生命科学技术范文精选

彩云之南的大学

当我乘着火车辗转来到了这个传说中位居彩云之南的云南大学时。心中的激动与兴奋无以言表，一进校门我就被深深地震撼了，首先映入眼帘的便是传说中的龙门道，95级石阶逐层叠起，异常壮观，使人有仰之弥高的感觉，从校园大门进去。便可在铺满银杏树叶的道路上漫步，任轻风述说过往，任思绪纷扬，甚是惬意。

在这美丽的校园里，云大最具特色的建筑要数古老的贡院考棚了，建于明朝的贡院，是明清时期科举考试的考场，现仅存“东号舍”考棚，从这里走过，你定能感受到中华五千年积存下来的文化底蕴，让人心情倍感舒畅，从林荫小道前行。还可以看到更多的古韵犹存的建筑，其中尤为引人注目的建筑便是会泽楼、映秋院、至公堂、怀周楼……绿树红砖，见证着历史的变迁和沧桑轮回。

高起点的基地班

进入云南大学(2002年7月，经教育部批准，云南大学成为全国36所“国家生命科学与技术人才培养基地”高校之一)基地班(基地班在师资、教学条件配备方面都要优于普通班，免试推荐研究生的比例高达50％)，我便选择了我喜欢的生命科学与技术专业，这个专业起点比较高，也就是相当于读高中时学校分的平行班和尖子班中的尖子班一类，它实行的是学士――硕士――博士的培养模式，并实行三学期制(每年有3个学期)及优秀学生连读制，根据学校的规定，一年级末学生可以在全校范围内自由调整专业，二年级末同样可以在学院内自由调整专业。

基地班主要培养的是掌握生物技术及相关学科基础理论、基本知识和基本技能，掌握科学研究的基本方法，了解学科发展前沿和动态，能在高等院校、科研单位、医药卫生业、农牧业、食品和环保等企事业单位从事应用研究、技术开发和管理工作的中高级专门人才。

但是值得注意的是，并非进入了基地班就意味着能稳居这个班级：原因在于基地班和普通班学生实行了“双向流动”滚动淘汰制，这种制度就是如果你的成绩不好，就会被“遣送”到普通班去，这就给同学们的学习带来了一定压力，但正是因为这些压力，才促使我们更加努力地学习。

专业而扎实的基础课程

1生命科学技术伦理研究的中国观照

1．1中国生命科学技术伦理研究现状

生命伦理学在中国经过30余年的发展，已逐渐成为伦理学研究领域的热门话题和最活跃的学科之一，在学科建设、理论研究、人才培养等方面取得了卓著的成就。其中，对生命科学技术伦理的关注尤其是高新生命科学技术相关伦理问题的讨论一直是生命伦理学的重要旨归。近年来，我国越来越多的学者开始关注各种高新生命科学技术的伦理问题，从多重领域和视角出发进行了深入而审慎地探讨，不同领域学者观点的碰撞和交流为我国生命技术伦理研究提供了优秀的思想和学术资源。例如，邱仁宗集中讨论了异种移植和基因治疗中的伦理问题，认为在没有确切证据证明某些高新生命技术不会给人类带来严重危害前，应该对这些高新生命技术采取“有罪推定”，暂停人体试验，而用动物实验和体外实验代替。姚大志和陆树程对克隆人的合理性以及相关的道德伦理问题进行了有针对性的商榷和探讨。姚大志从没有生育能力的人有权要求借助生殖性克隆享受生育繁衍后代的权利和人们的道德观念会随着历史发展、技术进步而改变两个角度切入，分析总结了人们反对克隆人类的三个道德理由：

（1）克隆人类破坏了人的尊严和神圣性；

（2）克隆人是否能够健康成长；

（3）以“非自然”的方式创造人挑战了上帝的权威。陆树程对姚大志的观点进行了回应，他认为人们对应用于优生优育、诊断和治疗疾病及器官组织移植的治疗性克隆，在伦理上是宽容的；人的生殖性克隆即使有很高的技术可行性，仍然会引发侵犯人权等严重的社会伦理问题，违背目前的生命价值论和道义论等伦理原则。张明国认为生命技术是一种风险技术，在其应用过程中会产生一定的安全和伦理风险，进而导致相应的伦理问题；分析和研究了生命技术风险的本质、特征、存在方式和成因，提出应建立和完善有效规避和控制生命技术风险的制度和伦理原则规范。方兴着眼于高新生命科学技术发展中的伦理委员会建设，分析了我国伦理委员会发展受制约的原因：隶属关系混乱、组织形式和人员构成不规范、审查依据的法律规范不统一和法律定位模糊等，认为应在一定范围内授予伦理委员会行使部分行政职权的权限，建立独立的审查系统，充分发挥伦理审查委员会的有效作用。除了生命伦理学学术界的热烈讨论，在法律法规方面，近年来，为了更有效地管理和引导生命科学技术的发展和应用，填补我国生命科学技术相关政策领域的空白，我国在重要的生命科学技术领域制定和出台了一系列政策法规。例如，原卫生部1993年颁布的《人的体细胞治疗及基因治疗临床研究质控要点》、原国家药品监督管理局1999年的《新生物制品审批办法》附录九“人基因治疗申报临床试验指导原则”和2003年的《人基因治疗研究和制剂质量控制技术指导原则》。这些政策法规的内容仍是主要侧重于技术标准和操作规范，对相关的伦理问题关注度不够，缺乏伦理道德规范方面的详细内容和规定，还需要不断改进和完善。2009年3月2日，原卫生部出台《医疗技术临床应用管理办法》（以下简称《管理办法》），对我国医疗技术创新和医疗抉择等方面起到了一定的指导作用，从国家政策层面对现代医疗技术带来的各种问题，尤其是伦理和法律问题的界定和解决给予了官方解释。然而，现代医疗技术发展面临的法律和伦理问题往往十分复杂，《管理办法》并不能有效解决和消除现代医疗技术的伦理和法律困境。

1．2生命技术伦理研究的中西差异

作为顺应生命科学技术发展而出现的新兴学科，生命伦理学于1971年在美国出现，20世纪80年代末在美国得到广泛应用，并逐步影响到欧洲、亚洲等其他地区。以美国为代表的西方生命技术伦理研究在认识“人”的问题时，往往局限于“人是目的，而非工具”和“人是道德的主体”等以人为中心的思想基础上，认为应该充分尊崇个人的自由意志，并要求对个体自的尊重。“以人为中心”的极端后果是在思维里刻上了“人之外的万物皆为工具”的烙印，造成对非人类生命主体的轻视和不尊重，将其视为实现人的目的而可被利用的工具。例如，恩格尔哈特在其论著《生命伦理学基础》中论述“行善原则”时，区分了“尊重”与“行善”，认为人不应理所应当地对动物进行利用和索取，提出了人对动物负有行善义务的观点，但仍是基于“人是道德的主体”的前提。中国传统文化中的儒、道、佛、墨家学说中的哲学和宗教思想中蕴含着人类行为不应只考虑人类自身的利益，还应尊重和关照动物的生存权利的先进理念，如“天地好生”、“天地与我共生，而万物与我合一”，表达了爱护尊重除人之外的天地万物的观念，提倡人与天地万物和谐发展，比西方传统的以人为主体的生命伦理思想更具有关怀性。另外，中国传统伦理中有很多与西方类似的原则或价值，如不伤害、有利、尊重、公正等，这些价值根源于中国本土的哲学和文化传统，其哲学文化基础和实现方式与西方不尽相同。值得注意的是，中国某些落后传统思想与当今生命伦理思想存在矛盾甚至激烈冲突，会对生命科学技术研究进步造成一定的阻碍，应予以摒弃和改革。例如，清代名医王清任历时40余年通过观察和剖视乱葬岗瘟疫致死儿童和行刑场死囚的尸体，绘成和刊行《亲见改正脏腑图》和《医林改错识要》，为中国解剖医学做出了重大贡献，却因质疑中国传统中医的脏腑理论而遭到众多中医名家的批判，被视为“离经叛道”、“毁坏祖制”和“哗众取宠”的异类，认为他解剖、毁伤他人身体“极其不仁”、是“教人于胔骼堆中杀人场上学医”。中国解剖医学进步的脚步也因此停滞不前，大大落后于西方。中国的生命技术伦理研究应该辩证地看待传统思想文化，继承和弘扬其中的优良资源，如儒家以“仁”为核心的道德思想和以“礼”为核心的道德规范体系，道教“重人贵生”的生命观，佛教“因果”、“轮回”、“慈悲”、“福报”等宗教思想，更加注重结合中国的现实情境，实现生命技术伦理学研究的本土化。例如，在深受儒家文化熏陶的许多亚洲国家和地区，个人与家庭、社会群体的关系要比某些崇尚个性与自主的西方国家紧密得多。因此，在中国等亚洲国家地区推进和实施知情同意等原则时必须重视和考虑家庭和社会群体因素。

1部分期刊网站国际化建设的经验

1.1调查分析方法

2013年，在笔者所在刊物国际化网站建设、完善过程中，为了提高中国主办的国际化期刊的网站建设水平，笔者选择了5种在行业内影响力较高的中国生命科学类SCI期刊作为调研对象，通过网络搜索、调研分析、归纳总结等方法，对期刊的国际化网站建设进行了多角度、多因素分析。首先，笔者考察了5种被调研期刊的办刊背景及学术地位。同时，根据网站建设的主要内容和影响因素，考察了5种被调研期刊的网站国际化界面、在线投、审稿系统、OA出版模式、与国际出版集团合作的数字化传播模式及提供网络增值服务方面的特点。

1.2调研期刊的学术地位

①CellResearch（CR）是我国细胞生物学领域以英文发表原创性研究论文、综述、快报和述评的国际性学术期刊。美国科技信息研究所近期公布的2012年JCR影响因子10.526。2006年CR和自然出版集团（NaturePublishingPartnerships）合作，由其负责全球电子版的出版发行。②ActaPharmacologicaSinica（APS《,中国药理学报》）创刊于1980年，由中国药理学会和中科院上海药物研究所主办，中国科协主管。2000年起正式注册为全英文出版的国际性刊物。2005年起与英国Blackwell出版公司合作出版。是美国CurrentContents/LifeSciences仅选录的中国两种期刊之一，同时进入BA、CA、IndexMedicus等十余种国际著名检索系统。2012年JCR影响因子2.354。③JournalofGeneticsandGenomics(JGG)是中国生命科学的领军杂志之一，涉及遗传学、基因组学研究领域，2012年JCR影响因子2.076。目前，JGG在154种中国被SCI收录的期刊中排名13。④TheJournalofMolecularCellBiology(JMCB)，涉及分子细胞生物学、其他生命科学及其交叉学科研究，2012年JCR影响因子7.308，在国际细胞生物学领域180种核心期刊中排名第28位。⑤TheAsianJournalofAndrology（AJA）是亚洲男科学会的官方杂志，2012年JCR影响因子2.140,在5种国际男科学杂志中排名第三，由中国科学院上海药物所与上海交通大学联合主办，与自然出版集团合作，有较高的国际可见度，通过平台吸引了全球读者，2011年7月起，提供OA服务。可以看出这5种杂志都是由中国学术机构主办、在国际生命科学领域有极高影响的科技期刊，JCR影响因子较高，是中国生命科学科技期刊国际化办刊的成功典范。通过研究这些期刊的网站风格、内容、功能等，获取了大量期刊网站扩展国际视角的经验和做法。

1.3部分期刊网站扩展国际视角的经验

1.3.1较高的国际显示度

域名通常由杂志名称缩写或全称构成，方便检索和记忆，方便输入，易于查找，具有较高的独立性和可信度。5种期刊都有独立的国际域名。就网络显示度而言，在google搜索引擎中输入杂志名称，第一条检索结果就可以直接链接到期刊主页，五种期刊都有较高的国际显示度。且检索结果的地址下简短的期刊介绍，包含了让读者一目了然的信息，提高了在国际学术领域的可见度。如APS的介绍为：officialjournalofChinesePharmacologicalSociety,websiteoffersachieve,submission,guidelinesforauthorsandreviewers。JGG的介绍为：WelcometoJournalofGeneticsandGenomics(JGG)isoneofChina’sleadingjournalsinthelifescience。JMCB的介绍为：Peer-reviewjournalfocusedonpublishingnovelfindingsinstemcellresearch,molecularsignaling,epigenetics,andotherareasofbiologyresearch。AJA的介绍为：AnofficialpublicationoftheAsianSocietyofAndrologyfoundedinJune1999。这些都为需要查阅杂志的读者提供了直接的帮助和提示。5种期刊主页面都以英文为主，部分期刊的主页面保留少量中文信息和链接内容（如AJA）。页面界面友好，主色调突出、协调，网站总体布局合理，风格高雅、醒目，期刊基本信息涵盖全面，各项功能操作简易、直观易懂。网站都在主页面醒目位置显示期刊最新一期的封面，标明期刊的ISSN号及影响因子。

摘要：

本文以生物工程人工生命的科学技术基础为题展开了相关的分析与探讨，重点就材料技术型生物医学工程、组织工程以及生物工程人工生命这三者间的相关性展开了深入的研究，结合本次研究最终对材料技术型生物医学工程、组织工程、人工工程以及具备改善人体组织器官功能的人工组织进行了详细的论述。

关键词：

生物工程；人工生命；组织工程；人工组织；人工器官

0引言

从广义层面上来说人工生命即为具备有人的生命指征、功能、结构以及外在形象的人工制造系统，是人对于自然生命的一种模拟与拓展。广义上的人工生命是多门学科合并之后的产物。一般认为人工生命学科是由生物科学技术与工程科学技术所结合而产生出的一门学科。下文将主要就针对材料技术型生物医学工程与组织工程、人工生命间的相关性，以及材料技术型生物医学工程、组织工程、人工组织及器官展开具体的论述。

1材料技术型生物医学工程

此种工程学科的主要研究目标即为各类生物材料及人工器官组织，其中就涵括了组织工程学科。在此方面研究工作中涵括有材料科学、生物科技、化学、信息技术、计算机技术、医学以及生命科学等多门学科的基础知识。生物材料也就是对于生物体进行临床诊治以及将其受损组织器官替换下来，亦或是增强人体某一部分功能的材料，因此就必须要求其能够植入到人体当中并不出现排异反应，确保活体细胞可以在此材料之上自然生长。生物材料亦可被视作构成人工组织与器官的核心材料。生物医学材料在未来一段时期的主流发展趋势，即为给予组织工程的发展提供优势特性显著的活性生物材料，应确保其具备良好的生物相容特点；亲水特性；性；预防组织粘附特性；抗炎特性；抗凝特性等。以保障活体细胞能够在所制成的人工材料上生长并对病变组织起到良好的改善、恢复效果，使之免疫识别与生物催化性能得以有效提高。依据生物医学材料的属性可将之主要划分为以下几种：

摘 要：本文以生物工程人工生命的科学技术基础为题展开了相关的分析与探讨，重点就材料技术型生物医学工程、组织工程以及生物工程人工生命这三者间的相关性展开了深入的研究，结合本次研究最终对材料技术型生物医学工程、组织工程、人工工程以及具备改善人体组织器官功能的人工组织进行了详细的论述。

关键词：生物工程；人工生命；组织工程；人工组织；人工器官

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.22.095

0 引言

从广义层面上来说人工生命即为具备有人的生命指征、功能、结构以及外在形象的人工制造系统，是人对于自然生命的一种模拟与拓展。广义上的人工生命是多门学科合并之后的产物。一般认为人工生命学科是由生物科学技术与工程科学技术所结合而产生出的一门学科。下文将主要就针对材料技术型生物医学工程与组织工程、人工生命间的相关性，以及材料技术型生物医学工程、组织工程、人工组织及器官展开具体的论述。

1 材料技术型生物医学工程

此种工程学科的主要研究目标即为各类生物材料及人工器官组织，其中就涵括了组织工程学科。在此方面研究工作中涵括有材料科学、生物科技、化学、信息技术、计算机技术、医学以及生命科学等多门学科的基础知识。

生物材料也就是对于生物体进行临床诊治以及将其受损组织器官替换下来，亦或是增强人体某一部分功能的材料，因此就必须要求其能够植入到人体当中并不出现排异反应，确保活体细胞可以在此材料之上自然生长。生物材料亦可被视作构成人工组织与器官的核心材料。生物医学材料在未来一段时期的主流发展趋势，即为给予组织工程的发展提供优势特性显著的活性生物材料，应确保其具备良好的生物相容特点；亲水特性；性；预防组织粘附特性；抗炎特性；抗凝特性等。以保障活体细胞能够在所制成的人工材料上生长并对病变组织起到良好的改善、恢复效果，使之免疫识别与生物催化性能得以有效提高。

摘要：技术虚拟仿真实验教学是我国新教改的一项重点任务，该模式的教学是基于互联网时代的发展而衍生的，因此，其教学模式的建立符合社会发展的潮流。技术虚拟仿真实验不仅能够健全教学体系，更能够通过信息化技术的融入来让教学方式更加丰富，进而促进学生综合能力与探究能力的提升。基于此，本文以技术虚拟仿真实验为切入点，对我国构建生命科学与仿真实验教学体系的重要性和方式进行论述分析，以期能够推动我国教学体系的完善与进步。

关键词：生命科学；技术虚拟；实践教学；实验教学体系

伴随着互联网技术的不断发展，现阶段我国教学模式在各个阶段、各个领域均呈现出了信息化和数字化。从小学到大学，从社会研究到企业研究。教学模式的信息化，标志着教育体制的发展迈向了一个新的发展高度，其中，信息化的教学方式是提高受教者享受技术教学的根本。所以，要不断挖掘传统教学模式中的弊端，不断将信息化与数字化的教学模式引入教育中去。其中技术虚拟仿真实验作为推动信息化教学的重要模式，不仅能够弥补传统“填鸭式”教学模式的不足，更能够通过互联网技术来满足智能类和通讯类的专业的试验需求。借此来推动教学质量的提高。

一技术虚拟仿真教学体系建设的必要性

（一）满足信息类与技术类专业的需求

互联网技术的发展与信息化生产市场的形成都是相关技术知识普及的结果，为此，便与教育中的知识推动技术的发展和技术反推动教学的进步形成了相互作用的关系，为此，强化技术虚拟仿真实验教学体系的建设，便可以对现阶段高校的技术类专业进行支持。例如，计算机专业、通讯专业、智能化专业、电子元件专业等。现阶段我国高校在进行信息与自动化专业的教学时，必须要结合相应的教学器材和教学设备进行，只有让学生摆脱传统的课本理论学习方式，将理论付诸于实践才能促进实用性价值的提升。为此，部分高校在对相关专业进行教学时，便采购了相关的大型设备，如中央空调和交直流电机等。值得注意的是，这些设备的应用率并不高，加之高额的经费需求，便形成了资源浪费的状况[1]。而且，许多高校的经费紧张。为此，就要大力推广技术虚拟仿真实验教学，该教学模式不仅能够让学生在学习的过程中，通过分组实验的方式加强学生的理论应用能力，更能够提升教学质量和学生的探究能力。通过技术虚拟仿真实验教学与实验室中的试验实物进行结合，让学生在仿真试验教学中体会相关知识的原理结构，进而满足相关专业的需求以及避免教学资源浪费。

（二）提高教学的时空范围

技术虚拟仿真实验教学已经成为了现阶段我国对相关智能化与信息化专业教学的必备方式。这不仅是学校自身经济条件限制所决定，而是教学模式科学化、高效化的要求[2]。为此，在对计算机专业和电子设备类的专业进行教学时，为了能够加强学生的理论研究能力和实践操作能力，就必须加强技术虚拟仿真实验教学的应用，唯有如此，才能真正实现教学信息化和智能化。技术虚拟仿真实验教学是以互联网技术为依托的。众所周知，互联网技术的互动性和时效性极强。为此，通过技术虚拟仿真实验教学，不仅能够提高相关专业教学的时空范围，更能够促进学生对所学知识的良好“消化”。

众所周知,大多数宏观的生物过程是由最基本的单个蛋白酶与单个DNA分子或RNA分子之间的反应来完成的。伴随着生物技术和分子生物学的进步,生命研究日益向微观层次深入并进入后基因时代,人们不再满足于过去只对生物体中大量分子平均行为的研究,更倾向于从单分子水平解读生物大分子的动力学细节。利用单分子技术研究生物学问题,尤其是针对蛋白质复合物相互作用的动态过程分析是近年国际上新兴的研究方向。目前,单分子技术主要分为两大类。一类基于荧光体系的单分子技术,主要包括单分子荧光共振能量转移技术(singlemoleculefluorescencereso-nanceenergytransfer,smFRET)[1]、荧光相关谱技术(fluorescencecorrelationspectroscopy,FCS)[2]和随机光学重建显微镜技术(stochasticopticalreconstruc-tionmicroscopy,STORM)[3]等。以STORM为例,它采用光转换荧光探针(photo-switchablefluorescentprobes),可以在时间尺度上分离相互重叠发光的荧光分子,从而得到10~20nm高分辨率的三位重构图像[3-5]。而传统的光学显微镜技术由于受衍射极限的限制,分辨率都在几百个纳米的水平。STORM技术还可以在纳米层次上揭示细胞内分子间相互作用及组织内细胞间的相互作用。相信随着STORM技术的进一步发展,这一技术将被广泛应用到DNA、蛋白质分子以及大分子复合体的研究[6]。另一类单分子技术则基于力学测量体系建立,主要以原子力显微镜(atomicforcemicroscope,AFM)、磁镊及光镊技术为代表[7]。如图1所示,这三种技术分别利用机械臂、磁学和光学的方法来对研究对象施加作用力[7]。因此,它们所能达到的分辨率不同(表1[8]),其中以光镊技术为最高,其空间和时间分辨率分别可以达到0.2nm(小于1个DNA碱基对的长度)和次毫秒级,同时,光镊是通过激光实现对研究对象的非接触捕获的,力均匀地施加在整个研究对象表面,不会像AFM一样对研究对象造成机械损伤。由于光镊技术超高的分辨率,应用光镊可以直接连续追踪单个生物大分子折叠和去折叠的完整过程,实时测量力、距离、时间及中间态等动力学信息[8],极大地满足了人们从分子结构角度剖析生物分子工作机制的需求。近三十年来,单分子光镊技术逐渐趋于成熟,物理学家通过改进光学硬件配置,发展新的实验方法(差分探测法[9])等,由单光镊、双光镊[10]到多光镊,由线性光镊、旋转光镊、全息光镊[11]到纳米光镊[12-13],大大提高了光镊的测量精度和广度,这也预示着光镊技术具有不可估量的发展前景和广阔的应用领域。本文将首先介绍单分子光镊技术的基本原理和装置,并结合实验室的研究方向,介绍有关光镊的基本实验设计、光镊在生命科学领域的应用,最后对光镊的发展前景进行展望。

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

摘要：本文叙述了我国现阶段在发展生命科学和生物技术方面的优势和现状，并对目前我们所面临的问题提出了自己的看法和对策，指出了提高思想认识对发展生命科学和生物技术的重要意义。

关键字：生命科学；生物现状

我国是一个生物资源大国，有着丰富的动植物和微生物资源和广阔的市场需求，同时我国还是一个人口大国，这就为生物技术产业的发展提供了必须的条件。以医药行业为例，最近一些年，恶性肿瘤、心脑血管疾病等高发病都严重威胁着我们正常的生活水平，影响着老年人的生活质量，而这些病目前还没有有效的治疗手段。因此，在医学领域的基因治疗、肝细胞治疗和生物芯片等治疗技术就显得尤为重要。

经过我国多年的不懈努力，我们在生命科学和生物技术领域已经取得了一定的工作基础。从1965年我国在世界上首次人工合成牛胰岛素到参与国际人类基因组计划；从基因工程药物和疫苗的研制生产，在生物制药领域我们取得了颇为丰硕的成果。另外，生物技术的研发，对于农业生产和环境保护也具有相当的作用。比如水稻的杂交技术解决了世界关注的粮食难题。所以，总体来说，我国目前在生命科学和生物技术领域是有一定影响力的，而且多年的累积，也让我们有了冲击国际前沿的实力和技术。

一、我国在发展生命科学和生物技术的现状分析

我国生命科学起源于医药和农业的方面。在上个世纪50年代前后我国成立了生物化学、细胞生物学以及神经科学等研究机构。70年代的时候，我们已经具备了相对比较完整的现代生命科学和生物技术的科研体系。截止目前为止，我国已经形成了四足鼎立的局面，代表着生物技术和生命科学研究的四大基地已经形成规模：北京基地（着眼于农业和环境的研究），上海基地（人口和健康的研究），西南基地（生物多样性研究），武汉基地（水生生物和病毒学研究）。

现阶段我国优先发展的生命科学领域内容包括基因组和蛋白质组学，重大疾病相关基因的识别和克隆，分子生物学和生物花絮额，细胞学和发育生物学等等。在国际上，我国的科学家也承担了1%的人类基因组的测序，而且我国在发展中国家唯一一个加入人类基因组测序的国家，这也从侧面反映出我国在生命科学领域的实力。科学家克隆了功能新基因的全长cDNA有800多条，已经申请了一批国内外专利。

近年来，我国在生命科学领域的生物化学和神经生物学等方面取得了比较突出的科研成果。受生物科学发展的带动，生物技术也取得了长远的进步，比如，在医药生物领域，我国的基因工程药物已经有近二十种上市的产品，有二十多中种药物已经进入一、二期临床使用，处于临床试验的也有近四十种。产品的市场占有率也显著提高。

了不起的生物技术

生物技术产业是一个巨大的产业，但你很难说清楚它究竟有多大，因为它已经渗入到各个领域之中。化工、制药、发酵、食品、轻工、采矿、造纸等许多传统产业中，都有它的身影。最近，一位美国研究人员根据2012年的经济数据，就试着分析了一下。最终他估计到，那一年的生物技术产业仅在美国的收入就超过了3240亿美元――这已经超过了采矿业和许多制造业的收入。

但更了不起的是，生物技术产业还是一个十分年轻的产业。制造业在19世纪的工业革命时开始兴起的，但生物技术产业只有40多岁。你可能不知道的是，生物技术产业的兴起，在很大程度上要归功于汉密尔顿・史密斯在20世纪60年代末的一个发现。这位来自美国约翰・霍普金斯大学的微生物学家和他的同事一起，发现了一种叫做限制性内切酶的蛋白质（简称限制酶），可以用来切割DNA。有了限制酶，科学家就可以根据需要去修改生物的基因，于是，生物技术的大门就正式打开了。

意外的实验

史密斯是如何发现限制酶的呢？时间得回到1968年。那时，史密斯还只是约翰・霍普金斯大学一个新来的助理教授，并没有什么远大的抱负，他只是好奇细胞是如何把DNA切成块再组合成新的DNA的――这个过程叫做“重组”。每一个生物都有重组系统，但在当时，没有人能搞清楚它们是如何运作的。

为了研究这一过程，史密斯选择了一种叫做流感嗜血杆菌的细菌作为研究对象。像许多其他细菌一样，流感嗜血杆菌可以利用外源DNA：从外面环境或从其他生物体中吸收一些DN段，然后经过重组，就能把这些DN段整合到自己的DNA中。

细菌可以用这种方式获得有用的基因，比如能抵抗抗生素的基因。但这种重组过程，也可能害了流感嗜血杆菌。入侵的病毒可以在细菌进行重组时劫持细菌，它们会把自己的基因插入到宿主的DNA中，于是细菌会被迫制开始复制新的病毒。

为了了解重组过程，史密斯培养出了一些DNA中含有放射性磷元素的病毒，然后让这些病毒去感染细菌。史密斯和他的同事预计，经过感染后，这些细菌的DNA也会具有放射性，因为有放射性的病毒会把自己的基因嵌入到宿主的DNA中。但是，当用有放射性的病毒去感染流感嗜血杆菌时，史密斯的一位学生发现放射性物质始终不会进入细菌的DNA中。

【摘 要】多媒体技术在生命科学导论教学中的应用，改变了传统的教学方式，解决了教学中的可视化和动态过程，实现了情景式教学，增加了信息量，拓宽了学生的知识面，提高了生命科学导论课程的教学质量。

【关键词】多媒体技术；生命科学导论；教学；

生命科学是研究生命活动规律及个体和环境的关系的科学，知识体系抽象、微观。传统的教学方法，学生只能借助仪器进行观察，如生物的结构，DNA分子的双螺旋结构，更需要学生的空间想象力，多媒体技术与传统的教学形式相比，更加直观、生动、形象，能够拓宽课本知识体系、加深课堂学习的内涵和外延。本文分析了多媒体课件技术在生命科学导论教学应用中存在的问题，探讨了多媒体课件技术辅助生命科学导论课程教学的实践效果，以期提高生命科学导论课程的教学质量。

一、多媒体教学中存在的问题

多媒体课件技术在生命科学导论课程的教学中的应用，虽然改变了传统的教学方式，但在其应用过程中还存在一些问题。首先教师的课件制作水平低，要吸引学生的注意力，使教学过程更加直观，加深学生对知识的理解，这就要求我们在制作课件时，要有丰富的图片、动画，而不仅仅是将黑板上的板书，转移到了计算机的屏幕上。其次，师生之间缺乏互动，在使用多媒体课件的教学过程中，有些教师往往整节课都坐在计算机旁边，只是点点鼠标，学生被动的接受，在实际应用中应增加师生之间的互动，活跃课堂气氛，注重学生学习过程中的主体性，和学习兴趣的激发及能力的培养。

二、多媒体技术在生命科学导论教学中的应用

教学方法是完成教学目标的途径。教学目标确定后，有效的课堂教学要靠有效的教学方法来实现。生命科学导论是一门实践性很强的学科，因此在教学过程中应不断激发学生的学习兴趣，提高其学习的主观能动性，教与学互动，才能收到理想的教学效果。多媒体技术的应用极大的方便了生命科学导论课程的教学工作，多媒体教学能解决教学中的可视化和动态过程，使教学内容更加直观、生动、形象，有助于学生对抽象内容的理解，提高授课质量。通过多媒体辅助教学，不仅把枯燥、抽象理论化的知识形象化、具体化，还更好的突破教学重点、难点，提高了课堂效率和学生的学习效率，如细胞的有丝分裂过程，这一过程对学生来说是枯燥、抽象的，即使借助显微镜也只是通过永久切片观察细胞有丝分裂的间期、前期、中期、后期、末期这几个固定的时期，并不能将有丝分裂这一动态的过程很好的演示出来，而借助多媒体技术就能很好的解决这一问题。

利用多媒体技术，实现了生命科学导论课程的情景式教学。多媒体技术可以突破时间与空间的限制，使教学内容变成声形结合的画面或动画，可创设教学情境，渲染课堂教学气氛，引起学生的学习兴趣，激发其学习积极性，如利用多媒体技术可模拟生命起源的早期地球环境，通过创设情景，让学生对已经不存在的早期地球环境条件，有切实的感受。多媒体技术的应用还增加了信息量，拓宽了知识面，提高了学生的学习兴趣，在生命科学导论教学中，通过搜集网上图片和跟教学内容有关的素材，极大地丰富了课堂的内容，如在讲解克隆方面的知识时，不仅可以把克隆羊多莉的整个产生过程展示出来，还可以通过展示克隆牛、克隆老鼠等的图片，让学生了解其他动物克隆方面的成果。随着网络技术的发展，很多生命科学领域的最新成果从网络中获取后，可直接应用于教学，教师也可将课件上传至互联网，使学生方便、充分的学习相关知识。