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干细胞(stem cells)是一类未分化的细胞或原始细胞,是具有自我复制能力的多潜能细胞。在一定的条件下,干细胞可以分化成机体内的多功能细胞,形成任何类型的组织和器官,以实现机体内部建构和自我康复能力。现将干细胞生物工程研究进展情况,作简要介绍:
一 干细胞的分类与来源
根据其发育阶段,于细胞可分为胚胎干细胞(embryonic stem cell)和成体干细胞(adult stem cell)。胚胎干细胞包括es细胞(embryonic stem cell)、eg 细胞(embryonic germ cell);成体干细胞包括神经干细胞(neural stem ce11, nsc)、血液干细胞(hematopoietic stem cell,hsc)、骨髓间充质干细胞(mesen chymal stem cell,msc),表皮干细胞(epidexmis stem cell)等。也有报导,按其分化潜能的大小,干细胞可分为三类:一是全能干细胞(totipotent stem cell),二是胚胎干细胞(embryonic stem cell)
,三是多能干细胞(multipotent stem ce11)。
据报道,胚胎干细胞可来源于畸胎瘤细胞(ec)、桑椹球细胞(es)、囊胚内细胞团(es)、拟胚体细胞(es)、生殖原基细胞(eg)等。
当受精卵分裂发育成囊胚时,将内细胞团(inner cell mass)分离出来进行培养,在一定条件下,这些细胞可在体外“无限期”地增殖传代,同时还保持其全能性,因此被称为胚胎干细胞。胚胎干细胞在培养条件下,若加入白血病抑制因子lif(leu kaemia inhlbitory
factor),则能保持在未分化状态,若去掉lif,胚胎干细胞迅速分化,最终产生多种细胞系,如肌肉细胞、血细胞、神经细胞或发育成“胚胎体”。
据报道,成体干细胞可以由下列几个方面得到:(1)胚胎细胞——由胚胎干细胞定向分化,或移植分化而成。(2)胚胎组织——由分离胚胎组织、细胞分离、或培养而成。(3)成体组织—— 由脐血、骨髓、外周血、骨髓间质、脂肪细胞等得到。
蚯蚓纤溶酶分子生物学进展 孙兆军,袁桂枝,梁国栋
蛛丝蛋白的研究进展及应用前景 张前军,李敏
蛛丝蛋白的研究进展及应用前景 沈孝宙,李建凡,Marc Welt
植物细胞凋亡的研究进展 谢灿,张劲松,陈受宜
植物细胞凋亡的研究进展 张贵友,田瑞华,戴尧仁
昆虫杆状病毒泛素基因研究进展 李朝飞,李充璧,余健秀,庞义
蛋白质定向进化的研究进展 肖志壮,刘梦海,汪天虹,曲音波
角质细胞生长因子的研究进展 金萍,李玉新,麻彤辉,何孟元
传统的用药法是口服和注射,因此药物的输送都要依赖于血液循环将药物分子递送到靶器官和组织上,再与受体结合,产生治疗效果。这样的药物输送法当然有利,但也受到限制。由于药物会通过肝脏降解,所以任何药物都有半衰期。许多药物只能在血液中停留几个小时,就会被肝脏分解。为了保持药物有效浓度,一是要持续给药,二是用药量较大。
因此,对药物输送方式和系统进行改革一直是研究人员关注和研究的课题。基本设想是,以生物工程为基础(生物工程是以生物学的理论和技术为基础,结合化工、机械、电子计算机等现代工程技术,进行生命改造和疾病防治的技术),用细胞、分子和亚分子作为载体来输送药物,尽管这样的方法也可能是注射,但有可能让药物的效果更好、更持久,而且会减少用药量,从而更为经济,并能降低药物的副作用。
诺贝尔医学奖的启示
美国耶鲁大学教授詹姆斯・E・罗斯曼、美国加州大学伯克利分校教授兰迪・W・谢克曼和德国生物化学家托马斯・C・苏德霍夫由于发现了细胞内囊泡运输调控机制,也即发现了细胞内主要运输系统的机理而获得2013年诺贝尔生理学或医学奖。这一机制其实就可以成为药物输送的新方式。
人体的细胞可以生产很多蛋白质和化学物质(神经递质),并且要把它们输送到人体所需要的地方。例如,胰岛细胞生产胰岛素,但是,需要把胰岛素运送并释放到血液中。细胞内的物质运输比现实生活中的物流更为复杂、精准并且具有自我调控的能力,因为细胞产生的分子,如激素、神经递质、细胞因子和酶等物质有的要被运输到细胞内的其他地方,有的则要被转运出细胞。这就要求细胞生产的所有物质都要在正确的时刻被转运到正确的地点。
细胞内物质运输最本质的机理是,物质不是散装运输的,而是要包裹起来,即以细胞囊泡的形式传递的。囊泡是由膜包裹的微型小泡,能够带着细胞货物穿梭于细胞器之间,也能够与细胞膜融合,将货物释放到细胞外部。囊泡转运系统对于神经激活过程中神经递质的释放、代谢调节过程中激素的释放等都非常重要。如果没有囊泡转运系统,或该系统受到干扰,就不仅不能维持正常的生理机能,而且会对有机体有害,如导致神经系统疾病、免疫系统疾病和糖尿病等病症。
受到这种细胞内物质运输机理的启示,研究人员最近发明通过基因工程改造红细胞来运送药物。美国马萨诸塞州怀特海德生物医学研究所的哈维・鲁迪什等人用转基因和酶催化技术改造红细胞,把红细胞变成一种全身通行的细胞和分子运输车,以便把药物、疫苗、抗体、造影剂等输送到相应的器官和组织。
让红细胞输送药物
1.中小型太阳能光合生物制氢系统的(火用)分析曾凡,张全国,赵源亮,韩滨旭,ZENGFan,ZHANGQuan-guo,ZHAOYuan-liang,HANBin-xu
2.HPLC法测定没食子酸甲酯含量的研究吴冬梅,陈笳鸿,汪咏梅,张亮亮,徐曼,WUDong-mei,CHENJia-hong,WANGYong-mei,ZHANGLiang-liang,XUMan
3.枫脂水蒸气馏工艺的研究宋晓,曾韬,SONGXiao,ZENGTao
4.硫酸水解-高效液相色谱法定量测定低聚木糖陈牧,连之娜,徐勇,勇强,余世袁,CHENMu,LIANZhi-na,XUYong,YONGQiang,YUShi-yuan
5.柑青醛合成新铃兰醛水合反应宏观动力学模型研究陈艳平,王碧玉,黄智贤,吴燕翔,CHENYan-ping,WANGBi-yu,HUANGZhi-xian,WUYan-xiang
6.4种非洲桉树叶挥发油的化学成分研究陈虹霞,王成章,CHENHong-xia,WANGCheng-zhang
7.信息动态
8.竹炭对汞、铅混合液中Hg2+和Pb2+的吸附研究张晓燕,王桂仙,张启伟,ZHANGXiao-yan,WANGGui-xian,ZHANGQi-wei
生物产业是我国国民经济中的重要产业,近年来,生物产业的产业规模、产品种类及产量都有了跨越式的发展,而生物工程专业旨在培养生物产业所需的人才。生物工程是生物技术由实验室成果走向工厂化生产的关键技术,这就要求生物工程专业培养的学生除了要具备扎实的基础理论与专业知识外,还要兼具工程能力与工程素质。因此,随着生物产业的高速发展与壮大,如何建设符合我国生物产业发展趋势的生物工程专业培养体系,以使培养出的学生能在生物产业从事生物工程产品的生产与研发、工艺设计与工厂设计、生产管理等方面的工作,成为应用型工程技术人才,一直是各相关高等院校领导及专业教师关注的问题,也是我们应用型本科高校生物工程专业老师必须去努力解决的问题。生物工程专业课程设计是巢湖学院生物工程专业学生所必修的一门独立课程,属于实践教学环节,并在学生学完所有专业理论课程后进行开设,是毕业设计前的一次综合训练。鉴于课程设计在整个教学体系中所起的承上启下的关键作用,作者认为在课程设计教学环节中应注意以下几个方面:
1加深对课程设计作用的认识
鉴于生物工程属于综合型工科专业,多数大学面向于生物工程专业所开设的主干课程主要分为机械类、化学类及生物类等课程[1-2]。由于所学的课程较多,同时,各类课程是由各专业老师单独教学,限于专业教师的知识面,因此老师在教学环节中无法将各学科知识融会贯通,这也导致学生很难将其所学的各学科知识进行综合理解并加以掌握,也就影响了学生对生物工程内涵的深入理解,而课程设计的开设有助于解决这一问题。课程设计是生物工程专业的一门实用性和技术性很强的专业课程,是专业实践教学环节的重要组成部分。设计内容涉及生产工艺设计、工艺计算、设备选型及三废处理等,学生只有综合运用所学过的知识才能完成课程设计工作,因此,通过课程设计有助于学生将自己所学的知识融会贯通,加深对专业知识的认识。经过课程设计还可以培养学生理论联系实际的工程能力和查阅资料、分析问题、解决问题的实践能力,因为整个设计过程中所涉及的知识包括:化工原理、生化分离工程、生物工程设备、生物工厂设计及机械设计等诸多课程内容[1]。另外,课程设计对毕业环节中只做毕业论文,不做工程设计的同学显得尤为重要,因为这有可能是其工作前最后一个工程实践环节,为今后从事生物专业技术工作打下一定的基础[3]。
2明确课程设计的目的与任务
根据课程设计的作用,要明确课程设计的目的与任务。只有在设计过程中明确课程设计目的,才能依据目的有针对性的布置设计任务,只有合理的设计任务才能有助于学生将自己所学的知识融会贯通并得到工程能力的锻炼,学生通过完成设计任务提高了自己的综合能力,也就达到了课程开设的目的,继而体现课程设计的作用。即以作用明确目的,依据目的规划任务,以任务体现目的和作用。因此,在设定课程设计目的与任务时,要让学生能使用到所学到的大部分专业知识,并通过课程设计可以将自己所学的知识融会贯通,以培养学生综合运用所学知识的能力。比如,通过《发酵工厂课程设计》后,使学生能够综合运用发酵产品生产工艺学、生物工程设备与化工原理等知识,掌握发酵工厂设计的任务、方法及步骤,培养学生使其初步具备发酵工厂工艺设计能力、设备设计能力,提高工艺计算、设备设计和绘图技能;通过该设计,学生可以对发酵领域的前沿技术、新工艺和新设备予以了解和熟悉;在整个设计环节,学生会不断遇到问题,如在工艺计算中对物料特性不了解导致其工艺计算结果不合理、在设备设计中对核心设备不熟悉导致其对关键尺寸的漏算等,学生为了解决这些问题就必须查阅大量的资料,因此,该设计还可以让学生学会使用相关的技术手册和设计资料,提高对实际工程问题的分析和解决能力,从而得到对生物工程专业技术人员的综合性训练,提高学生的综合素质。
3合理安排设计的题目与内容
课程设计的时间一般为两周,因此,指导老师一定要合理安排设计的题目与内容。首先,难度要适中。教师在题目制定上要充分考虑学生的承受能力和难度要求,要保证学生根据自己学过的知识能够按时完成设计任务,如果设计难度较大,就会打击学生的积极性或者无法按时完成设计任务;其次,课程设计选题要考虑专业特点。巢湖学院生物工程专业主要方向为发酵工程,因此,我们设计题目主要为发酵领域,如啤酒发酵工厂设计、淀粉原料酒精发酵工厂设计、氨基酸与有机酸发酵工厂设计等,这些选题都是结合生产实际、能够体现专业特色的选题。第三、设计工作量要合理。规定的设计内容要能充分体现设计题目所包含的信息,使学生在两周时间内能够按时、按质完成设计任务。设计内容一般要包括以下核心环节:
3.1生产工艺的选择及论证
21世纪是生命科学的世纪,生命科学是未来最有可能改变人类生活方式和经济发展方式的新兴学科[1]。生物能源作为生命科学领域的重要组成部分,已越来越受到各界的关注。受应试教育的影响,现行的生物能源教学方式还是停留在以老师讲课为主的模式上,这样一来,学生上课只是被动接受知识。与高中时期不同,大学生毕业后要走出象牙塔直接面对社会,因此大学时期主要是培养学生学习的主观能动性,即如何主动获取知识,如何灵活运用所学知识到实践中去的能力[2]。而目前的上课及考核模式过于注重形式,老师单方面灌输知识,考核的仅仅是人脑储备知识的能力,而不是人脑运用知识的能力。因此,这样的教学方式严重制约了学生的自我思考意识的形成以及学生创新能力的培养。生物能源这门课的特点是涉及范围广,知识点多,且与应用联系比较紧密。如果教师一味只讲理论知识,而与学生缺少互动,学生一时会很难理解。此外,学生毕业后最终会面对社会,届时会遇到找工作等问题。如果上课只是针对一些理论和概念性的知识进行讲解,而忽略对整个行业发展以及相关企业的介绍,久而久之,学生会缺乏兴趣,觉得所学知识与今后的就业及发展无关,只是应付考试而已。因此,上课时常出现老师讲自己的内容,而学生在课上干自己的事情,各忙各的,难以调动起学生的积极性。过分强调理论而与实践脱节是当前生物能源课程的不足之处,也是需要改革和提高的地方。
1教材的选择
教材是学生掌握知识的最直接工具,也是教师与学生之间的桥梁。但是,如果教材编写的过于深奥,不易理解,学生将产生厌学情绪,同时也会对所学知识的实用性产生怀疑,不利于生物工程或相关专业人才的培养[3]。因此,选择完整、系统的知识体系,以及可以反映与本学科相关的产业背景和最新研究成果的优秀教材,是保证教学质量和教学效果的关键之一。在教学过程中,注重理论和实际相结合,坚持以学生为本的原则,内容兼顾实际生产过程中遇到的实际问题。除了教材上的知识之外,也要注意整个生物能源领域不断出现的新理论、新思路、新技术和新成果。通过阅览国内外优秀期刊和专业网站,访问行业内相关企业和研究机构,及时将新的知识介绍给学生,扩充学生的信息量,拓宽学生思路,提高学生学习兴趣,为学生今后的就业或继续在本专业领域进行研究打下基础。
2教学互动
教学方式也是体现教学质量的一大重点。在教学方式上,我们首先运用现代化的多媒体将教学过程中的重点难点内容通过图片、视频、动画等多种方式呈现给学生[4]。从而使得抽象难懂的内容具体化、形象化、趣味化,激发学生的学习热情。特别是,涉及到生物能源生产过程中的流程图、设备图以动画及视频的形式穿插在教学过程中,使学生更好理解,也更加直观。除此之外,我们也注重邀请一些专家学者、或与本专业相关企业的人士来进行一些讲座介绍。这样,可以使学生从科研或生产等不同角度对这个行业进行了解,加深学生对本专业的理解和认知度,而不是仅仅停留在理论知识上。此外,学期中和学期末,我们会安排几节课让学生自己上台,结合课上所学的知识,对自己感兴趣的产品做项目调研和介绍,甚至可以向老师提问,增加课堂的互动性、调动学生的积极性,以提高学习效率。
3实验教学的建立
学生毕业以后会进入工作岗位或科研单位继续深造,对理工科学生来说,动手能力是重要的一环。因此,除了课堂讲学以外,培养学生的实验操作能力也是生物能源课程重要环节。以生物能源中的纤维素乙醇为例,生产过程涉及到的纤维素预处理反应器操作、纤维素酶活测定,酶水解及发酵过程操作,均是课堂讲解所不能涉及的范围。因此,在生物能源课程中需穿插几次实验课,以便学生对生物能源涉及的实验及生产过程有一定的感性认识,从而对所学内容有更透彻的理解。苏州科技学院化学生物与材料工程学院在各级领导的关心下,拥有发酵罐、摇床等大型实验设备,并具有实验所需的HPLC,IC,HPLC-MS,GC-MS等分析仪器。同时,学院分析测试中心还具备核磁共振、电镜等大型精密分析仪器,可以说仪器设备齐全,为学生实验的开展和学习打下了较为坚实的物质基础。
4企业参观交流
卵磷脂/聚合物复合膜的制备及血液相容性研究 汤顺清,屠美,肖大庆,周长忍
甲壳素/天然胶乳复合膜作为皮肤创伤敷膜 冯霆均,廖纪云,吴晓春
真菌发酵制备生物材料壳聚糖 谢德明,张志航,Xie Deming,Zhang Zhihang
异氰酸酯法在聚氨酯表面接枝聚甲基丙烯酸羟乙酯 王琴梅,潘仕荣,Wang Qinmei,Pan Shirong
药用表面活性剂木糖醇酯的动物试验及初步临床应用 李玲
新型药物载体--聚/假聚氨基酸 王士斌,翁连进,郑昌琼,Wang Sihbin,Weng Lianjin,Zheng Changqiong
聚L-乳酸的合成与表征 张颖,陈晓东,毛立江,朴东旭
紫外辐照在PET膜表面接枝氨基酸的研究 吴刚,万昌秀,邱永倩,乐以伦
摘要:生物工程专业培养的学生应该既有扎实的理论基础,又有较强的动手能力和工程实践能力,其专业课《生物工厂设计》在教学过程中注意生产实例与理论教学相结合,补充新的有用内容和先进的技术成果,采用多种教学方法,调动学生的学习主动性,激发学生的学习兴趣,利用综合考核方式,提高学生分析和解决实际问题的能力。
关键词:生物工程;《生物工厂设计》;教学
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)15-0174-02
教学,教为引导,学为重点。特别是在高等教育阶段,如何提高学生的学习兴趣,调动学生的学习主动性,强化学生的学习效果,是亘古不变的教学研究主题。对于生物工程这个以理学为基础、工程学为导向的新兴综合性应用学科,要求从业的专业技术人员有较高的工程素质,较扎实的理论基础,这就更需要教师研究如何通过课程教学活动提高学生的实践学习能力,建立学生工程观念,培养出掌握生物技术及其产业化的科学原理、工艺技术过程和工程设计的基本理论、基本技能,受到生物技术与工程等方面的系统训练,能在生物工程领域从事工程设计、新技术研究、新产品开发和生产管理等工作,成为复合型、创新型的高级工程技术人才。
《生物工厂设计》是生物工程课程体系中,综合性、专业性很强的专业课,并且是在学生接近完成大学全部的课程,掌握基础理论、专业知识和工程技能的基础上开设的,该课程是培养学生具备生物工程类工厂设计的工程能力和工程素质的重要组成部分,并且结合毕业实习和毕业设计能够完成工程师的综合性基本训练。本课程组教师长期致力于研究在工科相关课程的教学过程中如何逐步更新教学理念、改进教学方法、提高教学效果。在《生物工厂设计》课程教学模式改革过程中做了以下工作。
一、以提高学生学习兴趣为导向的实例教学
生物工厂设计是一项政治、经济和技术紧密配合,政策性很强的综合性工作。除了要求设计工作者具有计算、绘图、表达等基本功和专业理论、专业知识外,还必须掌握生物工程类工厂设计的理论、方法和有关设计规范。然而工厂设计的流程、规范都是这门课入门部分的重要内容,是相对枯燥的理论,对学生来说,看得见、摸不着,都是“干条条”,缺乏形象性、具体性,无法给予学生直观感受,学生只能通过死记硬背完成这部分基础内容的学习,这就大大降低了学生的学习效果,不能很好地完成培养方案对这门专业课程的要求。因此,如何将这部分“硬”理论,让学生真正掌握,使学生了解工厂设计的工作程序、内容、步骤,掌握生物工程工艺设计的理论、方法和有关设计规范,初步具有工艺设计工作的能力就成为这门课程教学和实践过程中的关键问题。
生物工厂设计的成品就是工厂的设计说明书,因此在“设计的基本规范”这部分内容的教学过程中,利用一些生产实例提高学生的学习兴趣,例如:啤酒、抗生素、氨基酸等比较成熟的与学生生活息息相关的发酵产品的设计,教学时通过列举一些生物工程工厂设计的实例,按照实际工厂设计的流程(厂址的选择、工厂的总平面布置、工艺流程的选择、工艺计算、设备的选型及计算、设备布置、管道布置、公用工程设计)讲解设计的基本建设程序,把生硬的文字规范、规定变成看得到、感受得到的流程图、布置图、设计图,从而变笼统为具体,抽象为形象,结合学生普遍感兴趣的实例中的问题分析来讲解其中涉及的基本理论及实际依据,注重加强学生实际工程观念,培养和提高他们分析及解决实际问题的能力。
生物工程生产实习报告
实习名称: 生物工程生产实习
学 院: 生物工程学院
专业/班级: 生物工程200 4级02班
学生姓名:姜 波 学号:XX05030207
指导教师: 李明元
开始时间: XX年7月17日
完成时间: XX年7月26日
摘 要: 我院结合河北省生物技术发展的需求及我校构建应用型大学的实际状况,根据已有的专业基础,开设生物工程(发酵工程方向)专业。生物工程是一门应用性非常强的专业,而该专业的基础及核心是微生物的培养及选育。本文主要从课程定位、专业建设目标、教材的选用、教学方法四方面阐述了工科微生物教学的重要性及提高微生物教学的方法。
关键词: 生物工程专业 微生物教学 教学方法
1998年教育部将发酵工程、生物化工、生物制药、化学工程等专业统一命名为生物工程专业。截止到2015年,全国有309所高校开设生物工程专业,遍布全国30个省(市、自治区),呈现出一片繁荣景象。微生物课程作为生物工程专业必修的基础课之一,涉及面非常广、发展迅速,是一门应用性和实践性都非常强的学科。但是由于各高校生物工程开设的基础及定位的不同,微生物课程讲授的内容、侧重点及实验量都存在比较大的差异。本文主要侧重对我校发酵工程方向的生物工程专业中微生物课程教学方法的改革进行初探。
一、课程的定位
在建生物工程专业之前,我校首先跟多所开设生物工程的院校进行走访,包括天津科技大学、天津大学、河北科技大学、燕山大学,同时结合我院已有的基础,最终将我院的生物工程专业定位为工科专业,同时侧重点是发酵工程方向。因此微生物学是生物工程的专业基础课,开设理论学时和实验学时及实习实训课程,明确微生物在发酵工程领域的重要地位,从而在理论上和实际操作及实践上夯实学生的基础,使他们对工业微生物有明确的认识。在明确考核方式的同时,明确学生学习该课程的任务、程度。
二、专业建设目标
2015年4月16日,河北省教育厅官方网站正式公布我校为省内首批应用型本科试点高校。我校明确提出建设特色鲜明的高水平应用型大学目标。结合我校应用型大学的定位,同时结合我院已有的酿酒工程专业,因此将我院的生物工程专业定位为应用型工科专业。确立我院的生物工程专业的建设目标为:依托河北省重点学科酿酒工程专业、依托我校重点学科发酵工程专业,面向酒类酿造、生物医药、粮油深加工产业,培养具有工业微生物基本知识,掌握生物技术及其产业化的科学原理、工艺过程及工程设计的基本理论和基本技能,能在该领域从事生产、管理、微生物资源开发的高级工程技术人才。
三、教材的选用