生物医用材料的定义汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇生物医用材料的定义范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

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一.引言

功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。功能高分子材料是上世纪60年展起来的新兴领域，是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的新材料。近年来，功能高分子材料的年增长率一般都在10％以上，其中高分子分离膜和生物医用高分子的增长率高达50％。

所谓功能性高分子材料，一般是指具有某种特别的功能或者是能在某种特殊环境下使用的高分子材料，但这是相对于一般用途的通用高分子材料而言。这一定义只是一个概括，不一定很确切，较多的人认为所谓功能性高分子材料是指具有物质能量和信息的传递、转换和贮存作用的高分子材料及其复合材料。如有光电、热电、压电、声电、化学转换等功能的一些高分子化合物。可以看出，这是一类范围相当大、用途相当广、品种相当多，而又是在生活、生产活动中经常遇见的一类高分子材料。

二．功能高分子材料

功能高分子材料按照功能特性通常可分成：分离材料和化学功能材料；电磁功能高分子材料；光功能高分子材料；生物医用高分子材料。 功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。

随着时代的发展，在医学领域中越来越迫切地需要开发出能应用于医疗的各种新型材料，经多年的研究已发现有多种高分子化合物可以符合医用要求，我们也把它归属于功能性高分子材料。

一般归纳起来医用高分子材料应符合下列要求：化学稳定性好，在人体接触部分不能发生影响而变化； 组织相容性好，在人体内不发生炎症和排异反应； 不会致癌变；耐生物老化，在人体内材料长期性能无变化； 耐煮沸，灭菌、药液消毒等处理方法；材料来源广、易于加工成型。

经多年研究，能较好符合上述要求的高分子化合物主要有两大类，一类是有机硅化合物，第二类是有机氟化物，最主要的两种产品是硅橡胶和聚四氟乙烯，例如美国GE公司开发了一批主要是有机硅方面的用于医学领域的功能高分子化合物。

三．生物医用高分子材料

目前，除人脑外的大部分人体器官都可用高分子材料来制作。对生物医用高分子材料，除了要求具有医疗功能外，还要强调安全性，即要对人体健康无害。目前在血液相容性高分子、组织相容性高分子、生物降解吸收高分子、硬组织材料用高分子和生物复合高分子材料、医用高分子现场固化材料、医用粘合剂、固定化酶、高分子药物释放和送达体系等都有相应的研究。随着环保概念的提出，生态可降解高分子材料的开发和应用也随之日益受到重视。如聚乳酸塑料PLA，在废弃后自然条件下，通过微生物的分解作用，只需六个月至两年时间即可完全降解，降解反应的产物为水、二氧化碳、乳酸等是植物生长良好的促进剂，对环境无任何污染。

离子交换与吸附树脂是一类带有可离子化基团或其他功能性基团如亲油基团的二维网状交联聚合物。常用的离子交换与吸附树脂多为球状珠粒，其粒径为0.3-1.2 mm。此外，还要具有高的机械性能、较好的化学稳定性、热稳定性、亲水或亲油性、渗透稳定性和高的交换/吸附容量。在水/油中具有足够大的凝胶孔或大孔结构，由于它具有高效快速分析和分离功能，目前已广泛用于硬水软化、废水净化、高纯水制备、海水淡化特别是在食品工业、制药行业、治理污染和催化剂中应用的更为广泛，而且发展迅速。除一般用的离子交换树脂外，近来还发展了具有特殊吸附功能的离子吸附树脂:如高吸油树脂等，这些高分子吸附剂可以从有机溶剂或有机无机混合相体系中吸附有机溶剂如各种油类。

随着医用科技的蓬勃发展和环境污染的日益严重，当今材料技术的发展趋势一是从均质材料向复合材料发展，二是由结构材料往功能材料、多功能材料并重的方向发展。这种发展趋势使得医用复合材料和环境处理材料得到了快速发展。

四．医用高分子材料的发展方向

可生物降解医用高分子材料因其具有良好的生物降解性和生物相容性而受到高度重视, 无论是作为缓释药物还是作为促进组织生长的骨架材料, 都将得到巨大的发展。其中高分子纳米粒子以其特有的优点是近年来国内外一个极为重要的研究热点。

任何一种材料都是通过其表面与环境介质相接触的, 因此材料的开发与应用必然涉及其表面问题的研究。一般高分子材料的表面对外界响应性较弱, 但有些高分子表面的结构形态会因外界条件(如pH、温度、应力、光及电场等) 的改变在极短时间内发生相应的变化, 从而造成表面性质的改变, 此乃智能高分子表面。因此设计这类智能表面将是生物医用高分子材料发展的一个重要方面。通常,在组织工程的应用中,高分子材料支架要负载上生长因子,以促进组织在生物体内的再生,另一方面,把特殊的粘附因子,如粘连蛋白结合到支架上,可使聚合物表面能够促进对某种细胞的粘附,而排斥其它种类的细胞,即支架对细胞进行有选择的粘附。为了使生长因子和粘附因子能够结合到可降解高分子材料上,就需要对材料进行表面改性,而有时表面改性很困难, 因此，可利用与天然聚合物杂化的方法来达到上述目的, 同时由于这些材料有良好的机械性能,又可以弥补天然聚合物强度不高、稳定性差的缺点。可见，生物杂化材料在这方面的表现是相当突出的, 必将成为医用生物高分子材料发展的一个主要趋势。

参考文献：

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一、引言

细菌纤维素是一种由微生物合成的高纯度纤维素，其微纤维直径只有40-60nm，是自然界中天然存在的精细纳米材料。超细纤维网络结构使其具有高比表面积、高持水能力以及良好的生物相容性和生物可降解性，被称作“大自然赋予人类的天然生物医用材料”[1]。大量研究和临床试验表明，细菌纤维素基创伤敷料对于烧伤烫伤以及慢性溃疡疾病具有良好的治愈效果，是一种极具潜力的“理想”创伤敷料材料[2]。

然而，细菌纤维素本身不具有抗菌性能，难以应对细菌感染的伤口。金属银及其化合物是目前最常用的无机抗菌剂，尤其适用于治疗烧伤烫伤以及慢性溃疡创伤[3]。因此，以细菌纤维素为载体负载纳米银粒子将有望获得具有高效保湿抗菌功能的“理想”医用创伤敷料。孙东平等以细菌纤维素为载体，甲醛为还原剂采用液相化学还原法合成载银细菌纤维素复合材料，所得银纳米粒子平均粒径在45nm左右，对大肠杆菌、酵母菌和白色念珠菌等都有理想的抗菌效果[4]。Marques等分别以细菌纤维素和普通植物纤维为基体，采用NaBH4原位还原AgNO3的方法在纤维素膜上合成纳米银单质，结果表明细菌纤维素纤维的银负载量可达到植物纤维的50倍以上，并且对Ag+具有更持久的控释作用，是一种良好的纳米银合成基质[5]。上述研究大多采用NaBH4、甲醛等化学试剂为还原剂，这些试剂通常具有较高的人体毒性，反应结束后很难解决试剂在纤维膜内的残留问题，尤其不适合应用于生物医用材料产品的制备。据此，我们提出，以细菌纤维素为模板，摒弃有毒化学还原试剂，采用环境友好的抗坏血酸为还原剂，原位制备细菌纤维素/纳米银复合材料。

二、材料与方法

（一）实验材料

木醋杆菌（Acetobacter xylinum）：本实验室保藏。AgNO3、抗坏血酸购买于国药集团化学试剂有限公司。其它试剂若无特殊说明，均为市场可售。

（二）细菌纤维素膜的制备和纯化

以木醋杆菌为菌种，将活化后的菌种接种至种子培养液中，在30℃和160rpm的摇床中培养24h。按6%的接种量接种于发酵培养基中，30℃恒温培养箱中静置培养8 d，得细菌纤维素膜。培养基组成为麦芽糖25g/L，蛋白胨3g/L，酵母浸膏5g/L，pH值为5.0，121℃灭菌20 min。

将BC膜取出用去离子水反复冲洗，再浸泡于0.1%的NaOH溶液中以去除细菌纤维素膜中的菌体及残留培养基，80℃处理6h至膜呈乳白色半透明。最后用去离子水充分洗涤，直至洗液成中性。

（三）细菌纤维素/纳米银复合材料的制备

将上述BC膜浸泡于一定浓度的硝酸银溶液中，在30℃恒温水浴锅中100rpm震荡12h。然后将膜取出放入10mM的抗坏血酸溶液中，在磁力搅拌下冰浴还原6h。然后取出用去离子充分洗涤，得细菌纤维素/纳米银复合材料。

（四）含银量的测定

将制备的复合物样品干燥后剪碎，准确称取一定质量溶解于HNO3溶液中。采用原子吸收法测定其银含量。

（五）抗菌性能的测定

（1）抑菌圈法

以金黄色葡萄球菌为模型菌。具体方法为：将金黄色葡萄球菌从斜面接种到种子培养基中，37℃恒温培养12h得种子液。吸取0.1ml种子液至固体平板培养基上，涂布均匀。将载银细菌纤维素膜平铺在平板中央，37℃恒温倒置培养24h。然后测量其抑菌圈大小，并以不载银的纯细菌纤维素膜为对照组。抑菌带宽度定义为：抑菌带半径平均值与样品膜半径平均值之差。

（2）最小抑菌浓度法（MIC）

以金黄色葡萄球菌为模型菌，采用MIC法定量评价复合物的抗菌效果。具体方法为：将10个灭菌的含一定量培养基的三角瓶分别编号1-9号，在培养基中放入1-9片载银细菌纤维素膜制成不同含银量培养基。然后，取107cfu/mL的金黄色葡萄球菌菌悬液0.1mL接种于上述1-9号三角瓶中，于37℃恒温培养24h。

培养结束后，分别从上述三角瓶中取出0.1mL培养液，将其涂布到琼脂平板上，每个样品做三个平行，于37℃恒温培养箱中倒置培养24h，观察菌落的生长情况。以不长菌的最低浓度为最小抑制浓度（MIC）。

三、结果与讨论

（一）细菌纤维素/纳米银复合材料的制备

目前化学法还原制备纳米银粒子大多采用NaBH4、甲醛等化学试剂为还原剂，这些试剂通常具有较高的人体毒性，反应结束后需解决试剂在纤维膜内的残留问题，不适合应用于生物医用材料产品的制备。抗坏血酸是一种常用的医药原料，具有一定的还原能力。因此本文尝试以抗坏血酸为还原剂，细菌纤维素为模板，原位还原制备纳米银。实验过程中发现，随着反应时间的延长，细菌纤维素膜由初始的透明色逐渐变为亮黄色，表明纳米银粒子在细菌纤维素膜上形成（图1）。

（二）含银量的测定

分别选用1.0、2.5及5.0mM的硝酸银溶液制备细菌纤维素/纳米银复合材料，采用原子吸收法测定不同硝酸银溶液浓度条件下复合物的载银量情况，结果如图2所示。结果显示，随着硝酸银浓度的升高，复合膜的含银量增加。但当硝酸银浓度大于2.5mM时，继续增加硝酸银浓度，复合物的载银量几乎不变，这说明此时可能达到了细菌纤维素膜的最大银负载量。

（三）抗菌活力的评价

首先采用抑菌圈法对细菌纤维素/纳米银复合材料的抗菌活力进行定性评价。分别考察了上述三种硝酸银溶液所制备的复合物的抗菌效果（图3）。如图所示，复合物产生的抑菌圈的变化趋势与其载银量相似，这说明复合物载银量的高低与抑菌圈宽度有一定相关性，即载银量越高，抑菌圈越大。

采用最小抑菌浓度法定量评价细菌纤维素/纳米银复合材料的抗菌活力，如图4所示。由结果可知，当硝酸银浓度为1.0mM时，MIC值最低，说明该制备条件下，复合膜的抗菌效果最好。在较高的硝酸银浓度条件下，由于较高量的银粒子负载到细菌纤维素膜上，可能会产生银粒子团聚，进而影响其抗菌效果。

四、结论

本文以细菌纤维素为模板，抗坏血酸为还原剂，原位制备细菌纤维素/纳米银复合材料，并对其抗菌活性进行研究。结果表明，在较低的硝酸银浓度条件下，所得复合膜的载银量较低，抑菌圈较小，但其最小抑菌浓度值较低。这可能是由于较低的银负载量减弱了银粒子的团聚现象，导致其抗菌效果较好。

基金项目：国家自然基金项目（No.21004008）；上海市教育委员会和上海市教育发展基金会“晨光计划”项目（No.11CG35）。

[参考文献]

[1]Czaja W,Krystynowicz A,Bielecki S,Brown R M.Microbial cellulose―the natural power to heal wounds.Biomaterials,2006,27:145-151.

[2]Alvarez O M,Patel M,Booker J,Markowitz L.Effectiveness of a biocellulose wound dressing for the treatment of chronic venous leg ulcers:results of a single center randomized study involving 24 patients.Wounds,2004,16:224-233.

[3]Rai M,Yadav A,Gade A.Silver nanoparticles as a new generation of antimicrobials.Biotechnol.Adv.,2009,27:76-83.

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2.1以材料的生物性能为分类标准根据材料的生物性能,生物材料可分为生物惰性材料、生物活性材料、生物降解材料和生物复合材料四类。

2.1.1生物惰性材料生物惰性材料是指一类在生物环境中能保持稳定,不发生或仅发生微弱化学反应的生物医学材料,主要是生物陶瓷类和医用合金类材料。由于在实际中不存在完全惰性的材料,因此生物惰性材料在机体内也只是基本上不发生化学反应,它与组织间的结合主要是组织长入其粗糙不平的表面形成一种机械嵌联,即形态结合。生物惰性材料主要包括以下几类:(1)氧化物陶瓷主要包括氧化铝陶瓷和氧化锆陶瓷.氧化铝陶瓷中以纯刚玉及其复合材料的人工关节和人工骨为主,具体包括纯刚玉双杯式人工髋关节;纯刚玉—金属复合型人工股骨头;纯刚玉—聚甲基丙烯酸酯—钴铬钼合金铰链式膝关节,其他人工骨、人工牙根等。(2)玻璃陶瓷该材料主要用来制作部分人工关节。(3)Si3N4陶瓷该类材料主要用来制作一些作为替代用的较小的人工骨,目前还不能用作承重材料。(4)医用碳素材料它主要被作为制作人工心脏瓣膜等人工脏器以及人工关节等方面的材料。(5)医用金属材料该类材料是目前人体承重材料中应用最广泛的材料,在其表面涂上活性生物材料后可增加它与人体环境的相容性.同时它还能制作各类其他人体骨的替代物。

2.1.2生物活性材料生物活性材料是一类能诱出或调节生物活性的生物医学材料。但是,也有人认为生物活性是增进细胞活性或新组织再生的性质。现在,生物活性材料的概念已建立了牢固的基础,其应用范围也大大扩充.一些生物医用高分子材料,特别是某些天然高分子材料及合成高分子材料都被视为生物活性材料.羟基磷灰石是一种典型的生物活性材料。由于人体骨的主要无机质成分为该材料,故当材料植入体内时不仅能传导成骨,而且能与新骨形成骨键合。在肌肉、韧带或皮下种植时,能与组织密合,无炎症或刺激反应.生物活性材料主要有以下几类:

(1)羟基磷灰石,它是目前研究最多的生物活性材料之一,作为最有代表性的生物活性陶瓷—羟基磷灰石(简称HAP)材料的研究,在近代生物医学工程学科领域一直受到人们的密切关注.羟基磷灰石[Ca10(PO4)6(OH)2]是脊椎动物骨和齿的主要无机成分,结构也非常相近,与动物体组织的相容性好、无毒副作用、界面活性优于各类医用钛合金、硅橡胶及植骨用碳素材料。因此可广泛应用于生物硬组织的修复和替换材料,如口腔种植、牙槽脊增高、耳小骨替换、脊椎骨替换等多个方面.另外,在HA生物陶瓷中耳通气引流管、颌面骨、鼻梁、假眼球以及填充用HA颗粒和抑制癌细胞用HA微晶粉方面也有广泛的应用.又因为该材料受到本身脆性高、抗折强度低的限制,因此在承重材料应用方面受到了限制.现在该材料已引起世界各国学者的广泛关注。目前制备多孔陶瓷和复合材料是该材料的重要发展方向,涂层材料也是重要分支之一。该类材料以医用为目的,主要包括制粉、烧结、性能实验和临床应用几部分。

(2)磷酸钙生物活性材料这种材料主要包括磷酸钙骨水泥和磷酸钙陶瓷纤维两类.前者是一种广泛用于骨修补和固定关节的新型材料,有望部分取代传统的PMMA有机骨水泥.国内研究抗压强度已达60MPa以上。后者具有一定的机械强度和生物活性,可用于无机骨水泥的补强及制备有机与无机复合型植入材料。

(3)磁性材料生物磁性陶瓷材料主要为治疗癌症用磁性材料,它属于功能性活性生物材料的一种。把它植入肿瘤病灶内,在外部交变磁场作用下,产生磁滞热效应,导致磁性材料区域内局部温度升高,借以杀死肿瘤细胞,抑制肿瘤的发展。动物实验效果良好。

(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两类。目前关于该方向的研究已成为生物材料的主要研究方向之一。

2.1.3生物降解材料所谓可降解生物材料是指那些在被植入人体以后,能够不断的发生分解,分解产物能够被生物体所吸收或排出体外的一类材料,主要包括β-TCP生物降解陶瓷和生物陶瓷药物载体两类,前者主要用于修复良性骨肿瘤或瘤样病变手术刮除后所致缺损,而后者主要用作微药库型载体,可根据要求制成一定形状和大小的中空结构,用于各种骨科疾病。

2.1.4生物复合材料生物复合材料又称为生物医用复合材料,它是由两种或两种以上不同材料复合而成的生物医学材料,并且与其所有单体的性能相比,复合材料的性能都有较大程度的提高的材料。制备该类材料的目的就是进一步提高或改善某一种生物材料的性能。该类材料主要用于修复或替换人体组织、器官或增进其功能以及人工器官的制造,它除应具有预期的物理化学性质之外,还必须满足生物相容性的要求,这里不仅要求组分材料自身必须满足生物相容性要求,而且复合之后不允许出现有损材料生物学性能的性质。按基材分生物复合材料可分为高分子基、金属基和陶瓷基三类,它们既可以作为生物复合材料的基材,又可作为增强体或填料,它们之间的相互搭配或组合形成了大量性质各异的生物医学复合材料,利用生物技术,一些活体组织、细胞和诱导组织再生的生长因子被引入了生物医学材料,大大改善了其生物学性能,并可使其具有药物治疗功能,已成为生物医学材料的一个十分重要的发展方向,根据材料植入体内后引起的组织反应类型和水平,它又可分为近于生物惰性的、生物活性的、可生物降解和吸收等几种类型。人和动物中绝大多数组织均可视为复合材料,生物医学复合材料的发展为获得真正仿生的生物材料开辟了广阔的途径。

2.2以材料的属性为分类标准

2.2.1生物医用金属材料生物医用金属材料是用作生物医学材料的金属或合金,又称外科用金属材料或医用金属材料,是一类惰性材料,这类材料具有高的机械强度和抗疲劳性能,是临床应用最广泛的承力植入材料。该类材料的应用非常广泛,及硬组织、软组织、人工器官和外科辅助器材等各个方面,除了要求它具有良好的力学性能及相关的物理性质外,优良的抗生理腐蚀性和生物相容性也是其必须具备的条件。医用金属材料应用中的主要问题是由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散及植入材料自身性质的退变,前者可能导致毒副作用,后者常常导致植入的失败。已经用于临床的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金和钛基合金等三大类。此外,还有形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌、锆等。

2.2.2生物医用高分子材料医用高分子材料是生物医学材料中发展最早、应用最广泛、用量最大的材料,也是一个正在迅速发展的领域。它有天然产物和人工合成两个来源,该材料除应满足一般的物理、化学性能要求外,还必须具有足够好的生物相容性。按性质医用高分子材料可分为非降解型和可生物降解型两类。对于前者,要求其在生物环境中能长期保持稳定,不发生降解、交联或物理磨损等,并具有良好的物理机械性能。并不要求它绝对稳定,但是要求其本身和少量的降解产物不对机体产生明显的毒副作用,同时材料不致发生灾难性破坏。该类材料主要用于人体软、硬组织修复体、人工器官、人造血管、接触镜、膜材、粘接剂和管腔制品等方面。这类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胶原、线性脂肪族聚酯、甲壳素、纤维素、聚氨基酸、聚乙烯醇、聚己丙酯等。它们可在生物环境作用下发生结构破坏和性能蜕变,其降解产物能通过正常的新陈代谢或被机体吸收利用或被排出体外,主要用于药物释放和送达载体及非永久性植入装置.按使用的目的或用途,医用高分子材料还可分为心血管系统、软组织及硬组织等修复材料。用于心血管系统的医用高分子材料应当着重要求其抗凝血性好,不破坏红细胞、血小板,不改变血液中的蛋白并不干扰电解质等。

2.2.3生物医用无机非金属材料或称为生物陶瓷。生物医用非金属材料,又称生物陶瓷。包括陶瓷、玻璃、碳素等无机非金属材料。此类材料化学性能稳定,具有良好的生物相容性。一般来说,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类。其中惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷在前面已经简要作了介绍,而功能活性生物陶瓷是近年来提出的一个新概念.随着生物陶瓷材料研究的深入和越来越多医学问题的出现,对生物陶瓷材料的要求也越来越高。原先的生物陶瓷材料无论是生物惰性的还是生物活性的,强调的是材料在生物体内的组织力学环境和生化环境的适应性,而现在组织电学适应性和能参与生物体物质、能量交换的功能已成为生物材料应具备的条件。因此,又提出了功能活性生物材料的概念。它主要包括以下两类:(1)模拟性生物陶瓷材料该类材料是将天然有机物(如骨胶原、纤维蛋白以及骨形成因子等)和无机生物材料复合,来模拟人体硬组织成分和结构,以改善材料的力学性能和手术的可操作性,并能发挥天然有机物的促进人体硬组织生长的特性。(2)带有治疗功能的生物陶瓷复合材料该类材料是利用骨的压电效应能刺激骨折愈合的特点,使压电陶瓷与生物活性陶瓷复合,在进行骨置换的同时,利用生物体自身运动对置换体产生的压电效应来刺激骨损伤部位的早期硬组织生长。具体来说是由于肿瘤中血管供氧不足,当局部被加热到43~45℃时,癌细胞很容易被杀死。现在最常用的是将铁氧体与生物活性陶瓷复合,填充在因骨肿瘤而产生的骨缺损部位,利用外加交变磁场,充填物因磁滞损耗而产生局部发热,杀死癌细胞,又不影响周围正常组织。现在,功能活性生物陶瓷的研究还处于探索阶段,临床应用鲜有报道,但其发展应用前景是很光明的。各种不同种类的生物陶瓷的物理、化学和生物性能差别很大,在医学领域用途也不同.尤其是功能活性陶瓷更有不可估量的发展前途.临床应用中,生物陶瓷存在的主要问题是强度和韧性较差.氧化铝、氧化锆陶瓷耐压、耐磨和化学稳定性比金属、有机材料都好,但其脆性的问题也没有得到解决。生物活性陶瓷的强度则很难满足人体承力较大部位的需要。

2.2.4生物医用复合材料此类材料在2.1.4中已有介绍,此处不再详述

2.2.5生物衍生材料生物衍生材料是由经过特殊处理的天然生物组织形成的生物医用材

料,也称为生物再生材料.生物组织可取自同种或异种动物体的组织.特殊处理包括维持组织原有构型而进行的固定、灭菌和消除抗原性的轻微处理,以及拆散原有构型、重建新的物理形态的强烈处理.由于经过处理的生物组织已失去生命力,生物衍生材料是无生命力的材料.但是,由于生物衍生材料或是具有类似于自然组织的构型和功能,或是其组成类似于自然组织,在维持人体动态过程的修复和替换中具有重要作用.主要用于人工心瓣膜、血管修复体、皮肤掩膜、纤维蛋白制品、骨修复体、巩膜修复体、鼻种植体、血液唧筒、血浆增强剂和血液透析膜等.

3.生物材料的性能评价目前关于生物材料性能评价的研究主要集中在生物相容性方面.因为生物相容性是生物材料研究中始终贯穿的主题.它是指生命体组织对生物材料产生反应的一种性能,该材料既能是非活性的又能是活性的.一般是指材料与宿主之间的相容性,包括组织相容性和血液相容性.现在普遍认为,生物相容性包括两大原则,一是生物安全性原则,二是生物功能性原则.生物安全性是植入体内的生物材料要满足的首要性能,是材料与宿主之间能否结合完好的关键.关于生物材料生物学评价标准的研究始于20世纪70年代,目前形成了从细胞水平到整体动物的较完整的评价框架.国际标准化组织(ISO)以10993编号了17个相关标准,同时对生物学评价方法也进行了标准化.迫于现代社会动物保护和减少动物试验的压力,国际上各国专家对体外评价方法进行了大量的研究,同时利用现代分子生物学手段来评价生物材料的安全性、使评价方法从整体动物和细胞水平深入到分子水平.主要在体外细胞毒性试验、遗传性和致癌性试验以及血液相容性评价方法等方面进行了一些研究.但具体评价方法和指标都未统一,更没有标准化.随着对生物材料生物相容性的深入研究,人们发现评价生物材料对生物功能的影响也很重要.关于这一方面的研究主要是体外法。具体来说侧重于对细胞功能的影响和分子生物学评价方面的一些研究。总之,关于生物功能性的原则是提出不久的一个新的生物材料的评价方面,它必将随着研究的不断深入而向前发展.而涉及材料的化学稳定性、疲劳性能、摩擦、磨损性能的生物材料在人体内长期埋植的稳定性是需要开展评价研究的一个重要方面。

4生物材料的发展趋势展望生物材料科学是20世纪新兴学科中最耀眼的新星之一。现在,生物材料科学已成为一门与人类现代医疗保健系统密切相关的边缘学科。其重要性不仅因为它与人类自身密切相关,还因为它跨越了材料、医学、物理、生物化学和现代高科技等诸多学科领域。现在对于该材料的研究已从被动地适应生物环境发展到有目的地设计材料,以达到与生物组织的有机连接。并随着生命科学和材料科学的发展,生物材料必将走向功能性半生命方向。生物材料的临床应用已从短期的替换和填充发展成永久性牢固种植,并与其它高科技(如电子技术、信息处理技术)相结合,制备富有应用潜力的医疗器械。生物材料的研究在世界各国也日益受到重视.四年一次的世界生物材料大会代表着国际上生物材料研究的发展动态和目前的水平。分析认为,以下几个方面是生物材料今后研究发展的几个主要方向:

(1)发展具有主动诱导、激发人体组织和器官再生修复功能的,能参与人体能量和物质交换产生相互结合的功能性活性生物材料,将成为生物材料研究的主要方向之一。

(2)把生物陶瓷与高分子聚合物或生物玻璃进行二元或多元复合,来制备接近人体骨真实情况的骨修复或替代材料将成为研究的重要方向之一。

(3)制备接近天然人骨形态的、纳微米相结合的、用于承重的、多孔型生物复合材料将成为方向之一。

(4)用于延长药效时间、提高药物效率和稳定性、减少用量及对机体的毒副作用的药物传递材料将成为研究热点之一。

(5)血液相容性人工脏器材料的研究也是突破方向之一。

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中图分类号：T1343 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（a）-0209-02

水凝胶是研究医用敷料的一个重要方向，因其机械力学性能好，具有吸水和保湿性能[1]。能够吸收出创面的渗出液并能够维持愈合环境的湿润，不与伤口发生粘连，阻止细菌在伤口上繁殖，因此水凝胶在医用敷料领域内得到了广泛的研究与应用[2-3]。

随着科学技术的进步，新型的功能敷料得到了很大的发展，研究表明：在湿润的封闭的环境下伤口的愈合速度远比在干燥的空气中创面愈合要的多[4]，从而为水凝胶敷料提供了一定的理论基础，也提出了湿润愈合伤口的理念。从此之后，许多的专家学者以及研究人员均支持这种新概念[5]。现已研究证明，这类保湿敷料不仅能够为伤口创造一个温和的环境，还能减少患者的疼痛同时使伤口的再上皮化能力明显提高，从而加速了创面的愈合[6]。Turner给新型医用敷料的定义是[7]：能够给伤口除去脓血和有毒的成分；保持氧气和二氧化碳在敷料的内外交换通畅；为伤口创造了一个温暖湿润的环境；阻止细菌、外部微尘和有毒成分的入侵；去除时又不会与纱布形成二次伤口。

当前医用材料发展的一个重要的方向是抗菌性医用敷料，有着很大的市场需求量。但是，就目前我国市场的情况而言，我国的医用敷料材料以中低档产品为主，利润低，而且企业规模非常的小，产品的创新能力弱；而高档产品仍依赖国外的进口，价格昂贵。因此，开发安全、高效、持久抗菌性并且价格低廉的功能性敷料具有很好的市场前景。

该文采用新颖的研究方案，通过化学交联合成出Chitosan/PNIPAM核壳结构的水凝胶，再通过紫外辐射法将硝酸银还原成纳米银融入水凝胶内，制备出具有抗菌性温敏性的交联型水凝胶的材料，从而使材料具备安全、高效和持久抗菌性特征。则医用敷料同时具有多种材料的优点：保水性、抗菌、促进伤口愈合的时间、不与伤口发生粘连等优点，与国外的高档敷料相比，在各种性能相当的情况下，具有更低廉的价格。

1 试验

1.1 CS/PNIPAM水凝胶的制备

1.1.1 实验试剂

壳聚糖，分析纯，成都市科龙化工试剂厂；N-异丙基丙烯酰胺，化学纯，国药集团化学试剂有限公司；过硫酸铵，分析纯，南京化学试剂有限公司；戊二醛，化学纯，上海久亿化学试剂有限公司；硝酸银，分析纯，天津市大茂化学仪器工作站。

1.1.2 实验方法

（1）Chitosan/PNIPAM水凝胶的合成将壳聚糖以浓度为0.25%（wt%v）的量加入到浓度为1%v/v的醋酸溶液中，室温下静止过夜，使其充分溶解。然后将溶液过滤，除去未溶解的部分，澄清滤液待用。次日将1 g的NIPAM溶于25 mL蒸馏水配成NIPAM溶液，和已经配置好的CS溶液一起转移至250 mL的三颈烧瓶中，加入0.5 mL的交联剂戊二醛，慢搅拌下使其完全溶解，通氮气30 min以驱除溶液中的氧。接上冷凝管，高速搅拌下水浴加热至75 ℃。将0.05 g的引发剂过硫酸钾溶于1 mL的水后加入，继续搅拌反应4 h。反应结束后样品冷至室温，离心。之后置于透析袋中每日换水渗析5 d，以除去样品中未反应的单体及杂质离子得到CS/PNIPAM微凝胶。

（2）紫外辐射合成Ag/CS/PNIPAM微凝胶配置0.01 mol/L的AgNO3溶液，取4 mL的AgNO3溶液加入到上述制备好的CS/PNIPAM微凝胶内。置于紫外灯源下辐照8 h，得到Ag/CS/PNIPAM微凝胶。

1.2 样品的性能及表征

Ag/CS/PNIPAMk的形貌的分析及能谱分析用JEOL日本电子公司JCM-6000型高分辨场发射扫描电镜和Philips公司Tecnai 12型透射电子显微镜，在蒸馏水介质中超声分散20 min后，在铜网碳膜上进行测定分析。UV-Vis图谱物象和结构分析采用日本岛津仪器公司Cary 50 Conc型紫外可见分光光度计。FT-IR光谱由美国热电公司Nicolet iS10型傅立叶-红外（FT-IR）光谱仪分析测定。

2 结果与讨论

2.1 FT-IR分析

图1为PNIPAM、Ag/CS/PNIPAM与CS的红外光谱图。图1-a中，3442.61、1651.96、1541.59、1459.28、1389.98和1368.23cm-1处的吸收峰分别为PNIPAM的N-H伸缩振动峰、C=O的伸缩振动峰（酰胺I）、N-H弯曲振动峰（酰胺II）、聚合物主链上的亚甲基峰和异丙基官能团上的甲基特征峰。图c中，3444.03、3368.07、1597.48、1084.53cm-1处的吸收峰分别为CS的O-H伸缩振动峰。图1-b中，Ag/CS/PNIPAM微凝胶在3437.82、1643.91、1532.92、1461.90、1384.28和1370.31、1064.57cm-1处的吸收峰既有PNIPAM的特征峰，又有CS的特征峰，表明了Ag/CS/PNIPAM微凝胶接枝共聚的发生。

2.2 TEM分析

图2是Ag/CS/PNIPAM微凝胶的TEM图。由图可见，纳米银颗粒分散并且包裹在Ag/CS/PNIPAM内，形成核壳包裹结构。所制备出的微凝胶具有较窄的分布，凝胶微粒形状为球形。

2.3 SEM分析

图3是Ag/CS/PNIPAM微凝胶的SEM图。由图可见，在基体上出现大量的银纳米粒子，且为球形粒子，分布较广。表面出现空洞，这有利于提高吸水性等。

3 结语

该文选用壳聚糖（CS）作为大分子单体，使其具有生物兼容性良好，生物降解性良好和无毒无污染的天然弱碱性物质，与温敏性单体N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）和有抗菌作用的纳米银接枝共聚制备出Ag/CS/PNIPAM水凝胶，使其兼具温敏性，抗菌性，及生物兼容性的可降解性高分子聚合物，并对所制备的水凝胶进行表征。用紫外照射与化学合成共同制备出的Ag/CS/PNIPAM水凝胶微粒接近于球形，显示是核壳结构的特征，并具有较窄的粒径分布，有望在医用敷料领域获得广泛的应用。

参考文献

[1] 饶志高，周明元，张建清，等.水凝胶的制备及其在医学上的运用[J].中国医疗器械信息，2007（13）：17-20.

[2] Lee K Y，Mooney D J.Hydrogels for tissue engineering[J].Chemical Reviews，2001，101（7）：1869-1880.

[3] Peppas N A.Hydrogels in medicine and Pharmacy[M].Boca Raton，FL：CRC Press，1987.

[4] 许伟石，乐嘉芬.烧伤创面修复[M].武汉：湖北科学技术出版社，2000：28-29.

篇（5）

综观全球工业发展历程，不难发现，在每次变革到来、新格局形成之前，在每一次新产业、新转型、新增长出现或到来之际，都会伴随着一些行业衰落或被“误解”情况的出现。这些行业不是被不负责任地人为贴上“夕阳产业”的标签，就是会被舆论导向毫不留情地扔进“淘汰落后”的行列之中。

如同春夏秋冬自然轮回一样，某些工业行业随着时光的推进，会不断加入新的时尚和科技元素，并赋予它新的“灵魂和内核”，而这些行业也必然会迎来新的发展机遇和曙光。

几十年来，中国纺织既经历过发展的，也跋涉过发展的低谷。从最初的国民经济支柱产业到我国传统支柱产业、重要的民生产业和创造国际化新优势的产业，科技和时尚融合、衣着消费与产业用并举的产业的转变，中国纺织经历了不少坎坎坷坷，起起落落，也曾多次被误解，即便是现在，中国纺织也仍然在许多方面被误解着。

误解1

夕阳产业、落后产业

曾几何时，有这样一种看法，认为纺织行业是夕阳产业、落后产业，远不如汽车电子等行业对国家经济的支撑作用，有些地方还提出要限期淘汰一些纺织企业；国内各地的银行负责人大多也不看好纺织行业，认为纺织行业是高风险行业，不敢给纺织企业贷款。事实上，纺织业为我国的GDP做出了或仍在做着重要贡献。且不说建国初纺织行业在整个国家工业的领军地位。即便是当下，在全国工业发展不景气的大环境下，纺织行业的发展仍好于钢铁、水泥等行业。统计局数据表明，1～4月，在全国41个工业大类行业中，33个行业利润总额较2015年同期实现了增长，其中纺织业增长6.8%，好于6.5%的全国平均水平。

其实，关于纺织行业到底是不是夕阳产业的争论由来已久。那么，到底什么是夕阳产业？传统行业一定是夕阳产业吗？

目前，比较大众的定义是，所谓夕阳产业是指对趋向衰落的传统工业部门的一种形象称呼。夕阳产业跟产品生命周期有关，有些产品技术已经成熟，连续创新趋于枯竭，市场饱和，产品趋于同质性，竞争激烈，利润很低。根据这个定义，似乎纺织行业和夕阳产业的某些特征是吻合的。

但世界纺织虽然历经几百年的发展仍在继续前进，尽管中国纺织发展的历程经过不少起起伏伏，但无论生存环境如何恶劣，只要给一点儿阳光，就可以再次迎来生机，走向辉煌、灿烂。十几年前，人民币处于升值起步阶段的时候，经济学界包括企业自身测算的结果是，如果人民币升值5%，全行业就会亏损，纺织业就有面临倒闭的风险。但是我们人民币升值早就超过了这个比例，而我们并没有倒闭。当初加入WTO的时候，好多企业说，按照WTO规则，纺织行业会面临“”的风险，但结果是，我们非但没有“”，相反，发展更好了。

大家都知道，与夕阳产业相对的是朝阳产业。事实上，许多朝阳企业升起的时候，就进入了其步入夕阳产业倒计时的状态。一个产业是朝阳产业，还是夕阳，既不是由这个行业出现的先后时间而定；也不是由某些专家而定；更不是由产业的高低档次而定。它是由市场而定，只要有市场，有可持续的市场，它就是朝阳产业。从这个意义上讲，传统产业并不等同于夕阳产业，比如，胶卷行业虽然比纺织产业发展的要晚，但随着数码相机的普及，使用胶卷的人越来越少了，胶卷行业正在消失，应该说它是一个夕阳产业。再比如，几年前被人们称为高科技朝阳产业的多晶硅产业，忽然之间也变成了没落产业。而有着几百年发展历史的纺织行业不仅没有消亡，代表世界技术发展方向的美国，近年来还提出了重振美国纺织业的口号。

因此，我们可以理直气壮地说，纺织行业既不是夕阳产业，也不是落后产业。这个行业正在凭借高科技与诸多领域实现融合。

误解2

科技含量、附加值低

在许多人的眼里，纺织行业一直是一个科技含量较低的行业。之所以有这样的看法，也不是没有原因的。首先，作为一个传统产业，在人们心中，纺织品更多担负的还是蔽体御寒的作用。殊不知，随着科技的发展，随着多学科科技的不断渗透和融合，纺织行业已经成为或者正在成为“科技和时尚融合、衣着消费与产业用并举”的产业。

纺织品具有较高的技术含量，已经由来已久。且不说汉代金缕玉衣即使在当今的科技条件下也难以实现复制，更不论汉唐霓裳在如今技术条件下也难以实现超越。即使在当下的中国，纺织技术发展也已经取得了很大成就，发生了很大变革。这些变化主要体现在设备智能化、产品功能化、纺纱技术化等几个方面。

设备智能化

纺织行业的技术进步首先表现在纺织机械的智能化方面。比如，山东华兴纺织集团已经建成的智能化纺纱生产线采用了全球首套无人编织袋包装输送系统，从络筒机取纱、输送、品种识别、机器人卸纱、堆垛、机械手拆垛、配重筛选，到自动套袋、编织袋自动成包、自动贴标、自动码垛、自动入库、自动出库，整个流程无任何人工直接参与，是真正的无人智能包装输送系统，生产效率提高了36%。

大生集团投资1.6亿元建设的国家级“数字化纺纱车间”通过“E系统”，工作人员就可对生产中的设备运转、质量数据，乃至温湿度调节、自动照明实现实时监控、远程监测。据测算，大生“数字化纺纱车间”万锭用工只需要15人，与原先普通车间的40人标准相比，自动化、智能化程度大为提高。

山东鲁泰纺织股份有限公司引进的世界最先进的自动穿筘机每分钟可自动穿筘140根纱线，工作效率是人工的8.6倍，一台设备即可净节约30多人。公司与康平纳公司联合研究开发出全国首台套年产10000吨全自动筒子、经轴、纱染色系统，实现了纱线经轴的中控染色、智能配送。

产品功能化

美国近两年以来推出了一系列高科技纺织品和服装。比如，美国马尔登纺织公司开发出一种可以通过微纤维和锂电池，自动产生热量的织物；Northface公司推出小型锂电池为能源的高科技外套，衣服温度可以用调节器调整；麻省理工大学军人纳米科技学院也计划于下月开始研制可以防弹、防毒气、自动疗伤、根据现场环境变换颜色的士兵制服。

法国北方-加莱海峡地区30多家纺织企业组成的“纺织俱乐部”推出的以光纤和传统织纱交织而成的“发光布”，可广泛应用于信号标志、安全警示和卡车后部的后蓬布。

日本富士纺织公司研制出一种含有特殊化学物质的布料，可以帮助人们摄取每日所需维生素C。韩国服装企业推出超强漂浮纺织品，只要用300克这样的纺织品，体重130公斤的人就可以在水中轻松地漂浮起来。

纺纱技术化

2013年，广东溢达纺织公司的研发团队攻克了8个世界性技术难关，研制出700英支的纱线，比当时最细的纱线还要细212%，不仅创下了全球最细纱线的记录并保持至今，而且由于没有先例，如何鉴定700英支纱线还一度难倒了第三方检测机构。

“高效短流程嵌入式复合纺纱技术”，由武汉科技学院徐卫林教授带领山东如意科技集团和西安工程大学科研人员历时三年共同完成。该技术被称为“如意纺”，即想用什么样的纤维就用什么样的纤维纺，想纺多少纱支就纺多少纱支，可以任意组合。实现了纺纱理论、纺纱设备、纺纱技术、配套技术的4个突破，同时还实现了超高支、低支高纺、资源充分利用、多种原料组合、节能降耗5大创新。

误解3

市场空间消失、竞争力减弱

随着科技的发展，纺织产品也已经渗透到各个工业领域。不论是国防军工、还是健康医疗；不论是交通、安全，还是体育、娱乐等方面都有了应用。

医疗与卫生用纺织品

纺粘熔喷医卫用非织造布可提高产品的“三抗”等性能；经编疝气修补网、软组织修补材料、针织结构人造血管等产品已进入应用或临床试验阶段。

过滤与分离用纺织品

袋式除尘技术使细颗粒粉尘排放浓度小于10mg/m3，甚至达到超净排放标准，滤袋寿命达到4年以上；燃煤电厂袋式除尘技术应用比例由10%增长到25%，垃圾焚烧袋式除尘应用比例达到100%；水过滤纺织材料及膜材料组件已大量应用于污水、废水和循环用水处理系统。

土工与建筑用纺织品

双向加糙防滑复合膜的开发，使南水北调工程提高了工程质量和速度；高强度丙纶土工布的研制，提高了土工材料在碱性土壤环境下的持久耐化学性能；宽幅聚酯长丝纺粘非织造胎基产品提高了防水材料的生产效率和工程质量，并打破了国外同类产品的垄断；阻燃高强经编聚酯格栅提高了煤矿支护系统效率和作业面的安全性；带有光纤传感器和监控系统的智能土工材料，可提供土壤加固、结构安全监控和预警等一体化功能解决方案。

交通工具用纺织品

国产芳纶蜂窝芯材批量应用于高速列车和大飞机项目；车用芳纶管路系统、安全气囊布、安全带等产品实现了国产化；高性能连续纤维和长、短丝增强热塑热固材料在汽车轻量化领域日益发挥重要作用；非织造车用内饰材料替代了传统机织和针织内饰面料，具有更加良好的性价比；废旧纺织品循环利用于车内填充减震隔音材料技术达到国际先进水平。

安全与防护用纺织品

新型消防服和抢险救援服性能达到国际先进水平；新一代高性能军警战训服具备多重防护性能；复合结构生物防护面料可有效阻止病毒侵入且透湿排汗性能持久；国产聚丙烯腈基活性炭纤维复合织物可满足核生化防护服技术要求；高层住宅应急逃生、矿山救援、海洋工程等高性能绳索实现重大技术突破。

结构增强用纺织品

半刚性电池帆板经编材料，为“天宫一号”卫星大幅减重；玻纤和碳纤复合材料减轻了风电叶片重量并延长其使用寿命；大直径高压软体输、储管罐已用于国防军工和应急抢险；大飞机用碳纤维复合材料结构件实现批量化生产；碳纤维复合芯材导线在输电线路中得以广泛应用。

误解4

发展空间小、没有前途

当前，纺织行业的产能出现了向海外转移的趋势，国内企业也正处于转型升级的过程中，不少企业感觉经济运行情况并不能尽如人意：中国纺织的劳动力优势正在减弱；行业创新转型的能力不足，市场竞争力正在减弱，行业未来的市场发展空间正在受到各种因素的挤压。

但事实上并非完全如此，日前国务院印发了《中国制造2025》，新一代信息技术产业、高档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、农业装备、新材料、生物医药及高性能医疗器械等10大优势和战略产业作为突破点，力争到2025年达到国际领先地位或国际先进水平。在这十大领域中许多项目又是和纺织行业紧密相关的。

先进纺织材料

高端产业用纺织品

2020年实现可吸收缝合线、血液透析材料的自主产业化，部分替代国外进口产品；满足热、生化、静电、辐射等功能防护要求；高温过滤、水过滤产品性能满足各应用领域要求；土工材料满足复杂地质环境施工要求。

功能纺织新材料

2020年，阻燃极限氧指数32，无熔滴，滴水扩散时间1s，能耗降低20%。2025年高端产品基本实现自给。

高性能纤维及复合材料

高性能碳纤维及其复合材料

2020年国产高强碳纤维及其复合材料技术成熟度达到9级，实现在汽车、高技术轮船等领域的规模应用；力争在2025年前，结合国产大飞机的研发进程，航空用碳纤维复合材料部分关键部件取得CAAC/FAA/EASA等适航认证。

高性能对位芳纶纤维及其复合材料

2025年国产对位芳纶纤维及其复合材料技术成熟度达到9级。建立统一标准的高性能纤维材料技术体系，攻克系列化高性能纤维高效制备产业化技术，开展与国产高性能纤维相匹配的复合材料基体材料、设计技术、成型工艺、性能表征、应用验证及回收再利用等研究，确保重大装备需求。

新一代生物医用材料

再生医学产品

研制出5～10种应用于骨、皮肤、神经等组织再生修复的生物活性材料，高端再生医学产品年产规模50亿元。

功能性植/介入产品

开发出5～10项应用于心血管、人工关节、种植牙、视觉恢复等临床治疗的生物医用材料，高端功能性植/介入产品年产规模30亿元。

医用原材料

实现重要原材料的国产化，支撑量大面广的医用耗材、渗透膜、可降解器械等产品，实现年产规模30亿元。

智能仿生与超材料

可控超材料与装备

实现特定频段内电磁波从吸波与透波的可控转换，或者将特定频段内的吸波或透波转换为辐射电磁波。

仿生生物粘附调控与分离材料

实现长效抗海洋生物粘附（3年，低于5%），环境无毒害；实现高效的粘附调控富集分离99%以上；获得2～3种长效仿生抗海洋生物粘附的涂层材料及仿生高效分离技术与装备。

篇（6）

一 引言

土木工程材料是土木建筑的基础，合理地使用土木工程材料，充分发挥材料的性能不仅对土木工程的安全，实用，美观，舒适等有重要影响，并且还会对自然环境产生很大的影响，因此随着人们对环境保护和可持续发展的越来越重视，绿色建材也得到了更加广泛的使用，成为了当代土木材料发展的一大趋势。传统的土木工程材料包括：钢材、木材、砌筑材料、气硬性无机胶凝材料等等，但是其生产，利用及回收过程中会消耗大量的资源并且带来严重的环境问题，因此人们开始寻找既能满足材料性能要求，又不破坏环境并且能合理改善建筑环境的生态建材――“绿色建材”。

二、常见的绿色建材在建筑业中的应用

1、 结构材料

传统的结构用建筑材料有木材、石材、粘土砖、钢材和混凝土，现代结构用材料主要是钢材和混凝土。

1）木材、石材，这两种材料是自然界提供给人类最直接的建筑材料，不经加工或通过简单的加工就可用于建筑。木材和石材消耗自然资源，由于木材是可再生的永续的材料，如果自然界木材的生长量与人类的消耗量相平衡，那么木材是最绿色的建筑材料。石材虽然消耗了矿山资源，但由于它的耐久性较好，生产能耗低，重复利用率高，可以说它也具有绿色建筑材料的特征。

目前能大规模取代木材的新型绿色建材还不是很多，其中应用较多的一种绿色建材是竹材人造板。我国是森林资源贫乏的国家,但我国的竹类资源十分丰富,素有“竹子王国”的美誉，因此好多人把竹材资源看作是替代木材的好的后备资源。

由于竹结构具有如上所述的众多优点, 绿色建材――竹材人造板在土木工程领域的应用前景广阔。

2）粘土砖，其能耗是比较低的，但它是以破坏良田为代价且是不可恢复的，可以说是最不绿色的建筑材料。20世纪90年代开始限制使用粘土砖到如今粘土砖已禁止生产和使用。

粘土砖的绿色替代建材的主要发展方向是利用工业废渣替代部分或全部天然粘土资源的新型建材。

由于工业废渣来源丰富，其力学性能普遍优于粘土砖，并且可以满足不同使用环境的要求，所以具有广阔的应用前景。

3）钢材，由于钢材的不可替代性，因此“绿色钢材”主要发展方向是在生产过程中如何提高钢材的绿色指标上下功夫，研究发展新技术、新生产工艺，努力降低生产能耗，减少污染物排放，对生产过程中产生的废弃物资源化，加快钢材的绿色化进程。

4）混凝土，由水泥和集料组成，是复合材料，它的生产能耗主要是由水泥生产造成的。而传统的水泥生产需要消耗大量的资源与能量，并且对环境的污染较大，所以水泥生产工艺的改善是绿色混凝土发展的重要方向。目前水泥绿色生产工艺主要采用新型干法生产工艺取代落后的立窑等工艺。

现今土木工程使用的绿色混凝土主要有低碱性混凝土，多孔混凝土，植被混凝土，护坡植被混凝土，透水性混凝土，吸收分解NOx的光催化混凝土，生态净水混凝土等。其中应用较为广泛的是多孔混凝土。

多孔混凝土也称为无砂混凝土，它只有粗骨料，没有细骨料，直接用水泥作为黏结剂连接粗骨料，它具有连续空隙结构的特征，其透气和透水性能良好，连续空隙可以作为生物栖息繁衍的地方，而且可以降低环境负荷。多孔混凝土按其气孔结构形成的方式不同,又可分为泡沫混凝土和加气混凝土两大类。

2、功能材料

目前国内外各种功能材料迅速发展，材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。除了利用材料的某些特殊功能外，如防水、装饰、保温等，具有新的功能的材料也不断涌现，主要包括储氢材料、梯度功能材料、智能材料、功能陶瓷材料、超导材料、信息材料、光学功能材料、功能复合材料、分离材料、生物医用等。

绿色功能材料主要体现在以下三个方面：

1)节能功能材料。如各类新型保温隔热材料，常见的产品主要有聚苯乙烯复合板、聚氨酯复合板、岩棉复合板、钢丝网架聚苯乙烯保温墙板等，，这些产品具有很好的保温隔热性能。节能保温玻璃如中空玻璃、太阳能热反射玻璃等。

2)充分利用天然能源的功能材料，将太阳能发电、热能利用与建筑外墙材料、窗户材料、屋面材料和构件一体化，形成一种崭新的建筑材料，成为建筑材料发展方向。如太阳能光电屋顶、太阳能电力墙、太阳能光电玻璃等。

3)改善居室生态环境的绿色功能材料，如健康功能材料（抗菌材料、负离子内墙涂料）、调温内墙材料、调湿内墙材料、调光材料、电磁屏蔽材料等。

三、绿色建材在建筑业应用时的问题

篇（7）

[中图分类号] R318.08 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701（2016）27-0163-03

Research progress of surface titanium oxide film of LVAD and its blood compatibility

TIAN Kun1，2 WU Yadong3 LIANG Fayu3

1.Hebei North University， Zhangjiakou 075000， China； 2.Department of Neurology， East Area of Handan Central Hospital in Hebei Province， Handan 056000， China； 3.Department of Heart and Chest Surgery， the First Hospital of Shanxi Medical University， Taiyuan 030001， China

[Abstract] Titanium and titanium alloy have favorable blood compatibility because of a layer of thin titanium oxide film formed on its surface. The LVAD prepared by titanium alloy plays an important role in rescuing the life of the patients with heart failure. The article briefly introduces the mechanism of formation of thrombus on the surface of biological materials， and also summarizes the research progress and current situation of application of titanium oxide film. It also makes expectations on the prospect of biological materials. Analysis demonstrates that titanium and its alloy have favorable biological compatibility， owing to the oxidation layer on the surface.

[Key words] Titanium oxide film； Blood compatibility； Thrombus； Biological materials； Titanium alloy

心衰是各种心血管疾病的最终状态，具有很高的发病率和死亡率，药物治疗效果十分不佳，最终需要心脏移植治疗，然而令人惋惜的是，心脏供体的缺乏以及供体与患者之间的不匹配，使医生无可奈何[1]，而左心辅助装置在心脏移植的过渡期及长期的使用过程中，对挽救患者生命起到了十分重要的作用[2-4]。但是左心辅助装置在使用过程中仍然会遇到十分多的问题，如感染、出血、血栓的形成以及心率失常等危险事件，其中尤以血栓形成最为严重，所以使用具有良好抗凝血性能的生物材料在心衰终末期的治疗中是十分重要的[5，6]。作为生物材料使用的钛及钛合金，由于其表面自然形成了一层薄的氧化钛膜，因而具有较好的血液相容性[7，8]。但这种自然形成的氧化膜却很薄，只有5～10 nm，因此会有很多的缺陷[9]，而人工合成的氧化钛膜就会倍受关注。

1 生物材料表面形成血栓的机制

1.1 血液相容性的定义

血液相容性是指植入人体后的生物材料，不会导致血液的聚集，不会损伤血液的相关组分，也不会更换血液内环境的相关性质，故不会导致血液凝集、血液的溶血、血小板的损耗以及血小板的变质，也不会导致血液中相关蛋白的特性和结构的变化等，而这对于生物材料最终应用于患者是一个重要的指标。

1.2 血栓形成的机制

在临床应用中出现血栓是左心辅助装置面临的重要问题，尽管如此仍未能完全阐明血栓形成的明确机制。通过分析相关原因可能有以下几点：（1）具有预防血栓形成和抗凝血等保护机制是人完整的血管内皮细胞的特性，而非自身体内的生物材料表面则没有这些功能，故血栓来源的一方面是左室辅助装置的表面[10]；（2）额外的剪切力作用，如在装置的进口部分和出口部分以及血泵内血液遭遇剪切力的时候，因为血液中的血小板、凝血途径以及免疫细胞可以通过这种剪切力被激活，导致血液在身体局部以及全身出现高凝集状态，进而形成了血栓在心室辅助泵和体内相关器官[11]；（3）与血栓形成紧密相关的还有心室辅助泵内的流体力学特性，然而它们之间却又有十分复杂的关系，从而对血液内的不同成分造成不同的影响[12]。例如：在体的对比研究中发现，成人的心室辅助泵与小儿心室辅助泵，表现出了相似的几何形态，然而却由于不一样的体积大小而表现出不同的结局，小儿心室辅助泵形成了很多血栓，而成人的心室辅助泵却没有血栓形成[13]。另外还有很多相关方面的研究也证明了这一观点，说明减少血栓的形成可以通过流体力学分析技术改善心室辅助泵的研制；（4）血栓的形成也可以发生在血液低的剪切力和不流动的状态下，如在临床上发现了无血流的左心室内或通过左房插管也可导致血栓的形成；（5）心室辅助泵引起的感染也可导致血栓形成，如Holman WL等[14]研究发现，通过对HeartMate左心室辅助泵在临床上的研究，出现感染的患者合并有神经系统事件发生的概率为43%，分析出现此现象的原因很可能是血液中细菌和内毒素导致了血栓栓塞，还有一种原因是引起的血栓栓塞是通过凝血系统与炎症介质的互相作用。

经过几十年的研究探索，异物触发的凝血机制是目前许多研究者一致公认的。随着生物材料植入的应用，作为一种异物，尤其是心脏血管等植入材料，如左心室辅助泵，当其与血液接触时即开始了触发凝血机制的研究。当生物材料接触血液时，在其表面血栓形成的凝血机制是一个相当复杂的过程。首先发生在材料表面的是血浆蛋白的吸附，而使血细胞粘附和激活的是吸附的蛋白层，或通过血液中激活的凝血因子引发的凝血级联反应，从而导致血栓形成[15]。在此过程中，蛋白的吸附是最先发生的，而促使凝血发生的重要点则是作为第一凝血因子的纤维蛋白原在生物材料表面的吸附与激活，当材料表面吸附纤维蛋白原后，通过凝血酶原的激活作用，促使结构构象发生变化，从而导致内部电子的释放，进而对释放的电子进行转移，这样纤维蛋白原就会分解为纤维蛋白单体，而纤维蛋白丝状体则可在激活的血小板ⅩⅢ 因子的作用下聚合形成，进而收集血小板和红细胞，促使其凝集、变形，最后导致血栓形成[16]。

2 氧化钛薄膜目前的研究现状

近十多年来对氧化钛薄膜的血液相容性已经实行了十分系统与完善的研究，包含了不同的晶体结构（如：金红石、锐矿钛、板矿钛型）[17，18]、不同的化学组成成分（非化学计量的氧化钛膜，如掺入了铊、磷等）[19]、不同的物理化学特征（如半导体、静态及动态表面张力）[20]以及对蛋白粘附与变性、血小板激活与粘附、凝血因子的激活等的影响，还包括模拟的近似体内的植入试验。研究已经发现，通过对生物材料的表面进行相应的表面改性，薄膜形成的厚度、半导体的特性以及表面所产生的张力是影响氧化钛薄膜血液相容性的重要因素。如Chen JY等[19]、Huang等[8]研究发现薄膜掺杂氢、铊、磷等元素或者增加氧化钛薄膜的厚度，血液相容性也会随之增强；Takemoto等[21]也专研于对氧化钛薄膜血液相容性的干扰条件，发现氧化钛薄膜的成分构成以及薄膜厚度很大程度上会干扰血小板的附着，以至于会远超表面亲水性的干扰，并随着不断增加薄膜的厚度，从而展现出很好的血液相容性；Huang等[8，22]使用许多制备薄膜的技术制备了一连串的氧化钛薄膜，发现一种具有宽禁带宽度的n型半导体是具有氧缺位的非化学计量比的TiO2-X薄膜的共同特性，可以明显的抑制纤维蛋白原γ链C端398-411序列的暴露，进而减少了血栓的形成；Wang等[20]制备的氧化钛薄膜，是使用离子束增强沉积技术，而其是一种n型半导体薄膜，表现为含氧的缺失，表面张力的色散分量的贡献较小，而极性分量的贡献较大，其粘附的血小板数量也很少，说明氧化钛薄膜表现出了良好的血液相容性；Tsyganov等[23，24]制备了很多种结构的氧化钛薄膜，利用了金属等离子体浸没离子注入和沉积的相关技术，发现金红石型氧化钛薄膜被磷注入其中后，其在血小板粘附和凝血时间的试验中会表现出更好的血液相容性，由于磷离子被注入，且薄膜含有n型半导体的结构，从而抑制了电子从蛋白中转移到改变表面性状的材料表面，进而也抑制了生物材料表面会使黏附蛋白变性的发生，说明了其也表现出较好的血液相容性。

研究已经证实，随着氧化钛薄膜厚度的增加，且与蛋白之间有较低的界面能时，其表面粘附的血小板数量会相应减少，而决定界面能的关键因素是氧化钛薄膜的半导体特性，因此具有n型半导体结构的氧化钛薄膜或掺杂有氢、铊、磷等元素的氧化钛薄膜会有更好的血液相容性。

3 氧化钛薄膜目前的应用现状

钛及钛合金材料由于其表面形成的氧化钛钝化膜、良好的生物相容性、低弹性模量、高比强度、无毒无磁及其耐腐蚀性等特点，因此具有更适宜的生物医用特性。它广泛应用于人工关节（如髋、膝、肩、肘等关节）、骨创伤产品（如髓内钉、螺钉、固定板等）、脊柱矫形内固定系统、牙种植体、牙托、牙矫形丝、人工心脏瓣膜、人工心脏、介入性心血管支架、矫形器械等医用材料[25]。

目前二氧化钛还有一种特殊形式的存在，即介孔二氧化钛纳米材料，其孔径大小在2～50 nm之间，拥有非常有序的孔道结构，孔径分布规则，孔径尺寸变化范围较大，介孔形状多样，兼具光催化与介孔两个特点，并具有很好的生物相容性，因此很多生物医学研究者对此都具有很高的研究热情，其在骨修复与移植的研究，癌症的诊断与治疗等方面都取得了一定的进步[26]。如Bjurten等[27]通过实验验证了介孔二氧化钛纳米管能够非常好的改善成骨细胞的增殖和黏附，增强骨粘连的强度。张爱平等[28]运用涂覆法合成了锐钛矿型的介孔二氧化钛纳米薄膜，并通过实验验证了此纳米薄膜在紫外光照射下对胃癌细胞有很强杀伤力。Wu等[29]利用乙醇钛在乙醇中水解的方法合成了表面积大，生物相容性好的球形介孔二氧化钛纳米粒子，并将其用于癌症的诊断与治疗。

4 总结与展望

血液和材料之间由于极其复杂的相互作用，因此想要设计出具有完全血液相容性的生物材料对于我们是很困难的，并且以我们现在所掌握的相关技术和机制，距离了解其中的全部机制还需要做很多工作。目前在生物材料血液相容性方面的相关研究机制及如何提高生物材料的血液相容性方面国内外的很多研究学者已经作了十分深入细致的研究探索。我国近年也有很多的研究报道并取得了一定的成果，但与国外相比，我们的技术水平还比较薄弱。因此，我国有必要加强对氧化钛薄膜的研究投入，各个研究团体之间也应加大合作力度，早日研制出新颖的带有创新性的生物材料，使血液相容性的研制和生物材料的创新应用方面取得令人瞩目性的前景，促使我国在理论和应用领域方面达到国家先进水平，从而为人类的健康做出巨大的贡献。

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1.1高端技能型职业教育人才培养新模式应用技术类专业人才的聚集与提高区域人才质量、推动地方文明进程直接相关。职业教育层次上移，是社会经济发展的必然要求。高端技能型职业教育培养的人才将会引领区域经济社会发展。在办学宗旨上，高端技能型职业教育遵循高等教育和技术发展的内在规律，强调技术创造与发明同样是对物质世界的发现和认识，以追求技术的理性价值、探求技术本质为己任，坚守通过技术更新、技术改造和实际问题的解决来改变世界的理念，为人类的选择与行动创造新的可能性。在办学特征上，高端技能型职业教育更加注重对社会资源的利用，将原来面向企业办学转向广泛吸引产业、行业和企业积极参与办学，使产业、行业和企业由办学客体成为现实意义上的办学主体，从而实现学校与产业、行业和企业之间和谐共生、互融共通的协同效应[3]。在培养目标上，高端技能型职业教育坚持以培养基本技术知识和较强技术素养的高级技术人才为主，面向生产、服务和管理领域等一线岗位，以适应现代技术不断发展的需要。在教学内容上，高端技能型职业教育不完全抛弃原有的学科化、系统化的理性知识形态，只是在课程结构上，以应用性课程（项目）为主体，将技术道德和技术革新的认知、形成技术诀窍和掌握解决技术难题的基本技能学习纳入其中，提高受教育者的岗位技术和行业技术。在教学方式上，高端技能型职业教育将课堂、实训中心和车间等场所有机结合，鼓励受教育者行现场观摩和顶岗实习，强调情境体验，侧重对只可意会不可言传知识的领悟，充分挖掘学习者的生理和智力潜能，提高意会和直觉能力[4]。

1.2高端技能型职业教育引领区域经济向先进领域拓展，提升地方行业水平高端技能型职业教育能提高学生社会服务能力、推动城乡区域经济发展[5]。通过提高职业教育技术水平，起到引领区域经济发展和促进行业格局调整的积极作用（见图1）。

1.3建立高端技能型职业教育应用技术产业化人才培养公共平台建设职业技术产业化人才培养公共平台，使“教、学、做”一体化，培养大量专业人才，为区域应用技术产业化发展提供支撑。应用技术类专业虽然面临办学成本高、难度大等困难，但具有技术含量高、可直接转化为现实生产力的巨大优势。应用技术类专业走向产业化，对引领区域经济发展、拓展地方行业布局和提升地方行业水平都具有重要的现实意义。应用技术类专业产业化人才培养公共平台的建成，将为地方输送高素质的技能型人才，同时也能提供高水平的就业岗位，有助于拉动地方经济，整体提高地方生产力。以医学技术专业为例，完成医学应用技术专业群结构布局和教学实训基地及生产基地建设。医学技术专业群可分为：辅助临床型专业（医学检验技术、医学影像技术、麻醉技术、呼吸治疗技术和康复治疗技术等）；生产型专业（口腔义齿加工技术、眼视光技术、助听验配技术、义肢制造技术和医用材料技术等）；智力型专业（医疗器械维修技术专业和生物医学工程技术专业等）；智能型专业（医学技术数字化专业和医学人工智能专业等）。第一，设计并建设技术生产型专业实训基地。拓展技术生产型专业，创建技术生产型专业实训基地。对接职业准入标准，制定并严格落实人才培养方案，加强专业内涵建设，提高办学水平。第二，推进技术专业群结构建设，进一步拓展智力型新专业，建设智力型专业实训基地。第三，完善技术专业群结构建设，拓展技术智能型新专业，建设技术智能型专业实训基地。应用技术产业化人才培养公共平台建设要先解决专业基本格局设置问题，积极拓展新专业，最终完善专业布局。建设“教、学、做”一体化生产实训基地，重在提升办学水平和职业教育内涵[6]。

1.4高端技能型职业教育内涵建设高端技能型职业教育将学习结果分为知识、技能和能力3个维度。其中“知识”被定义为各种理论和事实；“技能”是指各种认识能力（包括运用逻辑、知觉和创造性思考的能力）与实践能力（包括手工技艺以及运用各种方法、材料、工具和器具的能力）；而“能力”主要是从职责和自主性方面来定义。职业生涯指导对职业发展、技能开发和就业前景极为重要。不断变化的劳动力市场状况要求人们持续地发展自身职业管理技能，明确现有技能和学习目标，从而改进自己的工作前景。这就需要便利的职业生涯指导服务，为不同背景不同群体的职业发展提供指导服务，满足他们多样化的需求，提高职业教育的吸引力。职业教育的高参与率是提升就业率、竞争力和促进可持续发展的关键措施。职业教育与培训课程中应包含关键能力培养，即所提供的内容不只限于狭窄的职业技能培训，还着眼于学习者长远的职业适应和职业发展。高端技能型职业教育的内涵建设见图2。

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中图分类号：G64　文献标识码：A　文章编号：1006-0278(2011)10-098-03

现代高科技的竞争在很大程度上依赖于人才的培养，因而社会对人才的综合素质提出了更高的要求。培养专业知识面宽、实践能力强、具备创新精神的高素质人才，是高等院校义不容辞的责任，是历史赋予的使命。近年来，为了全面推进素质教育，提升大学生的社会竞争力，学院以教学为中心，不断深化课程教学改革，创新教学体系，取得了显著的成效。实践表明，课程教学改革是一项围绕人才培养目标而展开的系统工程，需要学校各方面的支持、配合以及全体师生的共同参与。笔者结合本校的课程教学改革实践对《材料化学》课程进行了定位，并讨论了该课程教学方法和内容的改革探索与实践。

一、材料化学的定位

(一)材料化学的定义

材料化学是一门研究材料的制备、组成、结构、性质、应用及其相互关系的科学，它是材料科学的一个重要分支，又是核心内容。材料化学是一门新兴的边缘学科，是在学科的生长和发展中互相交叉、互相渗透下形成的，是作为基础学科的化学更直接地介入到材料科学中的一个具体体现。因此，可以说《材料化学》课程是化学基础课和材料学专业课程之间的一个重要桥梁。

为打破原有专业划分的界限，在制定《材料化学》的教学内容时，必须进行以加强基础、拓宽专业知识面和加强实践训练为主要目的的课程改革；在课程建设中，必须结合实际，明确了《材料化学》课程的定位：通过对这一课程的理论学习，使学生在掌握材料化学的基本原理基础上，学习运用基础化学理论解决实际问题。

(二)材料化学教材的选择

材料化学学科的着眼点是培养创新型人才，而课程教学是实现高素质创新型人才培养的重要环节，它对全面加强学生知识、技能、能力、创新精神和综合素质培养有着举足轻重的作用。随着现代科学技术的快速发展与知识的不断更新，教材的选择是关键点。自从2005年开设《材料化学》这门课程，我国出版的教材在质上发生了一些微妙的变化。最早的教材是1994年厦门大学丁马太教授出版的《材料化学导论》，该教科书还被复旦大学、西北大学等采用，但内容相对比较陈旧。其后，北京师范大学李奇老师主编了《材料化学》，上海交通大学唐小真教授主编了《材料化学导论》以及南京师范大学周志华教授主编了《材料化学》等。直到2008年，中山大学曾兆华老师根据自己多年的教学经验和实践体会出版了《材料化学》教材，前半部分涉及材料的制备、结构、性能等材料化学的基本内容，后半部分则以金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料四大类材料为主线，对不同种类的材料进行介绍，其中涉及各种现代先进材料如高性能金属材料、电子信息材料、纳米材料、功能陶瓷、感光材料、生物医用材料、航空航天材料、能源材料等，并叙述各种材料的性能和行为与其成分及内部组织结构之间的关系，这些内容与本课程以前的教学内容不谋而合。总之，教材是指引学生入门的工具，作为教师一定要把好教材关，找到适合自己学生的教材，方能做到事半功倍。

二、材料化学课程教学改革探索与实践

虽然材料化学是一门理论性较强的专业基础课程，但随着材料科学的飞速发展，材料化学领域的研究成果逐渐得到应用。例如Motorola、保洁等公司每年都会招聘材料化学方向的人才到其研发中心进行新产品新工艺的开发。因此，从培养创新型人才角度来看，教学过程中应加强实践性教学内容，增强材料化学理论知识与科研、生产实践中的实际问题的联系，从而提高学生综合运用材料化学知识解决实际问题的能力，培养学生创新意识和创新能力。然而，由于受传统教学方法的影响，其教学主要以教师、课堂、教材为申心教学模式。该模式过于依赖理论教学，由于材料化学综合了材料学，普通化学等方面的内容，涉及的理论知识较为抽象，内容较为难懂，因此，单纯地采取传统教学模式，在授课过程中，教师很难将复杂的知识简单化，把抽象的知识具体化，降低了学生对该课程的学习兴趣。我们要培养创新型人才，就必须建立有利于培养创新型人才的教学体系，因此，进行材料化学课程的教学模式改革是十分必要的。

(一)教学方法与手段的改革探索与实践

(1)采用循环式教学方法，加强理论与实际的联系

科学地组织教学内容，采用循环式教学方法，使学生在学习理论知识的同时，加强能力的培养和训练。在教学过程中，首先从生活或生产实际出发，让学生了解一些材料的性能及应用知识，激发学生学习本课程的基本理论的兴趣，再运用材料化学基本理论来解释材料结构与功能之间的关系，凝炼出材料设计与制备的原理和方法，并以此原理和方法来设计和制各出有一定社会需求的新型材料。这种循环式教学方法既能提高学生的理论水平，又能培养学生解决实际问题的综合能力。

2、实施三结合教学方式，营造生动活泼的教学氛围

在教学中，我们采用自创三结合教学方式，即讲解与讨论相结合、讲授与自学相结合、期末考试与平时小论文相结合。我们改革了传统的“注入式”教学，建立了“启发式”教学模式，采取“以学生为主体、教为引导”的方式，突出学生的学习主导地位。在教学过程中注意调动学生参与教学的积极_陛，随时让学生提出问题，然后大家共同讨论，以此不断提高他们分析问题的能力和对问题的理解、认知和表达能力。通过我们有意识地将讲解与讨论相结合，较大力度地变教师为主的传统教学方式为教师与学生互动的教学形式。在教学过程中我们发现，最新的科研成果往往最能激发学生的兴趣和开发学生的思维。因此在相应的章节教学中，我们会及时有效地插入一些最新的研究成果与数据，通过这种方式培养学生掌握学科最新发展动态和开拓知识的能力。

通过近几年教学实践表明，我们的教学方法在培养学生的新思维和新思路方面发挥了独到的作用。通过三结合教学方式进一步锻炼了学生解决问题的能力、表达能力、自学能力以及撰写科技论文的能力，有利于学生综合素质的提高。

3、丰富教学手段，提高学生的学习兴趣

现代化教育技术的应用在很大程度上促进了教学手段的多元化，首先在参考其他学校相近课程课件的基础上结合本课程的教学内容制作了《材料化学》电子课件。综合运用图片、动画、文字等多种形式向学生提供丰富的感性材料，直观而又形象地揭示事物的本质和内在联系，有效地突破教学难点，提高课堂教学质量。例如在绪论部分，将材料科学发展的相关图片做成课件在课堂上放映，使学生对本课程的发展、意义、主要内容有生动而深刻的印象；在纳米材料章节中，一些纳米材料的图片能更形象、直观，有效地帮助学生理解和掌握 知识点。此外，我们还充分利用flas直观易理解的优势，例如在材料的结构一章中，插入14种空间点阵结构模型，金属晶体的3种典型堆积模型，晶体间隙的形成、缺陷和位错的形成等：在材料的制各一章中，插入多个物理气相沉积和化学气相沉积装置动画；在无机非金属材料一章中针对石英光纤的制各，插入了多幅动画。在整个教学过程中，该课件产生了很好的教学效果极大地提高了学生的学习兴趣。

另外，互联网也是老师和学生、学生与学生之间交流的平台，将主讲教师的电子信箱告诉学生，学生可以给教师发电子邮件谈学习、谈思想，交流学习中存在的问题，以及学习、生活中的感受和困难，利用现代化的手段，拉近师生间以及学生之间的距离。

(二)教学内容改革探索与实践

材料化学是从化学的角度研究材料的制备、组成、结构、性质及其应用的一门科学。它既是材料科学的一个重要分支，又是化学学科的一个组成部分，具有明显的交叉学科、边缘学科的性质，并且是材料科学的核心部分，具有明显的应用理科性质，在理论和实践上的重要性是不言而喻的。

1、优化课程结构

优化课程结构的重点在于突出理论知识的应用和实践能力的培养，基础理论教学以应用为目的，专业课教学强调针对性和实用性。在构建新的课程体系过程中一方面要规划好专业的主干课程，另一方面以技术应用能力培养为主线，理顺相关课程开课顺序，加大实践教学的比例，强化实践性教学环节，实现理论教学和实践教学并重。我院在课程设置上力求反映材料化学专业的培养目标、专业特点和培养要求，注意改变知识简单任意拼凑、课程之间相互脱节的状况，整个课程以通识教育课程、学科类基础课程、专业必修课、选修课、跨学科任意选修课和实践教学构成。选修课开设的原则是：有利于培养学生的一专多能、拓宽学生的知识面以及培养学生的实际工作能力和创新精神等。根据专业方向的不同，开设课程也有所区别。同时，结合专业特点，在课程体系中实施改革，增加人文教育内容，强化人文素质教育，促进专业教学质量的提高。

2、教学内容与特色学科建设相结合

材料化学以普通化学基础和材料学理论为基础，涉及的理论知识比较抽象，从学习的角度将，要求学生在学习过程中从宏观的概念转化到微观。如从电子，原子、分子水平来理解材料的基本性能。因此，教学难度比较大，如果单纯地采用单一的教学方式，会导致理论与试剂脱离，增加了教学难度，在一定程度上不利于培养学生对本课程的学习兴趣。所以，在教学过程中，应该结合我院材料学科建设的特点，拓宽教材内容，结合我院材料学科的优势和特色，在教学内容中融入我院金属材料、无机纳米材料的物理化学性能，以使学生更加容易接受，增强教学效果。同时结合材料的最新研究动态，理论联系实际地将新兴材料的最新进展向学生介绍，从而提高学生学习的兴趣和实际应用能力。

3、教学内容体现材料化学专业人才的培养方案

针对材料化学课程特点，依托学科特色，围绕培养和造就富有创新意识和能力的宽口径、厚基础、高素质、显个性的人才培养理念并结合本专业现有的教学科研条件，对材料化学学课程进行了改革和探索。材料化学教学内容的选材要体现基础宽、起点高、内容新、知识活的原则，强调从化学角度提出问题、分析问题、解决问题的方法和思路。教学内容应让学生了解材料学科的概况和发展趋势；了解材料制各过程中的化学现象和反应特征；了解所制得材料的形貌、物相和物理化学性质之间的关系：掌握材料制备过程中的化学原理与方法：了解材料的化学改性方法和新材料设计和开发的研究方法，同时也要培养学生的创新思维、创新意识、创新能力和创新精神。实践证明，通过改革，学生的实践能力、创新能力和综合素质明显得到提高。

(三)教师队伍的建设

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祟尚“交叉”的科学家

从他的科研成果来看，无疑，这是一位令人敬仰的科学家

他认为交叉是科研创新的前提，因为解决科学中的重大问题是多学科的交叉与综合。他常教育学生要从原来的框框中跳出来，他自己就是这样的。“交叉探索”这四个字决定了他研究中所走的道路，他没有常人所想的“利于就业”、“前途广大”等想法，而首先强调的是“兴趣”，兴趣是最好的老师，也是极强的动力。

几十年来，他和他的研究小组在多方面进行了探索研究诸如磁性流体的光学效应、电老化和击穿的动力学理论、生物医用材料的科学和工程等方面均有其特殊的见解和相应的创新性成果。例如多年来他在全碳分子及碳基材料方面进行了不断的工作，从1987年在国内首先建立直流电弧等离子体喷射法研制金刚石薄膜开始的电弧放电制备富勒烯，溶液化学法制备类金刚石薄膜，到2000年设计建立国内第一台椭圆形微波等离子体反应腔系统、探索宽带隙材料，不论在方法上、原理上还是应用上均做出了创新性成果。如用溶液化学法首次制备的类金刚石薄膜、CNx、B-C3N4多晶材料等一系列材料，研究结果发表在APL，Phy.Rev等国际刊物上，提出了化学反应机理和前驱物选择原则等，居于国内外前列，并获得重要应用。多项研究成果对科学和技术、国民经济和国防建设方面均做出相应的贡献。

在生物材料方面，他提出并致力于材料与组织之间相互作用的研究，从细胞水平上做深入的工作。在材料表面的物理、化学及生物特性以及其协同作用方面的工作是细致深入的，从细胞的层次上了解其机理，提高了生物材料的相容性并提出了一些新的概念，如解释了驻极体材料对细胞的作用机理等。他以丝素材料的表面改性并以抗凝血材料等为切入点构成的模型，是一种优良的基质生物材料，不仅有创新性，而且为丝素蛋白的应用开拓了新的途径。他还在生物材料与细胞间的生物化学效应等的研究中取得了一些新的实验结果，如有机磷衍生物的光致细胞毒活性等，对抗癌方面有重要的理论和应用价值。

在科研岗位数十载，朱鹤孙教授先后承担了国家科委“863”项目、“973”项目、国家自然科学基金和国防科工委等多项国家科研项目，发表了论文二百余篇。由于对科学技术工作做出的突出成绩，曾获国防科工办重大技改奖，国家科技进步二等奖；1 990年被授予“全国高校先进科技工作者”的称号，1 991年获光华科技奖：1 999年中国材料研究学会授予他材料科学的最高奖――贡献奖，2003年国际生物材料科学与工程学会联合会授予他国际生物材料科学与工程学会Fellow；2005年荣获何粱何利基金科学与技术进步奖。

此外，朱鹤孙教授曾任《学位与研究生教育》主编、国务院学位委员会化工学科评议组成员、国家自然科学基金会化学部化工学科评审组成员，国家教委科技委军工组副组长，《自然科学进展》常务编委、中国材料研究学会副理事长、中国生物材料委员会副主席、中国生物材料委员会顾问，国家自然科学基金重大研究计划专家组成员、国家重大基础研究发展规划“973”项目咨询组成员等职。老骥伏枥，志在千里，现虽年近八旬，但他仍担任着中国生物材料委员会顾问和国家生物医学材料工程技术研究中心工程技术委员会委员等职。

“中国的事情中国人一定能做好，我从没觉得国外的就比我们的好，我深信中国人在一些科学领域上可以领先世界，完全可以做出最好的成果。”不错，他的一生也正是一直致力于探索最好的材料，培养最好的学生。在教育管理和具体教学中，他都以前瞻的眼光和开放的胸怀，紧扣时代脉膊，在思考中改变，在改变中前进……

“开放与改革”的教育家

推动北京工业学院转型办学

随着时代的发展，高校教育体制也会受到严峻的考验教育需以国家富强和民族振兴为目标，不断改革以应对不断变化的大环境。这就有必要对高校教育存在的各个方面进行反思，从而采取相应的调整措施，在探索中逐步建立并完善高校教育办学思想，开拓出一条适合当代高校教育发展的途径，并结合学校已有条件，提供更为合理，更臻完善的管理机制，使学校不断发展。

1 984年，朱鹤孙出任北京工业学院院长，善于思考的他灵敏地抓住了时代的气息，认为应将小平同志提出的“改革开放引入高校，才能使高校的发展更适合时代的变化。为此，他提出了高等教育特别是军工院校教育改革方面的一系列观点。比如军工院校必须贯彻一个“转”字，即在“保民”的方针下，使学校既为国防建设服务，又为国民经济建设服务，以“两个翅膀一起飞”，进行改革和调整以增强自身的适应能力和竞争能力，为此，将产品型专业转变为科学技术型的学科专业，军民结合由封闭型向开放型转变，这对北京理工大学的发展起到了显著的作用。

上世纪90年代他撰文《探索新时期理工科大学的办学规律》，表达了他的办学观点，具有时代的气息，也符合中国当时的特点。在该文中，他详尽阐述了国情与高校自身对于高校发展的要求和影响，并且提出了在我们今天看来仍有重要借鉴意义的超前观念。

“教育无小事”，他不仅思考教育改革的大方向，多年来他还担任过物理化学。化工原理、理论电化学、材料科学等教学工作。1 986年以来，他一直担任研究生的培养工作。他所培养的三十多名博士研究生中，丁洪志同学的学位论文荣获首届百篇全国优秀博士论文，傅强同学及程福永同学的学位论文获2002年及2003年百篇全国优秀博士学位论文提名，多名研究生获得“徐特立奖学金”、“中科院奖学金”等。谈起他的教学，同学们有一个共同的感觉：“严慈并济”。在对待学习时他非常严格，如果不认真或不思考，常会听到他的“大嗓门”，而生活中他又是公认的“老好人”，不仅对学生，对周围的人都几乎是有求必应，热情相助，共同前进。对学生来说，他最不能容忍的就是“不思考，不创新，跟在别人背后模仿”，对于他来讲，是对学生负责，对科学负责，更是

为中华未来的中坚力量负责。

提倡“交叉培养、重在塑造”的研究生培养理念

几十年前我国建立了新的研究生培养体系，并成立了研究生院，当时第一批二十多个研究生院中便有北京理工大学研究生院。经过二十多年的发展，理工大学的研究生教育已有了很大的进步，已形成了理工相结合的局势。在这种局面下，学校如何做才能提高研究生质量以适应世纪人才培养的要求是需要考虑的问题。

朱鹤孙认为，首先，作为理工科大学，学校需要加强技术基础课的建设。

在过去相当长的时间内，理工科专业的教育曾经有过加强基础还是加强专业之间的争论，事实上人们对一个科学概念从理解到应用是需要经过从理论到实践多次反复才能达到的，如果再进而达到得心应手的地步需要十年以上的功夫，即所谓“十年树人”。而我们高等教育的三个层次――基础课、技术基础课和专业课之间常常缺乏前后呼应，一些重要的基本概念和方法没有获得进一步的反复和深化，也就是在教学的内容和方法上缺乏认识实践和深入理解的过程。例如高等数学的加强，把力量放在内容增多和细化上，而专业课则着重在现象和工艺方面的描述，因此难怪学生特别是工科的学生在学完高等数学后，就把它束之高阁了。实践经验表明，技术基础课起到承上(基础课)启下(专业课)的作用，使得学生在基础与专业，理论和实际上相结合，达到学用相统一的目的，国外著名理工科大学的研究生课程都非常重视这类课程，这样做不仅给学生今后的发展打好扎实的基础，并使学生思想开阔、方法得当，而不再陷入概念抽象或就事论事了。很多老师反映学生的论文写得像实验报告，罗列了结果，缺乏现象实质的分析和提高，对科研结果“知其然而不知其所以然”，因此加强技术基础课是当前提高理工专业教学质量的有效途径和措施。

其次，要贯彻少而精，推陈出新，重在能力培养。

现在研究生的课程是相当繁重的，学生的学习是老师的“灌输”，而缺乏“创造性”的学习，这是中国教育中最大的缺点之一，结果是压抑了学生的聪明才智，培养了学生“照单全收”，跳不出老师的模式，我们应该选择少量的主题让学生主动地有兴趣地去获取知识，引导学生要善于学习，在“善”字上下功夫。尤其是研究生，下面所述的“四善”或许是有益的，

善于分析归纳，达到举一反三、一通百通的作用l善于吸收正反两方面的论点，达到互补完善的作用：善于争辩，达到去伪存真的作用善于交叉，达到推陈出新移花接木的作用。

从目前的研究生的学习安排来看，课程是太多了，像拉洋片一样，还没有看清楚又换了一张，走马观花是很费精力，徒劳无益的。因此根据实际不同的需要，有意识地精简。真正从科学上掌握一个方面也必然能自主地去掌握其他方面，所谓一通百通。要让学生在繁琐的学习中解脱出来，自主地学习，这样的学生后劲足，有创造性，才能青出于蓝，符合世纪人才的要求。

最后，“交叉培养、重在塑造”应该成为新时期学生教育的新内容和新思路。

韩愈是一位伟大的教育家，他对老师定的“传道、解惑”作用的定义，是很精辟的。时处21世纪，中国的复兴已启动，可以再增加二个字，即“塑造”，更适合于社会发展的情况。培养研究生是中国目前学历上的高层次，仅是在科学技术方面传授知识，解除学术上的疑虑是不够的，而且衡量人才更重要的标准之一是优秀的道德、品质和素养。现在一位博士生导师每年带众多的研究生，导师没有足够的时间与学生进行品德和科学技术上的交流，这是值得思考和需要认真改革的问题。

“为人”是一门大学问，是社会讨论的永恒主题。老一辈知识界的优秀品德给我们树立起学习的榜样，目前社会的风气总体上是好的，但还是有很多不尽人意的地方，并且已蔓延到学校中，表明我们品德培养重视还不到位，严格的“塑造”不力，表率作用尚不明显，这是值得教育工作者认真思考的。理工科的学生需要学一些人文社会科学方面的知识，这有助于科学技术人员与社会共鸣，并认识自己在现实社会中的地位与作用，在中华振兴中起到应有的作用。中国的优良传统不能丢，要发扬。这是国粹啊!

重视高校科技成果产业化

不论从自己的科研角度出发，还是从教育家的角度看问题，朱鹤孙教授都提倡高校要重视科技成果的转化。他认为，现代社会与教育的发展，从为国家振兴和经济腾飞提供人才来讲，已经成为一个“投资效益最高的巨大产业”。将科学技术进一步提升与产业化结合，促进生产力的发展是近年来教育关注的问题，是富有挑战性的，它促成了教育观念，教育行为的重大变化。我国近年来许多大学的实践，已经显示了这一发展变革的生命力。

教育与产业结合的第一层意思，是指大学打破封闭式的办学模式与社会结合，而实行产学合作。探索教学、科研。生产一体化的新路是非常重要的。实践证明，学校根据自己的需要与可能，打破部门、行业或地区的壁垒，走向社会，有利于提高高等学校的教学与科研水平；进入市场，与企业、行业和地区在互得互惠的基础上合作办学、合作科研，有利于挖掘大学的潜力，增强大学的活力，促进科技成果尽快转化为生产力，在有效地为经济建设服务的同时，获得自我发展所需要的技术，信息和资金。产学结合，大学直接进入经济建设的第一线，对于克服学校理论脱离实际，与社会需要脱节的弊端，是行之有效的途径之一。

教育与产业结合的另一层意思，是大学创办发展科技产业。具有较大的人才、知识和科技优势的大学，通过创办科技产业，直接为经济建设服务，这不仅是需要的，而且是有可能的。大学在这方面具有很大的潜力。前面已提到实践也已证明，校办科技产业不仅使学校直接为国家经济建设服务，而且促进了学校的教学、科研和发展，已有不少成功的例子。但在创办科技产业时需要进一步提高其认识，并要制定相应的政策和规范，首先要明确高等学校的根本中心任务是为国家培养创新性人才，以提高科学技术的水平，不是代替企业去抓某个产品，因此介入产业不一定去办一个公司，学校从科研成果对产品更新和发展上具有潜在的能力，而在组织经营上是缺乏经验的弱者，因此“联合”是一个好的管理机制，其二，学校是分类的，各有其特色，要发挥其所长，因此要根据学校的条件办出特点，不能为某个产品一哄而起，应遵循规律办事。另外，校办科技产业，在体制及管理上，应与学校教学和科研分开，独立进行，不可相互干扰，至于高等学校内公司林立，引起教师及学生为钱不能专心“教”与“学”是舍本求末，这不是我们校办企业的宗旨。