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生物醫學電磁技術范文第1篇

關鍵詞：多參量光聲成像;生物醫學領域;應用

光聲成像是近年來誕生的一種新型復合成像技術，是借助光聲效應產生而來，光聲效應的聲信號即光聲信號，其強度是由力學、光學、運動學、熱學等特征來決定的，光聲成像具有聲學成像與光學成像的優勢，在生物醫學領域的應用已經非常成熟，取得了理想的成果。

1光聲成像的優勢

光聲信號產生的基本原理是：當用短脈沖激光照射吸收體時，吸收體中的分子吸收光子后，當滿足一定的條件時，吸收體分子的電子從低能級躍遷到高能級而處于激發態，而處于激發態的電子極不穩定，當電子從高能級向低能級躍遷時，會以光或熱量的形式釋放能量。在光聲成像應用中通常會選擇合適波長的激光作為激發源，使吸收的光子的能量轉化為熱能的效率最大，通常從光能轉化為熱能的效率可達到90%以上。釋放的熱量導致吸收體局部溫度升高，溫度升高后導致熱膨脹而產生壓力波，這就是光聲信號。與聲學成像相比，光聲成像利用了光吸收系數，在化學成分的分析方面，有著獨特的優勢。其中，聲波能夠獲取物體的彈性參量、密度等力學特征，應用在生物體中，可以將生物體的功能信息、生理結構等清晰地反映出來。與光學成像相比而言，光聲成像對于組織有著非常高的分辨率，光學成像往往只能夠得出組織表層1mm深度左右的高質量圖像，如果深度偏高，分辨率就會大受影響，與之相比，聲波的散射強度更小，在生物組織中的傳播有著低散射、低耗散的優勢，空間分辨率的成像深度非常理想。此外，光聲成像在生物醫學領域中的應用更加安全，該種成像方式應用的是激光、微波照射法，與X射線、CT相比，更加安全，只需要很少的電磁輻射能量，即可獲取到理想的光聲信號，避免對生物組織造成熱損傷。

2多參量光聲圖像在生物醫學領域中的應用分析

2.1多尺度成像

多參量光聲圖像可以得出深層組織圖像，還能夠利用圖像參量來實現多尺度成像，揭示出生物體的功能與結構信息。所參量光聲圖像的成像效果，與組織的生理功能、光吸收系數有著密切的關系，在應用的過程中，需要根據各個組織的成分來合理選擇電磁波波長，選擇性針對組織中的成分進行分析，得出解剖、代謝、分子、功能、基因方面的信息。如，DNA、RNA的紫外線吸收能力較強，利用紫外線作為激發光源，即可獲取到高對比度圖像。在臨床醫學中，如果細胞核形態存在異常，也就說明，癌細胞DNA復制發生障礙，因此，該種診斷方式對于早期癌癥的診斷有著重要的意義；血紅蛋白主要吸收可見光頻段電磁波，利用光聲成像，可以獲取到關于血液系統的高對比圖像；油脂、水等對于近紅外段電磁波與微波段吸收情況良好，利用近紅外激光、微波作為光源，可以快速分析出其中的異常聚集問題。在生物組織中，每一種化學成分的光吸收特性都是不同的，在診斷過程中，可以借助多波長激光照射組織來獲取相關信息，通過定性分析與定量分析相結合的方式得出生物組織各項化學組分信息，利用波長與電磁波吸收特性，既可以分析出血紅蛋白含量，還可以獲取到脫氧血紅蛋白與氧合血紅蛋白的相對含量，分析出血氧飽和度。血紅蛋白是生物體內的重要載體，可以直接反映出生物的新陳代謝過程，這對皮膚疾病、腦血管疾病、腫瘤的早期診斷，有著重要的意義。

2.2生物組織黏彈特征

此外，借助多參量光聲成像，還可以檢測出生物組織黏彈特征，在檢測時，需要使用連續激光照射樣本，得出組織黏彈參數，利用光聲信號相位與強度，獲取到最終的檢測信息，與光吸收特性相比而言，該種方式從力學角度反映出組織硬度、血液粘稠度，可以直接計算出組織生物力學系數與光學參量，為診斷提供可靠的信息指導，在心血管疾病、腫瘤的早期診斷上，有著突出的作用。

2.3溫度分布情況

多參量光聲成像還能夠反映出溫度的分布情況，光聲信號強度與光吸收系數是密切相關的，與媒介系數為正比關系，在媒介溫度升高之后，媒介系數也會相應升高，因此，利用該種系數可以反映出具體的光聲圖像。數據顯示，在每升高1℃，光聲升壓會增高5%。借助光聲成像，可以直接得出溫度系數，靈敏度高達0.16℃，能夠檢測出絕對溫度值，準確度非常高。光聲成像還可以借助光聲多普勒效應與光聲信號之間的關系來得出血流速度的相關信息，檢測出信號多普勒頻移，借助這一原理，可以滿足血流速度精細成像的要求，根據相關數據，得出低速流體信息。

2.4紅細胞形態特征

借助多參量光聲信號的功率頻譜參數，還可以得出亞波長微結構信息、細胞形態、聲學功率譜特性測出紅細胞形態特征，鑒別早期血栓與癌細胞的形成。根據研究實驗顯示，針對窄帶低頻光聲呈現系統的信號進行分析，可以鑒定出亞波長尺寸微結構信息，以頻譜斜率作為參數，計算出亞波長尺寸結構。在生物組織之中，存在大量的微米量級微結構，如紅細胞、微鈣化斑點、黑素瘤等等，借助多參量光聲成像，能夠為相關疾病的診斷提供有價值的信息。此外，借助于物化譜參量呈現技術，可以將聲學功率譜與光學吸收譜分析相結合，得出組織的化學特征與物理特征，該種分析方式為物化譜分析法（Physio-chemicalspectrum），在分析時，需要先利用不同波長激光脈沖進行照射，得出帶有組織化學成分信息的聲學功率譜，計算出一維功率譜，將亮相參數結合起來，即可獲取到組織的二維物理化學譜。物理化學譜可以清晰地反映出組織的微結構特征與物理化學成分，得出組織特異化標簽。

3多參量光聲成像的應用分析

多參量光聲成像不僅具有深分辨率高的優勢，也具備信息敏感、成像對比度高的優勢，可以從血液流速、組織力學、溫度分布、生化組分、微結構特性來分析生物的功能、解剖、基因、分子、代謝信息，選擇適宜的工作頻率和成像模式，可以達到納米級的分辨率，深度也能夠達到50mm。多參量光聲成像技術的應用滿足了生物醫學領域的發展需求，有著非常大的應用潛力。但是，畢竟多參量光聲成像屬于新型技術，在應用的過程中，還有一些難題需要突破。首先，該種技術的理論是建立在生物組織聲學特征均勻的基礎上，如果組織的聲學特征不均勻、分布復雜，必然會影響應用效果。在人體組織中，空穴、骨骼的聲阻抗是存在差異的，容易致使聲傳播出現反射和散射的問題。其次，雖然多參量光聲成像的深度已經達到了50mm，但是對于更深組織成像，還具有局限性，這也是下一階段需要重點解決的問題。

參考文獻

[1]陳炳章,易航,楊金戈,等.光聲內窺鏡系統在人體直腸癌離體組織中的實驗研究[J].物理學報，2014(8)：76-77.

[2]曾志平,謝文明,張建英,等.基于聚焦光聲層析技術的甲狀腺離體組織成像[J].物理學報，2012(9)：23-25.

[3]EricM.Strohm,ElizabethS.L.Berndl,MichaelC.Kolios.ProbingRedBloodCellMorphologyUsingHigh-FrequencyPhotoacoustics[J].BiophysicalJournal，2013(1)：116-117.

生物醫學電磁技術范文第2篇

近20年來,磁性高分子微球的研究非常活躍,已從最簡單的高分子包裹磁性材料發展到多種類型的組成方式。本文根據磁性高分子微球的結構類型將其分成三類(見圖1),但是,組成磁性微球的基本材料仍然是磁性物質和高分子材料。磁性物質包括Fe3O4、r-Fe2O3、Pt、Ni、Co等,其中Fe3O4使用最多;高分子材料包括合成高分子材料和天然高分子材料。合成高分子材料常用的有苯乙烯共聚物、聚酯類、聚酰胺類高分子;天然高分子材料常用的有明膠、白蛋白、纖維素和各種聚糖。此外,近年來有人為了電磁方面的應用,研究了一些導電性的磁性高分子微球[4,5],聚吡咯、聚苯胺等導電聚合物也可用來制備磁性微球。磁性高分子微球的性質不僅與組成材料的性質有關,還與制備方法有關。因此,制備方法的研究十分重要。通常不同類型的磁性高分子微球其制備方法也有所不同。

2磁性高分子微球的制備方法

2•1a型磁性高分子微球的制備方法a型磁性高分子微球是一種簡單的核殼微球,其制備方法有兩種分類法:一種是根據磁性物質與磁性微球的形成次序分,有一步法和二步法;另一種是常規分法,有包埋法和單體聚合法。這兩種分法的交叉部分在于包埋磁性物質可采用一步法或二步法,而單體聚合包裹則大多采用二步法。

2•1•1一步法

一步法又稱共沉淀法,是指在生成磁性物質(Fe3O4或Fe2O3)的同時產生磁性高分子微球的制備方法,即先將高分子物質溶解,然后依次加入Fe2+和H2O2或FeCl2和FeCl3溶液,攪拌的同時滴加堿性溶液提高pH值,這樣磁性物質一產生就被包裹形成核殼磁性高分子微球。邱廣亮[6]等采用這種方法制備了納米級磁性明膠微粒,并用于纖維素酶的固定化。一步法的優點是制備方法簡單,避免了制取磁流體或均勻分散磁粒子的相關處理,制得的磁性微球粒徑較小、表面積大。缺點是磁性微球大小不均勻、磁響應性較弱。

2•1•2二步法

二步法通常是先制備Fe3O4微粒子(或直接購買Fe3O4粉末),然后將其與聚合物或高分子單體溶液混合作用制得磁性高分子微球。目前制備磁性高分子微球普遍采用二步法。Emir[7]等先制取Fe3O4,接著將Fe3O4粉末和殼聚糖倒入分散劑中反應,同時加入交聯劑戊二醛,通過控制反應條件得到無孔的粒徑在100~250μm之間的殼聚糖微球。由于一步法制得的Fe2O3-PANI復合微球室溫電導率和磁化率都較低,且結構和性質難以控制,Deng’s[4]實驗小組經改進,采用二步法合成了電磁性Fe3O4交聯聚苯胺復合粒子,粒徑在30~40nm之間,研究表明,控制Fe含量和摻雜程度可提高飽和磁化率與導電性。

2•1•3包埋法和單體聚合法

這兩種方法宮月平[8]等闡述得很全面,在此不再贅述具體的方法,只介紹最新的研究成果。在包埋過程中,采用交聯劑交聯高分子層可增加磁性微球的穩定性,但通常化學交聯的磁性微球大小不均勻且有聚集,粒徑分布較寬且球形不規則。為了解決這些問題,Chatterjee[9]等采用熱固化包埋法合成了人血清蛋白磁性微球,粒徑分布、球形都有所改善,微球更分散。Harris[10]等采用親水性三段式共聚物(PEO-COOH-PEO)包覆Fe3O4納米粒子得到磁性微球分散體系,研究了PEO長度對微球分散穩定性的影響。Chang[11]等將磁粒子羥基化后與甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷連接,再與異丙基丙烯酰胺接枝共聚得到核-殼磁性高分子微球。DengY[12]等用反相微乳液聚合合成了聚丙烯酰胺磁性微球。Kondo[13]采用兩步無乳化劑乳液聚合制得熱敏性P(St-NIPAM-MAA)磁性微球。Zhang[14]用分散聚合的方法制備聚(苯乙烯-烯丙醇)磁性微球,將其與CuPc(CoCl)4反應后得到一種具有良好光電導性的磁性微球。

2.2b型磁性高分子微球的制備方法

b型磁性高分子微球分為兩類見圖1(b1,b2),主要有兩種制備方法。

2•2•1界面沉積法

界面沉積法可用來制備b1和b2類型的磁性高分子微球。它通常是先分別制取聚合物膠體粒子和無機物粒子,通過加入電解質、調節pH值或其他方式使聚合物膠體粒子和磁性粒子表面帶上相反性質的電荷,由于靜電作用,兩者混合后磁性粒子被吸附在聚合物膠體粒子表面形成包覆層,得到b2型磁性微球。如果以此乳膠粒子為種子進行乳液聚合,可制得夾心式結構(b1型)的磁性高分子微球。SauzeddeF[15,16]實驗組用這種方法制備了三種夾心式的親水性磁性高分子微球。由于界面沉積法制備的磁性高分子微球粒徑主要由最初的高分子微粒的大小決定,故其粒徑易于控制,大小均勻,磁一致性強。

2•2•2非電性沉積法

非電性沉積法也稱化學沉積法或EPS法,用于制備b2型的磁性高分子微球。具體做法是先制得表面帶功能團的微球,在微球表面引入貴金屬離子(Pd2+),接著將金屬離子還原成0價得到活化的聚合物微球,最后化學還原過渡金屬離子使其沉淀在聚合物微球表面。這種沉積不是由靜電作用引起的,是一種非電性沉積。WangYanmei等[17]以Pd激活P(St-AA)微球,將Ni和Co沉積在其表面得到核殼型的P(St-AA)Ni和P(St-AA)Co磁性微球,他認為化學沉積是表面功能團引發的。這種方法制得的磁性高分子微球,粒子大小由高分子微粒的大小和過渡金屬離子的濃度決定,粒徑均勻,但微球表面不太光滑。

2•3C型磁性高分子微球制備方法

C型磁性高分子微球由溶脹法(也稱化學轉化法)制取,該法是Ugelstad在1979年創立的。此法通過溶脹大孔的、表面及孔內含多種官能團(-NO2,-OH,-CHO)的聚合物粒子,讓一定濃度的磁性金屬離子滲透到大孔中去,然后利用堿性試劑或改變溫度使金屬離子轉化為磁性氧化物,再利用交聯劑或其它方法封閉孔道。在封孔之前,可通過反復滲透和中和來調整磁含量達到所需水平。采用此法制備的磁性聚合物微球單分散性好,磁含量可控,磁均一性強。溶脹法是目前制備磁性聚合物微球的最好方法,已商業化,但操作程序繁瑣。張梅等[18]用此法制備出磁性較強、磁分布均勻的強酸樹脂、磁性磺化微球等。康繼超[19]也用二步溶脹法制取了單分散、大粒徑的磁性聚苯乙烯微球。除了以上介紹的制備方法,有些研究還嘗試了新的方法制備磁性高分子微球。Burke[20]在氨和聚合物分散劑存在下熱分解Fe(CO)5得到聚合物/金屬殼核納米微球。Avivi[21]等用超聲化學法制備了磁性牛血清蛋白微球,粒徑分布窄,但微球表面不光滑,有Fe2O3粒子聚集。此外,為了滿足生物醫學應用對磁性高分子微球性質的要求,常常需要對其表面進行修飾。這樣不僅保持了磁性高分子微球生物降解性,而且提高了強度,改善了球形,可用作靶向藥物的載體。

3磁性高分子微球的生物醫學應用

由于磁性高分子微球的特殊性質,使其在生物醫學領域的應用非常廣泛。磁性微球的高分子外殼的表面多樣性使它可以通過各種化學反應與生物活性物質中的配基偶聯,從而識別相應的抗原或抗體、核酸等,最后在外加磁場中進行分離。正是由于磁性高分子微球的順磁性,使它在磁場中定向移動,達到分離或靶向的目的。

3.1固定化酶

游離酶在生物化學和生物醫學方面的應用往往不盡人意,而將酶固定在磁性載體上則有諸多的優勢。這是因為酶固定在磁性高分子微球上后,其熱穩定性、存放穩定性和操作穩定性都得到提高;固定化酶再生性好,使用效率高;可用于連續生產,降低生產成本;可在外加磁場作用下快速分離,適于大規模連續化操作。Akgo[22]用羰基二咪唑(CDI)活化的磁性聚乙烯醇微球來固定轉化酶。Arica[23]等將環六亞甲基二胺(HMDA)連接在聚異丙烯酸甲酯(PMMA)磁性微球表面,用CDI或CNBr激活后用于共價結合葡糖淀粉酶。Rittich[24]采用三氯三嗪法將脫氧核糖核酸酶固定在磁性纖維素微球和磁性聚(HEMA-EDMA)微球上,用來降解染色體和質體DNA。BílkováZ等[2]用磁性P(HEMA-EDMA)微球的酰肼衍生物固定半乳糖氧化酶,被定向固定的酶表現出很高的存儲活性和對環境的低敏感性。磁性載體的性質對固定化酶的應用十分重要,它必須滿足一定的條件:①無毒;②可生物相容;③能夠提供足夠大的表面積,使酶反應順利進行,降低酶反應基質和產物的分散限制;④具有一定的機械強度。

3.2細胞分離

有效的細胞分離是臨床免疫應用最基本最重要的一步。在磁性高分子微球表面接上具有生物活性的吸附劑或配基,然后與目標細胞結合,加上外磁場將細胞分離、分類,即磁性細胞分離,是一種有效的細胞分離方法。此法具有操作簡單快速、分離純度高、保留細胞活性、成本低等優點。Chatterjee[25]在白蛋白磁性微球(ALBMMS)和聚苯乙烯磁性微球(PSMMS)表面接上凝血素,用來分離紅血細胞。Kacemi[26]等為了研究胎盤內皮細胞在血管形成及血流量維持中的作用,用免疫球蛋白磁性微球從胎盤中分離出內皮進行分析。

3.3磁性靶向給藥

磁性靶向給藥是以磁性高分子微球為載體,將藥物包封在其中,吸附在高分子層或偶聯在表面,口服或注入體內,利用外加磁場引導載藥微球到病患處集中并緩慢釋放,定向作用于靶組織。定向給藥可使靶區藥物濃度高于正常組織,減少藥劑量和藥物毒副作用,提高藥效。GhassabianS[27]等將地塞米松和Fe3O4包埋于白蛋白微球中,用于治療淋巴細胞腫瘤。HafeliUO等[3]用磁性聚乳酸放射性微球靶向治療腫瘤細胞,進行了體外和體內放射效果研究。由于藥物載體會與藥物一起進入人體內,而藥物載體必須不能對人體造成傷害。故用于靶向藥物的磁性高分子微球必須滿足一定要求:(1)具有生物降解性;(2)粒徑<1•4μm,以免阻塞血管,利于微球在靶區均勻分布;(3)具有一定的緩釋性;(4)具有最大的生物相容性和最小的抗原性;(5)載藥微球及其降解產物無毒或毒性極低。

3.4核酸(DNA)分離、提純

樣品制備的質量,尤其是DNA分離的效果,是衡量DNA技術的基本標準。經典的DNA/RNA分離方法有柱分離法和一些包括沉積、離心步驟的方法,這些方法的缺點是耗時多,難以自動化,不能用于分析小體積樣品,分離不完全。使用磁性高分子微球進行核酸分離可避免這些局限。Oster[28]使用含Fe3O460%、非特定蛋白質結合率低的M-PVA磁珠,從血液中分離DNA,產率很高。用于核酸雜化測定或含特定序列核酸的提純,可自動操作和重復使用,產物純度高。除了可應用于以上生物醫藥領域,磁性高分子微球還可用于生物分子識別,細胞跟蹤速度標定,微量有機物測定等。

4展望

近年來,對磁性高分子微球的研究已多見報道,但要使磁性高分子微球在應用領域得到推廣,還需做很多深入細致的研究工作。

(1)用導電性聚合物包裹磁性物質得到電磁性微球克服了導電聚合物機械強度和加工性能差的缺點,同時兼具電導性和磁性,可望在電池、電磁屏蔽材料、傳感器等方面有巨大的應用潛力。因此,電磁性高分子微球的研究是今后工作的重點之一。特別是要解決如何使聚合物微球即具有良好的磁響應性又具有較好的電導率。有人用TiO2包裹PSt/Fe3O4磁性微球制得多層的電磁響應性的復合微粒,其雙電常數和電導率處于PSt/Fe3O4微球和TiO2之間,接近TiO2[5]。所以,還可考慮采用其他導電物質來制備電磁性聚合物微球。

(2)國外已有商品化磁性微球試劑盒(Dynab-eads)出售,但價格昂貴,對推廣應用不利。因此,降低磁性高分子微球的制備成本也是今后的一個工作重點。

生物醫學電磁技術范文第3篇

本發明涉及一種電磁爐陶瓷板及其制備方法。采用普通陶瓷骨料、有機粘結劑以及有機成孔劑，配比為陶瓷骨料72%～90%、有機粘結劑5%～8%、有機成孔劑5%～20%的成分；采用干壓成形制備工藝。通過該技術制備出的電磁爐陶瓷板具有 800～1100℃無變形；其熱膨脹系數為0～1.5×10-6/K；能承受650℃到室溫水 10次循環無開裂；制備能耗是微晶板的2/3左右，成本是微晶玻璃的1/2左右；能夠抵抗535g鋼球11～18cm高跌落不開裂或沖擊錘沖擊5次不開裂的強度；孔隙率在0～40%；在使用中無發黃現象，該電磁爐陶瓷板符合行業要求。

專利號：200910042423.9

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本發明涉及了利用摻加氧化鋅晶須制備磷酸鈣基生物陶瓷的技術，屬于無機非金屬材料科學領域。本發明的基本實施步驟為：以TCP/HAP 納米復合粉體為主要原料，分別添加不同量的ZnOw，采用機械混合的方法混合均勻；在40MPa成形壓力下進行冷壓成形，將成形后的試樣置于高溫爐中燒結。所得樣品力學性能好、生物相容性好，并且生物降解速度與骨的生長速度相匹配；本發明的優點為設備簡單、投資少、生產成本低，所得產品性能高、產品性能可控。

專利號：200910000785.1

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本發明涉及到骨組織修復材料，特別涉及一種制備β-TCP/HAP/Ca2P2O7多相多孔生物陶瓷的制備方法，屬于生物醫學領域。本發明首先對牛松質骨做去脂去蛋白處理；其次使用不同濃度的NH4H2PO4溶液處理去脂去蛋白后的牛松質骨；最后待牛松質骨干燥后再高溫燒結制備而成。制備的材料能夠保持天然骨骼的三維立體多孔結構，孔連通性比較好，可以誘導新骨的長入并且具有較好的生物降解性、生物相容性以及優良的力學性能特點。使用NH4H2PO4溶液處理牛松質骨比較穩定，在常溫下不會釋放出對人體有害的氨氣，實驗制備過程更安全、健康。

專利號：200910000784.7

還原氮化法原位合成鎂阿隆/β-賽隆復相陶瓷材料

還原氮化法原位合成鎂阿隆/β-賽隆復相陶瓷材料，屬于結構陶瓷與耐火材料領域。使用原料的質量百分比為：硅粉2～30％；鋁粉2～10％；氧化鋁40～85％；氧化鎂3～15%；鎂阿隆/β-賽隆復相陶瓷材料中鎂阿隆的百分含量為40～95%，β-賽隆的百分含量為5～60%；采用高溫還原氮化合成法一步合成。合成鎂阿隆/β-賽隆復相陶瓷材料的制備工藝為：高溫熱處理過程中通入氮氣，氣氛壓力為0.1MPa，溫度為1500～1800℃，保溫時間為2～8h。本發明以硅、鋁為還原劑還原氮并化合成鎂阿隆/β-賽隆復相陶瓷材料，具有單相鎂阿隆材料或β-賽隆材料的優點，具有強度高、韌性好、抗渣侵蝕性好、抗熱震性優的特點。

專利號：200910076060.0

一種碳化硼基復合陶瓷及其制備方法

本發明公開了一種碳化硼基復合陶瓷及其制備方法。按重量百分數，包括下述組分：碳化硼粉末45～50％、酚醛樹脂5～8％、金屬硅42～50％；上述組分稱量后，先用酒精溶解酚醛樹脂，并加入碳化硼粉料，機械球磨混合均勻；用造粒機造粒，模壓成形所需制品形狀的生坯；將壓制好的生坯，放入烘箱干燥固化；石墨坩堝內加入定量的金屬硅，將固化后的生坯，放置于金屬硅上，連同坩堝一起放入高溫真空燒結爐內燒結，燒結溫度為1550～1700℃，保溫1～3h后隨爐冷卻，即可制得碳化硼基復合陶瓷。本發明的酚醛樹脂在復合陶瓷制備過程中可起到粘結劑和碳源的作用，在燒結過程中也可以起到為生坯提供多余氣孔的作用，因而提高了硅的滲入性。

專利號：200910020811.7

電熨斗全陶瓷底板及其制備方法

生物醫學電磁技術范文第4篇

組織工程基質材料研究進展 閆玉華，周文娟，李世普，萬濤

組織工程用高度多孔生物可降解支架的制備 羅丙紅，盧澤儉

人工血管基因修飾的研究進展 王繼亮，王國斌

組織工程骨修復中的局部基因療法 易靜，湯雪明

血液密度測量及其在基礎醫學和臨床中的應用 呂霞付，蔡紹皙

微囊化細胞移植的研究進展 周薇，王正榮

α穩定分布噪聲下誘發電位潛伏期變化的自適應檢測 邱天爽，王宏禹，李小兵，張旭秀，鮑海平，張楊

腦電逆問題的研究進展 鄭旭嬡，萬柏坤

聯合療法與放療的比較 高悅，楊國勝，王健琪，范曉宇，王華

常用蛋白交聯方法及其對膠原的影響 曹正國，李成章

訓練特倫德倫伯格癥步態的微處理器步態分析系統

由心磁圖信號的ST段偏移計算的總電流矢量檢查心肌異常的方法

在慢性聲刺激期間心率變異性的24小時節律變化

由運動心磁圖計算的電流比分布圖檢查心肌異常的方法

小型的經腹胎兒和母體心電圖長時間記錄器

連續心輸出量監護系統

磁共振圖像中非均勻場的校正 李音

微電極技術與腦運動性信息傳導的研究 宋毅軍，田心

信息融合技術及其在醫療監護系統中的應用 陳鵬慧，吳寶明

隱馬爾可夫模型的原理與實現 劉河生，高小榕，楊福生

肝臟組織工程學中的胚胎干細胞 胡安斌，鄭啟昌

骨組織工程種子細胞的研究進展 郭宗科

骨組織工程材料的表面修飾和細胞粘附 劉剛，胡蘊玉

聚氨酯的血液相容性評價 胡國棟

聚乳酸制備研究進展 李曹，王遠亮

基因納米粒子在血管再狹窄的基因治療中的應用 李大偉，冷希崗

人工神經網絡在基因組信息學中的應用 陳志宏，嚴壯志

胚胎干細胞向神經細胞誘導分化的研究 沈干，叢笑倩，劉曉音，汪錚，曹誼林

植入式裝置與體外程控裝置數據交換技術的進展 曹妮妮，金捷，孫衛新，狄亮

磁感應斷層成像及其實驗室設計 李世俊，秦明新，董秀珍

生物芯片及其在生物醫學工程中的應用 劉偉庭，郭希山，王鐘，陳裕泉，王立人

電磁場對骨組織和成骨細胞的作用 趙云山，張西正，郭勇

載藥納米微粒的臨床應用研究進展 肖延齡，李伯

組織工程中生物材料表面修飾的研究 郝杰，鄭啟新

骨髓間充質干細胞分離培養的研究進展 王運濤

脂肪組織工程研究進展 梁偉中

高強度聚焦超聲"切除"腫瘤過程中的空化效應 顧惠瓊

睡眠監護技術的發展 葉志前，鄭濤，裘利堅

軟骨組織工程種子細胞及預防其老化的研究進展 何黎升，高瞻，陳富林

Platelet-rich Plasma(PRP)在骨組織再生中的應用 劉興文

獨立分量分析及其在腦電逆問題中的應用 高諾，朱善安

哺乳類動物心室肌細胞的Luo-Rudy模型及計算機仿真研究的進展 金印彬，楊琳，闊永紅，張虹，黃詒焯，蔣大宗

3D-EIT圖像重建的研究進展 王妍，任超世

血漿蛋白對生物材料細菌粘附影響研究進展 李艷星，黃云超，熊素華

生物人工肝的臨床應用及其生物成分研究中的幾個熱點問題 舒桂明

共同培養在生物人工肝中的應用 黃艷欣，劉晨

有限元分析法研究脊柱生物力學的新進展 高允海

磁共振譜成像(MRSI)技術的研究進展 錢勇先，黃敏，林家瑞

生物電流檢測和組織功能成像的新技術 劉軍，李光，陳裕泉

心臟建模仿真研究進展 霍梅梅，夏靈

基于突變理論的心臟運動數學描述 劉，李迪，孫堯

骨組織力學信號轉導的研究 王昊，張西正，張永亮，郭勇

心室輔助裝置的內皮化 李暉

基因工程的下游技術 周思翔，華慧，王正榮

軟骨組織工程種子細胞的來源、培養和評價 孫安科，裴國獻

角朊細胞培養技術最新進展 李政

異種煅燒骨材料的研究進展 趙銘，鄭啟新

腦磁源成像技術的研究進展 胡凈，胡潔，汪元美

數據挖掘技術在生物醫學領域的應用 余輝，呂揚生

誘發電位的非線性動態提取方法 耿新玲，田心

用于組織工程化培養生物反應器的研究進展 吳金輝，張西正，郭勇，武繼民，李瑞欣

一種新型醫用成像技術--微波激勵熱聲CT 吳石增，于陽，宋濤

上皮干細胞發育調控與臨床應用的研究進展 平浩

組織工程化人工皮膚的構建與應用 劉德伍，劉德明

生物人工肝研究進展 李津榮

肝細胞的低溫保存及應用研究進展 劉鴻凌，王英杰

體外循環中的肝素涂層技術 楊劍，易定華

人工髖關節翻修術中骨缺損的修復與重建 肖聯平

光纖納米生物傳感器的研究進展 李逸塵，潘愛英，姜信誠

納米控釋系統的應用 劉源崗，王士斌，翁連進

磷酸鈣骨水泥藥物緩釋載體研究進展 楊莽，張彩霞，陳德敏

BMPs載體及緩釋系統研究新進展 尹紹雅，常祥平

軟骨組織工程種子細胞的基礎和應用研究進展 張艷，崔磊，曹誼林

破骨細胞細胞骨架的研究進展 李青南，陳槐卿

由豬肝細胞組成的人工肝支持系統的安全性問題 劉青，段鐘平

用于生物人工肝的肝細胞組織化培養 吳宇澄，趙衛紅，余多慰

生物人工肝中肝細胞來源及培養的新進展 胡安斌，田源

癌熱療中超聲無創測溫方法的研究 吳水才，白燕萍，南群，夏雅琴

腫瘤熱療的熱劑量學應用研究 王偉，李迎新

生物醫學電磁技術范文第5篇

關鍵詞： 納米材料 特性 應用

納米科技是21世紀快速發展的主流科技之一，交叉性、綜合性很強，在國民經濟和科學技術等方面有著廣闊的應用前景。納米材料是納米科技發展的基礎，被稱為“二十一世紀新材料”，在很多領域都有廣泛的應用價值，成為人們目前研究的重點領域之一。納米材料基本組成單元的尺寸在1～100納米范圍內，而且基本單元至少有一維處于納米尺度范圍，同時具有常規材料不具備的優異性能[1]。納米材料特殊的力學、光學、電學、磁學、熱學等特性，已經在當前高速發展的各個科技領域中得到了廣泛應用，產生了巨大的經濟效益和社會影響。本文闡述了納米材料的基本特性，介紹了納米材料在各個領域中的應用，并展望了其未來發展趨勢。

一、納米材料的特性

1.表面效應

表面效應是指納米粒子的表面原子數與總原子數之比隨粒徑的減小而急劇增大的現象[2][3]。由于表面原子數增多，表面能高，原子配位數不全，存在嚴重的缺位狀態，很不穩定，活性極高，極易與其他原子結合，從而產生一些新穎的效應。如利用這一特性，金屬超微顆粒可以作為新一代具有高催化活性和產物選擇性的催化劑。

2.量子尺寸效應

當粒子的尺寸小到某一數值時，費米能級附近的電子能級由準連續變為離散能級的現象就是量子尺寸效應[4][5]。相鄰電子能級EF為費米能級。對于大粒子或宏觀物體包含無限個原子，即宏觀物體的能級間距幾乎為零，即能級是連續的；而對于納米粒子而言，其包含的原子數十分有限，N值很小，于是δ就有一定的數值，即能級是分裂的，呈現為離散能級。因此，當能級間距大于熱能、磁能、光子的能量等時，就要考慮量子尺寸效應，導致納米粒子與宏觀物體的特性顯著不同。如在超細顆粒態下的金屬導體可以成為絕緣體，譜線發生藍移。

3.小尺寸效應

當納米粒子的尺寸與光波波長、傳導電子的德布羅意波長及超導態的相干長度或磁場穿透深度相當或更小時，晶體周期性邊界條件將被破壞，非晶態納米粒子表面層附近的原子密度減小，導致聲、光、電、磁、熱、力學等特性出現特殊變化，這就是納米粒子的小尺寸效應[6]。如在納米尺寸下，材料熔點降低、微波吸收增強等。

4.宏觀量子隧道效應

納米粒子的磁化強度、量子相干器件中的磁通量等可以穿越宏觀系統的勢壘而產生變化，也就是說微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為納米粒子的宏觀量子隧道效應[7]。量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應將會是未來微電子、光電子器件發展的基礎。

二、納米材料的應用領域

納米材料的基本特性使其在力、光、電、磁、熱等方面呈現出常規材料不具備的一系列新穎的物理和化學特性。因此納米材料在催化、陶瓷、化工、環境、生物和醫學、軍事等各個領域具有非常重大的應用價值。

1.在催化領域中的應用

納米粒子表面原子密度大，表面活性中心多，作為催化劑對催化反應如氧化、還原、裂解等反應都有很高的活性和選擇性，能加快反應速率，使難以進行的反應順利進行。例如，使用納米Ni粉催化火箭燃料，可以提高燃燒效率達100倍以上。

2.在環保領域中的應用

隨著工業的發展和人口的快速增長，環境污染也越來越嚴重，而納米光催化技術在環境保護中的應用研究日益受到重視，如醇與烴的氧化，無機離子氧化還原，固氮反應，水凈化處理，等等。納米光催化劑光催化作用機理一般是在一定波長的光波照射下，產生光生電子―空穴對，這些電子和空穴能使空氣中的氧或水中的溶解氧活化，產生活性氧及自由基等高活性基團，反應關系式如下：

3.在生物醫學領域中的應用

納米材料在生物醫學中檢測診斷、靶向藥物輸送、生物分子檢測、磁共振成像增強及健康預防等許多方面都有廣闊的應用前景。如利用具有獨特孔狀結構特性的碳納米管能夠實現藥物可控釋放；以光感應器做開關的納米機器人，可以疏通腦血管中的血栓，殺死癌細胞等。在醫學領域中，納米材料最成功的應用是作為藥物載體（如納米膠囊）、生物芯片、納米生物探針和制作人體材料，如人工腎臟、人工關節等。

4.在軍事領域中的應用

納米技術和其他所有技術一樣，將在未來戰爭中發揮著不可估量的作用。例如：納米機器人、納米飛機、蚊子導彈等許多無人化設備將在偵察預警、指揮控制和精確打擊等方面發揮著越來越重要的作用；納米衛星組成的衛星監視網，可以實時觀察到地球上的每一個角落，使戰爭變得更加透明；納米隱身技術可以最大限度地隱藏自己，同時千方百計地尋找和發現敵人，起到武器裝備隱身的目的，如用做隱形飛機涂料的納米ZnO對雷達電磁波具有很強的吸收能力。

5.在精細化工領域中的應用

納米材料在精細化工，如橡膠、塑料、涂料等領域也扮演著重要角色。例如，摻雜納米SiO2可以提高橡膠的抗紫外輻射能力。而為了提高塑料的強度、韌性、致密性、防水性等，生產時通常在塑料中添加一定的納米材料。

6.在陶瓷工業領域中的應用

陶瓷材料在日常生活及工業生產中起著舉足輕重的作用。傳統陶瓷材料質地較脆，韌性、強度較差，而納米陶瓷可以克服傳統陶瓷材料的缺陷，使陶瓷具有像金屬一樣的柔韌性和可加工性，并在超高溫、強腐蝕等苛刻的條件下起到其他材料不可替代的作用，應用較為廣泛。

7.在其他領域中的應用

除了在上述領域中的應用外，納米材料在諸如電子計算機和電子工業、航空航天、機械工業、紡織工業、化妝品工業等其他領域也有著廣泛應用。

三、展望

“誰輸掉了納米，誰就輸掉了未來”，這已經成為世界各國的共識。正如錢學森院士所預言的那樣：“納米科技將是21世紀的又一次產業革命”，由此可見納米科技的重要性。納米材料是整個納米科技的基礎，在各個領域得到了廣泛應用。但從納米材料的基礎研究和實際應用來看，目前其研究還面臨很多問題和嚴峻挑戰。如合成方法復雜、單分散的納米粒子或納米線的可控制備、生長機制還不完全清楚、缺乏系統的性能研究，等等。但我們有理由相信，隨著科學技術的不斷進步，制備和改性技術的不斷完善，納米材料在未來將會在更多領域中得到更加廣泛的應用。

參考文獻：

[1]張立德，李愛莉，端夫編著.奇妙的納米世界（第1版）[M].北京：化學工業出版社，2004.

[2]王大志.納米材料結構特征[J].功能材料，1993，24（4）：303-306.

[3]張立德，牟季美編著.納米材料學[M].沈陽：遼寧科學技術出版社，1994.

[4]Kubo R.Electronic properties of metallic fine particles[J].Phys.Soc.of Jap.，1962，17（6）：975-986.

[5]Li JB，Wang parison between quantum confinement effects of quantum wires and dots[J].Chem.Matter.，2004，16（21）：4012-4015.

[6]張立德，牟季美編著.納米材料和納米結構（第1版） [M].北京：科學出版社，2001.