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分子生物学研究方向精选(九篇)

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分子生物学研究方向

第1篇:分子生物学研究方向范文

2015年上海开始全面贯彻落实习近平总书记提出的建设具有全球影响力的科技创新中心的要求,当年5月,中共上海市委通过了《关于加快建设具有全球影响力的科技创新的意见》,坚持以体制改革为关键,以创新人才发展为首要,以创新生态环境建设为基础,以重大创新任务布局为抓手,谋划和建设具有全球影响力的科技创新中心。上海市政府加快了张江综合性国家科学中心的建设,组建了若干创新功能性平台,建设了一批科技创新集聚区,引导大众创业、万众创新,积极推进重大科技前瞻布局,不断深化体制机制改革和制度创新。

作为张江综合性国家科学中心建设的重要步骤,相关部门开始谋划在国家科学中心内的国家实验室的建设,这是一个正确的工作方向。

国家实验室作为国家级科研机构的一种重要形式,兴起于第二次世界大战前后,主要为了迎合一个国家重大和紧迫的战略需求。国家实验室一般以明确的国家任务为目标,通过基础科学前沿领域的研究和多学科的交叉研究,寻求基础科学领域的重大发现和解决有关国家安全和发展全局的重大科技问题。在西方发达国家,国家实验室已成为抢占科技创新制高点的重要机制。特别像美国劳伦斯伯克利、布鲁克海文、橡树岭、阿贡等大型国家实验室等,每个都汇集了数以千计的不同学科的高端研究人才,每年都投入亿计的研究资金,围绕国家重点的研究方向,依靠跨学科、大协作支持创新研究。德国、日本等国的国家实验室,也都是如此。

国家实验室的建立有利于集聚一大批高端科学研究人才,有利于国家对重大项目集中投入物力、财力,有利于根据国家的需要,完成一些长期性的基础研究,突破一些短期性的重大科研攻关课题。上海应大力推进在国家科学中心内建立国家实验室的工作。

国家实验室类型

我国现有的国家级实验室分为两类,国家重点实验室和国家实验室。其中国家重点实验室有200多所,国家实验室(含筹建)19所,国家实验室高于国家重点实验室。

我国现有国家实验室仅5所:建在中国科学技术大学的同步辐射国家实验室、建在中国科学院高能物理研究所的正负电子对撞机国家实验室、建在中国科学院近代物理研究所的兰州重离子加速器国家实验室、建于中国科学院金属研究所的沈阳材料科学国家(联合)实验室和建在中国海洋大学、中国科学院海洋研究所等的青岛海洋科学与技术国家实验室。其他列入筹建的国家实验室有北京凝聚态物理国家实验室、合肥微尺度物质科学国家实验室、清华信息科学与技术国家实验室、北京分子科学国家实验室、武汉光电国家实验室、船舶与海洋工程国家实验室、微结构国家实验室、航空科学与技术国家实验室、现代轨道交通国家实验室、现代农业国家实验室、磁约束核聚变国家实验室、清洁能源国家实验室、重大疾病研究国家实验室、蛋白质科学国家实验室共14所。

从研究内容看,我国的国家实验室同国外的国家实验室有相同之处,即:既包含基础性研究的,也有应用型研究为主的。但是,也有明显的不同。以美国大型国家实验室为比较对象:美国约有700多所国家实验室,其中大部分规模较小。但是也有规模很大的,分属国防部和能源部等。以其中能源部所属的10所大型国家实验室为例,如阿莫斯实验室,以凝聚态物质与材料科学、化学与分子科学、应用材料科学与工程为主要研究方向;阿贡实验室,以粒子物理、核物理、加速器科学、凝聚态物质与材料科学、化学与分子科学、应用数学、先进计算机科学、应用核科学与技术、应用材料科学与工程、化学工程、系统工程与集成为主要科研方向;橡树岭实验室,以核物理、加速器科学、等离子与聚变能源科学、凝聚态物质与材料科学、化学与分子科学、气候变化科学、生物系统科学、地下环境科学、先进计算机科学、计算科学、应用核科学与技术、应用材料科学与工程、化学工程、系统工程与集成为主要研究方向;劳伦斯伯克利实验室,以粒子物理、核物理、加速器科学、凝聚态物质与材料科学、化学与分子科学、气候变化科学、生物系统科学、地下环境科学、应用数学、先进计算机科学、计算科学、应用核科学与技术、应用材料科学与工程、化学工程、系统工程与集成为主要研究方向;布鲁克海文实验室,以粒子物理、核物理、加速器科学、凝聚态物质与材料科学、化学与分子科学、气候变化科学、生物系统科学、应用核科学与技术、应用材料科学与工程、化学工程、系统工程与集成为主要研究方向等。10家实验室中,除普林斯顿等离子物理实验室研究方向较为集中外,其他都涉及多个学科,都属于综合性的实验室。

而从本文前述情况看,我国的国家实验室多为单一型的,缺少综合性的国家实验室。综合性实验室有很多优点:搭建跨学科的研究平台,有利于不同学科的研究人员相互激发创新思维;储备各学科的研究人才,便于根据研究项目需要组建不同学科研究人员联合组成的研究团队。而我国单一型的国家实验室则明显不具有这样的优先性。因此从类型上来说,上海的国家科学中心如果建立国家实验室,建议应超越现有的国家实验室模式,设立多学科的综合性的国家实验室。

实验室研究方向和重点

在未来上海的综合性国家实验室的研究方向的确立上,科学的发展历史值得重视。

从以往的科学革命的发展历史看,新的、大规模的产业革命之前必然会有一个科学革命作为先导。而能形成产业革命的科学革命,其主要成果必然是对自然界和人类本身有着更深层次的认识,由此引发全新产业的诞生和全新市场的形成。世界发达国家显然意识到这个发展趋势,因此特别注重在基础研究上的投入。美国的国家实验室中,有相当部分正是瞄准这类基础研究领域的。如上述美国能源部的大型实验室中,大部分实验室都集中在核物理、加速器科学、等离子与聚变能源科学、凝聚态物质与材料科学等探索物质更深层次结构的研究上。

第2篇:分子生物学研究方向范文

关键词:环境工程微生物学;教学案例库;工程硕士

中图分类号:G643 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)48-0235-02

工程硕士专业学位自1997年首次设立以来发展迅速[1],在2011年,教育部提出了“服务国家特殊需求人才培养项目”,着重培养工程硕士专业人才。上海第二工业大学在2011年获批“服务国家特殊需求人才培养项目”,开展环境工程(电子废弃物资源化方向)硕士学位专业研究生的培养[2]。学校自2012年首次招收环境工程领域工程硕士,截至目前共招收143名学生,其中已有60名学生毕业。

环境工程微生物学作为一门以微生物技术处理环境问题的课程,以其技术的广泛性被纳入到环境工程领域工程硕士培养中。本文根据3年多来给工程硕士讲授环境工程微生物学这门课程的经历,以上海第二工业大学环境工程领域工程硕士培养为例,谈谈研究生课程环境工程微生物学教学案例库建设设计思路及其体会。

一、教学案例库的概述及类型

教学案例库是指教师为了更好的指导学生、实施案例教学而建立的用于存放所有案例的一个集合,其案例的来源及形式可以是多样的。对于本文提到的环境工程微生物学教学案例,可以选择微生物技术在土壤、水体环境中的应用。通过这些不同案例的分析,可以加深学生对基础知识的理解和提高运用知识解决实际问题的能力,还可以激发学生的学习热情,提高教学效率。

基于上海第二工业大学环境工程领域(电子废弃物资源化)工程硕士的培养目标,环境工程微生物学教学案例类型分为两类:一类是以研究生开展研究所需的思路模式,即选择已解决某一具体问题,从研究工作角度来说该项目已经完成;另一类是面向实际工程研发过程解析类的案例,选择采用本课程相关学科方向的技术,解决某个具体的工程问题,能说清楚从实验室基础研究到实际工程应用的全过程。

二、教学案例库中的实际案例

(一)微生物与电子废弃物方向

上海第二工业大学开展的环境工程硕士学位专业研究生培养的方向,本就是电子废弃物资源化方向,在微生物应用于电子废弃物中金属资源化方向有着较为深入的研究,其与广东惠州某公司合作开发的项目“微生物法回收废线路板中有价金属成套工艺与装备”已经完成半工业化试验。该项目可以很好的展示微生物技术从最初的实验室内菌种筛选、菌种驯化、浸出条件优化、工艺控制参数、进一步放大试验、工业化运行等阶段,因此将它纳入到环境工程微生物学教学案例库可以使得今后教师在该方向上的教学更加形象,并让学生了解微生物技术研发与应用相结合时如何走完一个从实验室内研究到工业应用的全过程。

(二)微生物与土壤污染方向

土壤中重金属和有机物污染越来越受到人们的关注,微生物技术以其广泛的适用性、经济性被应用于污染土壤的修复中,不管是重金属污染还是有机物污染,理论上总能找到一种或一类微生物迁移、转化或降解土壤中的这类污染。将这类微生物与土壤污染方向纳入到环境工程微生物学教学案例库中,可以形象地说明微生物是如何在实际工程应用中进行土壤污染治理的。此外,由于在电子废弃物拆解地会产生场地土壤污染,因此这也是上海第二工业大学“服务国家特殊需求人才培养项目”环境工程领域工程硕士研究生培养中必须要关注的内容。

(三)微生物与污水处理方向

与土壤污染一样,在电子废弃物拆解产地也会造成水体污染。以重金属铊为例,铊元素对人体的最小致死量为12mg/kg[3],因此污水中必须控制铊的含量,地方标准中含铊废水处理后铊浓度需低于5μg/L,对于类似超低痕量级的铊来说,很难利用纯粹的化学或物理法将污水中铊的含量降低至标准以内。实验室研究表明,利用微生物的代谢产物和配合一定量的化学试剂可以达到上述要求,将微生物与污水治理方向纳入到环境工程微生物学教学案例库中,对于该领域工程硕士的培养同样重要,它可以使学生在课堂上就能清晰了解到相关微生物技术在电子废弃物领域的全方位应用概况。

(四)微生物与现代生物技术方向

现代生物技术的发展使得人们可以随心所欲的改造微生物,以达到为人们服务的目的。在以电子废弃物资源化为主要方向的环境工程微生物学教学过程中,将微生物与现代生物技术方向纳入到环境工程微生物学教学案例库中,可以使学生及时掌握最新生物技术前沿及科学合理的研究方法。

三、教学案例库评估及运行效果

环境工程微生物学案例库是由学校和企业双方共同完成的,这可以充分利用学校的科研优势及企业的工业运行经验与实际工程,可以真正做到理论与实际相结合。教学案例库的评估是以先对研究生进行一段时间的案例教学,后以研究生的相关反馈意见,最后以学校和企业相关负责人依据研究生的反馈意见进行评估,标准是通过该系列功能完备的案例,让研究生在开展相关类型研发工作时从思路和模式上获得研究型与工程应用型两方面的启发,便于后续开展研究工作时少走弯路。目前,环境工程微生物学教学案例库教学获得了研究生的认可。在实际授课过程中,不仅可以激发研究生的学习热情,而且能提高教师的教学效率。

四、结论

环境工程微生物学教学案例库由研究生开展研究所需的思路模式类、面向实际工程研发过程解析类两种类型案例组成,具体包括微生物与电子废弃物方向、微生物与土壤污染方向、微生物与污水处理方向、微生物与现代生物技术方向。最终评估是由学校、企业、全体工程硕士研究生共同参与。该类型的教学案例库既可以激发研究生的学习热情,又可以提高教师的教学效率。

参考文献:

[1]李九天,唐国金.关于提高课程教学对工程硕士论文研究支撑作用的思考――以国防科学技术大学航天与材料工程学院航天工程领域的培养为例[C].湖南学位与研究生教育学会.湖南学位与研究生教育学会2005年学术年会论文集,2005:323.

第3篇:分子生物学研究方向范文

关键词:废旧家电;逆向物流;文献综述

中图分类号:F252.19 文献标识码:A

摘 要:大量废旧家电的不合理处置已成为困扰我国社会经济和环境的重要难题。构建高效、安全、环保的废旧家电逆向物流体系是走可持续发展和循环经济的必然趋势。文章综述了2006~2013年期间废旧家电逆向物流研究领域的新进展,基于物流系统的战略层、系统层、运作层三个层面,逐一对文献进行了归类及比较分析,旨在总结其研究的成果和有待完善之处,为我国能尽快建立一套完整的废旧家电逆向物流体系提供方向。

随着我国经济的迅速发展和人们生活水平的日益提高,人民大众对于家电的购买力越来越强,使得家电产品的生命周期也随之缩减,导致被淘汰的废旧家电产品呈直线上升趋势。2003年我国就已经进入了一次报废的高峰期,将家电产品按照正常10~15年的生命周期来计算,未来的2013~2018年间,我国即将进入下一个报废的高峰期。由此可见,构建一套符合中国国情的废旧家电回收物流体系迫在眉睫。

1 我国废旧家电逆向物流体系概况

众所周知,就供应链系统的角度出发,一个完整的物流系统是由正向物流系统和逆向物流系统构成的,它们形成一个闭环系统。从逆向物流的定义分析,回收物流应该与正向物流一样,包含着信息处理、运输、储存,流通加工等子系统。因此,符合我国国情家电回收体系应该包含:策略层、运作层、战略层这三个决策层次,以及信息处理系统、运输系统、仓储系统、供应管理系统、再造系统五个子系统。

文章正是基于物流系统设计的战略层、策略层、运作层这三个决策层次及决策内容,尝试着构建一套较符合我国国情的家电逆向物流体系(如图1)。且按照决策内容分别对2006~2013年间的文献进行分类浅析,总结了近7年废旧家电逆向物流领域的研究成果及有待完善之处,并指出了未来有关废旧家电逆向物流体系的新方向。

2 理论上的新探索

文章参照近年来在废旧家电逆向物流领域的文献,将文献的研究内容划分为三大模块:(1)逆向物流模式的选择;(2)逆向物流网络结构的设计与优化;(3)逆向物流参与者的关系。

2.1 逆向物流模式的选择。我国近3年来涌现了大量对逆向物流模式的选择方面的文献,其中胡媛媛(2007)拟出了一套评价指标体系,用层次分析法对企业EOL产品逆向物流模式的选择进行方案决择,并运用案例给予了实证分析[1]。孙绍林(2008)在此基础上对企业自建逆向物流、联合经营逆向物流和外包经营逆向物流这三种运营模式进行了深入分析与探讨[2]。徐正林(2009)建设性的提出了废旧家电逆向物流网络模式,对网络模式特点、构建障碍和处理决策进行了更进一步地探讨[3]。蓝英(2009)则通过分析网络的构建障碍,指出我国废旧家电管理的瓶颈是消费者参与程度不够[4],采取定性与定量相结合的研究方法,对消费者参与及回收模式进行了系统的研究。

不难看出,对三种逆向物流模式的比较下,第三方逆向物流模式相比其他的逆向物流模式而言,它能利用固有设施为不同的企业提供专业化的逆向物流服务,使得不同的企业可共用一个逆向物流网络,无论是在逆向物流网络减少固定投资,还是在实施逆向物流活动中产生协同效应,能大大地减少了逆向物流所产生的社会成本,比其他逆向物流服务模式更能实现“环保、节能”的双重目标。因此,第三方逆向物流模式将是企业发展逆向物流的必然趋势。

2.2 逆向物流网络结构的设计与优化。王发鸿和达庆利(2007)一句各方利益分配的政策倾斜方向不同,构建了适合我国国情并高效运作的逆向物流网络[5]。秦小辉(2010)考虑到直接再利用、修理、再生、再制造、无害处理等回收处理方式,重新设计了独立型的废旧家电逆向物流网络,该网络由消费区域、回收站、回收处理中心及最终处置组成[6]。但秦小辉在研究中仅仅考虑了回收量的不确定性因素,而在该网络中还存在着大量的不确定因素,如回收产品的时间、运输费率、可直接利用率、可维修率、可再制造率、产出品(原材料及可销售产品)的销售价格等。刘枚莲、李慧兰、邱建伟(2011)针对上述的不确定因素构建了一个基于模糊规划的逆向物流网络结构模型,把模糊机会约束清晰化,从而将模糊规划模型转化为确定性规划模型[7]。因此,后续研究需要考虑废旧产品回收数量的不确定性、产品和再制造产品的需求及价格差别等情况,进一步完善对网络优化模型的设计。

2.3 逆向物流参与者的关系。孙军丽(2007)站在我国国情的角度上,确认了家电回收过程中的参与主体,并对他们各自的责任、义务进行了详细的规定,指出要通过建立激励机制来保障参与主体对各自责任的履行[8]。张云里(2006)提出了零售商、第三方物流企业和制造商的联合回收模式,但没有分析三者竞争合作关系[9];徐剑(2006)等主要对自营模式、联合经营方式、外包方式从经济、管理、技术等多个角度进行了定性分析,并且分析了逆向物流模式选择流程[10];牛晓冬、张所地、牛晓琴(2011)从政府、企业和市民三个利益主体出发,运用博弈论的理论和方法,对三方在废旧家电回收过程中的利益博弈关系进行分析,建立相应的博弈模型,并对模型的均衡求解进行比较,提出了政府补贴下的专业企业有偿回收废旧家电的新机制[11]。从以上研究中可以看出,不同学者从责任方、回收方、运作方式和管理技术等角度分析了回收的模式,并考虑了政府、企业和消费者的关系。今后的学者应该定位于深入研究逆向物流各参与方或合作方的决策结构、激励因素以及对各方的相应影响。

3 方法上的新突破

3.1 信息处理。王茵(2008)基于规范化的回收渠道,采用数据包络分析(DEA)法对各个回收渠道进行绩效分析,并通过DEA和层次分析法(AHP)相结合的方法对回收渠道进行绩效排序,并总结出回收渠道的选择流程,为回收方的回收渠道选择提供依据[12]。

付玮琼(2011)提出应该由政府去建立一套合理有效的激励机制来推动家电生产企业实施逆向物流。根据委托—理论,设计出信息不对称情况下的单阶段单任务委托—模型。为政府对家电生产企业的激励提供一种有用的分析工具[13]。

我国废旧家电逆向物流在信息处理方面的研究尚浅,并未引起足够的重视,但是一个完整的逆向物流体系是离不开信息网络的强大支持。

3.2 运输。关于我国废旧家电运输策略方面的文献比较成熟,详细见表1。

由于实际情况的复杂性,目前研究学者所建立的模型相对理想化,与实际情况仍存在一些差距,其实在现实中是存在一些比较特殊的约束,例如城市道路的拥挤度、某些特定车辆的可通行性以及速度限制、货物体积约束、高速公路收费所带来的成本影响等,都将是以后值得进一步研究的方向。

3.3 仓储。废旧家电逆向物流关于仓储方面就目前的研究文献而言,主要是集中于研究库存控制、储运问题。库存管理与传统的库存管理方式有着很大的不同,是由废弃电子产品的自身特性所决定的,它不仅要求零售商、批发商能尽可能快地将产品回返到生产商,还要求生产商及时,迅速地恢复其价值,因此库存系统应该含有多个再制造周期的库存系统构建而成的。

范文姬、汝宜红、王雅璨(2009)研究了包含供应商、制造商、销售商和回收商的再制造循环物流系统的库存协调问题,提出了一个多层库存模型[22]。黄祖庆和达庆利(2010)研究了废弃物品可直接再利用的库存控制策略模型,在需求与退货均服从泊松分布的前提下提出了一个最优订货模型[23]。该模型是在充分考虑多个制造期和再制造期的情况下对每个主体的库存相关成本及总利润所进行了较完整的分析。

在废弃电子产品逆向物流库存和生产管理方面,我国学者在经典模型方面还未做深入的阐述和研究。关于最优模型的算法,学者主要是集中对利益相关者之间的关系模型,最优库存策略等这几方面做了探讨和研究。这在一定程度上对逆向物流库存和生产管理方面的研究奠定了坚实的基础。但是需要指出的是,在实际的案例和操作上还研究不透彻,如库存对网络设计的影响方面。而当前研究仅考虑了回收品的单位库存成本,对于库存的作用(风险共享,延期交货)等方面的内容却被忽视了,这些都将是需要进一步完善的。

3.4 再制造、再循环。张自荣(2008)基于对我国企业构建有效的再制造物流网络主要途径的研究分析,提出了一个整合正向物流和逆向物流的集成制造和再制造物流网络布局优化模型[24]。高伟(2011)也考虑了正向物流和逆向物流的相互影响,针对闭环供应链下的再制造逆向物流网络这种具体的网络结构建立了一个逆向物流网络设施选址模型,对生产制造厂、再制造中心和中转中心进行选址[25],相比较而言,高伟所建模型的目标函数是使整个物流活动的总成本最低,且考虑的因素更加全面。狄卫民、马祖军、胡培(2009)建立了多周期、有能力限制、反映资金时间价值、正逆向物流集成运作的物流网络优化设计的混合整数非线性规划模型,以确定制造/再制造混合系统中不同周期的各种物流设施的运营位置、数量及其相应的物流量分配[26]。刘赞、徐滨士、史佩京、刘渤海(2011)则针对再制造逆向回收网络高度的不确定性,采用随机模拟方法,建立一个基于最小成本回收中心随机选址问题的模型[27]。

4 城市案例的新应用

上海:王喜(2007)在模糊综合评判模型、改进的多区位选址模型、多因素综合评判模型的支持下,设计了上海市电子废弃物回收网络体系建设的“1442”模式:即一个乡镇(或街道)建一个回收站;分别在上海市的西北、南部、东部和崇明各建设一个存储站和拆解/检测中心(共4个存储站和4个拆解/检测中心),对电子废弃物进行存储、拆解和检测;分别在西部和东南部各建一个处理厂(共2个),处理全市需要处理的电子废弃物[28]。

哈尔滨:李艳(2011)通过调查找出哈尔滨市废旧家电的形成原因和哈尔滨市百户居民耐用品家电保有量,找出哈尔滨市废旧家电的回收渠道、回收价格、回收方式及回收体系的不足。并基于逆向物流提出哈尔滨市废旧冰箱回收体系的构建[29]。

广西:张峰、刘枚莲(2012)基于电子废弃物回收的相关理论,对三种常见的回收模式的利润进行建模分析,并以广西电子废弃物的回收为例,计算回收方与第三方的利润分配组成,以此建立起回收方和第三方的博弈模型[30]。但其所建立的模型和博弈论分析仍有其局限性,决策者需根据实际情况,从宏观因素和微观因素等多方面对企业所面临的问题进行分析,以此选择最佳的逆向物流回收模式。

青岛:张利(2006)提出构建青岛市废旧电子产品回收处理体系的具体对策及建议。结合青岛实际,提出实现贴补制度前建立青岛市废旧家电及电子回收处理体系的两个基本框架方案,其中主要介绍了特许经营项目下的商业特许经营废旧电子产品回收体系。但是并未涉及回收资金在回收处理系统各个阶段如何进行分配、管理等问题[31]。

北京:张继(2011)从废旧家电回收物流网络规划原则、回收物流网络结构、各网络设施功能以及运营管理思路方面对北京市废旧家电回收物流网络进行总体规划设计[32]。

5 立法上的新进程

为推动我国废旧家电回收处理的开展,促进资源再利用及可持续发展,我国相继出台了《能源节约与资源综合利用“十五”规划》[33]、《环保产业发展“十五”规划》、《电子信息产品污染控制管理办法》(2007年3月1日起实施)、《电子废物污染环境防治管理办法》(2008年2月1日起实施)、《家用和类似用途电器的安全使用年限和再生利用通则》、(《家用电器安全使用年限细则》(2008年5月1日起实施)和《废弃电子产品回收处理管理条例》(2011年1月1日起实施),这些政策法规在规范电子产品生产者的废品回收行为、实现有毒害物质在电子产品中的替代或减量化,在保护环境、节约资源等方面都能起到积极作用,同时在最新实施的条例[34]中也鼓励家电产品生产者自行或委托销售者、维修机构、售后服务机构、废弃家电回收经营者回收废弃家电产品,同时要求,回收的废弃家电应当由有资格的专业处理企业处理。

6 总 结

我国废旧家电逆向物流体系正在日趋发展与成熟,尽管在废弃电子产品逆向物流网络设计规划方面的理论研究比较成熟,但是库存对逆向物流网络结构效率、对构建的数学模型以及定量评价系统结构特征对其绩效的影响等方面仍有待进一步完善,在信息处理方面也应该给予高度的重视。希望后来的学者能立足我国国情,通过不断地发展与完善,推荐我国构建一套行之有效的旧家电逆向物流体系。

参考文献:

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[2] 孙绍林. 电子产品逆向物流运营模式研究[J]. 物流工程,2008(1):88-90.

[3] 徐正林. 我国电子电器产品逆向物流回收网络模式研究[D]. 青岛:中国海洋大学(硕士学位论文),2009.

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[5] 王发鸿,达庆利. 电子类产品逆向物流网络结构设计[J]. 东南大学学报(哲学社会科学版),2007,9(1):34-37.

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[10] 徐剑. 废旧电子产品逆向物流模式的选择[J]. 物流技术与应用,2006(3):76-79.

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[32] 张继. 北京市废旧家电回收物流网络规划研究[D]. 北京:北京交通大学(硕士学位论文),2011.

第4篇:分子生物学研究方向范文

靶向制剂的概念起源于诺贝尔医学奖获得者德国科学家PaulEhrlich提出的“神奇子弹”(magicbul-let),近二十年来,脂质体阿霉素等药物载体制剂的上市,把肿瘤的药物治疗带入了“分子靶向药物”时代。药剂学也从传统的工业药剂学,发展到了新型的分子药剂学领域。通常根据靶向制剂在体内的靶标不同,将靶向方式分为:一级靶向(作用于特定器官和组织)、二级靶向(作用于特定细胞)和三级靶向(作用于细胞内特定部位和细胞器)。三级靶向主要是新型分子药剂学的研究领域,细胞生物学(Cellbi-ology)的学科基础有助于分子药剂学的深入发展。线粒体是真核细胞中由双层高度特化的单位膜围成的细胞器。主要功能是通过氧化磷酸化作用合成ATP,为细胞各种生理活动提供能量,是细胞生长的能量工厂。已有学者研究以线粒体为靶点的新型药物传递系统,通过作用于细胞内的线粒体,促进癌细胞的凋亡及坏死,起到靶向治疗肿瘤的目的[8]。干细胞(Stemcells)是一类具有自我复制能力的多潜能细胞,在一定条件下,它可以分化成多种功能细胞。肿瘤干细胞对肿瘤的存活、增殖、转移及复发有着重要作用。从本质上讲,肿瘤干细胞通过自我更新和无限增殖维持着肿瘤细胞群的生命力,肿瘤干细胞的运动和迁徙能力又使肿瘤细胞的转移成为可能。已报道通过脂质体及其靶向修饰技术,可以靶向传递抗癌药物至肿瘤干细胞[9]。细胞内涵体逃逸(osomalescape)是一些药物发挥效应的必经过程。采用制剂技术来加强这些药物的内涵体逃逸是药剂学前沿的研究热点。如在RNA传递实际应用中,必须克服递送后RNA被内涵体包埋这一问题。一些研究运用内涵体溶解肽、化学内涵体溶解剂和光诱导内涵体逃逸的策略来解决这一问题[10]。此外,将细胞穿透肽(CPP)-药物复合物靶向递送到特定器官、肿瘤、病毒感染细胞的方法对于实际治疗应用也是必要的。近年来在这方面已有很大进展,尤其是通过非共价结合形成药物CPP复合物[11]。纳米技术已经在药剂新技术中具有重要位置。由此产生的纳米药物具有增加难溶性药物溶解度、吸收和生物利用度的优势。新型的纳米材料已经用于改善疾病的诊断和治疗,通过有效传递药物、生物大分子和成像剂到靶部位的细胞。这种诊断性和治疗性的药物也叫纳米药物(Nanomedicine)。这需要部位特异性的细胞传递以及随后亚细胞的定位。探究纳米药物进入细胞的路径对于纳米药物的开发十分重要。纳米药物可以通过很多通路进入细胞,但目前并未完全清楚。纳米药物可以通过网格蛋白介导、小窝蛋白介导、内涵体通路、溶酶体通路或巨胞饮方式进入细胞[12]。

2材料学

与药剂学相关的材料学(Materials)包括药用高分子材料学、晶体材料学、生物材料学等。以高分子聚合物为基础的聚合物前药已经有二十年以上的发展历史,高分子聚合物以聚乙二醇、N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺(HPMA)、聚谷氨酸等最为常用[13]。聚合物前药用于肿瘤治疗主要基于肿瘤部位的EPR效应(加强穿透和滞留效应),一般认为分子量大于20000的聚合物EPR效应最为明显。聚合物前药载药量也从5%~10%发展到30%以上,聚合物前药在溶液中可以形成0~20nm左右的纳米粒子,因此该类药物也是纳米药物的一种。聚合物前药通常以酯键、酰胺键、二硫键等相连,此外,也出现了温度敏感、pH敏感、酶敏感的连接键类型。这些类型进一步丰富聚合物前药的发展方向和内容。目前,该类药物还没有上市品种,最接近上市的是聚谷氨酸-紫杉醇前药,进入了Ⅲ期临床。很多聚合物前药因为药效降低及非靶器官的副作用终止于Ⅱ期临床[14-15]。这类药物还需进行大量和深入的研究才有可能在商品化上有所突破。难溶性药物增溶及生物利用度的改善一直是药剂学研究的热点。难溶性药物绝大多数是晶体药物,药物溶解需要克服晶格能,从规律排列的点阵中解脱出来。无定型药物(Amorphous)可以增加难溶性药物溶解度和溶出度,主要是由于其中药物的无序排列,需要克服更少能力即能溶解。但无定型状态是不稳定的,在溶液中,溶解的药物趋向于结晶(Crystalli-zation),在溶液中可以形成超饱和的状态(Supersatu-rablestate)[16]。无定型形式也是药物多晶型中的一种。晶体材料学的学科理论有助于认识和理解无定型药物的特征,指导无定型药物的设计。对超饱和状态对结晶规律的深刻认识有助于无定型药物的设计。很多研究发现[17],采用羟丙基甲基纤维素(HPMC)可以扩展超饱和状态,并可以抑制结晶的产生及生长。聚合物的类型和浓度在抑制超饱和状态下的药物结晶程度是不同的。结晶类型也分表面结晶、大块结晶、边缘结晶等。普渡大学的Taylor教授课题组[17]和威斯康星大学的YuLian教授课题组[18]是两个知名的课题组,在此领域进行了深入和细致的研究。生物材料已经广泛用作药物传递系统的载体材料。生物材料学理论基础有助于设计具有体内靶向性的药物控释系统。生物材料用于人体组织和器官的诊断、修复或增进其功能的一类高技术材料,即用于取代、修复活组织的天然或人造材料,其作用药物不可替代。生物材料能执行、增进或替换因疾病、损伤等失去的某种功能,而不能恢复缺陷部位。药物缓释支架(DES)就是很有代表性的生物材料[19]。给金属裸支架穿上一层化疗药物的“外衣”,如紫杉醇、丝裂霉素等,可以降低再狭窄的发生,称之为药物缓释支架。缓释支架是一种崭新的药物控制释放系统,给组织、器官损伤的治疗带来了新的希望,也有很多此类的基础研究[20]。美国食品与药品监督管理局(FDA)于2003年批准了DES应用于临床冠状动脉治疗之中,至今已应用非常广泛,欧美国家、新加坡、日本等药物支架的使用率在30%以内,在我国一些大医院,药物支架的使用率达到60%~90%,个别医院甚至高达100%。

3分子影像学

分子影像学(Molecularimaging)是随着分子生物学的发展而逐渐出现并发展起来的,影像技术最早是分子生物学的研究方法之一,随着技术手段的逐渐完备和多样化,形成了自身的科学规律,进而成为分子生物学的一个分支学科。分子影像学是运用影像学手段显示组织水平、细胞和亚细胞水平的特定分子,反映活体状态下分子水平变化,对其生物学行为在影像方面进行定性和定量研究的科学。在诊断方面,通过对肿瘤发生过程中的关键标记分子进行成像,可在活体内直接观察到疾病起因、发生、发展等一系列的病理生理变化和特征,而不仅仅显示疾病末期的解剖改变。在药物治疗方面,观察药物作用过程中一些关键的标记分子有没有改变,即可推论这种治疗有无效用;在药物开发方面,通过设计特异性探针,直接在体内显示药物治疗靶点的分子改变,通过建立高能量的影像学分析系统,可大大加快药物的筛选和开发[21]。药剂学中,新型药物传递系统的体内靶向性研究、体外摄取研究、细胞定位、细胞内吞机制研究等领域常运用分子影像学的手段。人们选择有荧光吸收的药物(如阿霉素或柔红霉素)作为模型分子,对其载药系统的细胞水平吸收与定位进行深入研究[8]。靶向释药系统的靶向性验证通常采用近红外染料或放射性核素,利用活体成像技术进行组织分布研究[22],这种研究大大缩短了研究周期,使体内过程更加直观和生动,这也是分子影像技术用于药剂学研发的成功体现。

第5篇:分子生物学研究方向范文

关键词 生物;新课标教材;科学家访谈

在人民教育出版社出版编著的普通高中课程标准实验教科书《生物》中,3册必修教材中都分别编写了“科学家访谈”的教学内容,都是以“科学家访谈”为3个模块的开篇,这是对传统教科书的绪论(或前言)的突破,学什么,为什么学,怎样学,尽在其中。这是人教版教材在编写上的一次创新,也是新课标教材中的一个亮点,阐明了3位科学家在生命科学领域研究中取得的巨大成就,是见人,见事,见精神;有知识,有过程,有殷殷的嘱托。本文对必修模块“分子与细胞”中“探索生物大分子的奥秘”、“遗传与进化”中“我赞叹生命的美丽”、“稳态与环境”中“生物与环境是一个统一的整体”的教材特点以及教学要点进行解读,提供给广大读者。

1 教材特点分析

分别对来自同一生命领域的3位科学家进行采访,在被采访的3位科学家中,以一问一答的形式出现在教材中,并配有3位科学家的彩色照片和研究成果。在“我最想对高中生说的话”内容中,都有3位科学家的亲笔签名,反映了教材内容全部是真实的,提高了教学内容的可信度,也是我国3位科学家在生命领域的重大研究成果的真实写照。这3位科学家在研究领略中的闪光点,就成为教材编著的切入点,这是3册必修教材在编写上的共同特点。

1.1 访谈Ⅰ:探索生物大分子的奥秘

该访谈与必修模块“分子与细胞”联系,体现了科学家的研究内容与本模块的教学内容正相关。以“我发现许多生命科学的问题,都要到细胞中寻找答案,而对细胞生命活动规律的阐明,又必须建立在阐明生物大分子结构和功能的基础上”,而切入本模块的主题“分子与细胞”,也揭示了生命科学的微观发展方向(分子水平)。邹院士的工作与生物大分子蛋白质有关,蛋白质是生物体特有的生物大分子,人工合成蛋白质分子是在世界上没有先例的,如果研究成功,则会打破生物界与非生物界的严格界线。邹院士是这项工作的主要参与者,高难度的课题在1958年确定。该课题是世界上史无前例的,又具有挑战性和吸引力的工作,在经历了6年极不平凡的岁月,在实验条件差、设备简陋的情况下,取得了一鸣惊人的科学成就,真是功夫不付有心人。我国在1965年向世界宣布,我国科学家在世界上首次人工合成具有生物活性的结晶的牛胰岛素(含有51个氨基酸的蛋白质分子),这标志着我国对生命科学的研究进入了分子水平,也是探索生命起源的重大发现,也标志着我国分子水平的研究进入了一个新的里程碑意义的阶段。邹院士在科学研究中锲而不舍的精神,是现实生活中尤其是学习中值得深思的,为今后的学习和生活及工作树立了榜样。

1.2 访谈Ⅱ:我赞叹生命的美丽

该访谈与必修模块“遗传与进化”联系,体现了科学家研究的内容与本模块的教学内容正相关。同样揭示了生命科学在遗传上的研究属于分子水平,生命与生命的连接点是简洁的,就是有DNA和基因。DNA是存在于生物体内的另一种高分子化合物。生物的遗传,俯拾皆是的生物现象,其中的奥秘都隐藏至深,人类对它的探索之路充满无数的艰难和曲折,而却又那么精彩绝伦,它的奥秘就在DNA上。科学家杨焕明认为:“世界上最美最美的就是生命,我们人类自己也是生命,对于生命的赞美早已融入各国、各民族的文化。”他是研究基因的科学家之一,被《科学美国人》杂志评为2002年度科研领头人,在举世瞩目的“人类基因组计划”的研究中,他成为国际“人类基因组计划”中国协调人。中国承担“人类基因组计划”1%的测序任务,是唯一的发展中国家参与的世界性的科研项目,同时也表明了我国的科学技术跻身于世界先进水平,科学技术具有强大的实力和竞争力,完全显示了我国在世界上的科技地位,也是中国人值得骄傲和自豪的。

1.3 访谈Ⅲ:生物与环境是一个统一的整体

该访谈与必修模块“稳态与环境“相联系,与教学内容正相关。生命科学除了向微观方向(分子水平)发展,还向宏观方向(生态学)发展,科学家孙儒泳院士是生态学方面研究的一位杰出的科学家,长期的科学研究结晶都汇集在《动物生态学原理》一书中,该书是高等学校生态学方面的权威教材。访谈中,谈到他在儿童时期、前苏联留学期间、教学方面、科研方面等鲜为人知的故事,体现了院士一生对生态学方面的研究和执著追求。这位老人在谈到生态学方面要解决人类目前遇到生态学方面的难题时,一针见血地指出人口剧增、环境污染、资源枯竭对可持续发展和人类生存及发展空间所带来的威胁,影响人类与自然和谐发展等方面的课题,还需要得到进一步的研究和解决,这是科学家对年青一代的厚望。

2 重点难点分析

在“科学家访谈”这一教学内容中,没有较高的知识层次要求,让青少年学生了解3位科学家的科研成就及对人类的贡献为教学重点;如何让学生理解科学家的科学精神,以及如何树立科学态度,如何教会学生面对当今的社会环境,做一个对社会有责任感又有紧迫感的年青一代,体验科学家是一个平凡的人,却在不同的研究方面做出不平凡的业绩,青少年学生在今后的学习、生活、工作中将会得到什么样的启迪,这就成为教学的难点。这对教师的教学提出更高的要求,要解决这方面的问题,必须要因人施教,针对学生的实际情况来组织教学。

3 教学方法确定

透过科学家的工作、学习、生活,体验科学家的成就,学习科学家一丝不苟的科学精神,记住3位科学家的忠告:“说话老实,做老实人,办老实事”;“生命是美丽的,探索生命的奥秘一定会使我们的人生更美好,也将使世界更美好”;“韶光易逝,劝君惜取少年时”。这些教诲催赶学生走上探索生命科学的征程,学会做人,学会做事,热爱生命科学,是本内容编排在最前面的目的所在。教材以不同的方位和视角,展示了科学家精彩的人生、精彩的科研旅程和精彩的成就,一问一答的模式,带着问题学习、带着问题探究,是与3册必修模块编排模式一脉相承的。

从3位科学家经历的人生轨迹来看,他们是我国自然科学领域中杰出的代表。事实上,我国还有很多这样的生命科学家,如世界著名的杂交水稻之父袁隆平。我国还有许多遗传学家、植物学家等,这些老一辈的科学家创造了过去的辉煌,为人类作出了贡献,启迪年青一代立志为生命科学的发展、为人类的幸福,继承发扬今天的成就,再创明天的辉煌。

第6篇:分子生物学研究方向范文

1光镊基本原理

光是一种电磁波,在与物质相互作用时不仅会发生能量的传递,也会发生动量的传递,也就是说光会对该物质施加一定的力,即产生光的力学效应。1970年,A.Ashkin首次提出光辐射压力(光压)可以操纵微小微粒[14]。1986年,A.Ashkin和Chu等实验发现,只需要一束高度聚集的激光,就可形成稳定的三维光学势阱以稳定俘获微粒[15],由于只使用了一束激光,所以称之为单光束梯度力光阱,简称光镊。光镊是基于光的辐射力建立的。如图2所示,在折射率为n2的介质中存在一个折射率为n1的微粒(n1>n2),当一束带有动量P1的激光穿过该微粒时,经两次折射后,激光的动量变为P2。根据动量守恒定律,微粒将产生与激光的动量变化大小相等、方向相反的动量,即Δp。由动量与冲量的关系和牛顿第二定律可知,微粒会受到一等于动量变化率的作用力,因此,当我们采用高数值孔径(NA>1)[15]的物镜将激光聚焦到一个焦点f(捕获中心)时,不论微粒上、下、左、右、前、后偏离激光焦点f,微粒都会受到一个指向焦点的作用力。这个焦点就如同一个“陷阱”可以捕获该微粒,因此在光镊实验中,我们通过调节激光的位置就可以像一把无形的“镊子”达到操控微粒的目的。同时,微粒偏离捕获中心的距离和其受到的回复力成正比[16],这决定了光镊对微粒的操控不是刚性的,而是类似于“弹簧”,并符合胡克定律F=–kΔx。其中,F是拉力,k是光镊的刚度系数(stiffness),Δx是微粒偏离激光中心的位移。通过微粒产生位移和激光的刚度系数即可计算出拉力F。因此,在操作过程中,我们可以通过实时测量微粒的位移得到微粒间的相互作用力,从而得到与微粒相连的生物分子上所受的作用力。

2光镊实验设计

光镊技术的实验环境一般为接近于生理环境的水溶液,可减少对样品的损伤,同时实现在生物分子具有生理活性的条件下实时监测分子动态行为的目的。此外,如何对样品进行处理是光镊实验设计中的另一个关键问题。由于生物分子,例如DNA、蛋白质等,往往在几纳米到几十纳米之间,光镊的刚度一般不能稳定地捕获和操控生物分子,因此需要借助一个表面修饰的微米量级的小球(微球)作为“手柄”,将生物样品通过化学偶联黏附在微球上,通过直接操控微球达到间接操控生物分子的目的[17]。生物大分子尤其是蛋白分子,通常尺寸较小,因此会在生物分子的一端或两端通过化学方法交联上一段或两段DNAHandle[18],使得生物分子两侧的微球间有足够的空间距离,方便对单个生物分子进行力的测量并且减少微球间不必要的相互作用;选用的DNAHandle分子长度一般大于500bp[8]。图2是双光镊技术研究生物样品的经典单分子实验体系[19]示意图(以DNAHairpin为例),两个聚苯乙烯小球表面分别免疫修饰了Streptavidin和anti-Digoxigenin,DNAHairpin一端被标记biotin与Streptavidin修饰的微球相连,另一端则通过巯基与DNAHandle共价交联;DNAHandle则通过Digoxigenin与修饰anti-Digoxi-genin的微球相连。因此,当我们利用两束激光分别捕获两个微球时,就可以对微球间的conjugates进行操作,通过移动光阱的位置,微球间的距离和力都会发生改变,我们通过测量这些数据就可以得到相关的动力学信息。

3光镊技术在生命科学中的应用

近年来,基于光镊技术的应用研究,证实了该技术独到的应用价值。光镊的应用基本分为四类,即光镊与细胞生物学、光镊与单分子生物学、光镊与软物质胶体科学和光镊与物理学四个领域。在这些领域中,科学家们利用光镊技术解决了许多重要的科学问题。结合我们实验室的研究方向,我们将主要对光镊在单分子生物学的应用加以介绍。光镊亚纳米级的空间分辨率和飞牛顿的力分辨率使其在研究一些生物大分子(如DNA/RNA双链特性[20-22]、分子马达的分子机制和生物学功能[17,23-24]、蛋白质折叠[25-27]以及染色质重塑[28]等)的动态运动细节(中间态、能量、折叠速率、作用力、距离等)方面成为一项不可或缺的单分子技术,并展示出巨大的发展前景。以下我们将对一些代表性的研究成果进行简要介绍。

3.1研究DNA力学性质

现代生物学中一个最基本的生物学定律就是中心法则:即遗传信息可由DNA流向DNA,完成DNA的自我复制过程;也可由DNA流向RNA再进一步流向蛋白质,完成转录翻译过程。这是构成现代生物学的理论基石,因此,DNA、RNA与蛋白质的特性以及它们之间的相互作用无疑是整个生物学研究的核心。Bustamante等[29]首先利用单分子磁镊技术操纵长约16μm的dsDNA分子,测量了DNA的拉伸特性:在0.1~10pN范围内,DNA的拉伸行为符合蠕虫链模型(worm-likechain,WLC),持久长度为50nm;而当力增加到65pN时,DNA的结构由B型变成S型[30-31];人们用同样的方法研究了ssDNA的力学性质,发现与dsDNA的拉伸曲线截然不同,ssDNA的持久长度仅有1nm。基于这些实验结论,科学家们就可以通过研究蛋白质对DNA拉伸特性的改变来研究DNA相关蛋白(如RNA聚合酶、核糖体、DNA异位酶等)的工作机制。细胞分裂时,DNA会发生凝缩形成高度聚集结构以维持遗传信息的稳定性。之前人们对DNA如何形成核小体结构已经有了一定的认识,但是对更高级的染色体结构形成缺乏了解。Case等[32]利用光镊技术将参与高级染色体结构形成的凝聚蛋白MuK-BEF作为研究对象解析了这一动态凝聚过程。Case等发现,与nakedDNA的力–延伸曲线(force-extensioncurve,FEC)相比,MuKBEF-DNA复合体表现出更大变化率的力–延伸曲线(FEC),并且当拉力达到17pN时,MuKBEF-DNA复合体会经历一个锯齿状振荡的平坦曲线,说明MuKBEF-DNA复合体经历了个别凝聚事件(MuKBEF结合到DNA上时利用“夹子”这种张合的方式来凝聚DNA)。而当力被撤回时,MuKBEF-DNA复合体重新回到原始的凝聚态,Case等根据这一现象提出了MuKBEF复合物凝缩DNA的“夹子”模型,这一研究为DNA凝缩机制的研究提供了重要的科学依据。

3.2研究分子马达的运动机制

生物机体的一切活动,从DNA的复制和转录、细胞分裂、肌肉收缩到细胞内物质转运,最终都归结为分子马达做功的结果。分子马达通过运动可以快速高效地将化学能转化为动能,执行各种生物功能,因此,分子马达的动力学机制成为研究者们关注的焦点。科学家利用光镊观察了分子马达运动过程,发现分子马达是以步进形式运动的,并测量了蛋白的运动步长,证明了单个驱动分子的力和运动速度与ATP浓度相关[17,23,33-34]。这些研究使得光镊成为研究单酶动力学的重要手段,促使科学家利用光镊技术研究表观遗传调控机制,尤其是ATP依赖的染色体重塑复合物的运动机制[35]。基因组DNA通常以染色质的形式存在于细胞中,以维持遗传信息的稳定性。然而很多细胞生命活动(比如基因转录、DNA复制、DNA修复、DNA重组等)的正常进行都需要不同的DNA结合蛋白或者反式作用因子结合到特定的DNA区域(如启动子、增强子等顺式作用元件),进而发挥功能,因此需要染色质重塑蛋白复合物移动、驱逐和重组核小体使得染色质DNA从核小体上暴露出来。目前,光镊研究染色体重塑复合物的工作已经取得了一定的进展。Bustamante实验室利用光镊成功操作单个核小体并研究核小体动态行为,发现在2~3pN的力作用下,核小体上DNA与组蛋白八聚体的相互作用会被打破,而内部DNA与组蛋白的相互作用被打破则需要20pN以上的力[36]。Zhang等[37]则利用光镊在核小体水平实时监测了RSC复合物的作用,测定了RSC转移速率等动力学参数,证实了RSC是依赖核小体的转移酶。Hall等[38]发现,核小体中DNA-组蛋白相互作用并不是均匀的,在空间上存在约5bp的周期,有3个强的作用区域,其中dyad区域的作用最强,另两个较强的作用区域在离dyad约±40bp处,而核小体的进出端的相互作用较弱,这些强弱不同的相互作用形成了不同的能垒。这些能垒可能对染色体重塑复合物有着重要的影响,因为染色体重塑时可能需要克服核小体上的能垒,这些参数为以后染色体重塑复合物具体工作机制的研究提供了很好的参考。

3.3研究蛋白质折叠的动力学机制

光镊在单分子生物学的另一个重要应用就是研究蛋白质折叠的动力学过程。在蛋白质折叠研究中,人们往往最关心的问题就是一维的氨基酸序列以何种方式折叠而变成稳定的有功能的三维结构的。众所周知,蛋白质的折叠态、去折叠态及错误折叠态在生物体系中都同时存在。这些态与态之间的相互转换和生物体系的功能直接相关,同时也和疾病的形成有着密切的关系[8]。尽管人们已经利用各种传统的生物化学方法对蛋白质反折叠过程进行了几十年的深入研究,但对蛋白质折叠过程中的具体动力学细节仍知之甚少。光镊技术可以对操控单个蛋白分子并实施观测整个折叠和去折叠的动力学过程,因此被越来越多地应用到研究生物物理的精细过程研究。最近,Gao等[26]利用双光镊技术对突触SNARE蛋白的组装机制进行了深入研究。在神经细胞分泌过程中,SNARE蛋白介导突触小泡与突触前膜的融合。SNARE蛋白包括定位在靶细胞膜上的t-SNARE(syntaxin和SNAP-25)和囊泡膜上的v-SNARE,只有当t-SNARE和v-SNARE通过组装形成“拉链式”复合物时才能驱动膜融合。尽管过去的二十年已经做了大量研究,但是“拉链式”假说、装配中间体、动力学和能量仍然不明。Gao等通过实时观测单个SNARE复合体的组装/去组装过程,发现了SNARE复合体的“拉链式”结构和关键的“半拉链式”装配中间体(t-SNARE和v-SNARE部分折叠到“离子层”),提出了一种效率高的“拉链式”组装模型,即:SNARE复合体N末端的“拉链式”组装是缓慢的,从而SNARE装配中间体可以充当调节蛋白(如Munc18和Complexin)的结合平台,然后在调节模式下,进一步稳定地装配中间体快速及强有力地进行“拉链式”组装直到C末端,最终在跨膜区驱动膜融合。此外,Zhang实验室还研究了SNARE突变体、Munc18和Complexin对SNARE组装/去组装动力学过程的影响[39]。该研究成果从分子水平上加深了人们对神经分泌过程中SNARE蛋白复合体驱动融合机制的深入了解,同时为我们探索更多疾病相关性蛋白的动力学机制提供了很好的模式基础,相信我们可以通过光镊技术从生物物理层面解释某些蛋白与疾病形成的关联,为开发抗癌药物提供更精确的结构水平的信息。

4光镊与其他技术相结合

以上关于光镊技术应用在生命科学领域的研究仅仅是冰山一角,但已经向我们展示了光镊在单分子水平研究生物大分子动力学的优越性,它的应用极大地推动了生命科学尤其是生物物理学的发展,加速了人们从单分子水平解析DNA、蛋白质以及各种酶反应的动力学过程。然而每项实验技术都有其一定的局限性,这就需要相关技术手段结合,克服彼此的劣势,达到最理想的功效。光镊也常常与其他光学技术相结合,成为性能更优越的技术手段。

4.1光镊与smFRET技术结合

生物大分子尤其是蛋白质往往是三维结构,但目前光镊仅能在一维空间研究它们结构动力学(沿光阱移动方向),存在一定的局限性。例如,马达蛋白沿底物移动时会经历复杂的分子内构象改变,超高分辨率光镊仅能研究马达蛋白沿底物移动的步长等动力学信息,而无法获知蛋白的具体构象变化过程。smFRET技术即单分子荧光共振能量转移检测技术,则可通过给生物分子的不同结构域,或者相互作用的分子,比如受体与配体上分别标记donor和acceptor的染料分子,实时地观测分子构象的变化过程,但其空间分辨率不高。因此,为实现在亚纳米级的空间尺度上研究生物分子构象变化的目的,科学家们采用交错分时的方法(interlacingandtimesharingmethod)将smFRET与光镊技术相结合,并利用ssDNA与其互补序列的杂交过程证明了该方法的可行性[40]。相信随着这种整合仪器设备的进一步完善,科学工作者将会通过荧光信号和成像技术在单分子、亚纳米级空间尺度上多角度监测生物分子的构象改变,尤其是一些蛋白复合物和大分子机器,得到更多的动力学信息。

4.2光镊与拉曼光谱结合

当一束单色光通过振动的分子时会发生非弹性散射,入射光的能量变化与分子内部分子键(molecularbond)的振动能量相一致,收集分子对入射光的拉曼散射光谱,就可以判断分子的生物化学组成[41]。传统共聚焦显微拉曼光谱的后向散射横切面很小,散射强度十分微弱,因此所得到的拉曼信号很弱,同时拉曼光谱探测技术通常使用化学修饰将研究对象固定在机制上,这种配置非常不利于生物分子维持其天然的生理状态,也不利于背景噪声的去除。而结合光镊技术的激光光镊拉曼光谱系统(lasertweezersRamanspectroscopy,LTRS)则可以利用激光形成的光阱捕获生物分子,实现在溶液中将其固定并同时得到光谱信号的目的,保证了生物分子天然的微环境,大大提升了光谱的信噪比[41]。近年来,激光光镊拉曼光谱系统已广泛应用于不同细胞类型的分选[42]、细菌孢子[43]、囊泡等研究。不同于荧光技术,拉曼光谱的非弹性散射使其避开了光学漂白,可以实现实时、连续监测单细胞的动态过程。Moritz等[44-45]利用激光光镊拉曼光谱控制单个大肠杆菌细胞,研究其对抗菌药物的敏感性。首先在无药状态下测定大肠杆菌在生长周期的不同阶段与DNA、RNA及蛋白质相关的不同拉曼振动谱带,然后在加药(盘尼西林/链霉素、头孢唑林)状态下测定729cm–1、1245cm–1和1660cm–1的光谱谱带并与无药状态下的拉曼光谱相比较,发现大肠杆菌对头孢唑林更加敏感。激光光镊拉曼技术无需样品预处理,对样品无损害,是临床研究一个很好的切入点,相信随着该技术的进一步发展,其在细胞分选、癌细胞检测及细胞动力学单细胞水平研究上会越来越有发展空间。

5发展前景及展望

第7篇:分子生物学研究方向范文

关键词:物理;能力;培养;探析

1.培养学生将研究的物理系统理想化的能力

学习物理知识,首先要学会观察物理现象,但如果仅仅是观察,而不能抓住现象背后隐藏的事实本质,就无法弄清错综复杂的现象发生的规律,或被假象迷惑。因此,将复杂的系统转为相应的理想化模型,是研究现象及其规律不可忽视的重要环节。

建立理想模型,就是在学习、研究中忽略与所研究的“目标”无关的“枝节”,只考虑相关的过程。不过,模型毕竟是“一种理想化”,虽然有着鲜明的代表性,但必然受到近似性的限制,不是每件事物用模型去说明都能得到成功。模型建立与进一步修正和完善,就是培养学生不断深入学习、研究的过程,培养学生将考虑的问题“理想化”的过程。

2.培养学生从计算结果分析问题的能力

(1)进行数前符号分析的能力。物理学不但要学习抽象的理论,还常常要通过计算,计算的结果往往会有不同的物理意义。比如在计算力的大小时,出现负值,其“负号”并非纯数学中的“负号”,而代表了力的方向与规定的方向(正方向)相反;在计算位移时,出现负号,表示物体运动的方向与物体出发时初速度的方向相反等等。

(2)进行数的大小分析的能力。当我们在计算中出现质量为负值时,肯定运算过程或运算角度有误;当计算普朗克常数h0时,量子物理的问题近似成经典物理问题;当计算的压强p0时,气体的性质和规律十分接近理想气体的性质和规律……

(3)进行数量级分析的能力。从数量级的变化可以研究系统的物理性质及其规律的变化。例如,在原子物理中,研究碱金属光谱时,发现各谱线系中都出现了双线结构,为了弄清楚形成原因,人们依据电子存在自旋的假设和相关理论,对电子轨道运动激发的磁场与自旋磁矩相互作用产生的附加能量进行数量级的估计,结果是:这个附加能量应在-1015ev左右,而这正是实验所观测到分裂的数量级,从而使人们断定了电子自旋的存在,明白了引起谱线分裂的原因是:“自旋―轨道”相互作用。

3.培养学生“科学猜想”的能力

“科学猜想”对于培养探新与创造的精神有着特殊的作用。这种方法在物理学的形成和发展中有着大量的实例。例如伽利略通过研究小球在斜面上的运动,“猜想”出自由落体与光滑平面上小球的运动规律;法拉第在“电流周围存在磁场”的基础上,“猜想”出变化磁场周围存在电场,并在实验的基础上建立起电磁感应定律。

4.培养学生观察、分析、推理能力

(1)从生活中走向物理,端正学习态度。要有意识地培养学生关注实际生活和科技发展。在教学过程中一定要注意让学生多渠道、多方面地去吸收和了解有关信息,尽量多地去了解科学事件以及科技的发展方向,教师还可以通过网络等工具找到一些专题性的科普资料,并且上课的时候提供给学生,比如航天技术、交通安全等,从而培养学生从生活当中发现物理问题的能力,以及通过学习到的物理知识分析问题、解决问题的能力,这样能够树立他们对“物理好学、学好物理”的信心。

(2)合理采取措施,改变学习方式要提倡学生学习多样化。在高中阶段,让学生学习钻研课本、自己动手查阅、收集资料,开拓途径获得各种相关信息。向学生强调作业形式的多样化,并给予一些学生感兴趣的现象或话题,让他们课后相互讨论,共同通过网络等途径查阅相关信息。物理老师应该尽自己最大的努力提供给学生各种各样的学习信息,比如和物理学习有关的网址、参考文献以及各种科普刊物等。

(3)让学生在探究中学会推理和分析。高中物理研究性学习活动的开展,既要考虑学生的兴趣爱好、学科基础和学校的研究条件,又要考虑学生的发展问题。物理老师所选择的课题难度不能太深或者是太浅,太浅会让学生丧失学习的兴趣,太深则会打击学生的学习积极性。可遵循以下原则:①从学生的兴趣出发;②选题要小;③选择的问题必须有一定的研究性价值;④注意课题实施的客观条件。

这样,就能培养学生在掌握其概念的时候,学会观察、分析、推理的能力。让学生在自主探索和合作交流的过程中学会推理,学会分析。

参考文献:

[1]杨福家.原子物理学[M].上海:上海科技出版社,1985.

第8篇:分子生物学研究方向范文

关键词:量子点 生物医学 应用

中图分类号:O65 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2016)12(a)-0253-02

量子点技术是20世o70年代末,产生的一种新技术。此后的大约20年的时间里,人们对量子点的研究都主要集中在光电方面。直到1998年,Alivisatos和Nie两个研究小组分别在Science上发表有关量子点作为生物探针的论文。论文首次将量子点应用于活细胞体系研究,两个研究小组解决了量子点与生物大分子偶联的问题及将量子点如何变为水溶性的问题。由此开启量子点应用于生物医学的大门。其后,随着量子点合成技术的不断改进,具有优良光学特性的量子点被合成,科研人员将量子点应用于生物医学的研究也在不断扩展。

1 量子点的基本特性

量子点(QDs)是一种由半导体材料(II-VI族或III-V 族元素)制成的,尺寸在2~20 nm之间的纳米粒子。作为一种新型的半导体纳米材料,与荧光染料相比,量子点具有其独特的光学及理化性质:(1)量子点的发射光谱与量子点的尺寸粒径以及组成成分相关联,即通过改变量子点的尺寸和它的化学组分可以使发射光谱不同;(2)与传统的有机荧光染料相比,量子点的激发谱较宽,发射谱较窄。因此,可实现一元激发多元发射,即可用于多色标记。而传统的有机荧光染料的激发光波长范围较窄,多种波长的激发光才能激发不同荧光染料。此外,量子点的发射峰窄而对称,且无拖尾现象,不同量子点同时使用时不易出现光谱交叠,更有利于研究工作的开展;(3)量子点光稳定性好,这有利于对标记物体进行长时间的观察;(4)量子点发射光谱与激发光谱几乎不重叠,即有较宽的斯托克斯位移,有利于荧光光谱信号的检测;(5)量子点荧光寿命长。当光激发数纳秒以后,大多数的自发荧光背景已经衰减,而量子点荧光仍然存在,此时即可获得无背景干扰的荧光信号(信噪比高);(6)各种化学修饰之后生物相容性好,可以进行特异性连接,进行生物活体标记和检测。

2 QDs在生物医学中的应用

随着量子点制备技术的不断提高,性能优良的量子点被制成,其应用领域不断扩大。在生物医学方面,它的应用更是涉及多个方向。

2.1 细胞成像

量子点应用于细胞生物学的工作主要有两大类:(1)细胞组织成像;(2)离体活细胞成像。将与生物分子相偶联的量子点代替荧光染料,用于细胞内生物分子检测、肿瘤标记,有着重要的临床意义。在量子点细胞成像实验中,由于量子点色光与粒径大小有关,因此可以进行多色标记,同时观察多种细胞;再则量子点光稳定性好,适于长时间观察,有利于实验中就对细胞的生长、发育、凋亡做详细观察。对肿瘤细胞的标记,从某种意义上来讲,肿瘤标志物变化情况也反应着肿瘤细胞发生和分化程度。若肿瘤药物与量子点相连,靶向肿瘤细胞,还可观察到药物与肿瘤细胞的相互作用情况。因此,利用量子点检测和量化肿瘤标志物有利于肿瘤早期诊断、分类和治疗。

2.2 生物活体成像

量子点在生物标记中的应用的另一个重要部分是用于生物活体成像,即对动物体内的组织或细胞进行标记。其原理:一是量子点可以发出长波长的光,因此可用于生物体深层次示踪和成像;二是利用量子点探针上不同的肽链分子可以识别不同的靶细胞。Larson等将CdSe/ZnS量子点注射到小鼠的尾部静脉,量子点在动物体内的分布情况通过双光子显微镜记录,双光子激发可用于厚标本的成像。量子点相比标准的荧光探剂,具有较高的双光子吸收横切面,并且不容易受到光漂白。因此量子点是用于双光子显微成像很好的标记物。利用双光子显微镜技术Larson透过皮肤将毛细血管成像,并且测量了血流的速度。Ballon等将CdSe/ZnS量子点注射到裸鼠的尾部静脉,量子点在血液中循环,然后沉积在肝、皮肤、骨髓、脾和淋巴结,几个月后,在骨髓和淋巴结仍可观察到量子点。由此看来,量子点技术也面临两方面挑战:其一,量子点在活体中易于聚集,并且可以非特异性地结合于不同的分子和组织中,因而生物相容性有待提高;其二,因为量子点通常是由如硒化镉或硒化铅这些有毒物质制成,因而要考虑其毒性和生物活体中代谢问题。

2.3 生物芯片方面的应用

量子点色光的多样性与对蛋白质、DNA等生物大分子中所蕴涵的“海量”信息进行分析的要求不谋而合。原先因为受到荧光探针性能的限制,通常一次只能将一种或几种标记了荧光探针的蛋白质与芯片作用,并进行检测。这种方法对多个蛋白质的检测要重复多次实验。使用量子点进行标记,可制备一系列粒径不同、组分不同的量子点进行标记,且可以用同一波长激发,其标签数量可以达到“海量”,从而大大提高劳动效率。由此可见,量子点对基因组学和蛋白质组学的研究具有不可小觑的帮助作用。

2.4 在微生物检测领域的应用

将量子点应用于微生物的标记检测是近年来开拓发展的一个新研究领域。已有报道,有的研究小组用量子点对多种细菌同时进行检测,以及对病毒侵染细胞的过程进行实时跟踪。可见,量子点对于建立高灵敏度而稳定的微生物检测方法有着极大的应用前景。

2.5 在药物研发中的应用

近年来对量子点的研究,也延伸到药物传输、筛选和靶向方面。例如,将药物分子与量子点相连,可以长时间的记录和跟踪它们在体内的活动情况,有助于研究药物扩散、吸收以及和细胞相作用的机理。不同药物分子被不同颜色的量子点标记后,可同时研究它们的传输情况和药物间的协同作用情况。再有,药物分子、量子点和靶向分子可以构成靶向治疗癌症的药物传递系统。首先靶分子的引导药物系统进入癌细胞,一旦紫外光照射,其中的量子点发出荧光,引发药物分子释放出来杀死癌细胞。此外在紫外光辐照下,量子点具有光催化作用,其表面将发生光化学反应,产生的活性氧类具有细胞毒性,随即癌细胞被氧化降解,从而达到治疗癌症的目的。有人将中药成分与量子点相连后,将其植入已孵育好癌细胞的培养皿中或种有肿瘤细胞的活体内,观察中药成分对癌细胞的作用过程,以探索中药治疗癌症、肿瘤的疗效。总之,将量子点应用于药物的研发还是一个新兴的课题。

3 展望

通过以上分析可以看出,量子点在生命科学中的应用有它自己的优势,但也面临一些问题,如量子产率的提高、水溶性及生物相容性问题的解决、生物大分子偶联以及其毒性考量等。但相信在科研人员的共同努力下,量子点还将会有更大的应用空间。

参考文献

[1] 许金钩,王尊本.荧光分析法[M].3版.北京:科学出版社,2006.

[2] 何国华,王刚,叶莉华,等.双光子吸收截面的测量方法[J].激光杂志,2003,24(6):4-6.

[3] D.Kobat,M.E.Durst,N.Nishimura et al..Deep tissue multiphoton microscopyusing longer wavelength excitation[J].Optics Express,2009, 17(16):13354-13364.

第9篇:分子生物学研究方向范文

关键词:核酸适体;生物医学;应用

现在我国因为肿瘤死亡人数逐年增加,现在全世界很多医学工作者都在研究肿瘤的治疗方式,但是肿瘤的突破成绩不大。核酸适体是检验肿瘤的一个指标,现在很多科学家都在研究核酸适体,想通过对核酸适体的研究,能提出治疗肿瘤的方式,这是全世界医疗工作者研究的课题,也符合现代人们的需要,老百姓现在谈肿瘤色变。

1基于核酸适体的生物医学诊断

1.1生物大分子检测

现在医学界都在研究基因组学,这是现在重点和热点问题。蛋白质中大生物分析的研究,通过分析与诊断,研究出抗体免疫功能。而核酸适体能够与蛋白质进行特异性结合,在不同温度、不同盐浓度络合剂条件下能够进行特异性变性与复性研究,所以在蛋白质分析检测上的使用越来越受到各方面重视。运用核酸适体能够通过GIC方法实施扩增的特点,增强酶联核酸适体诊断方法的检测精确度,把两种不一样的核酸适体组合到蛋白或蛋白复合体两个相近的结合位置上,两种核酸适体的游离末端通过互补碱基链接起来,最终根据GIC方式实施实时扩增。传统的生物大分子检测技术已经不适合现代社会发展需要,基于核酸适体的生物大分子检测技术是能按要求完成检测的需求,符合现代生物医学的发展需要,也是社会发展对生物医学提出了更高的要求,具有一定的应用价值及研究价值。

1.2肿瘤细胞鉴别分析

肿瘤细胞鉴别分析对研究肿瘤就有一定的意义,肿瘤细胞的鉴别对于肿瘤早期患者有一定的应用价值,肿瘤早期潜伏性很长,对人体的影响不是很大,一般不容易被发觉。但是通过医学肿瘤细胞鉴别分析具有一定意义,可以发现肿瘤细胞的变化,可以及时采取措施,现在的医疗水平是可以控制,让其不发展。现在应用新型核酸适体技术进行鉴别分析,运用一种修饰有核酸适体的吸引力纳米粒子实施靶细胞的提取和聚集,还有一种掺杂有荧光色素的纳米粒子添加到待检测系统中完场信号放大,氧化铁混合的二氧化硅纳米粒子接触面积大,这相比较于一般微米尺寸粒子拥有更加强大的萃取功能,所以相对于免疫表型等复杂的检测方式,这种方式仅仅需要完成分析即可。肿瘤细胞的鉴定分析随着科技水平不断发展,鉴定方法多元化,其准确率在提高,符合现代生物医学发展需要,在新技术不断发展,不久将来可能攻克肿瘤的疾病。

2基于核酸适体的靶向治疗

基于核酸适体的靶向治疗是现代先进的医学诊断方式,利用核酸适体进行医学鉴别可以诊断很多疾病,尤其肿瘤方面的疾病,具有一定的研究价值,符合现代医学的应用价值。基于核酸适体的靶向治疗是一种新型的治疗方式,通过实践研究,具有一定的研究价值。在核酸适体的靶向治疗的过程中,提高分子水平的应用效率,对提高肿瘤的治疗效果起到重要作用,减少无副作用,蛋白质的直接应用效率,细胞内蛋白质等有效的结合方式,蛋白质之间的渗透效果比较好,在实际应用过程中,利用核酸适体进行高效的肿瘤研究,已经成为现代肿瘤研究的核心问题,具有一定研究价值。通过研究实践证明,核酸适体是可以定向进入靶向细胞,可以进行药物传输等功能,具有应用的价值。核酸适体在生物医学中的广泛应用,尤其对研究肿瘤起到重要效果,是现代医学中重点的研究领域。

3结束语

总之,核酸适体在研究肿瘤起到重要作用,在肿瘤细胞鉴定分析、核酸适体的应用过程,都起到一定作用。核酸适体在生物医学中的应用范围比较广,其在实际应用过程中取得一定的成绩。核酸适体在生物医学中进行疾病检测以及靶向治疗具有一定的应用意义,核酸适体的应用与研究,在一定程度上弥补抗体领域中的医疗诊断问题。

参考文献

[1]苏玮玮,许建军.实验动物在生物医学研究中的应用现状分析[J].中国畜牧兽医文摘,2015,(11).

[2]段烨,高志强,王慧珊,等.核酸适体技术及其在兽药残留检测中的应用[J].中国兽医杂志,2015,(11).

[3]唐勇,唐旭炎,柴梅,等.西帕依固龈液联合西吡氯铵治疗患者口腔假丝酵母菌属感染的疗效研究[J].中华医院感染学杂志,2015,(24).

[4]姜利英,周鹏磊,闫艳霞,等.基于核酸适体传感器检测IgE研究进展[J].郑州轻工业学院学报(自然科学版),2015,(1).

[5]赵群,丛铎,徐振斌.粮食中黄曲霉毒素B1检测方法的研究进展与展望[J].中国粮食经济,2015,(6).

[6]赵洁,张琦,王旭,等.核酸适体技术在生物医学研究中的应用[J].神经药理学报.2014,(6).

[7]杨欢,熊晶,洛文靖,等.转录因子DEC1在肿瘤发生发展过程中的作用[J].中国药科大学学报,2015(5).

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