小动物活体成像技术在泌尿系统肿瘤中的应用进展

泌尿系统肿瘤异质性高,易复发和转移。小动物活体成像技术是生物及医学研究领域的一项新兴技术,近年来,其在肿瘤发生发展机制的基础研究中不断深入,这些研究对患者临床诊断、肿瘤转移、预后的判断、抗肿瘤药物研发以及个体化治疗指导具有深远意义。本文纵览近年来相关文献,总结了小动物活体成像技术及其在泌尿系统肿瘤动物模型研究中的应用进展,以期对泌尿系肿瘤的临床诊断、治疗、疗效判断及抗肿瘤药物研发提供新思路。     

多频原子力探针显微技术

不断提高空间分辨率、数据采集速度以及实现材料性质的成像,一直以来就是原子力显微术的发展目标.目前,最可能实现这一目标的手段是近些年发展的多频原子力显微术.多频原子力显微术,即利用多频率激励和/或多频率探测微悬臂的振动信号来研究样品纳米物性的一大类AFM技术.它可以实现针尖与样品间作用非线性信息的提取,在组分探测灵敏度、时间和空间成像分辨率等方面展现了巨大的优势.文中综述了多频原子力显微术所包含的不同实现方法的基本原理,并介绍了它们在高分辨成像、纳米力学、材料、生物等方面的前沿应用实例.此外,为探索多频原子力显微术,我们提出了一种特殊的高次谐振型石英音叉微悬臂模型.最后,文章展望了多频原子力显微术的下一步技术发展和应用研究.     

基于热吸收分布的热声成像方法研究

注入电流式热声成像是一种电磁场与声场耦合新型成像技术,融合了传统电阻抗成像高对比度和超声成像高分辨率的优势,具有早期诊断的潜力.为了验证该方法在复杂生物组织结构中应用的可行性,本文分析了注入电流式热声成像方法基本理论,将脉冲激励电流注入目标体,在目标体中产生焦耳热,引起热膨胀激发超声波;将热吸收作为热声源,以低电导率的椭圆和长方形目标体为几何模型,进行电磁场和声场耦合分析,得到声源及声压分布;同时,搭建了成像系统实验平台,分别采用不同厚度猪骨质和模拟生物软组织的1 S/m低电导率仿体、新鲜猪肝离体组织嵌入0.5 S/m仿体,将脉宽0.8μs的脉冲激励电流源注入仿体,开展热声实验研究.采用1 MHz中心频率的超声换能器进行声压信号的检测,得到目标体的声压信号及猪肝仿体的B扫图像.研究结果表明:较薄较软的骨头遮挡实验所检测到的声压信号并无明显衰减,尽管硬骨对声信号起到了一定的衰减作用,但依然可以得到较清晰的声压信号,且声压波形均可反映凝胶仿体电导率变化的位置;猪肝仿体实验结果验证了该方法可反映低电导率生物组织电导率变化.该研究证实了该方法用于复杂生物组织成像的可行性,为推动多物理场耦合成像技术应用于人体疾病诊断提供了依据.     

注入电流式热声成像的声源重建

为了实现对生物组织的内部深层信息的探测,本文提出了一种新型的无损医学成像方法,即注入电流式热声成像.注入电流式热声成像是一种以超声信号为传递媒介来反映生物组织电导率信息的医学成像方法.首先,本研究对注入电流式热声成像方法的原理进行了研究,将目标体内通入微秒级脉宽的高斯脉冲电流,目标体吸收焦耳热瞬时膨胀,向外发出超声信号,利用时间反演法对探测的超声信号进行处理,来重建目标体的声源分布,进而反映生物组织内部电导率信息;其次,以低电导率的椭圆模型和复杂模型为目标体,建立了仿真研究,借助有限元方法对注入电流式热声成像正、逆问题进行仿真,并重建模型的热声图像;最后,本文搭建了注入电流式热声成像实验装置,对凝胶仿体产生的声信号进行检测和采集,并重建目标体的声源分布.仿真和实验结果表明,重建的声源分布能展现目标体电导率的分布信息.本研究为注入电流式热声成像应用于生物组织的研究提供了较好的理论和实验基础.     

基于专利分析的甲醇生物利用及转化技术趋势研究

以Thomson Innovation数据库和国家知识产权局的中国专利数据库收录的甲醇生物利用及转化相关专利文献作为研究对象,探讨了该技术领域专利申请的整体态势、重点技术分布、地域分布、主要申请人和在华专利申请,全面揭示了甲醇生物利用及转化技术创新现状和发展趋势。研究发现:以1999年为界,甲醇生物利用及转化技术全球专利活动分为两个阶段;日本是全球最大的技术输出国;日、美、欧是最受重视的市场保护地;methan*或methy*类菌株及其基因改造手段是一直以来的研发热点;甲醇生物利用及转化技术专利申请人集中度较高;在华技术分布与全球基本一致。     

工业生物技术领域国际发展态势及我国发展前景展望

现代生物技术逐渐进入大规模产业化阶段,全球生物经济快速发展,工业生物技术作为生物经济的支柱,支撑着生物制造、生物能源、生物农业、生物医药、生物环保和生物服务业等产业发展。本文综述了国际工业生物技术发展格局,分析了我国近期在工业生物技术领域基础研究、应用研究、技术转化与产业发展方面取得的进展和成就,展望了我国工业生物技术发展的趋势与机遇。     

生物资源领域国际发展态势研究及启示

生物资源是人类繁衍和发展最基本的物质基础,是一个国家保障和协调生态文明、经济发展、人民健康和生物安全的重要战略资源。为了促进生物多样性保护和可持续发展目标的实现,更好地保藏和利用自身的生物资源,世界主要国家与地区在动物资源、植物资源、微生物资源、标本资源和人类遗传资源等方面开展了多方位的体系建设。近年来,在传统生物资源保藏和保护手段和工具的基础上,结合信息科技和生物科技等领域的前沿技术,生物资源的收集、保藏、分类、鉴定,生物多样性检测、保护以及遗传生物资源的开发利用等方面取得了多项成果。面向2020年后全球生物多样性发展的新局面,加强战略生物资源的保护、研究和利用意义重大,而生物资源领域在物种多样性维持、生态环境保护、遗传资源惠益分享、新兴生物技术监管和生物安全风险防控等方面面临严峻挑战。我国作为生物多样性大国和生物资源研发与利用技术的领先国家之一,应当在"美丽中国"建设的指导下,建立完善有利于战略生物资源可持续利用与发展的制度框架体系,强化生物安全和生物伦理问题的监管,加强生物多样性保护和生态环境建设,加强生物资源相关学科和技术的研发能力和设施建设,发展基于可再生生物资源的生物经济新模式,拓展生物资源保藏保护体系的社会服务功能,在促进达成2020后全球生物多样性框架目标和联合国可持续发展目标方面发挥重要作用。     

我国污染土壤生物修复技术研究现状及发展展望

以文献统计的方式对2006~2015年国内学者在中国知网和Web of science中发表的相关文献进行统计分析,综述了我国污染土壤生物修复技术的10年研究进展。结果显示:近10年我国土壤生物修复技术的研究热度不断上升,主要研究对象为重金属污染土壤和有机物污染土壤,总体分为机理研究和试验研究,且后者居多。在此基础上,本文简要介绍了当前主要研究的植物修复技术、微生物修复技术、动物修复技术、生物材料修复技术、生物组合修复技术及物理、化学、生物联合修复技术6种生物修复技术的原理、优缺点及研究现状等内容,并指出了未来生物修复技术在修复原理、针对性、经济性、风险、强化措施、应用范围等方面的发展方向。     

纤维素类生物质热解研究进展

从热解的机理、工艺、反应器等方面综述了国内外对纤维素类生物质热解研究的现状，讨论了生物质热解产物的组成及其理化特性，重点介绍了热解制备生物油技术。生物油既可以作为燃料油直接燃烧又可以进一步通过加氢或者裂解制备其它精细化学品，还可以从中提取有用的化学原材料。因此，纤维素类生物质热解制取生物油技术被看作是最有发展前景的生物质利用技术。     

基于液相AFM的植物黏液功能界面超微结构及其机械特性研究

生物黏液在生命活动过程中起着重要的调控作用,然而由于缺少合适的观测手段,目前对于天然状态下生物黏液功能界面超微结构的认知还很不足.原子力显微镜(atomic force microscopy, AFM)的出现为原位研究生物材料的结构和特性提供了新的强大工具,但现有的研究主要在空气环境下进行观测,研究结果难以完全反映溶液状态下的生物材料结构.本文以食虫植物茅膏菜分泌的黏液为研究对象,利用AFM直接在液相环境下实现了对生物黏液纳米结构的高分辨率成像及分析.分别将茅膏菜黏液平铺至载玻片和云母表面,在溶液环境下的AFM成像结果显示茅膏菜黏液中含有大量纳米颗粒.作为对照,在空气中进行的AFM成像结果显示干燥后的茅膏菜黏液中含有大量纳米纤维结构,表明了茅膏菜黏液在空气环境下与溶液环境下的结构差异.进一步利用AFM多参数成像方法对溶液环境下茅膏菜黏液纳米颗粒和纳米纤维的机械特性进行了可视化表征并揭示了纳米颗粒和纳米纤维机械特性的显著差异.研究结果为生物黏液功能界面超微结构原位成像及机械特性研究提供了新的方法和思路,对于生物材料研究具有广泛的基础意义.     

时间反转镜像技术在微波致热超声成像系统中的应用

论证了不同生物组织对微波能的吸收分布与微波致热声源分布的比例关系，然后将基于伪谱时域方法的时间反转镜像技术用于微波致热超声扫描成像系统中．仿真表明，在很低的信噪比和模型参数存在随机变化的情况下，基于伪谱时域方法的时间反转镜像结果仍然具有良好的成像对比度和成像分辨率．     

全球生物科技发展态势及对我国的启示

2019年,世界主要经济体加强生物科技领域战略布局,尤其是在生物经济方面提出国家级规划与路线图,在项目部署方面重视前沿颠覆性技术。本文首先梳理了美国、加拿大、欧盟、英国等国家和地区发布的生物经济战略、实施路线图和相关的项目部署。随后对全球生物科技领域的重要进展进行总结,重点关注研发现状和生物技术与其他技术之间交叉融合的大趋势。研究发现,全球生物科技发展呈现以下五点趋势:生物多样性保护形势严峻;生物资源挖掘利用更加深入;新兴技术与工具的快速发展推动生物科学与技术向纵深发展;人类修饰生命创造生命的能力不断提升促进工程生物学应用的不断扩展;全球科技交叉融合日益凸显。最后,基于政策和研发趋势,本文提出了制定国家生物经济发展战略、调整和优化学科布局、支持核心技术研发、制定和完善产业扶持政策等建议,以促进我国生物科技领域的创新发展。     

生物多样性学发展中几个基本问题的探讨

近10年来,生物多样性科学的理论和方法取得了显著进展,高度交叉学科-“生物多样性学”孕育而生。但是,诸如生物多样性的生态系统功能、生物多样性与生态系统过程、生物多样性的测度、生物多样性的维持格局与丧失机制等一直是研究的热点和难点,仍在讨论和争论中发展。本文从生物多样性学的理念出发,对生物多样性研究中几个基本问题进行探讨,分析了生物多样性学框架的科学范畴。指出构建以生物多样性保育为核心目标的生物多样性学科体系和框架是生物多样性研究发展的必要。生物多样性学应始终重视实验研究和理论演绎,并不断重视哲学和思维过程。     

生物科技领域国际进展与趋势分析

2016—2017年,世界主要经济体加强在生物资源、合成生物学、微生物组研发、生物基产品与产业等方面的重要战略规划和政策布局,积极促进生物产业新发展,培育生物经济新动能。全球生物科技领域蓬勃发展,生物资源挖掘利用研究更加深入,创新性方法技术突破不断进步,人工设计操作生物体能力增强,生物催化转化能力持续提升。合成生物学、基因组编辑技术、计算机辅助设计、人工智能和仿生制造等前沿交叉技术创新不断涌现,新技术的发展将在未来几年内极大地推动生物科技领域的快速进步。     

污染胁迫下的蛋白质组学研究

近年来,以双向电泳技术、生物质谱和生物信息学为核心的蛋白质组学技术飞速发展,其大规模高通量的特点,使得这项技术逐渐在环境科学领域,尤其是对污染胁迫下差异蛋白表达和污染物特异性的生物标志物的筛选研究中得到了广泛的应用。本文简要介绍了蛋白质组学的基本概念和技术方法,对蛋白质组学在微生物、植物和动物对于无机污染物和有机污染物胁迫的响应机制和分子生物标志物探究等方面的研究进展进行了概述,并对蛋白质组学技术今后在生态环境领域的需求、应用与发展进行了展望。     

天然活性成分的生物转化与创新药物开发

生物转化和生物催化技术是现代生物技术中一个较活跃的研究和应用分支。本文作者结合自身的研究工作,重点介绍了生物转化和生物催化技术在天然药物研究与开发中的应用;并提出了生物组合化学（Ｂｉｏ－ｃｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）概念与研究路线,为探索快速、有效寻找新的复杂结构药物和天然活性先导化合物提供了新研究思路和实验方法。     

迈向原子时间分辨的时间放大技术

如何观测碰撞类过程、爆轰类过程、高电压放电类过程, 如何观测和研究固体中声子和激子的衰变和迁移、光合作用的原初反应过程、原子壳层内的电子动力学行为, 这需要研究时间放大的理论和技术. 本文在短时间放大技术的基础上, 重点研究原子时间的光信息放大机理和极高速成像技术. 变像管极高速成像的时间分辨率已达亚皮秒量级（扫描型）, 成像频率已达 6×108~5×109 fps （分幅型）; 非管极高速成像能达到107~1014 fps的成像频率, 其高速形成机理涉及到利用光的速度、光的并行性, 利用光的振幅、位相、偏振、波长, 甚至要利用光子的量子特性; 电磁波和粒子波的级联系统里能够同时实现极高的时间分辨率和空间分辨率, 能突破光频波段海森堡测不准关系的制约.     

金属合金枝晶生长同步辐射X射线实时成像观察

同步辐射光源具有高能量、高亮度、高分辨率、单色性好等优点,其配合高读写速度及高分辨率的CCD(charge coupled device)成像系统,可实现对金属合金凝固过程的枝晶生长动态行为进行实时成像观察.本研究利用北京同步辐射光源,采用X射线衍射增强成像法,对低熔点的Sn-Bi和Sn-Pb合金的凝固进程进行实时成像研究,成功地获得一系列丰富的等轴晶、柱状晶生长行为以及形貌演变的视频图像,这些成像结果为验证或完善已有的金属合金凝固理论提供了直接的第一手实验数据.同步辐射X射线实时成像技术为研究金属合金凝固理论提供了崭新的实验手段和研究思路.     

4D打印形状记忆聚合物在生物医疗领域的研究进展

形状记忆聚合物是一种在外界刺激条件下产生形状变化的智能材料, 4D打印是基于可变形材料和3D打印技术的一种综合性技术,可变形材料中形状记忆聚合物的应用最为广泛,目前4D打印形状记忆聚合物在各个领域都有应用,尤其是在生物医疗领域具有巨大的应用价值. 4D打印技术突破了传统医学领域个性化订制的技术瓶颈,为生物医疗领域的进一步发展提供了新的契机.本文首先综述了形状记忆聚合物、3D打印技术以及4D打印形状记忆聚合物在生物医疗领域的国内外研究进展,并介绍了4D打印形状记忆聚合物在生物医疗领域的实例和应用价值,最后总结了4D打印形状记忆聚合物在生物医疗领域的应用前景、存在的问题以及未来的发展方向.     

环境相容性农药发展的必然性和可能途径

农药是农业生产的重要物资,发展环境相容性农药是农药发展的必然趋势,这是环境保护和农业可持续发展以及农药自身发展的要求所决定的。对已经存在的农药品种进行制剂和改进施药器械以及围绕施药器械改进施药技术,使农药减少对环境、对施药者的危害,这是发展环境相容性农药的一条有效和简便的途径。更根本的途径在于作为农药的化合物本身。大力发展生物源农药,直接利用生物材料作为农药以及筛选生物中存在的活性物质作为先导化合物开发新型农药,是目前研究开发环境容性农药的有益途径。另辟蹊径,在研制的思路上创新,在研制方法上采用高新技术,是必须要走的道路。在生物源材料中筛选先导化合物,可采用“由源到果”之路,采用“由果到源”之路则更有效。新药筛选中的生物测定技术,随着农药的角色特征的转变而改变,也随着农药作用靶标的改变而改变。基因组学、生物信息学、组合化学、基因芯片、高通量筛选等现代技术的发展有利于促进新农药的发展。