生物医学工程综述

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生物医学工程综述范文第1篇

关键词：三位一体化；数字医疗；生物医学工程

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）15-0134-02

一、“三位一体化”创新型数字医疗人才培养模式的必要性

我国高等教育当前的任务是为社会培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才，工程类和“应用型”人才培养必须面向我国经济建设主战场，应责无旁贷地为地方经济的振兴和可持续发展服务。国家“十一五”规划中把发展教育和培养德才兼备的高素质人才摆在了更加突出的战略位置[1，2]。在我国，生物医学工程专业大致可分为两种类型：“研究型的综合性的，大体是我们国立的重点大学”；“应用型的专业性的、培养各行各业的应用型的高级专门人才，包括一般的高等学校，尤其是地方高等学校”和“职业性的技术技能型”。传统的人才培养模式仍然占统治地位，其课程设置、课程内容以及教学过程中都带有浓重的学科体系特点。学生的职业能力难以提高，很难适应实际工作的需要，从而出现了人才市场上供求失衡的结构性矛盾。可以看出，传统的教育教学模式对学生能力培养的缺失决定了教学模式改革的必然性。而“三位一体化”创新型数字医疗人才培养模式是一种以职业能力培养为导向的教育模式，其弥补了传统的教育模式在能力培养上的不足，符合生物医学工程人才培养的需求。因此，构建“三位一体化”创新型数字医疗人才培养模式，切实提高生物医学工程专业人才培养质量，努力培养符合时代要求的人才，显得尤为重要。

二、“三位一体化”创新型数字医疗人才培养模式的规划

我校生物医学工程学科人才培养应以信息技术为支撑，以服务地方经济为出发点，以数字医疗仪器为特色，培养具备生命科学、电子技术、计算机控制技术及信息科学有关的理论知识，具有能将医学与工程技术相结合的科学研究能力，能从事医学电子仪器的设计制造、仪器与系统的设计制造以及在其他电子应用技术、计算机应用技术等方面从事系统分析、系统设计、系统运行等工作的高水平、创新复合型人才。因此，推进人才模式研究，合理安排知识内容，突出多学科交叉的特点，加大产学研合作力度，培养学科归属感、自豪感，让社会更了解生物医学工程学科，也为地方经济的发展提供高水平的人才储备，这些都将列入我们的学科规划。

在创新培养模式研究中注重解决三个科学问题：①交叉学科人才培养问题，实现我校独具特色的新型交叉学科研究生创新教育模式研究；②信息背景和导向问题，实现扎实的信息技术背景、服务数字医疗领域的基础研究和应用开发研究；③产学研研发平台和研究生培养平台的建设，利用现有多企业协作的省部级科技平台，培养更具活力、创新型研究生人才。

三、“三位一体化”创新型数字医疗人才培养模式的实施路径

（一）优化生物医学工程研究生教育课程结构体系

知识结构是指知识的构成状况，即所掌握的各种知识的相互比例、相互联系、相互协调、相互作用以及它们所形成的整体功能。知识结构通常包括核心知识和拓展知识，它们相对应的教育分别是核心教育和拓展教育。由于以前的人才培养目标不明确，学生所接受的核心教育内容不一致，各高校差别非常大。比如医学院校往往强调医科内容，学生最初接触的知识往往是纯医学内容，在进行后续的拓展教育时，由于工科基础太薄弱，学生感觉非常吃力。而在工科院校，核心教育内容重视工科，按理说进行拓展教育比较轻松，但问题仍然比较严重。“生物医学工程学科是干什么的？”“与自动化等专业的区别在哪里？”“重庆邮电大学的生物医学工程学科研究生培养些什么？”这些疑惑让学生的拓展教育受到制约。生物医学工程研究生教育课程群主要包括5个方面的内容：（1）科学基本知识；（2）工程专业核心课程；（3）生物医学专业核心课程；（4）人文与社会科学；（5）工程专业选修课程。

（二）突出信息特色，探索教育创新如何服务地方经济

生物医学工程学科需要宽厚的信息背景，要利用运用大量的通信、计算机领域和仪器仪表知识。重庆市“10+2”产业发展规划提出要重点发展信息（数字医疗等）、生物（生物医学工程等）等高技术产业，构建一批高技术产业基地，在生物医疗、信息、仪器仪表等重点领域形成一批国家级和市级工程技术研发中心[3]。因此，本研究将立足信息学科基础，主动服务经济和社会发展，以医学电子仪器为学科特色，培养具备生命科学、电子技术、计算机控制技术及信息科学有关的理论知识，具有能将医学与工程技术相结合的科学研究能力，能从事医学电子仪器的设计制造、仪器与系统的设计制造以及在其他电子应用技术、计算机应用技术等方面从事系统分析、系统设计、系统运行等工作的研究生创新人才。

（三）构建、探索运行具有可推广性的校企联合产学研合作研究平台

研究生创新能力很大程度体现在解决问题、理论分析、研究开发的综合能力。研究实践平台是研究生创新教育最重要的一环。在全面推进素质教育、实施科教兴国战略中，教育工作者担负了培养21世纪社会主义建设人才的重任。在以教师为主导、学生为主体的新型教学模式中，实践教学活动作为一种重要的学习过程，其目的是提高学生学习水平，开拓学生科学视野，提升学生科研素质，锻炼学生动手能力，加强学生主动思考能力，培养学生创新精神和实践能力。在为国家和社会培养高级医学工程型人才的教育工作中，生物医学工程的广大教师和教育管理者应该广开思路，不仅重视研究理论教学方法以培养和提高学生的素质，还要积极为学生实践活动提供机会，创造环境和氛围。

（四）研究生创新能力评价方法研究

目前研究生水平评价主要通过三个方面体现：第一是课程考核；第二是；第三是论文答辩。这三大模块基本上确定了研究生的学习能力、处理课题能力和总结能力。但是对于生物医学工程这种交叉学科，其评价方法应该体现学科特色，需要更加细致化、过程化和量化。主要研究内容包括：（1）评价指标体系的选用。既有学科特点，又有产学研创新，交叉学科，信息特色。比如：课程学习体系，必然要包含信息技术、工程技术、生物医学技术、健康康复要求等多方面、多模块的知识体系，包括课堂学习、文献查阅、情报检索、归纳总结等能力，知识产权申报与总结；产学研平台实习和解决企业需求能力评价；发表科技作品，不但包括科研论文，还应该强调文献综述发表，专利申报，软件著作权发表等事项。（2）指标体系权重设计和评价算法。通过充分调研、征求导师、同行、学生意见和建议设计各参数权重体系。通过评价体系和体系指标权重设计相应的评价算法，通过量化和定性评语方式确定研究生创新能力。（3）评价效果研究。通过评价体系的研究，跟踪创新人才培养效果，同时进行评价方法效果复核。

（五）探索研究生研究、学习生涯规划

研究生生活时间短，而学习、研究任务重。研究旨在实现一种明确的、有序的研究生研究学习生涯规划，解决如何尽快适应交叉学科学习研究、如何规划研究生涯问题。通过研究生涯路线图的形式研究在不同学习阶段生物医学工程研究生所需从事的工作、参与的课题、掌握的技能、乃至发表的作品。通过不同类型、不同基础入学研究生的研究生涯路线图，获得更加规范、更加高效的研究过程管理。探索学习、研究过程的宏观目标与微观管理的有机联系，通过共性问题，提炼出不同类型入学研究生将要践行、实现的研究路线图。在研究中还将全面研究国际、国内生物医学工程学科中的优势体系、培养方案，进一步提炼出生物医学工程发展的新战略和人才培养新模式，优化研究生课程体系，建设课程群，提高教学效果，促进教学质量与教学改革工程的全面实施与整体提升。

四、结束语

实现独具特色的新型交叉学科研究生创新教育模式研究，实现扎实的信息技术背景、服务数字医疗领域的基础研究和应用开发研究，建设产学研研发平台和研究生培养平台，利用现有多企业协作的省部级科技平台，培养更具活力、创新型研究生人才，必须探索本学科专业硕士的培养方法和教学改革模式，在可能情况下与我国“卓越计划”进行有效接轨，探索在数字医疗人才培养领域开展应用型、工程型、创新性卓越工程师的可行性[4]。显而易见，只有注重过程管理、完善考核评价体系，学生能力的提高才有内在的驱动力，才能保证“三位一体化”创新型数字医疗人才培养模式成功实施。

参考文献：

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[2]陈武凡，谭小丹，周猛.生物医学工程学科特色教育的系统规划[J].医疗卫生装备，2007，28（9）：78-79.

生物医学工程综述范文第2篇

（1）选题难易不好掌握。以前，指导教师在接到工作安排后，大都没有了解学生的情况，只是从自身的观点出发，拟定题目。但是事实上学生的实际情况并不相同。由于学生对知识掌握的程度和学习兴趣方向不一样，如果选题太过统一和死板，可能会出现有的学生认为很简单，有的学生却认为很难的情况，还有就是部分学生对所选题目根本不感兴趣，没有完成选题的初始动力。针对这个问题，笔者认为应该从教师和学生两方面进行改革：一方面，指导教师应该充分了解学生的水平。在拟定题目之前对学生的专业特长做一定的了解，最好是能做一个问卷，问卷内容主要包括学生的专业兴趣和对以往毕业设计选题存在的一些疑问。在拟定题目的时候，根据问卷的反馈要做到题目多样化、灵活化，既要让学生感觉到压力，又要让学生有完成它的动力。另一方面，学院在平时的教学过程中就应该培养学生对待毕业设计积极的态度。学生在平时学习中应注意了解相关知识，尤其第七学期的专业实习是了解毕业设计最好的机会，争取培养自己对一个选题的兴趣，并努力去实现。

（2）选题是否符合专业培养目标、体现综合训练基本要求。生物医学工程有着自己独特的专业特点，所以在选题过程中，指导教师一定要明确本专业的培养目标，拟定合理的题目，让学生完成选题的过程成为一次专业实战的过程。例如，选题“几种数据排序算法的性能比较”和“基于C形臂X线机的主控程序优化”，明显第二个选题较第一个更符合生物医学工程专业特点，更能帮助学生明确专业培养目标。

（3）选题的理论价值和实际价值的结合。毕业设计是学生大学四年最后的一个任务，它既是提高学生的自学能力、动手能力和实践能力的过程，也是巩固以前所学知识的机会，同时还是考核学生对专业知识综合应用能力的手段。所以选题要充分考虑理论价值和实际价值。教师在拟定题目的过程中要在学生所学的范围内，并充分考虑选题的理论价值。教师还应该深入实际，了解市场对人才的需求情况，拟定一些和实际需求联系紧密的题目，千万不能闭门造车，为了完成任务想当然地拟定一些题目。综上，在选题过程中，教师是主导，所以教师的工作尤其重要。对指导教师的专业背景、科研能力、师德师风等方面有较高要求。因此教师在日常的工作、学习中要注意加强培养这些方面的素质。

设计过程

毕业设计的过程包括：开题、准备设计（查阅资料）、设计、论文撰写。学生做毕业设计的时间大概只有13周，时间有限，所以在题目确定之后毕业设计工作应该马上有条不紊地进行，为了更好地完成毕业设计，在此期间教师的管理和引导不可缺少。

1开题

一旦题目确定，指导教师就应该组织学生做开题。开题在毕业设计过程中起着至关重要的作用，它是对整个设计的全面了解和进程安排。如果开题做得好，整个毕业设计可以说就完成了一半。开题中存在的问题主要是：很多学生刚开始的时候不会认识到它的重要性，会觉得是多余的工作，从而马虎完成。所以指导教师必须要求学生重视开题工作，在开题的时候就应该把整个过程的安排计划清楚。笔者认为学生开题时，教师应该指导学生制定工作计划和时间安排并严格纪律，学生必须记录每天的工作；教师每周检查一次设计工作的进程；每一个阶段完成之后要有心得体会等，从而保证以后的工作顺利开展。

2查阅资料

学生在平时学习的过程中接触的信息相对贫乏，获取信息的渠道相对较少，对所做的题目了解不多，并可能感到茫然和不知所措。指导教师在这方面，可以根据毕业设计的相关情况介绍相关的书籍和资料让学生自己查阅学习，鼓励学生使用网上资源和查阅英文文献，有助于学生对该方向进行整体把握，了解课题方面的最新动态，拓宽学生的思路，也是培养学生英文阅读能力的一个好机会。

3设计方案实现

这是整个毕业设计工作的重点，也是耗时最长的一个阶段。在这个阶段，教师主要把握学生的工作进程是否按照预先拟定的时间进行，在学生遇到困难的时候，引导并鼓励学生自己主动解决问题，有意识地培养学生解决问题的能力和创新思维。笔者在具体实施的时候1周进行1次检查，采取多种方式，可以是面谈，也可以采用电子邮件或电话等。主要检查设计的工作进度和收集学生遇到的疑难问题，指导学生逐一解决。

4论文写作

书写毕业论文是毕业设计的重要环节之一，是毕业设计工作成果的重要体现方式。学生按照毕业论文的要求以及自己的思路完成初稿，指导教师再从文章结构、用词、文章格式、图表格式等方面出发提出修改意见。学生在书写论文的时候，会存在以下几方面的问题：（1）文章存在抄袭现象。（2）文章结构不合理，综述部分太冗长。（3）格式不规范，按照自己的想象安排文章的格式。（4）英文翻译水平有限，英文表达不准确。（5）参考文献书写格式不规范。针对上述的问题，笔者认为应该从以下几个方面着手解决：首先，抄袭主要源于学生的信心不足和懒惰，指导教师应该根据不同的情况来解决。在平时指导的过程中，细心观察学生的反应，对于那些信心不足的学生应多加鼓励，使学生树立完成论文的信心，对于那些平时表现就比较懒惰的学生，应该晓以利害，让其知道如果出现抄袭一定会受到严厉的处罚。另外，在平时的教育过程中就应该加强学生的诚信教育，严禁抄袭，一旦发现就严惩不贷，让学生对抄袭的错误行为有深刻的认识，从而杜绝这种情况的发生。其次，文章结构应该由指导教师把关。有的同学的论文，综述和代码占了文章的大部分篇幅，而设计的思想体现得不够。开始撰写论文时，指导教师就应该告诉学生合理的文章结构，并在文章修改时指导学生修改。第三，论文格式由学校制定统一的格式规范，印发给所有学生和指导教师，学生的论文应该严格按照该规范安排。第四，英文翻译水平应该由学生在大学学习期间有意识地逐步提高，期待在做毕业设计的时间内来提高翻译水平显然是不可能的。另外，指导教师应该把一些专业的术语向学生说明清楚。如对于“去噪”这个专业名词，专业的翻译应该是“denoise”，而很多同学却翻译成“noiseelimination”。

考核

传统的毕业设计成绩评定方式比较单一，主要依据学生论文质量和答辩情况决定，其中成绩很大程度取决于指导教师的个人喜好。为了提高毕业设计评估的全面性、科学性和公正性，应该建立一套适应全过程管理的毕业设计评分体系，既全面反映了学生的水平和表现，又避免了指导教师一人做主的情况发生。笔者认为，在成绩考核时，应该成立一个毕业论文设计考核小组，小组成员由有资质的教师组成，每组大概3~4人，由考核小组综合考核意见，评定学生的成绩，成绩的评定应该有一个系统的评定标准。笔者认为毕业设计的成绩应从以下3个方面系统综合考虑，现介绍如下。

1毕业设计的完成情况

毕业设计完成的情况应该从以下几个方面考虑：（1）毕业设计选题的难易程度；题目的工作量；题目是否符合专业培养目标，体现综合训练基本要求；题目与生产、科研、实验室建设实际的结合程度等。（2）学生在做毕业设计过程中的学习态度，接受指导的情况和日志的记录情况。（3）毕业设计是否综合运用知识；实验的能力；计算的能力；对实验结果分析的能力；设计的创见性等。

2毕业论文

毕业论文的验收考核应该从以下几个方面考虑：（1）论文文题是否相符，文字表达意思是否清晰，篇幅是否合理等。（2）论文的结构是否合理。（3）论文中所体现出来的查阅资料、综合运用知识、研究方案的文字实现、外文运用等的能力。（4）论文排版格式是否符合要求，图表设计格式是否规范等。

3毕业答辩

答辩是毕业设计工作的最后一环，也是对所做工作集中检查的一个手段。主要检查学生对设计的理解和在做设计过程中获得的心得体会。答辩的考核，笔者认为应该从以下几个量化的方面考虑：（1）答辩时是否能够清晰、明确地阐述设计的主要内容，对题目的理解是否深刻。（2）答辩时对老师所提问题的回答是否有依据，基本概念是否清楚；对问题的回答是否准确深入。（3）答辩时的礼貌和仪容、仪表等。以上考核因素可以根据不同的实际情况制定相应的考核标准。

结语

生物医学工程综述范文第3篇

【关键词】 纳米磁性材料; 生物相容性; 评价方法; 文献综述

随着人们生活水平的不断提高，恶性肿瘤已经成为威胁人类健康的劲敌。各种报道和调查显示[1]，全世界每年新发现的肿瘤患者多达1 090万，而且肿瘤的发病率持续上升，成为仅次于心血管疾病的第二大致死原因。但是，目前临床上对肿瘤的治疗手段仍然十分有限，预后也比较差。肿瘤磁感应热疗[2-5]是一种新型的肿瘤治疗手段，它通过各种方法将纳米磁性材料精确地分布于肿瘤组织中，在外加交变磁场的作用下，纳米材料感应发热，使肿瘤组织达到一定的温度，从而达到治疗肿瘤的效果。有研究表明[6]，肿瘤细胞在高温的环境下对放射线更为敏感。研究发现[7]，越小的纳米颗粒越有可能穿透细胞并产生毒性作用。所以，纳米磁性材料能否用于人体，首先必须考察其是否具有良好的生物相容性。

生物相容性一般包括细胞相容性、血液相容性和组织相容性3个方面。下面就生物相容性的概念、生物相容性的3个方面及生物相容性评价工作中存在问题的研究进展作一综述。

1 生物相容性的概念

相容性[8]是指两种或两种以上的体系共存时互相之间的影响。如果这些体系在共存时互不影响，互不损伤，互不破坏，就可以说这些体系间有完全的相容性。如果这些体系在共存时相互影响，相互破坏，导致不能时，就可以说这些体系之间的相容性差或没有相容性。生物相容性[9]是指任何一种外源性物质，包括天然材料[10]、治疗用的外源性细胞、植入的器官、人工材料的植入体或纳米粒子，为治疗目的植入或通过某种方式进入生物体，或与生物组织共存时，对生物体和生物组织造成损伤，或引起生物体、生物组织发生反应的能力和性质，和(或)生物体容许这种材料在体内存在及与这种材料的相互作用的能力和性质。普遍认为生物相容性包括两大原则[11]：一是生物安全性原则即消除生物材料对人体的破坏性;二是生物功能性原则(或称为机体功能的促进作用)，指其在特殊应用中“能够激发宿主恰当地应答”的能力。纳米材料对于宿主是异物，在体内必定会产生某种应答或出现排异现象。纳米材料要使发生的反应能被宿主接受，不产生有害的作用，因此要对纳米材料进行生物安全性评价，即生物学评价。对纳米磁性材料进行生物相容性评价是纳米磁性材料能否进入临床研究的关键环节[12]。

2 细胞相容性评价

细胞相容性[13]是材料对细胞的生长、附着、增殖及代谢功能的影响，以存活的有功能的细胞或(和)细胞生长增殖情况作为材料的生物相容性评价指标。常用的细胞相容性评价实验方法有 MTT试验、流式细胞光度术等。一般选用L929细胞和HeLa细胞来进行试验，这两种细胞[14]具有传代容易、繁殖迅速、体外培养条件低、易储存，同时这两种已建立成系的细胞株能为实验提供稳定传代的细胞、能为许多材料细胞毒性评价所共用等优点，1982年美国质量标准协会将L929细胞推荐为细胞毒性试验中的标准细胞。

2.1 MTT试验

MTT试验是大部分磁性介质生物相容性评价工作采用的基本试验项目。它是一种比较准确、快速和简便、可作定量评价的常用方法，现已广泛应用于医用材料的生物学评价。其原理是活细胞中的线粒体脱氢酶将MTT分子还原产生紫色结晶物，紫色结晶物形成数目的多寡与活细胞数目和功能状态呈正相关，用DMSO溶解结晶后，在酶联免疫检测仪上测吸光度，即可代表细胞数量。将测得的吸光度带入细胞相对增殖率的公式来计算。细胞相对增殖率(RGR)= 实验组OD均值/阴性对照组OD均值×100%。把RGR值转换成6级反应[15]：0级反应RGR值为≥100%，1级反应RGR值为75%～99%，2级反应RGR值为50%～74%，3级反应RGR值为25%～49%，4级反应RGR值为1%～24%，5级反应RGR值为0。实验结果是0或 1级反应为合格，实验结果是2级反应需要结合细胞形态综合评价，实验结果是3～5级反应为不合格。

目前已进行过细胞学评价的纳米磁性材料有纳米Fe2O[15]3、纳米Fe3O[16]4、纳米镍铜热籽[17]、纳米Mn0.5Zn0.5Fe2O[18]4等。例如颜士岩等[15]研究指出，不同浓度的Fe2O3纳米磁性粒子浸提液作用于L929细胞72 h 后，其细胞RGR分别为91.3%、76.9%、76.6%、81.9%，依相对增殖率与毒性分级转换表标准判定不同浓度的Fe2O3纳米磁性粒子浸提液其细胞毒性均为1级，均属对细胞无毒性范畴，而阳性对照组0.7%的丙烯酰胺单体溶液的细胞RGR为11.6%，其毒性评定为4级，为不合格生物材料，证实其自制的F2O3纳米磁性粒子体外试验无细胞毒性作用。该法简便迅速、不接触同位素、敏感性高，缺点是紫色结晶物有时易聚集成团影响结果的准确性[19]。

2.2 流式细胞光度术(flow cytometry，FCM)[20]

该法利用鞘流原理，使被荧光标记的单个悬浮细胞排成单列，按重力方向流动。细胞被激光照射后发射荧光，检测器可逐个对细胞的荧光强度进行测定，常用来检测细胞周期和细胞凋亡。邓凌燕[21]研究发现，随着Fe3O4磁微粒浸提液干预浓度的增高，肺泡上皮细胞和血管内皮细胞的凋亡率无增高的趋势，差异无统计学意义(P>0.05)。证实不同浓度Fe3O4磁微粒浸提液对肺泡上皮细胞和人血管内皮细胞凋亡无影响。FCM法能提供具体明确的凋亡率值，为评价凋亡提供客观的数值指标，同时可为分析材料对细胞周期的影响提供证据。

2.3 乳酸脱氢酶(LDH)试验[22]

LDH定位于细胞胞浆内。一般情况下，LDH不能透过细胞膜。当细胞受损伤或死亡时可释放到细胞外，此时细胞培养液中LDH活性与细胞死亡数目成正比。这一方法已被用来检测碳纳米管的细胞毒性[23-24]。王晓娜等[25]发现，随着Fe2O3纳米颗粒作用浓度的升高(267.5、535、1 070 μg·ml-1)，可致细胞内LDH漏出量增加。此法通过检测细胞培养液上清中LDH的活性，可判断细胞受损的程度。

2.4 单细胞凝胶电泳技术检测细胞DNA损伤

单细胞凝胶电泳又称彗星实验，由Singh等[26]和Ostling等[27]在中性凝胶电泳技术基础上改进和建立，是检测单个细胞DNA链断裂的实验方法，该方法具有灵敏、简便、快速、样品用量少及不需放射性等优点。李倩等[28]运用单细胞凝胶电泳技术检测发现，纳米Fe2O3可造成小鼠肝、脾、肾组织细胞、外周血细胞和骨髓细胞的DNA断裂，其研究表明DNA断裂与细胞的氧化损伤有密切关系。Lacava等[29]发现，磁流体还可以致小鼠发生炎症反应，导致巨噬细胞内氧自由基和氧化亚氮的生成，从而造成DNA损伤。

除此之外，还有一些研究者进行过其他相关实验，如体外CHI细胞染色体畸变试验[30]DNA合成检测方法、细胞膜完整性测定、人工计算细胞数[1]等细胞相容性试验。

3 血液相容性评价

血液相容性试验[31]通过生物材料和医疗器械与血液相接触(体外、半体内或体内)，评价其对血栓形成、血浆蛋白、血液有形成分和补体系统的作用。通过对材料与血细胞体外接触过程中所致红细胞溶解和血红蛋白游离程度的测定，对材料的体外溶血进行评价，能敏感地反映试样对红细胞的影响，在生物安全性评价中起重要作用。

体外溶血试验是鉴定血液相容性最基本方法之一[32]，它不仅可以评价样品的体外溶血性，还可以敏感地提示样品的毒性。Zhang等[33]通过体外溶血试验发现，Fe3O4纳米磁性粒子的溶血率为0.514%，远小于5%，表明实验用Fe3O4纳米磁性粒子无溶血作用，符合医用材料的溶血试验要求。Zhang等[34]研究发现MgZnMn合金的溶血率高达65.75%。Li[35]研究发现单纯的镁溶血率是59.3%。因此说溶血试验在生物安全性评价中起着重要的作用。

由于体内环境的复杂性及多变性和血凝机理，ISO标准中也只能提出一个评价方向的基本要求，到目前为止还没有建立一套相关的评价标准。新近研究建立的新方法[36]有血小板黏附及血小板消耗量、复钙时间、凝血因子Ⅳ、血浆总蛋白和球蛋白计数等诸多方面的血液相容性试验方法，但对纳米磁性材料进行定量化的评价有一定的难度，需要不断成熟和完善，将其标准化。

4 组织相容性评价

组织相容性[37]是指生物材料与人体组织接触后，在材料组织界面发生一系列相互作用，最终被人体组织所接受的性能。常用的组织相容性试验有体内植入试验、微核试验、肝脏穿刺试验等。

4.1 体内植入试验

植入试验[31]将生物材料和医疗器械植入动物的合适部位，如皮下、肌肉和骨，在观察一定时期(短期为7、15、30、60、90 d，长期为180、360或720 d)后，评价对活体组织局部毒性作用。主要通过病理切片观察组织的变化。根据产品使用部位可选择皮下组织植入试验、肌肉植入试验或骨内植入试验。体内植入试验可从宏观和微观水平来评价组织工程支架材料对组织的局部反应，包括早期的炎症反应和随后的纤维结缔组织增生反应。通过体内埋植实验可以直接观察动物机体对材料中的抗原或化学物质产生的免疫应答[38-39]。材料植入机体后[40]被视为异物，在无其他因素影响的情况下，如材料有毒性，会导致其周围组织死亡;如材料无毒性，机体组织对植入物的反应主要是无菌性炎症反应和纤维结缔组织包膜产生。组织反应在早期呈现异物刺激引起轻中度的无菌性急性炎症反应比如水肿、组织充血和中性粒细胞的浸润等等，两周后转为慢性炎症反应包括巨噬细胞、淋巴细胞和纤维母细胞的增生。机体通过吞噬和酶消化方法消除异物，或者通过纤维囊的包裹隔离材料。材料中任何成分分解产生的小分子都会影响炎症反应的过程。白雪[17]研究发现，其自制的镀金镍铜热籽植入肌肉后，植入后的局部组织无明显的毒性及刺激作用，组织相容性较好。 Fulzele等[41]研究发现甘油酯(GMR)和季戊四醇酯(PMR)植入局部组织无明显的炎症反应。

4.2 微核试验

微核试验是一种检测材料致畸致突变作用的方法，能够简便、快速地检测样品的短期遗传毒性。间隔24 h给药2次，首次给药后第30小时处死小鼠，常规制片。每只动物计数1 000个嗜多染红细胞，计算微核率。Zhang等[42]研究发现，其制备的热敏磁性复合纳米粒通过检测各组嗜多染红细胞中的微核(MN)出现率，未发现复合纳米粒组与阴性对照组间有显著性差异，认为该复合纳米粒无致畸或致突变作用。

4.3 肝脏穿刺试验

肝脏穿刺试验是将磁性材料置入组织器官一段时间后，观察材料对创伤性组织炎症防御性反应和主要代谢器官、血液系统的功能影响的一种方法。方法: 在无菌条件下，用3%戊巴比妥钠麻醉后在超声导向定位下肝脏穿刺注入0.9%生理盐水和纳米粒悬液，1个月后处死，取心、肝、脾、肺、肾等进行病理形态观察.实验前后试验动物静脉采血作血常规及肝肾功能检查。丛小明等[18]研究发现，沿穿刺方向切开肝脏，见黑色材料浸润在注射路径周围，材料和周围肝组织边界清晰，无瘀血及炎症改变，在材料分布区，部分材料微粒被肝细胞吞噬，肝小叶结构完整无变形以及纤维化，心肝脾肺肾脑等脏器未见明显组织形态学变化。血常规、肝肾功能无明显变化，证明其自制的纳米材料具有良好的组织相容性，适宜应用于肝内局部注射治疗肿瘤。

5 生物相容性评价工作中存在的问题

近年来，多种纳米磁性材料的生物相容性接受了不同程度的评价研究，有了更多新的试验方法和检测指标，使生物相容性研究不断深入。但是，其中仍然存在一定的问题，首先是存在纯度的问题，目前进行实验的材料往往混有其他杂质， 在使用高纯材料进行实验之前，这些杂质所起到的作用是无法排除的。其次，存在粒度均匀性问题，目前进行实验的材料，粒度分布很宽，从几个纳米到几百纳米的颗粒都存在，不同粒径的性质无法检验出来，目前的实验结果到底是小颗粒作用的结果，还是大颗粒的结果，有待于粒径均匀颗粒实验结果的证明[43]。再次，很多研究[44-47]报道纳米颗粒在介质(如水、细胞培养液)中会发生团聚的现象，发生团聚后，纳米颗粒的物理化学性质可能会发生改变，从而影响其生物学效应。纳米颗粒在细胞培养液中的溶解度对其细胞生物学效应的影响，也是需要特殊考虑的[48-49]。最后，目前所有的评价，都没有一个统一的标准的方法，不同方法之间的结果不具有可比性。这些都需要科研工作者在以后的实验中不断深入探索和研究。

参考文献

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生物医学工程综述范文第4篇

【摘要】脂质体因其安全、高效以及良好的靶向性在治疗人类各种重大疾病中凸显了良好的特性和稳定的疗效，同时，它也成为了生物医学基础研究的得力助手。本文简述了几种目前实验室常用的脂质体及其特征，并概述现今作为生物医学材料的脂质体的发展和优化。

【关键词】脂质体；生物材料；肿瘤治疗

经过长期的实践与研究，基因治疗已在治疗多种人类重大疾病，如遗传病、肿瘤等方面显示出广阔的应用潜力［1］，但也面临着巨大的挑战，其中之一就是这种治疗方法需要安全、高效、靶向的载体系统。纳米生物材料，如脂质体、阳离子聚合物（PEI），聚乳酸(PLA)等，以其本身具有的良好生物安全性、可有效实现基因靶向性及高效表达和缓释，成为制备理想的基因治疗载体系统的良好介质,日益在基因治疗载体系统中受到广泛重视,在生物治疗载体发展史上有着里程碑式的意义。

本文综述了目前在基因治疗领域中常用的各种脂质体载体的生物学特性，以及它们的最新研究进展和优化。

1 传统的脂质体系统

脂质体系统是一种将药物封装于类脂质双分子层形成的薄膜腔中间所形成的超微型球状药物载体。其结构类似生物膜，可包封水溶性和脂溶性多种药物。具减少剂量、降低毒性；减轻变态反应和免疫刺激；延缓释放，降低体内消除速度并且在定向加工后能够靶向释放药物等优点，广泛应用于医学基础研究和临床治疗［2］。在这里，主要介绍两种应用范围广、研究较为成熟的脂质体给药系统。

热敏脂质体（thermo sensitiveliposome）

热敏脂质体又称温度敏感脂质体，是指在高于一定生理温度的条件下有效释放药物到作用靶点部位的脂质体。其结构特性是用于构建脂质体的磷脂有特定的变相温度（transition temperature, Tc）,在低于Tc时，脂质体保持稳定，药物在脂质体内部不被或被少量释放；达到Tc时，磷脂分子由原来紧密排列的反式构象变为结构疏松的歪扭构象，膜的流动性和通透性增加，使封装的药物以更快的速度释放。

目前，热敏脂质体被广泛作为抗生素及抗肿瘤药物的载体使用；临床应用上，与热敏脂质体配套的热疗已经成为继手术、放疗、化疗、免疫治疗后的第五大肿瘤治疗方法［3］。而其能够与放疗、化疗起到很好的协同治疗作用，并且能够定向靶向释放肿瘤免疫相关药物，加上热休克蛋白在各类肿瘤组织中的普遍存在［4］，其在临床肿瘤治疗中应用广泛，疗效显著。

阳离子脂质体（cationic liposome）

1987年，阳离子脂质体在基因治疗方面可作为新型转染载体的理论被首次提出［5］，它也是继病毒基因转染载体之后，近几年倍受国内外研究者关注的新一类基因转染载体，是最常用、运用最便捷的脂质体。阳离子脂质体有操作方便、转染效率高［6］生物相容性好等特点，目前广泛用于真核细胞的转染。

阳离子脂质体的作用原理主要由带正电荷的和中性辅助的脂类等摩尔混合，形成的阳性电荷的脂质体与带阴性电荷的DNA之间可以有效地形成复合物，复合物可通过内吞作用进入细胞。由于复合物仍带正电荷，可与细胞表面带负电荷的受体结合，有利于被摄入到细胞中。

由于注射外缘脂质体本身就能引起自身的免疫应答，所以其在肿瘤免疫治疗中多次给药所引起的免疫治疗效果被诸多临床医师所采用和认可。有研究表明，阳离子脂质体与非编码DNA形成的复合物（cationic lipid DNA complexes CLDC）可产生抗肿瘤作用：CLDC通过全身或局部注射引起细胞因子的释放、炎性细胞的聚集以及淋巴细胞的活化，从而产生非特异和特异的抗肿瘤免疫反应［7］。

长循环脂质体

脂质体虽然具有生物相容性好等诸多优点，但是当脂质体进入体内后，由于脂质体会受到血浆中的调理素的特异性调理作用，以及网状内皮系统（RES）细胞的非特异性疏水作用，因而易被RES细胞摄取、清除，在血液循环中的半衰期一般仅为30 分钟，主动靶向性和稳定性较差，其应用受到限制。在脂质体表修饰聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）后，得到长循环脂质体（Long circulation liposome，LCL），可以延长脂质体的半衰期并提高其在血液循环中的稳定性、改变其生物学分布，并具有一定靶向性［8］。

除了上面所介绍的几种常见的脂质体外，在生物医学基础研究领域中常用的脂质体还有免疫脂质体、PH敏脂质体等。

2 脂质体载体的优化

虽然作为目前应用较为广泛的非病毒载体，脂质体有操作简便、生物安全性高、重复性好、转染效率较高、细胞毒性较小等优点［9］，但是其给药所引起的动物体及人体脏器毒性的报道却屡见不鲜。这是由于脂质体双分子层中的磷脂多数含有一定量的不饱和脂肪酸，磷脂的氧化程度随磷脂含有不饱和双键的数目和脂肪酸碳链长度增加而增加。磷脂不饱和双键氧化断裂生成的过氧化物、丙二醛、水解产生的脂肪酸等，在体内会产生一定的毒性［10］。

再谈到阳离子脂质体，因其表面带有的强烈的正电荷，与细胞结合时，往往使细胞由于电位差而发生破裂。再加上静脉给药的脂质体90%都首先聚集在肺部，长时间脂质体给药所引起的肺毒性和肺溶血也时有报道。近期，作者将能够增加转染效率的低分子量肝素［11］（负电荷）和阳离子脂质体相耦连，再进行注射，发现其能够成功降低肺溶血的发生而增长小鼠生存期［12］。

脂质体以显著的优势在生物医学基础研究和临床肿瘤药物治疗等方面得到了广泛的应用，研究者们对其作为载体的研究和优化也从未间断，推陈出新。作为已发展了23年的生物材料，脂质体及其给药系统在生物学和医学的领域中贡献非凡，成为人类攻克疾病，特别是恶性肿瘤等人类重大疾病的有力助手和良好媒介。

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生物医学工程综述范文第5篇

[中图分类号] R541.7+5 [文献标识码]A [文章编号] 1005-0515（2010）-12-024-01

性早搏(房早)是心房内异位起搏点提前发生的激动。房颤是一种以心房不协调活动而导致的心房机械功能恶化为特征的快速心律失常。两者都是临床上常见的心律失常。房颤的危害主要有：①潜在的血栓栓塞，以脑栓塞为主，致残率高；②恶化心脏功能，如心房丧失泵血作用，心排血量降低；③降低生活质量，由于心室搏动极不匀齐，患者易感觉心慌、乏力等不适。房颤早期治疗疗效尚可，但反复发作后可形成难治性房颤，所以了解房颤诱发的因素和机制有重要意义。

1 房性早搏是心房颤动的始动因素

房颤绝大多数由器质性心脏病引起，极少数无明确病因[1]。人群研究显示，孤立性房颤的发生率占所有房颤的比例不到1.2%。

孙艺红等的研究显示：225次房颤中，210次均由房早诱发；诱发房颤的早搏联律间期较未诱发房颤的早搏联律间期缩短25ms。研究认为相当一部分房颤是由心房内某一特殊的异位起搏点触发的[2]。王兴德等的研究显示：50例患者的290次房颤发作的心电触发因素中，房早占86.2%；触发房颤的房早联律间期比为触发房颤的房早联律间期缩短40ms以上[3]。因此探讨房早诱发的房颤具有重要的临床价值。

2房颤的相关机制分析

房颤是一种多因素共同作用下的病变，其病因主要有①神经内分泌因素（手术、代谢紊乱、药物、酒精等）②心脏结构病变（心肌炎症、心肌肥厚、瓣膜病变、纤维样变等）③肺部疾病（肺心病、肺栓塞等）④其他（遗传等）。

目前，房颤的发生机制倾向于触发机制和维持机制的共同作用。大量的研究支持心房基质异常在维持房颤中的作用[3]。而触发机制在房颤的发生与维持中也起了非常重要作用；房早、房速、房扑等因素均可触发房颤，其中房性早搏是最重要因素之一[4]。房颤前频繁的房早刺激心房，可能导致心房急性电重构，房内传导时间延长，容易折返而始动房颤。

触发房颤的房早联律间期缩短表明心房不应期的延长，这时，心房肌的有效不应期、相对不应期、易颤期都相应延长[5]，房早来的越早，越易落入心房肌的易颤期或落入折返窗口中而增加房早诱发房颤的概率[6]。

房颤发生前的频发房早可能通过刺激心房，使得电活动在心肌中扩布，从而形成折返和微折返而诱发房颤。

3小结

目前我们对房颤的机制认识还非常有限，但临床数据表明，我们可以从房性早搏入手，来预防和治疗早期房颤，从而提高患者的生活质量和生存率。

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