生物技術研究進展精選(九篇)
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第1篇：生物技術研究進展范文
關鍵詞：土壤微生物；多樣性；DNA；提取技術
中圖分類號：S154.3 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2012）23-5253-06
Advances of Total DNA Extraction Technology for Soil Microbial Diversity Research
XIAO Bin，JIANG Dai-hua，LIU Li-long，LIU Quan-dong
（College of Agronomy，Guangxi University，Nanning 530005，China）
Abstract： The influencing factors and application aspects， as well as the potentials and limitations of DNA extraction techniques for microbial diversity analysis were reviewed. Applying appropriate methods to extract microorganism DNA fragment that have right purity and appropriate size from soil were the precondition in soil microbial study on the molecular level， and the subsequent molecular biotechnology operations were all rely on these methods.
Key words： soil microorganism； diversity； DNA； extraction method
土壤微生物多樣性是生物多樣性研究的一個重要領域，是指其在遺傳、種類、結構與生態功能方面的變化，對指示土壤微生物群落的穩定性，在保持土壤質量和生態系統穩定性等方面具有重要意義[1]，是當今國內外關注和研究的熱點問題之一。
長期以來，由于研究方法的限制，傳統的分離純化培養技術僅能獲得土壤中微生物總種群數的1%左右，而絕大部分微生物目前還不能獲得純培養[2]，未能獲得純培養的微生物才是土壤微生物的主體，因此，有關微生物多樣性研究進展不大。
近年來，隨著分子生物學技術的發展和研究手段的更新，基于土壤微生物群落總DNA的現代微生物分子生態學研究方法避免了傳統分離培養方法的缺點，被廣泛應用于土壤微生物群落結構、功能以及動態監測研究[3]。因此作為微生物群落分子分析方法的基礎，最重要的一步就是從土壤樣品中盡量毫無偏差地提取出高質量的、具有代表性的微生物總基因組DNA。關于土壤微生物DNA提取方法的報道很多[4，5]，然而這些方法主要側重于土壤中的細菌群落，很少關注土壤中真菌群落總基因組DNA的提取方法及其提取效果。另外，細胞裂解不完全、DNA分子吸附在樣品基質顆粒的表面、從樣品中同時提取了某些重要酶的活性抑制劑、DNA分子的損耗、降解和破壞等因素也影響著土壤微生物DNA提取的質量，因而提取土壤微生物總DNA在研究中尤為重要[6]。本文主要對DNA提取過程中的主要影響因素、現行各方法的優缺點以及存在的問題作一綜述。
1 基于DNA方法的土壤微生物多樣性研究現狀
傳統微生物學研究方法主要依賴于純培養技術和顯微鏡技術，對土壤微生物多樣性的描述與研究存在一定的局限性。20世紀中后期，隨著土壤微生物多樣性研究向多方面發展，人們嘗試著利用分析微生物細胞中某種指示成分，如磷脂脂肪酸（PLFA）來研究土壤微生物的種群組成，但是這些方法的缺陷是無法保證細胞中某種指示成分在土壤中的穩定性，并且如果某種微生物的PLFA是未知的，則該不可培養微生物仍難以鑒別[7，8]。
1980年，Torsvik等[9]首次建立了從土壤樣品中直接提取細菌DNA的方法，并于1990年將其成功應用于DNA雜交技術，研究發現1 g土壤中有4 000個以上不同的細菌種類，說明土壤中微生物多樣性是極其豐富的。后來研究者發現16S rDNA在原核微生物中普遍存在，并且含有相對保守和可變區域，在不同的個體間16S rDNA基因序列也不會進行基因交換，因此，每一種生物都有自己的獨特序列。1986年，Pace[3]第一次以16S rDNA為基礎確定環境樣品中的微生物，使人們對大量不可培養微生物群體有了全新的認識。此后，基于16S rDNA基因的指紋圖譜分析的現代分子生物學技術得到迅速發展，包括限制性片段長度多態性分析（RFLP）、隨機擴增DNA多態性分析（RAPD）、單鏈構象多態性分析（SSCP）、基因芯片（Microarray）、PCR-DGGE/TGGE 等，為全面揭示土壤微生物種群結構和遺傳多樣性提供了重要手段。其總的技術路線：分離微生物基因組DNA，用特異性引物擴增16S rRNA基因片段，再將該PCR擴增產物進行更深一步分析，從而可在種、屬的水平上研究不同生境中的微生物種群結構及其動態變化[10]。
2 土壤微生物總DNA的提取
從土壤樣品中提取DNA的方法大致可分為2類，即間接提取法和直接提取法。間接提取法首先是對土壤樣品進行反復懸浮和離心，去除土壤等雜質，提取土壤微生物細胞，再采用酶裂解細胞提取微生物總DNA。直接裂解法是不去除土壤等雜質，而是通過物理的、化學的、酶解等手段相結合，直接裂解土壤中的微生物細胞，使其釋放DNA，再進行提取和純化。但不論采用何種方法，都存在一定的缺陷，要想提取較完整的DNA需要具備以下幾個條件： ①土壤微生物能從土壤中充分釋放，尤其是那些緊緊吸附在土壤顆粒，甚至深藏于土壤微穴中的細菌等相對比較難分離的微生物。②對一些比較頑固的微生物，如革蘭氏陽性菌、孢子和小細菌的裂解，需要更劇烈的處理，而這又會造成對裂解敏感的細菌DNA折斷。③采集土壤樣品后應盡快提取DNA，因為土壤在4 ℃儲藏幾周就會造成大分子DNA的降解。
2.1 間接提取土壤微生物總DNA
Torsvik等[11]最先報道了從土壤中提取微生物DNA的間接法，包括以下4個步驟：①分散土壤；②土壤微生物的提取（分離細胞與土壤）；③土壤微生物的純化；④細胞裂解及DNA純化。
2.1.1 土壤分散 土壤微生物一般與土壤顆粒結合，包藏在土壤團聚體內，因此，最大限度地分散土壤是從土壤中分離提取微生物的關鍵。通常采用物理或化學法，或是二者相結合以達到微生物與土粒分離的目的。常用的物理分散技術是使用玻璃珠與土壤懸液一起振蕩，或是使用韋林氏攪拌器（勻漿器、轉子混合器）攪拌分散，或是使用超聲波分散土壤團聚體等。而化學分散法是通過加入化學分散劑以達到促進微生物與土粒分離的目的。最常用的分散劑為0.2%焦磷酸鈉，其他還有Winogradsky鹽溶液、Tris緩沖液、生理鹽水、六偏磷酸鈉、膽酸鈉、脫氧膽酸鈉、純水等[26]。值得注意的是，為有效地分散土壤，分散劑的種類、濃度、加入量、機械作用（振蕩、攪拌和超聲波等）的方式、時間以及容器的大小等均應加以考慮。還可以將化學試劑與機械方法結合來懸浮土壤顆粒。研究發現Chelex100就是一種有效的土壤顆粒懸浮劑。各種分散方法分散效果不同，采用何種分散方法效果最佳目前尚無一致結論，而且防止細胞因物理、化學作用導致破裂提前釋放DNA很重要，處理不當會使DNA降解。常用分離提取土壤微生物的土壤分散方法列入表1。
2.1.2 土壤微生物的提取 土壤微生物的提取通常采用離心分離法，既要使微生物與土壤顆粒分離，又要保證基本不破壞微生物細胞。由于土壤中細菌的平均密度（1.1 μg/cm3）遠小于土壤礦物質的平均密度（2.6 μg/cm3），因此采用離心或淘選法可使細菌與土壤顆粒得到較好的分離。Hopkins等[17]采用密度逐級離心法分離出60%以上的土壤細菌。此外，也有學者提出用過濾法，即將土壤樣品分散處理后，經20 μm或30 μm微孔篩真空抽濾，其濾液中即可能含有絕大多數土壤細菌，此過程操作簡便，提取液中土壤殘留物少，易于純化。
由于土壤中的真菌、放線菌主要以菌絲的形態與土壤顆粒纏繞在一起以及細胞壁結構的特殊性，從土壤樣品中分離提取真菌放線菌要比提取單細胞的細菌相對困難。迄今為止，國內外有關分離提取真菌的研究文獻極少，且這些報道方法所提取的真菌菌絲只占真菌總生物量的極少部分。Vilarino等[21]在前人研究的基礎上提出了分離土壤真菌的原理：新鮮土壤經分散后，土壤懸浮液中的菌絲可附著在慢速轉動的銅絲（直徑150 μm）框上，洗脫后即得提取的土壤真菌。潘力等[22]以曲霉菌為例，采用微波處理菌絲并置于10× TE Buffer中即可得到DNA，建立了一種快速提取絲狀真菌DNA的實驗方法，為高通量快速篩選絲狀真菌轉化子奠定了基礎。吳敏娜等[23]以傳統土壤總DNA提取方法及純菌DNA提取方法為基礎，分別與蝸牛酶、纖維素酶進行組合、優化，得到7種不同的土壤真菌基因組DNA提取方法。分離提取土壤細菌和真菌的流程如圖1所示。
2.1.3 土壤微生物的純化 目前常用兩相分離技術對上述土壤微生物提取液進行純化。兩相分離技術最早為德國化學家Albertsson于20世紀50年代所建立，當時主要用于生物大分子的分離。近些年該技術廣泛應用于生物化學、細胞生物學和生物工程等領域，是一種分離、純化生物大分子、細胞、病毒的方法，該技術也逐步發展成為一種溫和的生物分離方法，相對于原始的純化手段具有過程簡單、純化時間較短等特點，應用領域廣泛[24]。關于其分離機制目前尚不完全清楚，有人認為其分離的原理主要取決于不同組分的親水性差異，也有人認為還與不同組分的電荷性質差異有關。當兩種互不相溶的聚合物以一定濃度溶于水中時，便可形成體積不同的兩相，被分離組分由于其與兩相的親和力不同，分別進入不同相從而達到分離的目的。目前應用最為廣泛的是PEG（聚乙二醇）/Dextran（葡聚糖）系統和PEG/無機鹽（磷酸鹽或硫酸鹽）系統。對于不同的兩相組分，分離時間不盡相同[25]。Smith等[19]研究了應用兩相分離技術從土壤中分離純化非菌絲體微生物的效果，發現經充分混合靜置一定時間后，即可形成上下兩層體積比約為4∶1的兩相分離系統，其中細菌主要富集在上層PEG相，土壤殘存顆粒將進入下層Dextran相，經4次提取純化，富集在上層PEG相的細菌總量約達加入兩相分離系統細菌總量的60%，而上層PEG相中的土壤礦質顆粒總量僅占總加入量的4%以下。李妍等[26]用2%PEG+6%Dextran兩相分離技術（A2PP）純化細菌，測定細菌生物量，研究兩相分離技術在土壤微生物研究領域的可應用性，結果表明采用0.1%膽酸鈉、鈉型離子交換樹脂、玻璃珠與土壤一起在4 ℃下振蕩2 h，能較好地分散、純化土壤細菌。研究表明，兩相分離技術同樣有可能用于分離純化土壤真菌。
2.2 直接提取土壤微生物總DNA
現今的土壤細菌DNA直接提取法是在Ogram等[27]建立的方法基礎上發展起來的，主要包括兩個步驟：①原位細胞裂解；②DNA提取和純化。
2.2.1 原位細胞裂解 直接裂解土壤微生物細胞的方法包括：機械破碎法、化學法、酶解法及3種手段相結合。機械破碎法常用的有凍融法、微波、超聲波法和玻璃微珠震蕩法；化學法常用表面活性劑SDS和SarkosyI、熱酚、高鹽、異硫氰酸胍等；酶解法：裂解酶、溶菌酶、蛋白酶K、鏈霉蛋白酶等。其中溶菌酶不僅可處理革蘭氏陽性菌細胞壁，還可水解糖苷鍵和腐殖酸。2種或多種方法相結合對DNA的提取效果較好。王嘯波等[28]采用PBS緩沖液洗滌土壤樣品，結合SDS裂解微生物細胞的方法，同時提取2種土壤樣品的微生物DNA和RNA，結果表明該法提取的核酸不需要進一步處理，其純度就可以滿足后續的分子生物學試驗，從而避免了由于純化導致的核酸量的降低。熊開容等[29]采用凍融+玻璃珠+溶菌酶+SDS方法提取了活性污泥中微生物DNA，結果表明獲得的DNA適合于酶解和PCR擴增要求。
值得關注的是，土壤中微生物種類繁多，生理狀態不同，革蘭氏陽性和陰性細菌以及細菌與真菌的細胞壁結構和組成亦不相同。為了使提取的DNA具有代表性，就必須保證土壤樣品中所有微生物細胞裂解釋放出核酸，因此必須根據試驗的性質、要求選擇適當裂解方法。研究表明，基于SDS的高鹽提取法會對一些革蘭氏陽性細菌效果不好。張瑞福等[30]采用凍融+溶菌酶+SDS方法提取3種芽孢桿菌（G+）DNA，結果表明經凍融處理的霉狀芽孢桿菌均提取到了DNA，未經凍融處理的霉狀芽孢桿菌未提取到DNA，且凍融處理未對DNA造成大的剪切，提取的DN段還大于23.1 kb。張穎慧等[31]使用優化的CTAB法提取真菌基因組DNA。使用液氮凍融以及玻璃珠振蕩的方法代替了傳統的液氮研磨，實驗結果表明該方法所需菌體量少，且得到的基因組DNA比用傳統的CTAB法得到的基因組DNA產率高、純度好且步驟簡單，適用于一次微量提取多個樣品的基因組DNA，可用于大部分分子生物學基本實驗如PCR和DNA的酶切等。
2.2.2 DNA提取和純化 在已報道的DNA提取和純化方法中，通常采用飽和酚或氯仿和蛋白酶處理，去除DNA樣品中的蛋白質和部分RNA，然后對DNA進行抽提，再用乙醇、異丙醇或聚乙二醇（PEG）沉淀后，經羥基磷灰石柱或氯化銫密度梯度超速離心等進一步純化。其他純化方法有聚乙烯吡咯烷酮（PVPP）法、色譜法、電泳法、透析和過濾法、試劑盒法等。
Lamontagne等[32]研究結果表明PVP能夠與腐殖酸結合，起到有效去除提取的DNA中腐殖酸雜質、提高DNA純度的作用。李靖宇等[33]采用氯化鈣-SDS-酶法對濕地土壤微生物DNA進行提取，結果表明該方法能高效去除濕地土壤腐殖酸，純度較高，能直接滿足PCR擴增。李鈞敏等[34]用含PVPP的緩沖液預洗DNA樣品，然后添加CaCl2和牛血清白蛋白可去除其中的腐殖酸，用PEG8000沉淀DNA，可提高DNA質量，并證實這是一種簡便有效可直接應用于PCR分析的土壤微生物總DNA的提取方法。蔡劉體等[35]采用 SDS-CTAB法提取煙草病圃土壤微生物總DNA，該方法既可達到裂解效果，還有助于去除腐殖酸，有利于提高所提取DNA 的質量。吳紅萍等[36]采用酚氯仿和柱式腐殖酸去除劑對粗提取的土壤微生物DNA進行純化后，可用于PCR擴增，并以細菌16S rDNA基因引物可擴增到相應的片段。朱立成等[37]采用直接法提取土壤微生物總DNA，然后用Sephadex G-200凝膠離心層析法純化，可得到純度較高的DNA。段學軍等[38]采用稀釋模板及巢式PCR法很好地解決了在DNA提取純化過程中不能完全去除腐殖質的問題。滕應等[39]將BIO101 Systems公司研制的FastPrep多試管核酸提取系統與相應的Fast DNA SPINKit for Soil試劑盒聯用，有效地提取了重金屬復合污染的農田土壤微生物總DNA。
沒有哪種單一的純化步驟可以除去所有污染物，故許多研究者已經將幾種純化步驟結合起來以期獲得最好的純化效果。Smalla等[40]將粗提的DNA進行3步純化：①氯化銫密度梯度超速離心純化；②醋酸鉀沉淀；③Geneclean純化。發現經前2步純化的DNA通過稀釋即可部分被限制性酶切和擴增，但如不經稀釋而進行限制酶切和擴增，則必需進行最后一步純化。
2.2.3 直接法和間接法的比較 研究表明，直接法獲得的DNA較多，但不易去除抑制劑，間接法提取的DNA只占直接法的1/10，但分離的DNA純度較高，而且間接法得到的細菌量只占總菌群的25%～50%，直接法提得的DNA卻可以超過細菌總DNA的60%。因此，要想獲得大量DNA，選擇直接法較好，當所需DNA量不大，而且要排除真核或胞外DNA污染時，可用間接提取法。
直接提取對某些特定樣品用特定的操作方法能獲得較高的提取效率，但是對有些生物量不高的樣品則很難得到足夠的環境總DNA用于后續操作，適合在樣品生物量較大但采樣量不大的情況下采用。間接提取在提取效率上遠小于直接提取，但用間接提取法所得到的環境總DNA純度較高，所有樣品能直接用于PCR擴增，并且能更好地體現樣品中微生物的多樣性，適用于有大量樣品的情況。
2.3 DNA的純度和濃度測定
DNA在260 nm處有吸收峰，腐殖酸在230 nm處有吸收峰，計算OD230/OD260（腐殖酸/DNA）的比值可以確定所提DNA中腐殖酸的污染程度。一般情況下OD230/OD260比值應在0.4～0.5之間為好， OD230/OD260比值越高，腐殖酸污染越嚴重。蛋白質在280 nm處有吸收峰，因此OD260/OD280比值經常被用來指示DNA中蛋白質的污染程度，當OD260/OD280比值為1.8～2.2時，DNA較純，當受蛋白質或其他雜質污染時，OD260/OD280值則較低[41]。此外，還可采用PCR擴增檢測DNA的純化質量，所用擴增引物見文獻[42]。
提取的DNA濃度也可根據測定的OD260值計算，根據公式[dsDNA]=50×OD260×稀釋倍數，計算DNA的濃度（μg/mL），換算出每克干土提取DNA的量[43]；還可采用DyNA Quant 200熒光儀對純化后DNA的濃度進行測定[28]。
3 影響土壤微生物總DNA提取的因子
土壤成分復雜，含有大量的有機及無機等多種生物活性抑制物，如腐殖酸、多酚類化合物、重金屬等，它們的存在可能影響土壤DNA的提取質量，抑制DNA聚合酶的活性從而影響土壤微生物多樣性的分析。研究發現，腐殖酸是土壤DNA提取過程中極難去除的污染物，由于它的分子大小和理化性質與DNA相似，過分注重腐殖酸的去除，勢必會造成DNA的大量損失，因此腐殖酸的有效去除是土壤DNA提取的難點所在。
各種土壤類型、質地和成分的差異，都會影響土壤微生物DNA的提取效果。Zhou等[44]用SDS-CTAB法從8種土壤（包括沃土、沙沃土和沙黏土，其中黏土含量為5%～31%不等）中提取DNA，平均獲得DNA的量為0.5～26.9 μg/g，并發現獲得的DNA量與土壤的有機磷含量有明顯的正相關關系。另外，研究也發現，土壤中細菌的裂解效率與其中黏粒的含量呈明顯的負相關。土壤中各粒級顆粒對細菌的吸附量從大到小的順序為：黏粒、粉粒、細沙粒、粗沙粒，其中黏粒是粉粒的3.7～4.9倍、細沙粒的44.3～89.2倍、粗沙粒的262.0～799.0倍，細菌在粒徑不同的土壤顆粒表面的最大與最小吸附量分別相差389.0和857.0倍，去有機質土壤顆粒對細菌吸附親和力較含有機質土壤顆粒的大[45]。因此，不同的土壤適合于不同的DNA提取方法，在土壤DNA提取過程中，應針對土壤類別選取合適的提取方法，以便進行后續研究。
4 小結
從土壤微生物群體基因組的角度研究其多樣性及功能是可行的方法，并受到廣泛的關注[46]。因而越過分離培養的步驟，直接從土壤中獲得總DNA以分析土壤微生態群落結構，關鍵是如何盡可能全面地提取土壤中微生物的總DNA。土壤本身成分復雜，有許多物質難以預料，對提取較好質量的DNA提出了很高的要求。因此建立一種簡單有效的提取方法顯得非常重要。
間接法提取的微生物DNA純度較高，提取的種類和數量較少；直接提取法直接在土壤中裂解細胞，使其中內含物盡可能地釋放，能夠代表大部分的土壤微生物，但土壤中所含物質種類較復雜，所以提取的DNA質量受到很大的影響，需要進一步純化，而這些處理往往造成部分DNA的喪失，可能使在土壤中本身存在量較少的種類喪失或檢測不到，影響到土壤微生物多樣性的分析。最近，Milko等[47]發現一種Taq DNA聚合酶基因突變型可增加對腐殖酸等PCR抑制物的抗性，不需要對基因組DNA進行純化就可以進行后續的分子生物學分析，因此具有廣泛的應用前景。
絕大多數直接提取法提取的DN段長度不會超過23 kb，而DNA的某些用途如宏基因組文庫構建，需要大片段的DNA，直接提取法對此幾乎無能為力。
在DNA提取產率高即表示其所代表的微生物多樣性高的前提下，DNA直接提取法被認為是較好的方法并被廣泛應用[48]。但近年來有研究表明DNA提取的產率高不等同于微生物的多樣性高，間接提取法又再次被提出并用于相關研究[49]。這就要求在選擇提取方法時不僅要試用直接提取和間接提取這兩類方法，而且在每類方法中也要試用不同的處理組合方式，以使后續操作能順利進行，并得到準確可信的研究結果。
評價一種土壤微生物DNA提取方法是否有效，除了通常要求的提取片段無降解且比較完整外，還需要能夠有效去除土壤中大量存在的影響后續實驗的物質，如腐殖酸、腐殖酸似物、酚類化合物、重金屬離子等；能在單位樣本量中比較徹底地提取出微生物DNA；提取方法應具有普適性，對土壤中大多數微生物能夠有效等[50]，且提取的DNA能更好地代表土壤微生物的真實性和異質性。
5 展望
目前，國內外對土壤微生物總DNA提取方法的報道很多，但每一種方法都存在一定的缺陷。因此，從土壤樣品中提取DNA還沒有通用的最佳方案，需要根據具體的土壤特點、實驗室條件和實驗目的而定。在提取過程中還要兼顧實驗操作是否簡便，方法是否經濟以及樣品量是否充足。另外，將現代分子生物學技術與傳統微生物研究方法結合起來，才能更全面地認識和理解土壤微生物群落多樣性及其相應的生態功能。
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第2篇：生物技術研究進展范文
關鍵詞：生物脫氮 短程硝化一反硝化 生物電極脫氮工藝 好氧脫氨工藝
中圖分類號：X52 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2012）001-124-02
1 引言
近些年來，隨著科學技術的發展，生物脫氮在技術和工藝上取得了長足進步，發展出了：(1)同步硝化反硝化；(2)短程硝化反硝化；(3)厭氧氨氧化工藝；(4)全程自養脫氮工藝；(5)其它生物脫氮新工藝（好氧脫氨工藝和Sharon-Anammox聯合工藝）等新技術和工藝。
本文主要系統介紹上述新技術和工藝的機理及發展進度，并對其可能存在的問題進行了分析。
2 生物脫氮傳統工藝及存在的問題
廢水生物脫氮傳統工藝原理是硝化和反硝化反應，硝化反應是指在好氧硝化菌的作用下把氨氮轉化為硝態氮，反硝化反應是指反硝化菌在缺氧條件下將硝態氮轉化為氮氣，通過硝化和反硝化反應將氨氮轉化為氮氣從而從廢水中去除。具體工藝例如：A／O、A2／O、UCT、JBH、AAA等，都是典型的傳統硝化反硝化工藝。
這些工藝在廢水脫氮的實際應用中發揮了一定的作用，但仍存在以下問題：(1)硝化過程需要曝氣；(2)由于曝氣使廢水中的COD大部分被去除，而反硝化程需要一定的碳源，因此往往需要另外加入碳源；(3)在低溫條件下硝化菌群的增殖速度慢，而且難以維持較高生物濃度。因而必須延長總水力停留時間(HRT)，造成了基礎建設投資的增加；(4)高濃度的氨氮和亞硝酸鹽廢水會抑制硝化菌的生長；(5)為了中和硝化過程產生的酸度，需要加堿中和；(6)為了獲得良好的脫氮效果及維持較高生物濃度，必須同時進行污泥和硝化液的回流，增加了動力消耗。
3 新型生物脫氮工藝
3.1 同步硝化反硝化
同步硝化-反硝化工藝是利用了：(1)硝化過程的產物是反硝化的反應物；(2)反硝化過程產生硝化所需的堿。從而使脫氮過程在同一反應器內實現。
和傳統硝化-反硝化脫氮工藝相比，同步硝化-反硝化工藝有明顯的優點，主要表現為：(1)縮小反應器體積，縮短反應時間；(2)無需酸堿中和；(3)降低了曝氣要求，增加了設備的處理負荷并節省能耗，簡化了系統的設計和操作；(4)完全脫氮。目前，同步硝化-反硝化生物脫氮工藝的研究主要集中在氧化溝、生物轉盤、生物流化床等系統。但是在同步硝化-反硝化工藝中有機碳源的可生化利用性對反硝化速率的影響以及同時硝化反硝化過程中除氮特性的研究都是有待深化的問題。
3.2 短程硝化反硝化
短程硝化-反硝化是通過抑制硝化菌的活性，使硝化的產物停留在N02-階段，然后在進入反硝化階段將N02--N還原為N2。與傳統的硝化-反硝化相比，短程硝化-反硝化具有：(1)硝化階段需氧量減少25％；(2)反硝化階段所需碳源減少40％，反硝化率提高63％；(3)厭氧反硝化階段剩余污泥量減少30％；(4)水力停留時間較短，反應器的容積可減少30％一40％；(5)減少了投堿量；(6)縮短了反應歷程，增加了脫氮效率等優點。
實現短程硝化-反硝化的關鍵在于將NH4+的氧化有效控制在N02-階段，然后直接進行反硝化。但是到目前為止，將硝化反應有效控制在N02-階段的報道并不多見，具代表性的有荷蘭Delft工業大學于1997年開發的Sharon工藝，但是Sharon工藝也有明顯缺點：(1)較高的溫度條件限制其在低溫地區和季節的應用；(2)反應器生態系統中NO2-的累積具有致癌風險等。
3.3 厭氧氨氧化工藝
厭氧氨氧化工藝由荷蘭Delft工業大學于20世紀末開始研究，并于21世紀初成功開發出的一種新型的生物脫氮工藝。厭氧氨氧化是以亞硝酸鹽作為氧化劑取代氧氣將氨氧化成氮氣，或以氨作為電子供體取代有機物將亞硝酸鹽還原成氮氣。厭氧氨氧化反應是一個全新的生物反應，發生厭氧氨氧化的前提是氨和亞硝酸或硝酸鹽同時存在，且不存在氧。
厭氧氨氧化有如下優點：(1)反應過程在厭氧條件下進行，供氧能耗大幅度下降；(2)不再需要外加有機物，可節省費用；(3)反應過程一步完成，產酸量下降，減少加堿量。和上述工藝相比厭氧氨氧化工藝完全脫離了硝化-反硝化的范疇，為處理高氨氮、低 BOD的廢水開辟了一條最優途徑，同時也為生物脫氮技術開拓了新思路。
3.4 全程自養脫氮工藝
3.4.1 兩階段限氧自養硝化反硝化工藝(OLAND)
兩階段限氧自養硝化反硝化工藝，是硝化反應和厭氧氨氧化相結合的一種新型生物脫氮工藝。該工藝分為兩個部分進行：第一步是將廢水中的一半氨氮氧化為亞硝酸鹽；第二步是亞硝酸鹽與剩余另一半氨氮發生厭氧氨氧化反應，從而達到脫氮的目的。實現兩階段限氧自養硝化反硝化工藝的關鍵在于亞硝化階段嚴格控制廢水溶解氧水平，將近50％的氨氮轉化為亞硝酸鹽，從而實現硝化階段穩定的出水比例NH4+／N02-：(1．2．2)，為厭氧氨氧化階段提供理想進水，提高整個工藝的脫氮效率。
和傳統生物脫氮工藝相比，Oland工藝有如下特點：(1)理論上只需將一半的氨氮氧化；(2)不需外加有機碳源；(3)污泥量產生少。這些特點都將有效降低其運行成本。目前OLAND工藝還停留于實驗室探索階段。
3.4.2 一體化完全自養脫氮系統(CANON)
Canon工藝是2002年首先由荷蘭Delft工業大學提出的新型工藝生物脫氮工藝。在Canon工藝中，亞硝酸細菌把氨氧化成亞硝酸鹽；厭氧氨氧化菌則把氨和亞硝酸鹽轉化成氮氣。整個脫氮過程在亞硝酸菌和厭氧氨氧化菌的協作下完成。亞硝酸菌的基質是氨和氧氣，厭氧氨氧化細菌的基質是氨和亞硝酸鹽，在沒有外源亞硝酸鹽的情況下，厭氧氨氧化菌有賴于亞硝酸菌提供基質。由于厭氧氨氧化菌和亞硝酸菌都是自養型細菌，因此Canon工藝無需外源有機物，能夠在完全無機的條件下進行。
Sliekers AO等分別選用批式反應器和氣提式反應器，對Canon工藝進行了運試，效果令人滿意。目前，Canon工藝還處于實驗室探索階段。
3.5 其它生物脫氮新工藝
3.5.1 好氧脫氨工藝
1997年首先由德國Hannover大學提出的新型生物脫氮工藝。在傳統的生物脫氮中，氨在氧化過程中和消耗的氧之間存在一定的當量關系；在去除的硝酸鹽與消耗的有機物之間也存在一定的當量關系。然而，在許多實際的生物脫氮系統內，經常會出現氨的超量去除。Hippen等把這個氨和硝酸鹽的超量去除現象稱為好氧脫氮。目前，好氧脫氨工藝還處于實驗室探索階段。
Siegrist等認為，可采用兩種方式來開發好氧脫氨工藝。其一是通過設計和操作控制，使反應器交替產生好氧和缺氧條件，從而使亞硝酸鹽和厭氧氨氧化菌輪流作用，以實現氨至氮氣的轉化；其二通過通過設計和操作控制，使反應器內的微生物形成生物膜，讓亞硝酸菌分布于好氧表層，厭氧氨氧化分布于缺氧內層，并利用基質擴散實現氨至氮氣的轉化。
3.5.2 Sharon-Anammox聯合工藝
雖然Sharon工藝處理富氨廢水的效果比較好，但在反硝化過程中需要消耗碳源，因此有人利用其作為亞硝化反應器，將近50％氨氮轉化為亞硝酸鹽，再利用Anammox工藝將剩余的氨氮和產生的亞硝酸鹽經自養菌作用生成N2。形成一個新型的生物脫氮聯合工藝。
和傳統生物脫氮工藝相比，Sharon-Anammox聯合工藝具備以下優點：(1)耗氧量少；(2)污泥產生量少；(3)不需外加碳源。雖然各國學者對Sharon-Anammox聯合工藝進行了宏觀和微觀的研究，但對其反應的途徑及微生物生理特性的研究還不夠深入，需進一步加強研究。
4 生物脫氮新技術發展和展望
與傳統脫氮技術相比，生物脫氮新技術處理氨氮廢水時具有明顯的優勢，但脫氮機理的研究大多數仍處在實驗階段，工藝有待進一步深入研究，在實際應用中應重點考慮各個反應關聯問題如：溶解氧、泥齡、碳源和硝酸鹽等，這是生物脫氮系統運行好壞的關鍵。由于脫氮理論研究的深入，新工藝層出不窮，各種工藝有機組合使用以達到更好的處理效果；新的填料和新的硝化細菌等的探索和研究。隨著生物學機理的深入揭示和相關學科的發展與滲透，生物脫氮技術已不僅僅是單一追求較高的NH4+-N去除率，而是向著這一簡潔、高效、經濟的方向發展，這是現在脫氮技術發展的趨勢。
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第3篇：生物技術研究進展范文
關鍵詞:醫藥生物技術;產業化;措施
近年來，醫藥生物產業的飛速發展，為各行各業帶來了較為廣闊的發展空間，將生物技術應用于醫藥產業，不僅使得醫藥生物產業發展迅速，也使得其成為相對活躍的產業之一。雖然醫藥生物產業目前發展的態勢良好，但仍然存在著大大小小的問題，需要我們去探索和解決，才能使得醫藥生物技術產業跨向一個更高的臺階。
1醫藥生物技術發展的總趨勢
從全球醫藥生物技術發展的狀況來看，生物技術在醫藥行業的運用，正在引發著醫藥產業的重大變革。在2000年，全球生物技術產業的銷售額高達500多億美元，而醫藥生物技術產業的銷售額就占去了60%，實際上自90年代以后，全球生物技術藥品的銷售額以年均30%的速度增長著。
2我國醫藥生物技術產業的發展狀況
我國的醫藥生物技術產業的發展，相較國外的發展情況而言起步相對較晚，但是隨著國家在醫藥生物技術產業的支持力度的加大，使得醫藥生物技術產業有了較快的發展，縮短了與西方先進國家的差距，在全球醫藥生物技術產業中占有了一席之地。
3我國醫藥生物技術與產業發展所面臨的問題
隨著我國社會的不斷向前發展，醫藥生物技術及其產業取得了很大的進步，但是其發展過程中，不斷的涌現出了許多問題，如在醫藥生物技術領域的資金投入不足;生物醫藥產品的自主創新不足，產品的研發能力有限等問題，這些問題在很大程度上阻礙了我國醫藥生物技術及其產業的更好發展。
3．1自主研發產品能力有限，創新性不足
在我國現有的生物技術藥物中，只有少數部分是自主研發，擁有產品的自主產權，而絕大部分則是依靠國外的醫藥生物技術進行產品的仿制，真正的自主創新其實很少，以至于出現藥品研制上的重復，藥品生產的過量等多種問題，再加上國內缺乏對醫藥生物技術知識產權保護的意識，使得部分的醫藥生物技術及產業的發展停滯不前，導致藥品生產企業之間的競爭壓力增大，企業的利潤不斷減少，嚴重的出現虧損現象，最終血本無歸。有的藥品生產商為了避免出現這種情況，選擇企業著重于仿制藥品的生產，因為仿制藥品可以減少自主研發的資金投入，相對來說費用較少，而且盈利較快，風險也就相對較低，這種思想的循環使得我國的醫藥生物技術難以實現突破性的創新。
3．2醫藥生物技術的研究成果難以轉化為醫藥產品
這些年經過醫藥生物技術研究方面專業人才的努力，我國的醫藥生物技術在研究方面較以前取得了很大的進展，但現實是很難將這種研究上的成果轉化為醫藥產品。
3．3在醫藥生物技術及產業的投資不足
從我國在醫藥技術研究中的投入資金來看，是遠少于國外在醫藥領域的資金投入的，這也是為什么我國的醫藥生物技術的研究難有創新性的發展。醫藥生物技術產業本就是高風險、高投資、高回報的產業，醫藥生物產業得不到充足的資金支持，勢必會阻礙其研發過程的進展，從而影響我國醫藥生物技術產業的健康發展。
3．4我國醫藥企業規模相對較小，競爭力較弱
隨著近些年我國醫藥生物技術產業的不斷發展，涌現出了較多的生物制藥企業，但是這些企業普遍的特點就是規模較小，經濟實力較弱，自主研發新產品的能力較低，因此在醫藥行業的國際競爭中的競爭能力較差，抗風險能力弱，這顯然對我國的醫藥生物技術產業的發展十分不利。
4解決我國醫藥生物技術及其產業發展問題的措施
隨著經濟、政治、文化、科技全球化趨勢的不斷增強，每個國家、各個行業都面臨著機遇與挑戰，對醫藥生物技術產業來說也不例外。在競爭如此激烈的大環境中，要加快我國醫藥生物技術的自主研究與產業發展，可以采取以下措施:
4．1端正態度，客觀認識到我國醫藥生物技術的發展與世界先進國家的水平。
在擺正態度的同時，總結我國醫藥生物技術發展過程中的經驗教訓，同時加強與先進國家的交流，積極吸取、引進國外的先進醫藥生物技術，自主研發創新醫藥產品，形成我們自己的國際競爭優勢。
4．2加大在醫藥生物技術產業的資金投入。
從醫藥生物技術產業的性質可以看出，想要實現我國醫藥生物技術及產業的發展，就需要我們集中人力、物力、財力，加大在醫藥生物技術產業的投入，有重點、有針對性的扶持醫藥生物技術項目，提高我們的醫藥生物技術水平。同時，還應該注重培養醫藥生物技術方面的專業人才，提高醫藥生物技術人才的專業素養，為我國醫藥生物技術的研究與發展注入新生力量。
4．3注重醫藥生物技術研究成果向產品的轉化，實現上下游技術的完美銜接。
在加強醫藥生物技術的研究的同時，注重研究成果的轉化，建立好高校的醫藥生物技術研究和藥品生產企業的溝通、合作橋梁，實現雙方的完美銜接。
5結語
綜上所述，我國的醫藥生物技術的研究與產業發展取得了很大的進步，雖然在這一過程中仍有些許問題有待解決，但是我國醫藥生物技術產業的發展仍然勢不可擋，相信在其未來的發展過程中，必將實現創新性飛躍。
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第4篇：生物技術研究進展范文
【關鍵詞】 生物淋濾 污水污泥 重金屬
1 引言
隨著我國城市污水處理率的逐年提高，污水處理廠的污泥產量也急劇增加。污水污泥通常經過機械脫水后再進行后期處置，傳統的處置方法主要有衛生填理、焚燒、海洋處理和土地利用。其中土地利用是最常用、最具備經濟性的方法[1]。污水污泥中含有占其干重0.5-2%的重金屬[2]，因此在污泥土地利用之前必須進行處理以避免二次污染。污水污泥中重金屬的處理基本思路是重金屬穩定化（控制重金屬的生物活性）和減量化。但污泥穩定化后，隨著土壤pH、氧化還原電位等環境條件的改變，重金屬有可能重新溶出或其生物毒性增加而造成污染。因此，高效且經濟的生物淋濾方法成為了研究的熱點[3]。
2 主要微生物種類及特征
可用來進行生物淋濾的細菌有硫桿菌屬、氧化亞鐵鉤端螺旋菌屬、硫化桿菌屬、酸菌屬、嗜酸菌屬以及其它與硫桿菌聯合生長的兼性嗜酸異養菌。其中，應用最廣泛的是氧化亞鐵硫桿菌，其次是氧化硫硫桿菌和鐵氧化鉤端螺旋菌[4]。一般說來，應用于淋濾重金屬的微生物以其生長的溫度可以大致分為中溫菌和嗜高溫菌。
2.1 中溫菌
中溫菌主要有氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌、器官硫桿菌、嗜酸硫桿菌、溫浴硫桿菌和氧化亞鐵鉤端螺旋菌。其中氧化亞鐵硫桿菌的最適溫度在30-35℃之間，其最適pH為2-3。氧化亞鐵硫桿菌的生物膜由外膜、肽聚糖、周質區和內膜構成。周質區存在鐵氧化酶，從外界培養液跨膜運輸到周質區的Fe2+在鐵氧化酶催化下失去一個電子，這個電子傳遞給分子氧并伴隨H+和能量的吸收，這一能量使細胞內ADP（二磷酸腺苷）和Pi（無機磷）結合成ATP（三磷酸腺苷）使細菌得以生長繁殖[5]。氧化硫硫桿菌是普遍存在于污水污泥中的微生物，它通過氧化還原性硫來獲得能量，其最適溫度在28-30℃之間，最適pH為1.5-2.0。
2.2 嗜高溫菌
在較高溫度的條件下，古菌成為了重金屬淋濾的優勢菌種[6]。Sulfobacillus thermosulfidoxidans及其相近的菌種可以在較高溫度條件下實現較快的淋濾速率。極端嗜高溫菌可以在70℃時生長，并利用硫或硫代硫酸鹽作為能源，主要包括Sulfolobous viz.S. ambivalens、S. brierleyi和Thiobacter subterraneus。
3 生物淋濾機理
污泥厭氧消化是國內外污泥消化的主要形式，厭氧消化污泥中重金屬70%以難溶性的硫化物（Cr主要以Cr（OH）3形式）形式存在[7]，在氧化亞鐵硫桿菌等細菌的作用下，金屬硫化物變成可溶性的金屬硫酸鹽，通過固液分離可達到去除污泥中重金屬的目的。
一般認為生物淋濾污泥中重金屬有兩種作用機理[8-9]：
3.1 直接機理
細菌通過其分泌的胞外多聚物直接吸附在污泥中金屬硫化物（MS）表面，通過細胞內特有的氧化酶系統直接氧化金屬硫化物，生成可溶性的硫酸鹽，見式：
M表示重金屬 （1）
通常，污水污泥中的金屬硫化物如NiS，CuS和ZnS等可以通過上式所示的機理被溶解。
3.2 間接機理
在以硫為基礎的淋濾過程中，污水污泥中的元素硫或還原性硫化物通過氧化硫硫桿菌氧化成硫酸，進而污泥中的pH來提高重金屬的溶解[10]。
（2）
（3）
Me為二價金屬。
在以鐵為基礎的淋濾過程中，細菌在液相中先將Fe2+氧化到Fe3+，Fe3+隨后再通過與重金屬硫化物的反應而淋濾出來。在這個過程中，細菌不需要接觸到礦物的表面[11]。
（4）
（5）
反應式（4）和（5）構成了一個循環，使得越來越多的重金屬被淋濾出來，在反應式（5）中產生的硫酸還可以促進以硫為基礎的間接淋濾過程。
4 淋濾模式
4.1 序批淋濾模式
目前，關于污水污泥重金屬淋濾的實驗室研究大多都是在序批式反應器中進行。Wong和Henry[12]報道了在序批實驗中使用氧化亞鐵硫桿菌淋濾厭氧消化污泥的研究。在以FeSO4為能源時，8d內對Cu、Ni、Zn、Cd和Pb的去除率分別為65%、78%、87%、86%和0%。淋濾的最佳起始pH是4，最佳的溫度范圍是25-30℃。與純培養的氧化亞鐵硫桿菌淋濾序批實驗相比，氧化硫硫桿菌和氧化亞鐵硫桿菌混合菌種對重金屬的淋濾效果要高10%。10 d內混合菌種對厭氧消化污泥中Zn、Cu、Cd和Pb的去除率分別為95%、75%、50%和55%。針對23種市政污水污泥的序批淋濾實驗結果表明，氧化硫硫桿菌對重金屬的平均溶解率為62.5%，要高于氧化亞鐵硫桿菌的49.5%[13]。不同菌種的淋濾效率的差異主要是由于系統間pH的不同所致，一般認為較低的pH會導致污泥中重金屬較高的溶解率。對與大多數的污泥中的重金屬來說，高效淋濾所需的pH范圍是2-3之間。在淋濾序批實驗中，雖然大部分的研究針對的都是厭氧消化污泥，但是Couillard等[14]報道了使用氧化亞鐵硫桿菌淋濾好氧污泥的研究。在提前將污泥酸化至pH為4，假如FeS作為能源的條件下，污泥中的重金屬能在1-2d內實現高效的溶出。由于氧化亞鐵硫桿菌對簡單的有機物，如有機酸、低分子量糖類、氨基酸等特別敏感，所以污泥中含有較高濃度的有機物會抑制其序批淋濾效果[15]。
4.2 連續淋濾模式
連續淋濾模式可以提高污泥處理量，適合于大規模的應用，但是目前對此的研究很少。連續模式的淋濾研究一般均在連續攪拌反應釜（CSTR）中進行。Couillard和Mercier[16]報道了使用氧化亞鐵硫桿菌在CSTR和帶污泥回流的CSTR（CSTRWR）系統中的淋濾研究結果。在HRT為1、2、3和4d，以1g/L的FeSO4·7H2O為能源時，CSTR與CSTRWR有基本一致的淋濾效率，對Ni和Cd的去除率分別為82.4-83%和83.3-85%。Tyagi等[17]研究了使用純培養氧化亞鐵硫桿菌的連續淋濾反應器中HRT、污泥回流比的影響。研究結果表明在HRT為0.75d，回流比為20%的情況下，超過90%的Cu和Zn能被淋濾出來。而Seth等[18]的研究發現當連續式淋濾工藝的HRT為14d，使用1.5g/L的S作為能源時，Cd、Cu、Ni和Zn的去除率分別為50、33、48和74%。
4.3 污泥消化與同步生物淋濾
污泥消化與同步生物淋濾（SSDML）是污泥消化過程和生物淋濾過程在同一個反應器中進行，實現病原體、污泥揮發性固體和重金屬的同步去除。SSDML可以在序批或連續式曝氣攪拌槽反應器中得以實現。通常，以硫為基礎的生物淋濾過程在中性pH的條件下開始反應，所以可以與好氧污泥的消化過程組合在一起。Tyagi等[19]的研究結果表明污泥固體含量對SSDML工藝有明顯影響，重金屬的溶解率隨著污泥固體含量從8.7提高到29.6g/L而降低。氧氣濃度對SSDML工藝也有明顯影響，當氧氣濃度從2提高到7 mg/L時，氧化還原電位、酸化率和總揮發性固體的降解率都得到了提高[20]。
5 規模化應用存在的問題
盡管生物淋濾技術可以高效的去除污水污泥中的重金屬，但是目前還沒有實現規模化應用。目前主要存在的技術問題如下：
5.1 污泥肥料成分含量的損失
污泥生物淋濾過程中存在一個主要的關注熱點是可能的肥料成分含量的損失。污泥中75%的營養元素可以在淋濾的過程中損失掉。在淋濾過程中，pH通常都降至2以下，在降低的pH和較高的氧化還原電位條件下使得污泥中的有機物被氧化，進而使得污泥中的營養元素被溶解出來。N的損失也可能是因為污泥中微生物的蛋白質結構被破壞所致。淋濾的時間越長，損失的營養元素含量將會越多。Shanableh和Ginige[21]發現在生物淋濾污泥過程中有76%的P和38%的N被損失了。Wong等[22]發現在較低的起始pH時，以氧化亞鐵硫桿菌淋濾污泥會有39%N和45%P的損失，但是在pH為6時N和P的損失基本可以忽略。Blais等[23]也發現在污泥起始pH為1.5時，淋濾過程會有44%的P損失，而起始pH為2.5時P的損失只有6%。
5.2 污泥調理和脫水性能
在生物淋濾技術規模化應用前另一個需要注意的是污泥的調理和脫水性能。淋濾過程完成后，污泥需要在絮凝劑的幫助下進行脫水，脫水后的污泥中和后才能作為肥料使用。然后，在pH小于2的情況下，高分子聚合物產生的絮體很小并且易碎，使得污泥調理和脫水變的非常困難。因而只能將pH調高至2-3之間或加入雙氧水提高氧化還原電位來克服這個問題。保持污泥的脫水性能對于淋濾后高效的固液分離具有重要意義[24]。
5.3 經濟性問題
與傳統的污泥中重金屬去除方法相比，生物淋濾工藝被認為是高效經濟的，它只需要傳統化學法1/5的成本。通常，生物淋濾過程需要16-20d，在此期間需要足夠的曝氣和攪拌。去除重金屬的成本除了包括化學藥劑、攪拌、曝氣、基建和運行費用外，還應包括污泥調理、脫水以及從酸性濾出水中回收重金屬的費用。Sreekrishnan和Tyagi[25]發現生物淋濾工藝（氧化硫硫桿菌）僅在較低處理容量和高固體濃度時具有吸引力。
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第5篇：生物技術研究進展范文
關鍵詞：生物檢測技術 重要性 檢測方法 應用
隨著科學技術的不斷發展，也推動了生物技術的發展，特別是在全球一體化的當前，生物技術的研究成果很快就能轉化為生產力。在此基礎上，生物檢測技術在食品檢驗中的應用也日趨完善，由于該技術在檢測方式上沒有毒副作用，結果準確，在食品檢測領域中得到了廣泛的應用。但是由于目前我國在部分條件下尚不能達到技術要求，生物檢測技術在食品檢驗中還需要進一步的完善。
1、食品檢驗中的生物檢測技術
為了保障食品的安全以及促進食品生產水平的提高，食品檢驗檢測有著重要的作用。傳統的檢驗檢測方式主要是通過儀器進行物理、化學方面的檢測，但由于其在某些方面存在局限性，已經滿足不了當前食品檢驗的需求，隨著生物技術的不斷發展，食品檢驗中也有了新的檢驗方法的選擇。生活中的各類食物都是來源于自然界中的動植物，生物技術主要是針對食品的原材料，二者有相通之處，基于此，在食品檢驗中，生物檢測技術能達到安全、準確、靈敏的檢驗效果，在成本方面也比較低，對環境也不會造成污染。與傳統的檢測方法進行對比，生物檢測技術具有明顯的優勢，因此在食品檢驗的各個方面都得到了廣泛的應用，深入到了食品的生產過程、質量監督、質量控制、品質評價及視頻科學研究等領域。
2、生物檢測技術的內容
隨著科技的發展，生物科技的發展速度非常快，很多領域內都取得了較為突出的成績。現代科技條件下，生物檢測技術的規模不斷加大，內容不斷增多，本文主要針對以下幾種生物檢測技術進行簡單的介紹。
2.1酶檢測法
利用適量的酶對食品中的化學成分含量進行檢測的方法就是酶檢測法，該方面具有極強的特異性，尤其是對食品中的生物污染或農藥殘留進行檢測時的效果非常好，且操作簡單，檢測的成本低廉。但是需要注意的是，酶需要一定的溫度及催化條件，以此來提高檢測的效率。在檢測中，主要要用到動力學測定法、終點測定法、利用輔酶作用、多酶偶聯測定法、抑制劑測定法、酶標免疫檢測法、酶反應循環高靈敏度測定法及放射性同位素測定法等。此外，在實際檢測中，常會與免疫法結合使用，形成酶聯免疫分析檢測技術，在食品安全檢驗中比較常用，尤其是水果或蔬菜中存在殺菌劑噻菌靈的檢測時，表現出的靈敏度非常高。
2.2免疫法
在生物檢測方法中，免疫法的靈敏度是最高的，特異性也非常強。免疫法的操作簡單，具有良好的再現性，應用前景比較廣闊。采用免疫法可以對蛋白質進行檢測，因為不同蛋白質的物理、化學性質差別不大，因此對不同蛋白質進行區別的時候只能采用免疫法或者是標記探針法。實際檢測匯總，免疫法主要包含放射免疫法、沉淀免疫法、熒光抗體法、酶聯免疫吸附法、免疫擴散法、凝集免疫法及免疫電泳法等幾種方法。
2.3基因芯片技術
該技術主要是實現了將大量探針固定在支持物上，能夠一次性的針對樣品大量序列進行分析與檢測，該技術主要是針對傳統的核酸印跡雜交技術存在的操作復雜、操作序列數量少、自動化程度低、檢測效率不高等缺陷而出現的，是一種新生的生物檢測技術，該技術的發展前景非常廣闊。對該技術的應用主要是對植物中是否含有外來基因序列進行鑒定，判斷該植物是否是生物技術作物。
2.4免疫傳感器
根據生物內的抗原-抗體特異性合并，導致的化學變化而設計的生物傳感器，即免疫傳感器，其構成主要包含感受器、轉換器、放大器。免疫傳感器主要有電化學免疫傳感器、酶免疫傳感器、壓電晶體免疫傳感器、光化學免疫傳感器以及免疫芯片等，在食品檢測中，免疫傳感器的作用主要是針對生物性危害進行的檢測。例如可以針對農藥、致病菌、獸藥、生物毒素等的檢測。
3、食品檢驗中生物檢測技術的應用
3.1殘留農藥檢測
隨著農藥的普遍使用，人們所食用的蔬菜中，表面殘留農藥的成分越來越多，部分農藥殘留含有對人體有害的物質，長期食用就會導致多種疾病的出現，嚴重威脅到人體健康。所以，人們也越來越多的關注到食品中的農藥殘留問題，在檢測方法上尤為重視。現階段，用于農藥殘留檢測的最佳生物檢測技術有酶技術及生物傳感器技術，也是目前最主要的生物檢測方法。
3.2有害微生物檢測
食品中含有的有害微生物如果進入人體后，會對人體產生較大的為好，對食品的品質也有著嚴重的影響。所以，對有害微生物的傳播進行控制的主要方式是采取有效直接的食品檢測方法。在此方面，生物檢測技術的優勢較為明顯，檢測的效果也比較突出。截至目前，對食品中的有害微生物檢測主要采用生物傳感器、酶聯免疫法、PCR等檢測技術，取得了較大的成果。
3.3食品成分及品質檢測
生物感應器是最早應用與食品成分及品質檢測的生物檢測技術，而葡萄糖傳感器由于最早的生物傳感器技術，在食品含糖量的檢測中最早得到應用。除此以外，在對轉基因食品檢測中，該技術也比較常用。目前，轉基因食品對人體健康及生態環境可能存在不利的影響，因此應該避免食用。對轉基因食品的檢測也十分必要，主要采取的方法是酶活性檢測、酶檢測、蛋白質檢測等。
結束語
隨著人們物質生活水平的不斷提高，食品的種類也不斷豐富，對食品檢測技術的要求越高越高，在操作簡單性、檢測靈敏度、準確性方面，生物檢測技術的發展滿足了這一要求。在科技的不斷發展中，對生物檢測技術中的不足還要進一步改進，不斷完善食品檢測中生物檢測技術的應用。
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第6篇：生物技術研究進展范文
【摘要】
綜述了微乳液的形成機理、結構、微乳液膜傳質機理，研究現狀和其在醫藥生物上的應用，并對微乳系統的應用進行了展望。
【關鍵詞】 微乳液 機理 應用
Abstract:The formation mechanism of microemulsion as well as its structure，mass transfer mechanism and its present situation of research and medical application was summarized in this review. In addition，industrialization prospect of microemulsion liquid membrane technology was also prospected ．
Key words:Microemulsion liquid membrane; Mechanism; Application
1943 年Hoar 和Schulman 用油、水和乳化劑以及醇共同配制得到一透明均一體系并將該體系命名為微乳液以來［1，2］，微乳液的研究受到廣泛關注。微乳液真正作為液膜體系是近十多年來出現的一項新技術，其在石油、環境、水處理、制藥、醫藥、食品、牛奶、飲料、造紙、紡織、電子等領域的廣泛用途，使其在近些年成了一個非常熱門的研究課題，本文對微乳液的形成理論、結構、微乳液膜傳質機理和近些年來微乳液膜作為一種分離技術的國內外研究狀況和其在醫藥生物上的應用進行綜述。
1 微乳液的形成
微乳液是在一定條件下可以自發形成的、宏觀上是各向同性的熱力學穩定體系，一般由表面活性劑、助表面活性劑、油和水（或水溶液）組成。較為成熟的微乳形成理論有3 種，即界面混合膜理論、溶解理論和熱力學理論。Schulman提出了界面混合膜理論，即負界面張力理論，該理論認為微乳液之所以能自發形成與瞬時負界面張力的產生有關，在表面活性劑和助表面活性劑的共同作用下，使油/ 水界面產生瞬時負界面張力，形成由表面活性劑、助表面活性劑、油和水（或水溶液）組成的混合膜，體系自發擴張界面，形成微乳體系。該理論在解釋微乳液的形成和穩定性上是合理的，但這種負界面張力難以測定，所以它在解釋微乳的自動乳化現象時缺乏有力的實證，并且事實上一些雙鏈離子型表面活性劑如AOT 和離子表面活性劑也能形成微乳而無需加入助表面活性劑，所以該理論存在一定的局限性。
溶解理論以Shinoda 和Friberg 等為代表，認為微乳的形成是油相和水相增溶于膠束或反膠束中而使膠束逐漸變大并溶脹到一定粒徑范圍內的結果，但此理論無法解釋表面活性劑的濃度大于臨界膠束濃度(CMC) 時即可產生增溶作用這一事實，而此時也并不一定形成微乳。
熱力學理論以Ruckenstein 和Overbeek 等為代表，他們從熱力學方面對微乳的形成進行了闡述，認為表面活性劑降低油水表面張力的程度和系統的熵變決定了微乳形成的自由能，公式:ΔG f =γΔA -TΔS ，其中ΔGf 表示微乳形成的自由能，γ表示油水表面的表面張力，ΔA 表示微乳化時表面積的變化，ΔS 表示系統的熵變， T 是熱力學溫度。值得注意的是，由于微乳形成時有大量非常小的液滴生成，ΔA是非常大的。Taha 等通過計算機輔助的分子建模、描述符計算及多重線性回歸技術提出了統計學上具有重要意義的O/ W 和W/ O 微乳的模型，使人們對微乳的形成過程和性質有了更深更好的理解。
2 微乳液的結構
微乳液又稱膨脹膠束，可以看成是膠束內核增溶非極性或極性物質后所形成的體系。而膠束是表面活性劑分子當濃度超過其臨界膠束濃度后在水或有機溶劑中自發締合形成的自組織系統（或聚集體），在水中形成的聚集體稱為正常膠束（normal micelle），在有機溶劑中形成的聚集體稱為反膠束(reversed micelle)。膠束內部的非極性環境使它可以增溶非極性物質水形成膨脹膠束，又稱為水包油型微乳液（O/W）；同樣，反膠束內部的極性環境使它可以增溶極性物質形成膨脹反膠束，或稱為油包水型微乳液（W/O）。目前，膠束和微乳液的區分尚無嚴格界定，兩者在拓撲學結構上極為相似，但還是有區別。對于反膠束和W/O型微乳液來說，兩者的主要區別在于W/O型微乳液的水池內有自由水存在，反膠束則沒有。膠束的大小一般在5 nm以下，而微乳液的大小則在5 nm以上［3］，但不超過40 nm［4］。根據表面活性劑分子極性端基電離性質的不同，微乳液可分為以下4 種類型：非離子型微乳液（如以OP-7［壬基酚聚氧乙烯（7）醚］和OP-4［壬基酚聚氧乙烯（4）醚］等非離子表面活性劑組成的微乳液），陽離子型微乳液（如以十六烷基三甲基溴化銨組成的微乳液），陰離子型微乳液［如以AOT［二-（2-乙基己基）磺化琥珀酸鈉］和SDS（十二烷基硫酸鈉）組成的微乳液，兩性離子型微乳液（如以卵磷脂、甜菜堿類表面活性劑組成的微乳液）。圖1是膠束、反膠束和微乳液的示意圖。
3 微乳液的相行為
從連續相性質來分，微乳液有O/W(水包油)、W/O(油包水)和雙連續型。而從相平衡觀點來看，微乳液體系可分為WinsorⅠ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ四個相平衡體系。如圖2所示。
3.1 WinsorⅠ體系O/W型微乳液與過剩油相共存的兩相平衡體系。
3.2 WinsorⅡ體系W/O型微乳液與過剩水相共存的兩相平衡體系。
3.3 WinsorⅢ體系雙連續型微乳液（中相微乳液）同時與過剩油相和過剩水相共存的三相平衡體系。
3.4 WinsorⅣ體系O/W 或W/O型微乳液的均相熱力學穩定體系。
4 微乳液膜的傳質機理
4.1 界面溶化傳質機理用于水相萃取的體系是W/O型的反膠束或W/O微乳液，萃取過程在winsorⅡ體系(W/O型微乳液和水相的兩相平衡體系) 中進行。在傳質方面，Plucinski和Nitsch提出了萃取過程的界面溶化傳質機理（又稱“bud”膠束溶化機理或 “蓓蕾”狀膠束溶化機理，該機理如圖3所示。
其要點是：反膠束移動到油、水兩相的液/液界面并發生黏性碰撞使反膠束發生開孔而形成“bud”反膠束（“蓓蕾”狀反膠束），被萃溶質隨后通過離子交換在“bud”反膠束的凹陷部分發生連續溶化（fusion），負載有溶化物的反膠束擴散進入有機相中。
4.2 基于液膜的界面傳質機理Tondore等［4］最早將陰離子型微乳液作為液膜使用，研究了親油化合物，如：芘、蒽在液膜中的傳質。之后他們又拓展到W/O型微乳液萃取金屬離子Ni2+，Co2+，Cu2+等。對Ni2+，Co2+，Cu2+的萃取分離所用的體系是含萃取劑8-羥基奎啉或改性物Kelex 100的SDS-異丁醇（戊醇）-水-十二烷的陰離子型W/O微乳液。Tondre等通過用一個U-型管進行的大量傳質實驗研究基礎上提出了W/O微乳液萃取的兩種液膜界面傳質機理，一種是通過有機相的傳質（transfer via the organic phase）：溶質首先轉移到有機相，然后再轉移到反膠束或W/O微乳液滴內并通過該聚集體擴散到第2個液/液界面；另一種是直接傳質(direct transfer)：通過兩親分子膜的開裂-愈合方式使溶質直接從料液相轉移到反膠束或W/O微乳液滴，然后該液滴離開第1個界面擴散到第2個界面。這兩種界面傳質機理可用圖4表示(其中S表示溶質，a表示水相，o表示有機相)：顯然，Tondore等提出的直接傳質機理（b）與Plucinski和Nitsch提出“蓓蕾”狀膠束溶化機理是相似的。
4.3 液膜促進傳質機理用非離子型微乳液萃取分離金屬離子時常常加入萃取劑（在液膜體系中稱為流動載體），萃取機理與傳統液膜萃取中的Ⅱ型促進遷移機理相同［5，6］，萃取過程一般包括金屬離子從料液相擴散到料液/微乳液界面，金屬離子在該界面與流動載體發生反應生成可溶于油相的絡合物并擴散到微乳液/接收內水相界面，絡合物在內相解絡劑作用下發生解絡釋放出金屬離子等四個步驟，通過被萃物和內相解絡劑在膜內外兩相的偶合傳質，最后可以使被萃物在膜內相富集，其實質是流動載體在液膜內外兩個界面之間來回穿梭地傳遞被遷移的物質。如圖5所示。非離子型微乳液萃取研究以Wiencek等為主，他們主要研究了用非離子型表面活性劑DNP-8［雙壬基酚聚氧乙烯（8）醚］代替陰離子表面活性劑并加入流動載體制成微乳液，用于從水相中分離富集萃取Hg2+，Cu2+和HAc等， 并與普通乳狀液膜體系作了對比。結果表明，非離子型微乳液膜比傳統粗乳狀液膜具有更高的效率。
5 微乳液體系的研究概況
微乳液體系用于蛋白質的分離、濃縮、純化和金屬萃取的文獻不多，1982年后才有少量的相關報道，1990年后略有增加。用反膠束、微乳液進行萃取分離研究主要是以德國munchen技術大學的Nitsch和Plucinski，法國Nancy大學C.Tondre教授及其合作者和美國Rutgers大學J.Wiencek 教授等人的工作為主，近年來在其他的實驗室也開展了一些研究。如K.Osseo-Asare、 Ovejero-Escudero F.G， Angelino H， Casamatta G等［7］ 、C. S. Vijayalakshmi.， A. V. Annapragada， E. Gulari［8］，Tondore等［9］、P. Plucinski and W.Nitsch［10］、Wiencek等［11，12］，他們分別用離子型或非離子型微乳液作為分離介質進行了金屬離子的萃取研究。非離子型微乳液萃取研究以Wiencek等為主，他主要研究了非離子型W/O微乳液作為液膜的傳質，用非離子型表面活性劑DNP-8 ［雙壬基酚聚氧乙烯（8）醚］代替陰離子表面活性劑并加入流動載體制成微乳液，用于從水相中分離富集萃取Hg2+，Cu2+和HAc等， 并與普通乳狀液膜體系作了對比。結果表明，非離子型微乳液膜比傳統粗乳狀液膜具有更高的效率，而傳質機理與傳統粗乳狀液膜相同。用微乳液膜萃取完成時間短，并在較長時間內檢測無H+泄漏。而用普通乳狀液，萃取所需時間長。
在國內，著名化學家徐光憲、袁承業等早在20世紀70年代開創性地進行稀土串級萃取理論和工藝的研究時就發現液液萃取體系中微乳液的形成對萃取有增效作用［13］。韓立新等［14］、朱霞石等［15］、分別用W/O陰離子型和O/W非離子型微乳液萃取痕量金屬離子如Cd3+，Cr3+，Fe3+的萃取，然后用濃酸或濃鹽水進行反萃，其工作僅限于對痕量金屬離子Cd3+，Cr3+的分析。曾平等［16］研究了皂化P204/煤油體系微乳液對V（Ⅳ）萃取。近年來，龔福忠等［17，18］進行了W/O非離子型微乳液萃取釹的研究，效果良好。
6 微乳液在生物醫藥領域中的應用
6.1 微乳液在生物工程中的應用微乳萃取是一項新出現的膜萃取技術， 最早用于具有經濟價值的蛋白質、多肽、氨基酸的分離［19］。在傳統的液膜萃取中， 由于液膜本身的穩定性和機械性能較差， 不可避免地出現液膜破裂， 從而造成已被萃取的溶質返回到料液相， 大大降低了萃取效率; 另外， 萃取完畢后，還需對液膜進行破乳， 以分離出萃取的溶質， 因此根據液膜的不同， 破乳設備也復雜多樣。研究發現，反膠團W/ O 型微乳體系可以用于生物活性物質的萃取［20］，由于微乳體系中的微環境和生物細胞的環境類似，所萃蛋白質不易變性。另外，反膠團微乳液作為細胞的模擬膜，還可以用來制備生物分子的超微顆粒［21，22］。
最近研究還發現，在反膠團W/ O 型微乳體系及低含水介質中的酶體系中應用酶可以增加非極性試劑的溶解度，有利于反應進行，提高酶的熱穩定性。在微乳體系中，酶催化應用于許多種反應，例如采用脂肪酶、磷脂酶、堿性磷酸脂酶、胰蛋白酶、溶菌酶、肽酶等催化應用于酯、肽、酰基糖的合成、酯交換、各種水解反應及生物堿的變換等。
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6.2 微乳液在醫藥中的應用在制藥工業中，利用微乳粒徑小的特性，將藥物包裹在微乳小顆粒中制成液體狀的藥物，通過注射或者內服，使藥物進入人體，微乳液的高穩定性可以使包裹的藥物保質期延長，并且易于擴散和吸收［23］，例如微乳液膜包裹的口服胃蛋白酶，由于其粒度小，大大降低了病人的不良反應。另外，微乳作為藥物釋放體系， 已引起研究者的高度注意。通常O/W 型微乳可作為水難溶性藥物載體;W /O 型微乳可使水溶性藥物得以持續釋放，增加藥物的生物利用度［24］。微乳型藥物的研究，國外相對較多， 且已有產品上市。Sandoz 公司生產的環孢霉素A口服微乳膠囊劑Neoral， 顯著改善了藥2時曲線的峰谷水平， 生物利用度比普通型藥劑Sandimmun 提高了20%～ 30% ［25］。陳剛等［26］研究結果表明， 肝移植術后口服環孢霉素最好用環孢霉素微乳劑， 因肝移植患者術后多置T 管引流膽汁， 而Neoral 具有吸收快、穩定、不受膽汁及食物影響的優點。由于微乳劑具有分散性好，分散相顆粒小等特點，其在超聲造影劑(U CA )技術方面能夠大大增強超聲檢測信號，其應用也得到人們的重視，氣液相變型超聲造影劑利用微乳劑分散性好、分散相顆粒可以達到10～ 100 nm，并具有能被長期保存的特點。將一類沸點低于人體正常體溫的物質制成微乳劑，當這類微乳劑注入人體后， 由于人體溫度高于其沸點， 就會從非致聲的小液滴轉變為強致聲的微泡。氣液相變型超聲造影劑是一類新型的超聲造影劑， 具有穩定、強致聲及能夠通過外周靜脈實現心肌灌注及脈管Doppler 增強效應。EchogenR是以十二氟戊烷(DDFP， 沸點為28. 5℃) 為主要組分制成的微乳液， 乳化劑采用非離子表面活性劑。、EchogenR已在人體內進行了心臟病學及放射學臨床研究［27～29］。微乳劑的制備簡單、條件溫和、設備要求不復雜， 易實現工業化操作。目前的其它方法如聲空化法等， 受設備等條件的影響， 難以實現大規模的生產。因此，微乳氣液相變性超聲造影劑是一種很有前途的超聲造影劑［30］。
7 結論和展望
半個世紀以來，微乳系統的理論研究和應用開發取得了顯著的成就，微乳液作為一種熱力學穩定的體系， 制乳十分方便，黏度小，破乳容易，其所具有的超低界面張力和表面活性劑所具有的乳化、增溶、分散、起泡、和柔軟性等性能使它不但在醫藥生物領域有實際的和潛在的應用價值，而且在其它領域包括石油、環境、水處理、制藥、食品、牛奶、飲料、造紙、紡織、電子等領域也得到了廣泛應用并取得了令人矚目的成就。盡管液膜（包括微乳液膜）分離技術存在這樣和那樣的不足，但筆者有理由相信， 隨著人們研究工作的不斷深入，理論上的不斷完善， 微乳液系統作為一種新型分離技術在今后的科技發展中將發揮越來越大的作用，應用領域和發展前景將更為廣闊。
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第7篇：生物技術研究進展范文
關鍵詞：鋼帶式鋼絲繩斷絲檢測；檢測技術；進展
鋼絲繩是提升、運輸設備的一種重要構件，在使用鋼絲繩的過程中，由于受到銹蝕、磨損等原因可能會出現斷絲問題，損傷嚴重甚至會對人員的生命安全造成不利影響。鋼絲繩運行過程中斷絲是影響其運行情況的主要因素，因此其檢測工作顯得尤為重要，有關鋼絲繩斷絲檢測的研究近年來得到了快速發展。現階段鋼帶式鋼絲繩斷絲檢測方法有X射線檢測、γ射線檢測、漏磁檢測以及超聲波檢測，其中漏磁檢測是國內外普遍使用的一種檢測方法。
1絲繩斷絲檢測原理
由于扁平結構，鋼帶容易在水平方向上發生偏離， 導致電梯走行震動、發生內部斷絲現象 鋼帶需要經常性的定期清洗保養，帶面不能存在垃圾 特殊開發的專用環保油脂具有優秀的防銹、能 或異物，如果不及時清理，會導致電梯走行震動和噪 力，安全、穩定，適合各種氣候和復雜的環境 音，并快速縮短鋼帶壽命 鋼帶宣稱設計壽命為20年，但根據日本等地的使用經 在電梯和其它各類工業產品上應用百余年，經過全球 驗，在實際使用5年后就很容易發生表面橡膠老化、有部分鋼絲斷絲的情況 ，肉眼無法觀察到鋼帶內部的斷絲情況，因此依靠 ，以漏磁檢測法為例，其傳感器主要由勵磁器和探頭兩部分構成，其中勵磁器主要任務是對鋼絲繩進行磁化，探頭的主要任務是檢測斷絲漏磁場，勵磁器的勵磁源可以利用永磁材料制作，利用感應線圈和霍爾元件對斷絲漏磁場進行檢測，其中性能最佳的是以霍爾片為磁敏元件的檢測器。
鋼絲繩斷絲產生的樓磁場共有兩個分量，分別是軸向分量Bn和徑向分量Br，利用兩個分量均可以得到鋼絲繩斷絲的具體情況，其中工程中多數情況下會利用軸向分量進行漏磁檢測，利用霍爾元件作為主要檢測元件，在磁回路中強永久磁鐵使得鋼絲繩變得磁飽和化，一旦鋼絲繩出現了斷絲情況，由于受到磁介質變化的影響斷口位置會產生漏磁場，這樣就可以利用霍爾元件對漏磁場進行精確檢測（檢測原理如圖1）。
利用電流I通過霍爾片兩端，當鋼絲繩磁化以后，斷絲位置就會產生漏磁場B，霍爾片上的磁場作用會產生霍爾電勢：
Vh=RhIBt=RhIBsinθ
式中，Rh為比例常數，I是控制電流，B為穿過霍爾片的磁場，θ是霍爾片和磁力線的夾角。軸向與徑向兩個分量均與鋼絲繩軸線保持大致平行，在霍爾片和和鋼絲繩軸線平行時，Bh不產生電勢，徑向分量Br產生電勢，鋼絲繩位置的漏磁場與徑向分量Br和鋼絲繩斷口于繩上的位置、斷口寬度直接相關，徑向分量Br還和霍爾片與斷口之間的徑向距離直接相關，Br直接決定了霍爾電勢的大小，所以，利用霍爾電勢可以對斷口位置的漏磁場進行檢測，同時按照漏磁場對鋼絲繩斷絲的具體情況做出判斷。
2鋼帶式鋼絲繩斷絲檢測技術研究現狀
2.1鋼絲繩無損檢測的研究歷史
有關鋼絲繩檢測裝置的研究工作始于本世紀初，1907年鋼絲繩作為變壓器芯最開始加入到無損檢測的行列中，后來經過工作人員的不斷摸索，這項技術也越來越成熟。鋼絲繩無損檢測技術研究進展基本上可以分成以下3個階段。
2.1.1第一階段，早期探索階段
這一階段鋼絲繩檢測設備都是在1907年出現的第一個鋼絲繩無損檢測裝置為基礎形成和發展的，交流電磁感應原理為其基本工作原理，然而從整體上來看，當時這些設備并不是很成熟，具體操作起來也非常復雜，可靠性比較差，因此并未得到全面推廣。
2.1.2第二階段，檢測原理更新階段
這一階段主要是更新鋼絲繩無損檢測原理，該時期檢測原理主要有紅外線檢測法、超聲波檢測法、透視檢測法、放射性檢測法、磁場測定法、電磁感應發及聲發射檢測法等。在多種因素的影響下，絕大部分采用電磁檢測法使無損檢測真正從實驗室中走出來，形成產品以后投放到市場的檢測裝置之中。
2.1.3第三階段，由定性檢測向定量檢測過渡的階段
80年代初期鋼絲繩定性無損檢測技術基本上走向成熟，利用鋼絲繩檢測設備可以對鋼絲繩上是否有缺陷存在檢測準確判斷，同時明確鋼絲繩上缺陷處于的位置。后來隨著鋼絲繩使用要求不斷提高，原有的檢測裝置不能滿足其使用要求，這樣就有了后來的定量檢測，準確的判斷出其破損程度。
2.2國外無損檢測現狀
當前英國、美國、日本、加拿大、意大利、法國等均在從事鋼絲繩無損檢測這項工作，其中性能較好的檢測儀器以英國的LMA-LF系列無損檢測儀和加拿大的Magnograph式無損檢測儀為代表，其中Magnograph探傷儀可以對鋼絲繩斷絲的具置進行準確判斷，但是還需要利用肉眼對斷絲的具體根數進行檢查，可以看出這種探測方式處于定性檢測的范疇。LMA-LF系列則在Magnograph的基礎上進行了相應改進，但是仍屬于定性范疇。
2.3國內無損檢測技術發展
我國從事鋼絲繩無損檢測的單位主要有華中理工大學、哈爾濱工業大學、煤炭部煤科院撫順研究所等。我國對鋼絲繩斷絲檢測技術的研究比較晚，上世紀60年代末，第一臺鋼絲繩探傷儀在撫順研究所成功研制，在70年代正式開始批量生產，這種探傷儀被定型為TGS型探傷儀，其檢測原理主要利用電磁檢測法，后來再1987年撫順研究所和華中理工大學合作，共同研制出了鋼絲繩定量檢測系統，該檢測系統主要原理為磁場測定法，鋼絲繩斷絲定量檢測自此得以實現，當前該檢測系統尚處于不斷完善之中，基本上可以將斷絲定量準判率控制在71%以上。
3鋼絲繩斷絲檢測實驗研究
圖2為鋼絲繩斷絲檢測裝置，磁敏元件為霍爾片，在鋼絲繩周圍均勻分布霍爾片，用來對鋼絲繩不同位置上的斷絲進行檢測。由各個霍爾片上產生的霍爾電勢分別檢查各自所管轄區的斷絲。同一位置上的集中斷絲可以按照不同斷絲形成的樓磁場所產生的霍爾電勢進行準確判斷，而同一橫截面不同繩股上的斷絲，是從接近該位置的霍爾片輸出的，霍爾電勢信號模數轉換完成后，利用計算機進行處理，使其對斷絲的分辨能力得到提高，將斷絲數相加、存儲、打印，就可以從檢測數據中判斷出斷絲在位置上的分布情況，進而對鋼絲繩上具置的最大斷絲數是否已經超過了安全指標進行判斷，確定該鋼絲繩是否還可以正常使用。
如圖3，小波位于頻域、時域其局部化性質都比較好，從擾信號中可以提取出很多有用信息，從圖中可以看出，突變信號起一點在同一位置的所有不同尺度上都會產生最大值點，所以利用小波變換以后不同尺度上最大值點數值、位置都能對信號奇異性進行確定，尤其是信號中噪聲非常強的時候，利用小波變化可以對信號進行分解，一旦噪聲與有用信號在不同頻帶之間分布，那么如果與噪聲信號相對應的小波系數位置是零，就可以利用重構的方式達到將噪聲消除的目的。
4結語
綜上所述，隨著社會生產力的快速發展，鋼絲繩的用途也越來越廣泛，近年來被應用于國民經濟建設的很多領域之中，成為很多基礎設施和機械設備的重要構件，鋼帶式鋼絲繩是近幾年開始投入研究的，隨著鋼絲繩檢測手段的增加，對其生產、使用及維護發揮了至關重要的作用。然而很多使用單位對具體的檢測知識并不十分了解，因此本文對相關內容進行了分析和論述，以期引領大家加深對鋼帶式鋼絲繩斷絲檢測的認知。
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第8篇：生物技術研究進展范文
關鍵詞：體外循環術后腎損害；急性腎損害；早期診斷；生物標志物
急性腎損害（AKI）是體外循環（CPB）后的嚴重并發癥之一，但既往缺乏統一的AKI診斷標準，不同研究報道的AKI發病率也相差甚遠。雖然腎功能不全在CPB術后發生率不是很高，但患者一旦進入腎功能衰竭并需要血液透析治療時，病死率就成倍上升至60%～80%；即使部分腎功能不全患者不需要血液透析治療，這部分患者仍有高達30%的病死率[1]。近年來，研究發現心臟術后急性腎損害不僅可以引起短期死亡率的顯著升高[2]，還會增加慢性腎臟病發病風險，顯著影響患者的遠期生存率[3]。由于AKI的早期診斷較為困難及診斷標準的不統一，使治療效果與臨床預后較差.因此本文對AKI的生物標志物進行綜述，旨在為CPB術后AKI的早期診斷做參考。
1 體外循環術后急性腎損害（CPB-AKI）的診斷現狀
體外循環術后急性腎損害（CPB-AKI）是一種CPB后突發的（48h內）、持續性的腎功能不全，具體表現為腎小球率過濾的降低。但介于既往缺乏統一的AKI診斷標準，文獻報道的CPB-AKI的發病率介于0.3%～29.7%之間，而術后腎衰竭（ARF），需要行透析治療的患者發病率為1.2～3.0%。2004年，急性透析質量倡議小組（ADQI）制訂了ARF的RIFLE分級診斷標準[15]，依據血肌酐、腎小球濾過率（GFR）和尿量的變化對急性腎衰竭的診斷、監測、分期分級進行了細致的描述，被學界所廣泛接受。隨后在2005年，AKI網絡（Acute Kidney Injury Network AKIN）在對于AKI的診斷，在RIFLE的基礎上進行了進一步的修訂，為目前最常用AKI診斷標準。AKIN將AKI定義為：48h內血清肌酐（Scr）上升≥26.4μmoL/L或較基礎值（術前最低Scr值）增幅≥50%和（或）尿量
2 體外循環術后腎功能的監測
2.1中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白（NGAL） NGAL是一種小分子量分泌性蛋白，屬于lipocalin蛋白家族，在細胞內鐵離子的轉運、炎性反應、腫瘤的轉移中發揮重要的作用。其最早被Mishra等發現在小鼠腎臟缺血模型中，NGAL基因早期即有存在表達；對CPB圍手術期兒童尿液、血液標本進行檢測，通過比較發現，NGAL在CPB 2h后，無論是血液、尿液中都有顯著升高，并且通過多變量分析顯示，CPB 2h后尿液中NGAL總量，是最有力的獨立預測AKI因子。相較于傳統的血清學指標血清肌酐，NGAL在對AKI的預測效能要強的多。近年來有研究指出，AKI時NGAL的增高比出現診斷性肌酐增高要早24～72h，同時該研究通過Meta分析進一步指出：血清、尿NGAL對CPB-AKI的早期診斷ROC曲線下面積為0.78。此外，術后12h血清NGAL水平跟平均住院時間、死亡率還有很強的關聯[5]。盡管NGAL擁有以上種種優勢，但在不同文獻[6]報道的AKI診斷過程中的差異性表現尚缺乏充分解釋，這使得NGAL在臨床廣泛應用，還有很長的路要走。
2.2腎損傷分子-1（Human kidney injury molecule-1，KIM-1） KIM-1是近年來研究發現的位于近端腎小管上皮細胞的跨膜蛋白質。在正常人的腎臟和尿液中，KIM-1的基因、蛋白表達不可被測得，而對急性腎小管壞死的患者進行尿液檢測發現，尿KIM-1能在鏡下發現任何管型之前被檢出，且可持續到恢復階段；糖尿病性腎病和系統性紅斑狼瘡腎病患者的尿KIM-1水平即使在出現明顯尿蛋白之后也不增高；因此，尿KIM-1還可用于AFR的病因學診斷，使有效治療能早期實施。已有動物試驗證實，在缺血性和中毒性腎損傷時，近曲小管上皮細胞的KIM-1表達早期即急劇升高，其增高水平與腎小管損傷程度密切相關，是一種敏感性和特異性都較高的早期診斷腎損傷的標志物。目前已有報道國外學者將KIM-1應用于經皮冠狀動脈介入治療術后的腎前性腎損害的早期診斷[7]。相較于NGAL，KIM-1在健康人體不表達、定位準確以及分子結構穩定，不易受尿液中理化因素的影響等為其作為理想的腎損害生物標志物更添優勢[8]。
2.3 尿N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶 （N-acetyl-b-D-glucosaminidase NAG） NAG是一種主要被發現在近端小管上皮細胞中高相對分子質量的溶酶體酶。尿NAG活性增高常提示腎小管細胞損傷，同時尿NAG也可被作為衡量腎小管上皮細胞功能的生物標志物。在正常情況下，NAG不能通過腎小球濾過膜，但在腎病活動期尿NAG可持續性增高；除此之外非細胞性損傷的溶酶體活性增高也能導致尿NAG增高。在AKI致尿NAG排泌增多的報道中，病因主要考慮以下三點：藥物毒副作用、心血管術后以及腎移植術后，然而研究發現慢性腎小球疾病如糖尿病腎病也可導致尿NAG的增高，其特異性相對不佳，真正臨床使用價值仍然有限。近年來，國內、外專家針對NAG的應用展開大量臨床實驗，1999年小范圍臨床研究發現CPB術后ARF組與未并發ARF組患者尿液中NAG含量雖有差異，但并不具有統計學意義，值得注意的是，Hama擇的病例數只有22例，其樣本量的欠缺是否導致錯誤結論尚值得探討。國內孫龍報道利用NAG動態觀察體外循環與非體外循環下患者搭橋術后腎功能的改變，發現術后第3d、第5d差異具有顯著性，同時認為NAG可以作為CPB后觀察腎功能的指標。2009年Liangos等[9]同時對CPB圍手術期多個腎損傷指標進行比較，認為NAG在早期診斷AKI的敏感性上有欠缺。
2.4白細胞介素 18 （Interleukin-18，IL-18） IL-18是白細胞介素1家族的成員之一，是一種功能強大的前炎癥細胞因子，其以前體形式表達于單核巨噬細胞、未成熟樹突狀細胞、T、B淋巴細胞等表面。在正常人類腎臟的腎小管上皮細胞是IL-18的重要來源，具體定位于遠曲小管遠端、連接小管、集合管。在動物模型中，已經證實IL-18與AKI的進展密切關聯[10]，這預示著IL-18可能成為診斷AKI新的標志物，近年來已有多項研究驗證其在臨床方面的應用的可能：Endre等對入ICU的成年患者研究發現，經過尿肌酐濃度校正的IL-18對入ICU后48h內發生AKI患者的預測效能為AUC=0.55 （CI 0.47-0.62）[11]。Metzger等在針對早期AKI診斷的準確率方面研究，通過比較傳統腎功標志物跟尿蛋白組學分析，發現IL-18的ROC曲線下面積僅為0.57，然而Siew等[12]的大樣本（n =451）研究報道指出，IL-18對入ICU后24h內發生AKI患者的預測效能為AUC=0.62 （CI 0.54-0.69）。Liangos等通過多因素回歸分析，顯示IL-18在CPB術后2h上升2倍者，出現AKI的概率為對照組1.38倍（P=0.04），此時最佳的預測效能為AUC=0.66 （CI 0.49-0.83）。
2.5肝臟型脂肪酸結合蛋白 （Liver fatty acid binding protein，L-FABP） L-FABP屬于脂肪酸結合蛋白家族，是一種分子量為14400 Mr 細胞質蛋白，正常生理條件下，各脂肪酸代謝旺盛的組織表達L-FABP，經腎小球過濾后在近曲小管被重吸收[13]。腎臟疾病狀態下，小管間質性損害可減少近曲小管L-FABP的重吸收，導致尿中L-FABP升高[14]。Portilla等[15]對兒童心臟手術的前瞻性研究報道，AKI患者的尿L-FABP明顯升高，并且尿L-FABP在心臟手術后的4h出現高峰，其中，需要注意L-FABP也在肝臟大量的表達，尿L-FABP可能會受到血 L-FABP的影響；但是在CPB術后的AKI的病例研究中發現，既有急性肝損傷又有AKI的一組患者，其血L-FABP水平是在術后12h出現高峰，而尿L-FABP在術后4h出現高峰，12h開始下降，由此可以推斷尿L-FABP是由于近端腎小管分泌的，而不是來源于血清L-FABP的濾過。同時多項研究也提示[16-17]，尿L-FABP在多種病因導致的AKI早期即會短時間內顯著增高，如急性腎小管壞死、膿毒血癥、對比劑腎病、腎毒性物質接觸、心臟大血管術后等。這些都證明尿L-FABP在多種類型的AKI早期評價中具有重要價值，尤其是作為近端小管損傷的敏感標記物。
3 結語
隨著醫學的發展，心臟病體外循環術日臻成熟，其并發癥發生率明顯降低，但急性腎損傷仍然是其術后較嚴重并發癥之一，尚缺乏有效的治療措施；因此，早期發現急性腎損害的意義重大，目前臨床上診斷AKI主要依靠術后血清肌酐的變化，但是血清肌酐變化易受性別、年齡、進食、肌肉含量及藥物等因素影響，特異度和敏感度均較低，通常在腎功能受損后數日才有明顯升高，用作外循環術后AKI的早期診斷有一定局限性，會明顯延誤AKI的診斷。本文介紹的5種生物標志物靈敏度高、檢測取材簡便、快速，相較于肌酐在某些方面有著巨大優勢，但是目前的研究尚處于初級階段，這些新發現的AKI早期診斷生物學指標是否能夠應用于臨床，還需要進一步的大樣本多中心的臨床試驗驗證。
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第9篇：生物技術研究進展范文
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測定阿撲西林的有關物質 鄒巧根 葛正祥 韋萍
(533)甲狀腺細針穿刺活檢在甲狀腺炎性疾病中的應用 王全勝 李駿 劉曉麗 倪衛慧 吳靜 邵曉麗 祝保艷
(535)復方嗜酸乳桿菌預防早產兒真菌感染的臨床觀察 萬俊 凌厲 李虎
專家論壇
(538)酶的理性設計 陳勇 王淑珍 陳依軍
其他
(543)陳執中教授的新書——蛋白組學研究的分析技術及其應用 王友同 吳文俊
綜述
(544)酶為標靶的前沿親和色譜篩選天然藥物的研究進展 凌春英 錢俊青
(548)半胱氨酸脫硫酶的生化特性及其脫硫作用機制 彭加平 韋平和 周錫棵
(553)糖尿病狀態下p-糖蛋白表達和功能的改變及其臨床意義 張璐璐 劉曉東
信息
(558)我國軍隊首家生物治療技術醫學轉化研究中心成立 無
(558)通過生物信息學研究方法解析舊藥新功效 無
綜述
(559)海洋放線菌代謝產物蒽環類化合物研究進展 馬毅敏 陸園園 邢瑩瑩 奚濤
其他
(562)評《生物制藥工業中生產規模的生物分離》 王友同 吳文俊
