。2006年l0月有人運(yùn)用我國寧波生產(chǎn)的，根據(jù)改善微循環(huán)功能原理設(shè)計出的“水流氣血循環(huán)機(jī)”的療效檢驗(yàn)證實(shí)，膝下熱浴改善微循環(huán)功能效果明顯。當(dāng)膝下部位受到特定溫度(40℃-45℃)外化刺激時，就會通過下肢與上體的溫態(tài)反差效應(yīng)，推動氣血循徑上行，在外溫內(nèi)透的感傳作用下，可使全身毛孔開放，呼吸加快，全身各部位活力增強(qiáng)，從而達(dá)到通經(jīng)活絡(luò)、加速機(jī)體新陳代謝、改善微循環(huán)的目的。使用者曾長期患右下腿部麻木之疾患，使用一周(每天早晚各一次膝下熱浴．每次使用時間為30 min～40min)后，麻木癥狀明顯改善，而且達(dá)到了全身通經(jīng)活絡(luò)的效果。生物固氮能力研究的新進(jìn)展及新發(fā)現(xiàn)

從空氣中獲得氮并將其轉(zhuǎn)化為自身氮素營養(yǎng)是豆科植物的獨(dú)特性狀。雖然這種能力是依靠固氮菌與豆科植物共生在根部形成根瘤來實(shí)現(xiàn)的，但是不同種類的豆科植物對與其共生的固氮菌都具有?！浴Ｅ嘤哂泄痰芰Φ姆嵌箍谱魑镆恢笔强茖W(xué)工作者探索的一個重要科研項(xiàng)目。

前不久。英國諾丁漢大學(xué)愛德華·科金教授主持的一個研究小組織報道了他們對非豆科作物固氮能力研究取得的新進(jìn)展。研究組成功地分離出一種可以溶解植物根毛生長點(diǎn)細(xì)胞壁的酶。利用這種酶可將固氮菌引入非豆科植物根毛和細(xì)胞原生質(zhì)中，使其具有固氮能力。這一點(diǎn)突破，正是本項(xiàng)研究的創(chuàng)新點(diǎn)。在這個基礎(chǔ)性突破研究的基礎(chǔ)上，現(xiàn)已向水稻、小麥以及向日葵的植株體內(nèi)引入。由于水稻在世界糧食中占有重要地位，它已作為重點(diǎn)研究對象，主要目標(biāo)是研究最適合與水稻建立共生關(guān)系的固氮菌。

在人們發(fā)現(xiàn)某些植物能夠利用根瘤菌，形成根瘤——固氮制造營養(yǎng)物質(zhì)——氨基酸和酰胺。因此，豆科植物不但能在貧瘠土地上生長，而且還有肥田的作用。苜蓿、花生、洋槐、相思樹、紫藤、赤楊、美洲茶等植物都有這樣的特性。研究還發(fā)現(xiàn)，某些熱帶作物能夠在葉面上長瘤，利用微生物固定空氣中的氮素。松樹雖不長瘤，但它能與根上及根周圍的微生物建立合作關(guān)系，因此，它也能夠在缺氮的沙土上生長。在這樣的事實(shí)面前，人們在思考，動物能不能在自己的軀體內(nèi)，按照上述已查明的固氮機(jī)理，自制營養(yǎng)物質(zhì)?，F(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這樣的例子，而且還是我們?nèi)祟惖囊徊糠?。這個發(fā)現(xiàn)被稱之為固氮機(jī)制在生物體中起作用的重大發(fā)現(xiàn)。調(diào)研報告表明，生活在新幾內(nèi)亞山區(qū)的土人，每天只吃一些山芋和蔬菜，至多再加一點(diǎn)豆類和花生。他們一天的食料中，蛋白質(zhì)只有22 g，遠(yuǎn)低于世界衛(wèi)生組織規(guī)定的最低標(biāo)準(zhǔn)60g，然而，他們?nèi)巳硕己芙?，無論男女老少，都沒有任何營養(yǎng)不良的癥狀。這種現(xiàn)象引起了人們的廣泛關(guān)注，希望盡快找到原因。最后還是通過對當(dāng)?shù)赝寥诉M(jìn)行細(xì)致的檢查，發(fā)現(xiàn)他們的糞便中氮素含量超過進(jìn)食的氮量。這個氮素的含量“差”，恰恰是問題的關(guān)鍵點(diǎn)。多出的部分從何處來是科學(xué)工作者必須揭示的問題。通過進(jìn)一步的查找，競從這些土人的腸道中找到了固氮菌。正是這些固氮菌在人體內(nèi)固定和吸收空氣中游離的氮素，再合成為蛋白質(zhì)，滿足人體的需要。

專家們在評審這個新發(fā)現(xiàn)時指出，人們對植物利用微生物為自己制造氮肥很感興趣，而對人體利用固氮菌為自身合成生長、發(fā)育所需要的蛋白質(zhì)必然是更感興趣。對于這項(xiàng)開發(fā)性研究，一是要進(jìn)一步落實(shí)在動物身上固定和吸收空氣中游離氮素的有效機(jī)制的可靠性和準(zhǔn)確性；二是加以推廣應(yīng)用。大氣中含量非常豐富的游離氮，就能直接成為極為豐富的食品資源。

發(fā)現(xiàn)生物固氮100年后的今天，其機(jī)制研究又有新的重大進(jìn)展。研究認(rèn)為。固氮微生物之所以具有固氮能力，從分子生物學(xué)角度上已探明，是這些微生物體內(nèi)含有具特殊催化功能的蛋白質(zhì)——固氮酶這種生物大分子。其作用機(jī)理現(xiàn)已被揭示，即固氮酶在常溫常壓下將氮?dú)廪D(zhuǎn)化為氨，同時還將水巾的氫離子還原成氫氣。由于固氮酶反應(yīng)消耗很大能量，所以人們過去認(rèn)為，伴隨固

氮而出現(xiàn)的放氫是能量的浪費(fèi)，并試圖解決這種浪費(fèi)。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，固氮酶是由鉬鐵蛋白和鐵蛋白兩部分組成。鉬鐵蛋白中的鐵相輔因子被認(rèn)為是固氮酶真正起催化作用的活性中心。由于固氮酶結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，科學(xué)家們試圖化整為零，先對各個組成單位進(jìn)行分別研究，然后再設(shè)法將各單位重新組裝成完整的固氮酶分子。這方面的研究又取得了新進(jìn)展。如去鐵相輔因子的固氮酶已從突變菌株中分離出來并得到了初步純化。再一點(diǎn)是固氮酶的活動是由固氮基因(簡稱nif基因)群所操縱。關(guān)于生物固氮遺傳基礎(chǔ)研究目前的進(jìn)展也十分引人注目。肺炎克氏桿菌的整個固氮基因群的DNA序列分析已經(jīng)全部完成。生命科學(xué)工作者還從其他固氮微生物中(如原細(xì)菌的甲烷球菌和各類真細(xì)菌)得到大量的固氮基因的DNA序列資料?？傊?，生物固氮研究的一個又一個突破，極大地豐富了生命科學(xué)理論，又為化學(xué)模擬及生產(chǎn)應(yīng)用提供了直接依據(jù)。隨著生物固氮機(jī)制的不斷的、深入的揭示，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行工業(yè)模擬生物固氮，或通過基因工程手段去改造固氮微生物，甚至可創(chuàng)造出能夠直接固氮的生物新品種，造福于全人類。