材料科学前沿讲座
生物医用高分子材料是生物材料的重要组成部分，目前在医药领域已得到广泛应用，如用于疾病的诊断和治疗、损伤组织和器官的替换或修复、合成或再生等。根据不同来源，可将其分为天然和人工合成的生物医用高分子材料两大类。天然生物医用高分子原材料源于自然界，资源丰富、容易获取，具有很好的生物相容性、可降解性和较低的毒性，因而有着广阔的应用前景。近几年来，将天然高分子改性用作生物医用材料的研究工作十分引人关注，本文将着重介绍本课题组近期有关研究进展，同时评述了该领域的研究状况和发展趋势。天然高分子一般是指自然界动、植物以及微生物资源中的生物大分子。目前应用于生物医用领域的天然高分子主要包括多糖类和蛋白质类等( 表1)。
一、具有特殊功能和生物活性的天然多糖
多糖为单糖组成的天然高分子化合物，广泛地存在于动、植物和微生物体中。纤维素(Cellulose) 是地球上最丰富的天然高分子，是自然界中取之不尽、用之不绝的可再生资源。纤维素主要来源于树木、棉花、麻、谷类植物。一些纤维素衍生物，如甲基纤维素、羧甲基纤维素以及羟乙基纤维素等常用作药物载体、药片黏合剂、药用薄膜、包衣及微胶囊材料。
通过细菌的酶解过程产生的纤维素( 即细菌纤维素)，具有良好的生物相容性、湿态时高的力学强度、优良的液体和气体通透性，能防止细菌感染，促使伤口的愈合。细菌纤维素的应用领域包括：①人造皮肤和外科敷料，Biofill? 和Gengiflex? 是两个典型的细菌纤维素产品, Biofill? 已成功地用于二级和三级烧伤、溃疡等的人造皮肤临时替代品，Gengiflex? 已用于牙根膜组织的恢复。
②人造血管，Klemm 等研究发现内径为1mm 的BASYC (Bacterial Synthesized Cellulose，图1) 在湿的状态下具有高机械强度，高持水能力，低粗糙度的内径以及完善的生物活性等优良特性，证明了它在显微外科中作为人工血管的巨大应
用前景。③软骨组织工程，将未经修饰的细菌纤维素应用于人软骨细胞, 发现它可以支持软骨细胞增殖, 并且用透射电镜可以检测到软骨细胞在支架内部生长网，证明细菌纤维素在软骨组织工程中是一种非常有潜力的生物支架材料。④医疗护理品，细菌纤维素具有良好的机械性能、抗形变和撕裂能力, 可以用来生产外科手术用品, 如外科手术的手套、用于擦拭血液、汗液等的带子。
图1 细菌纤维素制备的不同规格BASYC导管
甲壳素(chitin) 是一种广泛存在于昆虫、海洋无脊椎动物的外壳以及真菌细胞中的多糖。壳聚糖(chitosan) 是甲壳素脱乙酰基后的产物，具有良好的生物相容性和生物可降解性。在医学领域，壳聚糖可作为生物相容性很好的可降解材料，制成手术缝合线、人造血管和人工皮肤等医疗产品；在药学领域，壳聚糖具有抗肿瘤、治疗心血管疾病和促进伤口愈合等功效。此外，壳聚糖还具有选择性促进表皮细胞生长的独特生物活性，因此可将壳聚糖作为良好的支架材料广泛地应用在组织工程学中，如应用于皮肤、骨、软骨、神经等组织工程。将壳聚糖乙酸溶液和聚乙二醇溶液混合后，通过静电纺丝得到纳米纤维，研究显示软骨细胞(HTB-94) 在该纤维上面繁殖良好( 图2)，表明壳聚糖复合材料在骨组织材料工程中很有应用前景。
香菇多糖(Lentinan)是从香菇子实体、菌丝体或发酵液中提取出来的一种水溶性葡聚糖, 它在水溶液中能形成三螺旋链构象( 图3)，具有抑制肿瘤、抗菌消炎、抗辐射提高机体免疫力等多种生理活性。日本学者早于80 年代开始将香菇多糖作为生物反应调节剂应用于临床；国内也于90 年代开始将香菇多糖大量应该用于临床治疗恶性肿瘤及病毒性肝炎等疾病，显示出较好的疗效。
图2 软骨细胞(HTB-94)在壳聚糖/聚乙二醇纳米纤维上培养5天后
的扫描电镜(SEM)照片
图3 香菇多糖的三螺旋链构象
从裂褶菌( 又名白参、树花) 子实体、菌丝体或发酵液中提取出一种水溶性多糖，即裂褶菌多糖(Schizophyllan)。它具有与香菇多糖类似的化学结构( 图4a)、三螺旋构象( 图4b)和生理活性。近期研究发现，将裂褶菌多糖的三螺旋链解开得到单股无规线团能与单螺旋的寡核苷酸重新组合成三螺旋构象，可以将寡核苷酸运输进入细胞中( 图5)，从而提高基因的转染效率。
图4 裂褶菌多糖：(a) 化学结构，(b) 三螺旋构象
图5 裂褶菌多糖转运寡核苷酸进入细胞的示意图
二、两亲性多糖衍生物
多糖具有良好的生物相容性和降解性，是理想的药物载体原材料。一些水溶性多糖链上存在大量可反应的活性基团( 如羟基、氨基和羧酸基团)，通过化学反应在亲水性的多糖主链上偶联一些疏水基团( 如长链烷基、胆甾基团等)，可合成两亲性多糖衍生物(Amphiphilic polysaccharide derivatives)。在水溶液中，两亲性多糖衍生物通过疏水基团间的非极性相互作用力，自聚集形成热力学稳定的纳米胶束，作为载体材料用于药物的传输，有利于实现缓时释放药物的目的。如图6 所示，在非极性相互作用力的驱动下，疏水性药物与两亲性多糖衍生物自组装形成载药胶束，被负载的药物可通过扩散或多糖衍生物的降解而被缓慢地释放出来。
近几年来开展了一系列两亲性多糖衍生物的研究工作，已合成出一些两亲
性多糖衍生物(表2)，并对它们在水溶液中的胶束化行为以及负载药物的性能进行了研究。
胆固醇广泛地存在于动物体内，其多元环状结构表现出极强的疏水性。胆固醇分别与羧甲基纤维素和海藻酸钠反应后可得到两亲性的多糖衍生物。通过原子力显微镜(AFM) 观察到含胆固醇基羧甲基纤维素衍生物(CCMC) 形成的胶束形态如图7 所示，它们在水溶液中聚集成为粒径约为50 nm 的球状粒子。CCMC 负载吲哚美辛药物的实验表明，在pH 为6-8范围内，CCMC 胶束负载药物的能力随pH 值升高而增加。CCMC 载药胶束的体外释放药物行为也显示出对pH 值的敏感性，pH 值越高载药胶束释放药物的速度越快。吲哚美辛大约在8h 后被完全释放出来，即能起到缓释吲哚美辛的作用，将有利于吲哚美辛起到长时间治疗疾病的效果。
图7 CCMC胶束的AFM照片:(a)、(b) 相图,(c) 高度图聚乳酸、聚己内酯生物相容性很好，在体内能被降解，将它们作为疏水性单体与不同的多糖通过化学反应可合成出各种两亲性多糖衍生物。含聚乳酸侧链的两亲性壳聚糖衍生物胶束对肝癌细胞(HepG-2)的生长无抑制作用，显示出良好的生物相容性；通过基因转染实验，发现衍生物胶束的转染效率为18%，优于未改性壳聚糖的转染效率，显示出作为性能优良基因载体的应用前景。含脂肪族聚酯侧链的两亲性葡聚糖衍生物胶束对小鼠成纤维细胞(L929) 生长无抑制作用，表现出良好的生物相容性；通过小鼠体内代谢动力学实验，发现载药胶束将5- 氟尿嘧啶在小鼠体内半衰期提高了4 倍；通过体内抑瘤实验，发现载药胶束将肿瘤细胞的杀伤率提高了27.1%。
近期一些对环境敏感的聚合物引起了人们的关注。如聚(N- 异丙基丙烯酰胺, PNIPAAM) 和聚(N- 乙烯基己内酰胺, PNVC) 都具有温度敏感性，它们形成的水溶液在温度低于32?C 时为均相溶液，而高于该温度时则会出现相分离现象。该
温度点通常被称为最低临界溶解温度(LCST)。利用PNIPAAM 和PNVC 对温度敏感以及离子多糖对pH 敏感的特性，本课题组合成了环境响应型的两亲性多糖衍生物，如温度响应型的PNIPAAm/ 羧甲基- 羟丙基瓜尔胶衍生物以及PNVC/ 葡聚糖衍生物，温度和pH 双重响应型的PNIPAAm/ 羧甲基纤维素衍生物等。研究结果表明，它们在水溶液中随着周围环境( 如温度、pH 值) 的变化会出现相转变现象并伴随有自缔合行为，因而它们在用作智能药物控释载体、蛋白质复性助剂等方面具有较好的应用前景。
三、生物大分子前药
前药(Prodrugs) 是原药与载体通过化学键连接起来的一种暂时性化合物，它可以改变或修饰原药的理化性质，在体内降解成原药后再发挥药效。这种概念自从20 世纪50 年代提出后，已经在药物结构修饰、药物化学发展中发挥了重要的作用，并已成为21 世纪药物设计与开发的重要手段。前药设计的目的在于：改善药物的一些不良因素如水溶性低、组织或黏膜刺激等；或者改善药动学上一些影响药效发挥的因素如易降解、半衰期(t1/2) 太短或太长、药物透膜能力低，以及缺乏理想的靶向性等。天然高分子生物相容性好，容易被体内的各种酶降解，因而非常适合用作前药的载体材料。
3.1 血清白蛋白载体的前药
血清白蛋白(Albumin) 显酸性，可在pH4~9的范围稳定存在，即使将它于60?C 下加热10 h 也不会发生变性；血清白蛋白很容易被肿瘤和受感染的组织吞噬，并且具有很好的生物可降解性、无毒性以及无免疫活性。所以，这些特殊的性质决定了血清白蛋白非常适合用作治疗肿瘤的前药载体材料。Wang 等将
(+)-FDI-CBIM 多肽偶联到人体血清白蛋白链上合成出一种前药，动物实验结果表明该前药能明显地抑制结肠癌和乳腺癌肿瘤的生长。Graeser 等报道了一种血清白蛋白前药具有非常强的抑制肿瘤生长的能力，在与阿霉素用药量相同的条件下，该前药能抑制62% 体积的肿瘤生长。
3.2 多糖载体的前药
果胶(Pectin) 存在于植物细胞壁中，它在人体胃和小肠生理环境内能保持
结构的完整性, 但是在结肠中能被梭杆菌、真杆菌和双歧杆菌等细菌降解，所以果胶被广泛用于结肠靶向前药的载体材料。Xi 等合成了以共价键结合的果胶- 酮洛芬前药，将其与酮洛芬原药分别通过灌胃方式对大鼠进行给药，一定时间后取出大鼠胃肠道中不同部位的内容物，测定药物的分布。结果表明，酮洛芬原药在大鼠的胃和小肠中均有分布，而从前药中释放的酮洛芬主要分布在大鼠的盲肠和结肠，说明前药具有结肠定位释放药物的性能。
葡聚糖(Dextran) 是一种主要由1,6-α-D- 吡喃葡糖苷键接而成的多糖，该糖苷键可以被结肠中的细菌酶以及哺乳动物细胞中的葡聚糖酶降解，因而葡聚糖作为一种前药的载体材料已得到了广泛的研究。Harboe 等将药物分子偶联到葡聚糖大分子链的末端合成出一种大分子前药，它在胃和小肠内保持完好；而在结肠中，随着前药中糖苷键被葡聚糖酶的降解，药物被缓慢地释放出来。一些药物如萘普生、布洛芬、5- 氨基水杨酸、甲基脱氢皮质甾醇和地塞米松都通过以上方法制备出前药，并且在猪体内外进行了实验，结果发现药物在猪结肠内的释药量是胃肠道内的17 倍。这些葡聚糖前药系统能实现药物在结肠部位的靶向缓释，从而提高了药物的生物利用度。
硫酸软骨素(Chondroitin sulphate) 是一种存在于动物结缔组织中的黏多醣，它能被人体大肠产生的厌氧细菌降解。Peng 等分别将三种不同的非甾体抗炎药布洛芬、酮洛芬、萘普生通过化学键偶联在硫酸软骨素上合成出三种大分子前药，结果发现前药的水溶性比原药的好；药物释放研究表明，三种前药能降低原药对上消化道的损伤，并能缓慢地释放出药物。
研究结果表明，羟乙基纤维素-吲哚美辛前药在模拟胃液和小肠液基本不释放吲哚美辛原药；而在结肠酵解液中，该前药能被结肠细菌酶缓慢降解，进而持续释放出吲哚美辛，具有较好的结肠靶向缓释药物特性。
四、天然高分子类水凝胶
水凝胶是一类吸水后能发生溶胀、并能保持大量水分而不溶解的网络高聚物。物理交联水凝胶可以通过分子间的弱相互作用力形成，如静电作用力、氢键、疏水作用等。而化学交联水凝胶通常是通过化学反应以化学键交联而形成的三维网络聚合物。由于天然高分子材料制备的化学交联水凝胶具有良好的生物相容性、溶胀性和负载的药物不易失活等特性，因此，它们在药物释放和组织工程生物医学领域得到了广泛的应用。
壳聚糖是一种含有氨基阳离子的多糖，具有良好的细胞相容性、抗菌性、形状可塑性和成空性等特点，所以，壳聚糖水凝胶在关节和软骨等组织的构建、基因的传输以及药物控制释放等领域的研究引人注目。Hong 等报道，含丙烯酸和
乳酸的壳聚糖衍生物在引发剂的作用下生成化学交联水凝胶，软骨细胞能在该水凝胶中生存12 天，说明该水凝胶有希望作为可注射的支架材料在组织工程和矫形外科中获得应用。
戊二醛通常作为交联剂用于合成化学交联的壳聚糖水凝胶。近期研究发现，从栀子果提取出的一种天然葡萄糖配基化合物- 京尼平(Genipin) 也能与壳聚糖的氨基反应，形成强度较高、可生物降解的水凝胶。值得注意的是京尼平的毒性比戊二醛低5,000~10,000倍，因而更适合在生物医学领域中应用。
近以大豆蛋白为基质材料，在京尼平的交联作用下合成出化学交联的水凝胶( 图8)。研究表明固定凝胶化温度为35?C，当京尼平的加入量由2.5 mmol/L 增加至10.0 mmol/L 时，凝胶化时间由119.8 min 缩短为18.5 min ；固定京尼平的加入量为5.0mmol/L，当凝胶化温度由35?C 升高至50?C 时，凝胶化时间由44.7 min 缩短为27.6 min。京尼平交联的大豆蛋白水凝胶能吸附蛋白质的模型化合物- 牛血清蛋白(BSA)，并在pH7.4 的PBS 缓冲溶液中5h 内能缓释BSA，表明该水凝胶可作为蛋白类药物载体在肠部位缓释药物。
图8 大豆蛋白与京尼平形成水凝胶的机理
大豆蛋白在谷氨酰胺转移酶(transglutaminase) 的交联作用下也能形成化学交联的水凝胶，凝胶过程的影响因素主要是大豆蛋白和谷氨酰胺转移酶的加入量、凝胶化时间等。以5- 氨基水杨酸为模型药物，原位合成了负载5- 氨基水杨酸的酶交联大豆蛋白水凝胶，体外释放实验表明，该载药水凝胶能起到缓释药物的作用，因此谷氨酰胺转移酶交联的大豆蛋白可应用于药物释放。
五、展望
多糖、蛋白质及其衍生物具有非常好的生物相容性、可降解性和低毒性，在生物、医学和药学领域有广泛的应用前景。但是，这些天然高分子结构较为复杂，如何以它们为基质材料构建和合成具有新型结构和功能的天然生物医用高分子材料仍有待进一步研究。
六、参考文献
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材料科学与工程
材料科学与工程 Materials Science and Engineering （专业代码：0805） 一、培养目标 本学科培养德、智、体、美、劳全面发展，具有坚实系统的材料科学与工程理论基础，了解材料科学与工程学科国际前沿领域和发展动态，能在科学研究和工程实践中做出创新性成果，并能够适应我国经济、科技、教育发展需要，从事材料科学与工程领域研究和教育的高层次人才。 二、主要研究方向 主要研究方向包括： 1．材料物理与化学：先进功能材料、先进光电功能材料与器件、材料计算与理论设计，高温超导电性、自旋电子学、新型人工晶体材料、太阳能电池，生物材料、材料先进表征、材料的微观结构和缺陷、材料疲劳与断裂机制、磁学与磁性材料、材料力学行为基础、催化材料、相变制冷材料、量子材料。 2．材料学：材料结构与性能关系、材料制备与加工、先进能源材料与应用技术（包括固体氧化物燃料电池材料、太阳能电池材料、锂离子电池材料、透氧透氢陶瓷膜反应器材料）、微电子材料、印刷电子工程材料与器件、无机膜材料、涂层材料、荧光材料、新型碳材料、陶瓷材料、微纳结构与器件、柔性材料与器件、特种用途材料、极端条件下材料制备、纳米材料、钛合金、生物医用材料、镁铝等轻合金材料、环境功能材料、高温合金等。 3.材料加工工程：特种合金及部件制备、材料表面工程及薄膜技术、金属塑性加工技术、焊接与连接技术、钢及合金的制备、加工及计算机模拟、合金凝固过程、钢铁冶金、粉末冶金、金属基复合材料、稀土金属及应用、大尺寸构件均质化制备。 4.腐蚀科学与防护：腐蚀电化学、高温氧化、材料力学与化学的交互作用、材料自然环境腐蚀、材料腐蚀防护技术。 三、课程类型和学分要求 1.硕士培养模式。通过硕士研究生招生统考或免试推荐等形式，取得我校硕士研究生资格者。研究生在申请硕士学位时，取得的总学分不低于35学分。其中公共必修课7学分，硕士学科基础课不少于10学分，硕士学科基础课和硕士专业基础课获得的总学分
专业前沿讲座心得体会
专业前沿讲座心得体会 题目：专业前沿讲座心得体会 姓名：刘晓亚 班级：模具09-2班 学号：0901********
专业前沿讲座心得体会 以前去上学院的选修课总是抱着些应付的心态，然而这次的不同，我很喜欢听我们的这些优秀教授们讲授专业前沿上的东西，他们，金教授，郭教授，赵教授，官教授，高教授，周教授...在每次短短的两小节课中我都被他们研究的这些东西深深吸引着。虽然好多东西以我现在的水平还不能弄懂，但却让我看到我们专业的前景——只要努力学好知识，总有用武之地的。 由于时间限制和我们有限的知识水平，老师们都从大处着眼，为我们大概介绍了他们的研究方向和内容，同时还简单向我们介绍这些研究将来的实际意义，以及和我们模具锻压专业的联系。总体来说，也许理论上逻辑上的很专业的知识，我们没有学到多少，但老师们利用不到两个小时的时间，就基本上将一个新的领域在我们的脑海中勾勒了出来，使我们这些只知在学校死啃书本的同学也有机会现实了一回，真正了解到与百姓的生活有直接联系的科学研究。 各位老师不仅在学术领域给我们打开了新的窗户，使我们眼前一亮，也为我们介绍他们在工作学习中切身的体会及经验，提前向我们预警就业道路及工作生涯可能遇到的问题。 还记得当时有个老师在讲课前放了一段用纯英文介绍的视频，我记得当时老师说那个视频是他在欧美开一个会议时的开场视频，我很有感触，不仅是对专业上的，还有对英语上的，那个视频里的英语我大部分听不懂，原来自己的英语水平这么的有限，中国在走向世界，专业上已有相当的技术，语言上岂能落下？ 赵长财老师，系燕山大学机械工程学院教授、博士生导师，现任燕山大学产业集团副董事长、中国机械工程学会高级会员...职务。同时兼任沈阳重型机器集团公司、天津天锻压力机有限公司...多家企业特聘技术顾问。曾获得了秦皇岛市“三育人”先进个人、秦皇岛市“人民满意公仆”...荣誉称号。拥有这么多成就的他给我们讲授课程，坐在下面听课的我感到很自豪，很自豪。在这次课上他简单介绍了金属管材成形新工艺及理论，管、板类零件内高压成形新工艺及其理论研究，液压机现代设计理论研究中一些前沿上的东西，由于世界能源的紧张和环保问题的日趋严重,汽车工业面临着严峻的挑战:一方面是提高燃气的热效率,减少废气排放;另一方面是减轻汽车自身重量,提高行驶速度,降低能耗。这两方面要求促使人们不得不改进传统工艺,创造出适应新经济时代要求的新工艺。在汽车工业中管材液压成形作为一个非常重要的成形技术已得到了广泛应用,主要用于生产汽车动力系统、排气系统、汽车底盘以及一些结构件。汽车用排气管件大多为形状比较复杂、轴线有很大变化的零件。传统成形工艺除铸造成形外,主要采用冲压两个半壳而后组焊成形,或采用管坯进行数控弯曲、扩管、缩管加工而后组焊成形。这样制造的零件模具费用高、生产周期长、成本高,不适应当前汽车行业在减轻自重、降低成本、提高市场竞争力等方面的要求。而采用内高压技术制造排气管件可以较精确地控制零件的尺寸精度,便于在后续工序中与其他零件进行装配,且能够进一步减轻系统重量,减少焊缝数量,内表面光滑,排气阻力小,使成形后的产品质量和寿命得到进一步提高。听不太懂，但乐于听他为我们讲解那些专业在实际中的应用，喜于他与他的团队那些成就（他领导了燕山大学GM科研团队）。 郭宝峰老师2007年起任燕山大学科技处处长；2010年1月起担任燕山大学科学技术研究院院长。在讲授过程中提到了团队的力量，他始终认为，不论是完成的科研成果还是在研的科研项目，不论是获得的奖励还是发表的论文，都是团队奋斗的结晶，而他个人只不过在其中做了应做的那一部分本职工作而已。他还鼓励我们工科学生要有意识地提高自己的人文素养。“人是应当全面发展的”，他说。很喜欢他的课，不仅因为他在材料加工工程和精密成形技术领域有这么多成就，还因为他的那些人生的态度。
专业前沿讲座-心得报告
专业前沿讲座 ——《太阳能电池》心得报告人类目前正面临严重的能源危机和环境恶化的问题。因此，蕴藏量无穷的太阳能，可能成为未来的主要能源之一。 1954年美国贝尔实验室制成了世界上第一个实用的太阳能电池，效率为4%，于1958年应用到美国的先锋1号人造卫星上。太阳能电池逐渐由航天等特殊的用电场合进入到地面应用中。一个4KW的屋顶家用光伏系统可以满足普通家庭的用电需要，每年少排放的CO2的数量相当于一辆家庭轿车的年排放量。由于材料、结构、工艺等方面的不断改进，现在太阳能电池的价格不到20世纪70年代的1%。预期10年内太阳能电池能源在美国、日本和欧洲的发电成本将可与火力发电竞争。目前，年均增长率35%，是能源技术领域发展最快的行业。 太阳能电池的发电原理是基于光伏效应(Photovoltaic Effect)由太阳光与材料相互作用而产生电势太阳能电池的种类按照所用材料的不同分为3种：无机太阳能电池，如半导体硅 (单晶、多晶、非晶、复合型等)，化合物半导体（GaAs、CuInSe2、CdTe、InP 等）；有机太阳能电池如有机半导体（酞菁锌、聚苯胺、聚对苯乙炔等）；光化学太阳能电池例如纳米TiO2等。 无机太阳能电池的工作原理是半导体中可以利用各种势垒如pn结、肖特基势垒、异质结等形成光伏效应。当太阳能电池受到阳光照射时，光与半导体相互作用可以产生光生载流子，所产生的电子
-空穴对靠半导体内形成的势垒分开到两极，正负电荷分别被上下电极收集。由电荷聚集所形成的电流通过金属导线流向电负载。 有机太阳能电池工作原理: 有机半导体产生的电子和空穴束缚在激子(excitons)之中,电子和空穴在界面(电极和导电聚合物的结合处)上分离。它的特点：价格低、易成型，通过化学修饰调控性能。太阳能电池材料与器件结构的研究与开发可以为各种太阳能电池材料杂质与缺陷的转换效率及稳定性产生影响。也可以使太阳能电池与建筑物结合，架设太阳电池组件 太阳能电池在航天技术发展中有着不可替代的作用。由于材料与器材结构的研究与开发,太阳电能池的地面应用的潜在能力得到了发挥。从微观上认识光伏太阳能电池的本质，开展原位表征和超快时间分辨技术研究光生电子的迁移传输规律，为人们设计较高光电转换效率的半导体材料及染料敏化剂提供理论指导。太阳能的开发利用是人类进入21世纪必须解决的难题。太阳能电池作为清洁太阳能转换装置将有利于缓解世界的能源危机和环境污染问题。太阳能电池的研究有着重要的意义。
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人工智能（Artificial Intelligence），英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能亦称智械、机器智能，指由人制造出来的机器所表现出来的智能。通常人工智能是指通过普通计算机程序来呈现人类智能的技术。通过医学、神经科学、机器人学及统计学等的进步，有些预测则认为人类的无数职业也逐渐被人工智能取代。 人工智能在计算机领域内，得到了愈加广泛的重视。并在机器人，经济政治决策，控制系统，仿真系统中得到应用。人工智能是计算机学科的一个分支，二十世纪七十年代以来被称为世界三大尖端技术之一（空间技术、能源技术、人工智能）。也被认为是二十一世纪三大尖端技术（基因工程、纳米科学、人工智能）之一。这是因为近三十年来它获得了迅速的发展，在很多学科领域都获得了广泛应用，并取得了丰硕的成果，人工智能已逐步成为一个独立的分支，无论在理论和实践上都已自成一个系统。 人工智能是研究使计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为（如学习、推理、思考、规划等）的学科，主要包括计算机实现智能的原理、制造类似于人脑智能的计算机，使计算机能实现更高层次的应用。人工智能将涉及到计算机科学、心理学、哲学和语言学等学科。可以说几乎是自然科学和社会科学的所有学科，其范围已远远超出了计算机科学的范畴，人工智能与思维科学的关系是实践和理论的关系，人工智能是处于思维科学的技术应用层次，是它的一个应用分支。从思维观点看，人工智能不仅限于逻辑思维，要考虑形象思维、灵感思维才能促进人工智能的突破性的发展，数学常被认为是多种学科的基础科学，数学也进入语言、思维领域，人工智能学科也必须借用数学工具，数学不仅在标准逻辑、模糊数学等范围发挥作用，数学进入人工智能学科，它们将互相促进而更快地发展。通常，“机器学习”的数学基础是“统计学”、“信息论”和“控制论”。还包括其他非数学学科。这类“机器学习”对“经验”的依赖性很强。计算机需要不断从解决一类问题的经验中获取知识，学习策略，在遇到类似的问题时，运用经验知识解决问题并积累新的经验，就像普通人一样。我们可以将这样的学习方式称之为“连续型学习”。但人类除了会从经验中学习之外，还会创造，即“跳跃型学习”。这在某些情形下被称为“灵感”或“顿悟”。一直以来，计算机最难学会的就是“顿悟”。或者再严格一些来说，计算机在学习和“实践”方面难以学会“不依赖于量变的质变”，很难从一种“质”直接到另一种“质”，或者从一个“概念”直接到另一个“概念”。正因为如此，这里的“实践”并非同人类一样的实践。人类的实践过程同时包括经验和创造。这是智能化研究者梦寐以求的东西。 前景:目前随着人工智能AI的迅猛发展，今后几年触摸一体机一定会和人工智能
对生命科学的理解
刚接触生命科学这个学科时，我是那么的迷茫。因为在我上大学之前，我对生命科学是一点都不了解，对它以后发展的前景也是一无所知。但学校设置的生命科学前沿讲座，通过各位教授前沿讲座，通过各位教授的引导，使我对生命科学有了一定的了解。生命科学是21世纪最重要的科学。过去的一年里，科学已经取得了一些重大的进步。在气候科学领域，科学家们怎样的影响。与对极地冰川消失进行了综合考察，比以往更详细的发现了全球变暖对于北极和南极带来在此同时，人类学家追溯了人类的足迹揭开了曾经居住在中国的未知祖先线索。然后又出现了一些奇怪而又真实的发现，比如说一项研究表明1800年前的宦官比他们的同龄人长寿。但是人们总是存在更多的愿望，随着我们从2012年跨入2013年，生命科学网征询了各个领域研究人员在新的一年里的希望和梦想。 生命科学是系统地阐述与生命特性有关的重大课题的科学。支配着无生命世界的物理和化学定律同样也适用于生命世界，无须赋于生活物质一种神秘的活力。对于生命科学的深入了解，无疑也能促进物理、化学等人类其它知识领域的发展。比如生命科学中一个世纪性的难题是“智力从何而来？”我们对单一神经元的活动了如指掌，但对数以百亿计的神经元组合成大脑后如何产生出智力却一无所知。可以说对人类智力的最大挑战就是如何解释智力本身。对这一问题的逐步深入破解也将会相应地改变人类的知识结构。 正如我们老师所说，生命科学研究不但依赖物理、化学知识，也依靠后者提供的仪器，如光学和电子显微镜、蛋白质电泳仪、超速离心机、X-射线仪、核磁共振分光计、正电子发射断层扫描仪等等，举不胜举。生命科学学家也是由各个学科汇聚而来。学科间的交叉渗透造成了许多前景无限的生长点与新兴学科。 生命科学研究或正在研究着的主要课题是：生物物质的化学本质是什么？这些化学物质在体内是如何相到转化并表现出生命特征的？生物大分子的组成和结构是怎样的？细胞是怎样工作的？形形色色的细胞怎样完成多种多样的功能？基因作为遗传物质是怎样起作用的？什么机制促使细胞复制？一个受精卵细胞怎样在发育成由许多极其不同类型的细胞构成的高度分化的多细胞生物的奇异过程中使用其遗传信息？多种类型细胞是怎样结合起来形成器官和组织？物种是怎样形成的？什么因素引起进化？人类现在仍在进化吗？在一特定的生态小生境中物种之间的关系怎样？何种因素支配着此一生境中每一物种的数量？动物行为的生理学基础是什么？记忆是怎样形成的？记忆存贮在什么地方？哪些因素能够影响学习和记忆？智力由何而来？除了在地球上，宇宙空间还有其它有智慧的生物吗？生命是怎样起源的？等等。 在上述问题的研究中积累起来的知识已经或正在应用于人类社会，并产生了巨大的效益如减少人类疾病和动植物病害、改善人类的营养状况，减少环境公害、保护自然资源等等。 近年来，生物工程的兴起，使我们面临着重大的机遇与挑战。在这一关键时刻，我们必须有所作为，理解并参与做出决定。生命的基本特征遗传与变异生命的基本特征遗传与变异遗传与变异，是生物界不断地普遍发生的现象，也是物种形成和生物进化的基础。基因的两大特性稳定性和变异性决定了生物体的遗传和变异。生物的亲代能产生与自己相似的后代的现象叫做遗传。遗传通过基因的稳定性得以实现。稳定性是指基因能够自我复制，使后代基因保持祖先的样子。在日常生活中，我们常会看到，同一窝生的猫和猪，会出现毛色不同；自己和兄弟姐妹的相貌与父母也不同……。为什么会这样呢？这就如同“世界上找不到两片完全一样的树叶”一样，都是由一种普遍存在的生命现象-------变异所导致的。变异是生物的一般特性，而遗传则是变异后新物种繁育的必经方法，变异只有通过遗传才能使变异在下一代表现。遗传和变异是对立的统一体，遗传使物种得以延续，变异则使物种不断进化，为生物进化提供了原始材料。二、生物工程兴起与发展自二十世纪末以来，人类面临严重的资源危机、环境危机，经济发展和人口增长产生的对资源与环境的需求超出了地球生态系统资源与环境的供给能力。资源枯竭，尤其是石油、天然气的枯竭，
材料科学与工程专业培养方案(doc 7页)
材料科学与工程专业培养方案(doc 7页)
2009年博士材料科学与工程系 材料科学与工程培养方案 一、适用学科、专业： 材料科学与工程（一级学科，工学门类） ●材料物理与化学（二级学科、专业） ●材料学（二级学科、专业） ●材料加工工程（二级学科、专业） 二、培养方式 1. 实行导师负责制。必要时可设副导师，鼓励 组成指导小组集体指导。跨学科或交叉学科 培养博士生时，应从相关学科中聘请副导师 协助指导。 2. 博士生应在导师指导下，学习有关课程，查 阅文献资料，参加学术交流，确定具体课题，独立从事科学研究，取得创造性成果。 三、知识结构及课程学习的基本要求 1. 知识结构的基本要求 要掌握本门学科坚实宽广的基础理论和系统深入的专业知识；要注意拓宽知识面，加强知
识的综合性、前沿性和交叉性要求，为学位 论文工作的创造性研究打下必要的基础。 2. 课程学习及学分组成 A. 普通博士生 攻读博士学位期间，需获得学位要求学分不少于 14 ，其中公共必修课程4 学分，学科专业 要求课程学分不少于 5 ，必修环节 5 学分。 选修或补修课程学分计入非学位要求学分。 课程设置见附录。 B ．直博生 攻读博士学位期间，需获得学位要求学分不少于 31 ，其中公共必修课程学分不少于6 ，学 科专业要求课程学分不少于20 ，必修环节 5 学分，考试学分不少于23 。选修或补修 课程学分计入非学位要求学分。课设置见附 录。 四、主要培养环节及有关要求 1. 制定个人培养计划：
占40%，“材料热力学、动力学”内容占30%，“材料分析方法”内容占30%。 学科方向组织的考试，其考试内容、考试方式由各学科方向自定，但必须事先通告，并报系 业务办备案。 考试记分为百分制。按系级考试70%、学科方向考试30%的权重计算总成绩。总成绩处于后10～15%者，半年后补考。补考成绩仍处于后10～15%者，按学校有关规定处理。 4. 社会实践 按《清华大学研究生社会实践管理条例》执行。 5. 学术活动 实行博士生学术报告制度，博士生在论文工作期间每学期至少在二级学科的研究室以上范围 内做一次学术报告（参加者至少有教师 5 人以上，其中博士生导师 3 人以上）；至少有一次在全国性或国际学术会议上宣读自己撰 写的论文。
数学学科前沿讲座报告
数学学科前沿讲座 通过一个学期的学习和学校数位专家教授的耐心讲解，产生了一些自己对数学学科的体会。下面就简要谈谈，通过听取前沿讲座我对数学学科的理解与变化。近半个多世纪以来，随着计算机技术的迅速发展，数学的应用不仅在工程技术、自然科学等领域发挥着越来越重要的作用，而且以空前的广度和深度向经济、金融、生物、医学、环境、地质、人口、交通等新的领域渗透，所谓数学技术已经成为当代高新技术的重要组成部分。因有数学,才有今天科技的繁荣，在我们身边到处都有数学问题。今天科技领域也以数学为基础。如计算机的发展，一切理论都是数学家提出的，某个物理学家要研究某个项目，都要以丰厚 的数学功底为前提。在人们的生活中，时刻与数学打交道，可谓世界因数学而精彩。既然数学有如此大的魅力，下面将粗略的介绍一下。数学曾出现三次危机：无理数的发现——第一次数学危机；无穷小是零吗——第二次数学危机；悖论的产生---第三次数学危机。数学历来被视为严格、和谐、精确的学科，纵观数学发展史，数学发展从来不是完全直线式的，他的体系不是永远和谐的，而常常出现悖论。在悖论中逐渐成熟，进而到现在出现多个分支，分为：基础数学、数论、代数学、几何学、拓扑学、函数论、常微分方程、偏微分方程、概率论、应用数学、运筹学。 一、应用数学应用数学属于数学一级学科下的二级学科。应用数学是应用目的明确的数学理论和方法的总称，它是数学理论知识与应用科学、工程技术等领域联系的重要纽带。应用数学主要研究具有实际背景或应用前景的数学理论或方法，以数学各个分支的应用基础理论为研究主体，同时也研究自然科学、工程技术、信息、经济、管理等科学中的数学问题，包括建立相应的数学模型、利用数学方法解决实际问题等。主要研究方向： (1) 非线性偏微分方程非线性偏微分方程是现代数学的一个重要分支，无论在理论中 还是在实际应用中，非线性偏微分方程均被用来描述力学、控制过程、生态与经济系统、化工循环系统及流行病学等领域的问题。利用非线性偏微分方程描述上述问题充分考虑到空间、时间、时滞的影响，因而更能准确的反映实际。本方向主要研究非线性偏微分方程、H-半变分不等式、最优控制系统的微分方程理论及其在电力系统的应用。 (2)拓扑学拓扑学，是近代发展起来的一个研究连续性现象的数学分支。中文名称起 源于希腊语Τοπολογ的音译。Topology 原意为地貌，于 19 世纪中期由科学家引入，当时主要研究的是出于数学分析的需要而产生的一些几何问题。发展至今，拓扑学主要研究拓扑空间在拓扑变换下的不变性质和不变量。拓扑学是数学中一个重要的、基础的分支。起初它是几何学的一支，研究几何图形在连续变形下保持不变的性质(所谓
生物学学科前沿讲座报告
生物学学科前沿讲座报告 通过多位老师的精彩授课，我对生命科学前沿有了初步的了解，特别是对肿瘤的发病机理以及别对肿瘤的治疗方法有较为清晰认识。因为我对肿瘤感兴趣，下面就我在课堂上及课外的所学对肿瘤做一个小总结并发表自己的一些粗浅的看法。 首先，肿瘤是在各种致病因素的作用下，身体局部细胞在基因水平上失去对其生长的控制，导致异常增生所形成的新生物，这种新生物常形成局部肿块，这种肿块称作肿瘤。或机体组织细胞在内外致病因素的影响和作用下，使细胞的DNA发生结构和功能异常形成一种异常增生的肿块。肿瘤有良性和恶性之分，良性肿瘤不会扩散到身体其他部份，或是侵入别的组织，除非压迫到重要的器官，否则也不会影响生命。恶性肿瘤则会侵略其他器官，转移到身体其他部位而危害生命。 其次，肿瘤组织的结构，功能和物质代谢，不仅与正常的细胞组织完全不同，而且与再生性增生也有质的不同。虽然它是由正常细胞转变而来，与正常组织细胞有一定程度的相似性，但其生长失去控制，与整个机体不协调并能转移且缺乏正常的形态结构和物质代谢，因此没有正常的生理机能，对机体百害而无一利； 再次，肿瘤具有异质性即同一肿瘤内部由于肿瘤细胞系不同而造成的肿瘤细胞的差异，主要表现在组织学、抗原性、免疫性、激素受体、代谢性、生长速度和对化学药物敏感性、浸润和转移等差异。肿瘤的异质性，不仅发生在不同个体、不同部位、不同病理类型而且不
同病期的恶性肿瘤其生物学行为表现不同，即使是同一部位、同一病理类型和病期的肿瘤，其生物学行为也存在着很大的差异。因此，忽视了肿瘤的异质性，利用一般治疗肿瘤的方法治疗肿瘤往往达不到理想效果 由于肿瘤存在异质性，因此，要获得理想的治疗效果就必须对每个患者“区别对待”，也就是说要进行个性化的诊断和治疗，对于每一个肿瘤患者，都必须根据患者的具体情况，包括临床因素、肿瘤的分子病理学特点、甚至基因特征等，制定出科学、合理的个体化治疗方案，以期获得最佳的治疗效果。 总之癌细胞都是独一无二的，只有知道是哪些特定的癌细胞在作怪时，才能有针对性地对患者进行治疗。肿瘤虽然不难被人认出，但是它们的活动和发展过程却各不相同，故每一位肿瘤患者的病情都是独一无二的，因此应该根据每个肿瘤患者的具体病情进行针对性的治疗即个体化治疗，才能制订出适合患者的治疗方案。 最后，我相信个性化治疗将最终将会在临床中得到实现，肿瘤的治疗也必将开创一个新的纪元。 学院：医学院 姓名：王彪 学号：2013236084
机械工程前沿讲座
机械工程前沿 近年来，机械工程学科在各大领域内取得了一系列突破性进展和原创性成果，为繁荣的经济建设提供了大量的理论方法和实践经验，对世界产生了重要的影响。 ， 对 ?前机械工程前沿技术以及机械工程领域的发展现状，综述了其重要进展和成果，并对 国机械工程的发展趋势进行了展望。 机械工程是一门与机械和动力生产有关的工程学科，它以有关的自然科学和技术科学为理论基础，结合生产实践中的技术经验，研究和解决在开发、设计、制造、安装、运用和修理各种机械中的全部理论和实际问题。 机械工程学科包含以下几个方面：机械制造及其自动化机械电子工程、机械设计及理论、车辆工程和仿生技术。机械工程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能源和材料生产的部门，无不需要机械工程的服务。概括说来，现代机械工程有五大服务领域：研制和提供能量转换机械；研制和提供用以生产各种产品的机械；研制和提供从事各种服务的机械；研制和提供家庭和个人生活中应用的机械；研制和提供各种机械武器。 机械的发展经历了从制造简单工具到制造由多个零件、部件组成的现代机械的漫长过程。机械工程以增加生产、提高劳动生产率、提高生产的经济性为目标来研制和发展新的机械产品。随着世界的进步、国家的需求和学科的发展，机械工程科学的发展出现了以下显著特点和趋势：一方面，高技术领域如光电子、微纳系统、航空航 、生物医学、重大工程等的发展，要求机械与制造科学向这些领域提供更多更好的新理论、新方法和新技术，因而出现和发展着微纳制造、仿生及生物制造、微电子制造等制造科学新领域；另一方面，随着机械与制造科学与信息科学、生命科学、材料科学、管理科学、纳米科学技术的交叉，除了推动着机构学、摩擦学、动力学、结构强度学、传动学和设计学的发展外，还产生和发展着仿生机械学、纳米摩擦学、制造信息学、制造管理学等新的交叉科学。在未来的时代，新产品的研制将以降低资源消耗，发展洁净的再生能源，治理、减轻以至消除环境污染作为超经济的目标任务。
材料学科前沿讲座总结
材料学科前沿讲座总结 生物医用高分子 一.引言 生物医用功能材料即医用仿生材料，又称为生物医用材料。这类材料是用于与生命系统接触并发生相互作用，能够对细胞、组织和器官进行诊断治疗、替换修复或诱导再生的天然或人工合成的特殊功能材料。随着化学工业的发展和医学科学的进步，生物医用功能材料的应用越来越广泛。从高分子医疗器械到具有人体功能的人工器官，从整形材料到现代医疗仪器设备，几乎涉及到医学的各个领域，都有使用医用高分子材料的例子。医用高分子材料所用的材料种类已由最初的几种，发展到现在的几十种，其制品种类已有上千种。 目前，生物医用功能材料应用很广泛，几乎涉及到医学的各个领域。其大致可分为机体外使用与机体内使用两大类。机体外用的材料主要是制备医疗用品，如输液袋、输液管、注射器等。由于这些高分子材料成本低、使用方便，现已大量使用。机体内用材料又可分为外科用和内科用两类。外科方面有人工器官、医用黏合剂、整形材料等。内科用的主要是高分子药物。所谓高分子药物，就是具有药效的低分子与高分子载体相结合的药物，它具有长效、稳定的特点。 二.发展历史 生物医用高分子材料的发展经历了三个阶段，第一阶段始于1937年，其特点是所用高分子材料都是已有的现成材料，如用丙烯酸甲酯制造义齿的牙床。第二阶段始于1953年，其标志是医用级有机硅橡胶的出现，随后又发展了聚羟基乙酸酯缝合线以及四种聚酯心血管材料，从此进入了以分子工程研究为基础的发展时期。该阶段的特点是在分子水平上对合成高分子的组成、配方和工艺进行优化设计，有目的地开发所需要的高分子材料。
目前的研究焦点已经从寻找替代生物组织的合成材料转向研究一类具有主动诱导、激发人体组织器官再生修复的新材料，这标志着生物医用高分子材料的发展进入了第三个阶段。其特点是这种材料一般由活体组织和人工材料有机结合而成，在分子设计上以促进周围组织细胞生长为预想功能，其关键在于诱使配合基和组织细胞表面的特殊位点发生作用以提高组织细胞的分裂和生长速度。 三.基本性能要求 1. 力学性能稳定 在使用期限内，针对不同的用途，材料的尺寸稳定性、耐磨性、耐疲劳度、强度、模量等应适当。比如，用超高分子量聚乙烯材料做人工关节时，应该用模量高、耐疲劳强度好、耐磨性好的材料。 2. 化学性能稳定 作为生物材料，化学性能必须稳定，对人体的血液、体液等无影响，不形成血栓等不良影响。人体是一个相当复杂的环境，血液在正常环境下呈现微碱性，胃液呈酸性，且体液与血液中含有大量的钾、钠、镁离子，含有多种生物酶、蛋白质、人体的环境易引起聚合物的降解、交联及氧化反应；生物酶会引起聚合物的解聚；体液会引起高分子材料中的添加剂析出；血液中的脂类、类固醇以及脂肪等会引起聚合物的溶胀，使得材料的强度降低。例如聚氨酯中含有的酰胺基极易水解，在体内会降解而失去强度，经过嵌段改性后，化学稳定性提高。 3. 与人体的组织相容性好 医用材料必须与人体的组织相容性好，不会引起炎症或其他排异反应材料，所引起的宿主反应应该能够控制在一定可以接受的范围之内。一些含有对人体有毒有害的基团是不能用作生物医用功能材料的，如有些添加剂对人体有害或有些残留单体对人体有不良影响等，这都应该引起极度的警惕。有些添加剂会随时间的变化，从材料内部逐渐迁移到表面与体液和组织发生作用，引起各种急性和慢性的反应。
前沿讲座总结报告
前沿讲座总结 时光荏苒，不知不觉，我的研究生的生涯已经度过了一半的时间。虽然仅仅是一年的时间，但已经足以使我对其有一个整体的把握，并使自己逐渐融入其中，享受其中。同时，时间的流逝，更让我对接下来的日子感到珍惜。以下就结合研一这段时间曾参加的前沿讲座和学术沙龙活动，并谈谈自己的些许感悟以及总结。 前沿讲座作为了解学科的学术研究领域、方法和方向的一种重要形式，在学习中起着极为重要的作用。因此，我积极参加了学院和学校组织的前沿讲座。研一期间，我参加了心理健康、原是校园行、数据库培训、名师讲坛以及学术沙龙等诸多讲座。这些由诸多国内外学科最前沿的学者专家所做的精彩的讲座，为我们提供了了解国内外最新、最先进学术知识和科研进展以及学科研究方向的机会。同时，这些讲座使我的专业素养和个人心理素质都得到了很大提升，并对我的学术认识、观点以及今后的研究生学习提供了巨大的帮助。 2015年11月9日，是我第一次参加院士校园行系列的讲座。由David院士不远万里，从大洋对岸来到我们交大，给我们带来一场精彩的讲座。 2011年全国博士生学术论坛由北京交通大学承办，其中我参加了由机电学院承办的载运工具运用工程分论坛，听取了李强教授、任尊松教授做的专家点评。通过此次高水平的论坛学习了在载运工具结构设计与动力学分析、结构疲劳及可靠性、故障诊断技术及试验技术、安全与检测控制技术、先进动力技术、节能技术及环境保护等多方面知识。 还参加了几期学术沙龙，几位本学院的博士深入浅出的讲解让我收获很大，他们结合自己的课题，讲的生动详细。主要参加了这些方面的讲座，听取了丁万和聂蒙博士分别就机器人的创新和钢轨打磨的研究做的报告，对并联机器人的基本概念，研究现状以及国际研究前沿有了大概的了解，并第一次接触了钢轨打磨的知识，深刻体会到当前我国钢轨打磨方面研究的落后，拓宽了我们的视野。听取了金涛涛博士关于混合动力传动系统国内外研究现状及研究方向，着重学习了一种双模式混合动力传动系统，同时了解了美国的学习、科研生活，开阔了我们的视野。听取了姚燕安老师关于机构与机器人学方面的研究，在并联机器人的滚动步态设计、可变形车轮缩放比计算、两足步行机构设计及魔方内部结构设计等方面的内容。在上述讲座中，都与主讲博士进行了较好的互动，及时把自己的疑惑与博士进行了交流。 在论文写作方面听取了曹文平博士就“如何在一流IEEE杂志上发表高质量学术论文”的报告。曹博士结合自己多年来在电工机械、电力传动领域的研究成果和在一流IEEE杂志上发表高质量论文的经历，以自己发表的一篇研究论文为例，从论文的整体结构、标题引文、正文写作、结果分析、标点符号等方面，深刻剖析了每个环节的写作要点和注意事项。通过这个讲座我对英语科技论文写作的语言使用以及投稿过程中遇到的一些问题都有了了解。Vittal Prabhu博士介绍了制造业中的分布式控制应用现状，对分布式在企业中的应用有了很好的了解。 此外机电学院研究生辅导员潘显钟与我们分享近年来机电学院研究生就业去向，帮助我
材料学科前沿讲座论文
中国矿业大学 材料学科前沿讲座论文 班级：材料10-7 姓名：XXX 学号：XXX
学科前沿讲座——纳米材料在来矿大之前对材料没有多少认识，只知道他与物理化学联系较为紧密，是新世纪的主导学科！所以就选择了材料！在听教授们上完那个学科前沿讲座之后，我对自己的专业才有了一个初步的了解，尤其对纳米材料感触极深！ 21世纪是高新技术的世纪，信息、生物和新材料代表了高新技术发展的方向。在信息产业如火如荼的今天，新材料领域有一项技术引起了世界各国政府和科技界的高度关注，这就是纳米科技。 处于新材料科技前沿的纳米科技，它的应用领域非常广泛。应用于制造业，现在已经造出只有米粒大小且能开动的汽车、只有蜜蜂大小的直升机。应用于生物医学，可以制出只有几毫米的人造手，帮助医生实施虚拟的现实手术。 有人预言，处于2l世纪高新技术前沿和核心地位的纳米科技所引起的世界性技术革命和产业革命对社会经济、政治、国防等所产生的冲击，将比以往的技术革命时代带来的影响更为巨大。纳米科技将会掀起新一轮的技术浪潮，领导下一场工业革命。人类将进入一个新的时代-----纳米科技时代。 1.纳米科技的基本概念和内涵 1959年，著名的理论物理学家、诺贝尔奖金获得者费曼曾预言：“毫无疑问，当我们得以对细微尺度的事物加以操纵的话。将大大扩充我们可能获得物性的范围。”在这里，通常界定为1—100nm的范围内纳米体系是细微尺度的事物的主角。 纳米科学技术是20世纪80年代末期刚刚诞生并正在崛起的新科技，他的基本涵义是在纳米尺寸(10-9—10-7m)范围内认识和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子创制新的物质。 早在1959年，美国著名的物理学家，诺贝尔奖获得者费曼就设想：“如果有朝一日人们能把百科全书存储在一个针尖大小的空间内并能移动原子，那么这将给科学带来什么!”这正是对纳米科技的预言，也就是人们常说的小尺寸大世界.纳米科技是研究由尺寸在1—100nm之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术．纳米科技主要包括： (1)纳米体系物理学；(2)纳米化学； (3)纳米材料学；(4)纳米生物学； (5)纳米电子学；(6)纳米加工学； (7)纳米力学。 这7个部分是相对独立的。隧道显微镜在纳米科技中占有重要的地位，它贯穿到7个分支领域中，以扫描隧道显微镜为分析和加工手段所做工作占有一半以上。 纳米科学所研究的领域是人类过去从未涉及的非宏观、非微观的中间领域，从而开辟人类认识世界的新层次，也使人们改造自然的能力直接延伸到分子、原子水平，这标志着人类的科学技术进入了一个新时代，即纳米科技时代。以纳米新科技为中心的新科技革命必待成为21世纪的主导。 纳米新科技诞生才几十年，就在几个重要的方面有了如下的重要进展： (1)美国商用机器公司两名科学家利用扫描隧道电子显微镜直接操作原子，成功地在Ni(镍)基板上，按自己的意志安排原子组合成“IBM”字样，日本科学家已成功地将硅原子堆成一个“金字塔”，首次实现了原子三维空间立体搬迁．1991年IBM的科学家还制造了超快的氙原子开关．专家们预计，这一突破性的纳米新科技研究工作将可能使美国国会图书馆的全部藏书存储在一个直径仅为0.3cm的硅片上．据英国《科学与共同政策》杂志报道，科学家们最近制造出一种尺寸只有4nm的复杂分子，具有“开”和“关”的特性，可由激
材料加工前沿讲座
材料加工前沿讲座学习报告 院系：研究生学院材料系 班级： 1003 学号： S2******* ：雷尚军 2011/6/15
讲座一：快速原型制造技术 一、快速原型制造技术的产生 ?全球市场一体化、制造业竞争激烈，产品的开发速度成为市场竞争的主要矛盾。 ?从技术发展角度，计算机、CAD、材料、激光等技术的发展和普及为新的制造技术的产生奠定了基础。 ?快速原型制造技术于20世纪80年代后期产生于美国，并很快扩展到日本及欧洲，与20世纪90年代初引入我国，是近二十年制造领域的一项 重大突破。 ?借助计算机、激光、精密传动、数控技术等现代手段，将CAD和CAM集成于一体，根据计算机建立的三维模型，能在很短的时间内直接制造出 产品样本，使设计工作进入一种全新的境界。 ?改善了设计过程中的人机交流，缩短了产品开发周期，加快了产品更新换代速度，降低企业投资新产品的风险。 二、快速原型制造技术的基本原理 传统的零件加工过程是先制造毛坯，然后经过切削加工，从毛坯上去除多余的材料得到零件的形状和尺寸，这种方法称之为材料去除制造。 快速原型制造技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法，而是基于“材料逐层堆积”的制造理念，将复杂的三维加工分解为简单的材料二维添加的组合过程，它能在CAD模型的直接驱动下，快速制造任意复杂形状的三维实体，是一种全新的制造技术。其成型过程为： (1)建立零件的三维CAD模型 (2)模型Z向离散（分层） (3)逐层堆积制造 快速原型工艺流程 三、快速原型制造技术的的典型方法 1、光固化成型工艺（Sterelithography Apparatus）又称为立体光刻，简
生物医学工程前沿讲座
深圳大学考试答题纸 (以论文、报告等形式考核专用) 二○13 ～二○14 学年度第 2 学期课程编号 01 课程名称 生物医学工程前沿讲座 主讲教师 刘维湘等 评分 学号 07 姓名 李瑜 专业年级 生物医学工程10级 教师评语： 题目： 人工心脏瓣膜的研究及发展前景
摘要：心脏瓣膜疾病是一类危及人类健康和生命的疾病，严重影响患者的工作和生活质量。外科手术予瓣膜置换是治疗心脏瓣膜疾病的有效方法。目前应用于临床的主要有生物瓣膜和机械瓣膜，各有优缺点。随着组织工程技术的发展，运用组织工程学原理构建的组织工程心脏瓣膜(tissue—en西neered heart valve，1'EHv)的研究便应运而生。 关键字：人工心脏瓣膜组织工程PPM Abstract: Valvular heart disease is a kind of disease threatening human health andlife, seriously affect the patient's work and life quality. Surgical operation tovalve replacement is an effective method for the treatment of heart valve disease. At present the main clinical application of biological valves andmechanical valves, each have advantages and disadvantages. With the development of tissue engineering, the use of tissue engineering heart valvetissue engineering construction (tissue - en West neered heart valve, 1'EHv)research will emerge as the times require. Keywords:Artificial heart valve ；Tissue engineering ；PPM 引言：随着科技的发展，人类的疾病越来越多的得到了有效的治疗，而现代医学的发展为人类提供了更长的寿命。人工心脏瓣膜的出现，是人类心脏治疗的一个历史性的进程。现在越来越多的研究人员都在着重于组织工程在人工心脏瓣膜上的应用。 心脏瓣膜疾病是一类危及人类健康和生命的疾病，严重影响患者的工作和生活质量。外科手术予瓣膜置换是治疗心脏瓣膜疾病的有效方法。目前应用于临床的主要有生物瓣膜和机械瓣膜，各有优缺点：生物瓣膜容易钙化、衰败及破损撕裂．严萤影响实际使用寿命；机械瓣膜需终生抗凝以防血栓形成，因而两种人工心脏瓣膜在实际临床应用中均受到了一定的限制。理想的人工心脏瓣膜应该是既有良好的使用寿命，又有很好的组织相容性，不会或者极少产生血栓。随着组织工程技术的发展，运用组织工程学原理构建的组织工程心脏瓣膜(tissue—en西neered heart valve，1'EHv)的研究便应运而生，理论上能克服生物瓣膜与机械瓣膜的不足之处，而且有良好的自我修复、重建能力等优点，可成为理想的瓣膜，所以具有广阔的临床应用前景，也是目前组织工程化人工心脏瓣膜的研究热点。所谓组织工程化心脏瓣膜(rI'EHv)．就是利用生命科学和组织T程学的原理与技术。将受体种子细胞种植于可降解吸收的瓣膜支架上，制造无免疫原性、无需抗凝和耐久性强的人工心脏瓣膜。 人工心脏瓣膜（Heart Valve Prosthesis）是可植入心脏内代替心脏瓣膜（主动脉瓣、肺动脉瓣、三尖瓣、二尖瓣），能使血液单向流动，具有天然心脏瓣膜功能的人工器官。当心脏瓣膜病变严重而不能用瓣膜分离手术或修补手术恢复或改善瓣膜功能时，则须采用人工心脏瓣膜置换术。换瓣病例主要有风湿性心脏病、先天性心脏病、马凡氏综合征等。 人工瓣膜的类型只要包括机械瓣Mechanical Prosthesis 或Mechanical Heart Valve ，球笼型瓣Caged Ball Valve ，碟型瓣Disk Valve，单叶倾碟瓣Tilting Disk Valve，双叶瓣Bileaflet Valve，组织瓣（生物瓣）Tissue Valve 或Bioprosthetic Valve，支架生物瓣Stent Tissue Valve，无支架生物瓣Stentless Tissue Valve，人体组织瓣Human Tissue Valve (Homograft,Autograft,Ross Procedure)，动物组织膜Animal Tissue Valve (Xenograft,Heterograft)以上几种。 而PPM则是指植入的人工瓣膜有效开口面积(effective orifice area，EOA)相对于患者体表面积过小，术后仍有明显的残余跨瓣压差（transvalvular pressure gradients，TPG）从而可能对手术预后产生不良影响。PPM的危害主要在于术后残留TPG而术后超声实测人工瓣膜有效开口面积指数（indexed effective orifice area，EOAi）是唯一与TPG相关性良好的参数，目前认为它是唯一可准确描述PPM的合适指标，但仅有少数研究采用。更多的研究使用了基于文献报道的EOAi体内参考值（projected indexed EOA），其优越性在于术前即可获得术
材料学术前沿讲座
关于陶瓷复合材料和新材料的研究现状和发展趋势 摘要：本文阐述了陶瓷基复合材料的现状和发展趋势，主要内容有:陶瓷基复合材抖的发展和应用前景；纤维材料,多种陶瓷基体材料的韧化研究;陶瓷基复合材抖的制备加工技术;陶瓷增韧的力学机理和材料结构性能的研究情况；陶瓷基复合材料的进一步发展。同时对新材料及其各种加工工艺进行了综述性分析，具体为：纳米技术与纳米材料；成形加工与定向凝固；快速凝固技术和材料；晶体生长技术；金属基复合材料制备技术；生物复合涂层制备技术；先进材料制备加工技术发展趋势。 Abstract: This paper expounds the present situation and development trend of ceramic matrix composites. The main contents of the paper includes: The development and the application of the ceramic matrix composite material; Fiber materials, The variety of toughening ceramic matrix materials research; The preparation of ceramic matrix composite technology; The mechanism of the ceramic toughening and the property of the material; The further development of ceramic matrix composites. Meanwhile, the summarized analysis of the new materials and their processing technology. The details are as follows: The nanotechnology and the nanomaterials; The molding processing and the directional solidification; The rapid solidification techniques and materials; The crystal growth technique; The preparation of the metal matrix composites; The biological composite coating preparation technology; The developing trend of the preparation processing technology of the advanced materials . 1、陶瓷复合材料 1.1 陶瓷复合材料概况 陶瓷基复合材料(CMC),一般是指相变增韧、颗粒增韧陶瓷和纤维及晶须增韧陶瓷材料。这是目前备受重视的新型耐高温结构材料。与常规材料和非陶瓷复合材料相比,陶瓷材料有耐高温、抗腐蚀、超硬度等优点.因此世界各国都把结构陶瓷看作是对未来工业革命有重大作用的高衣术新材料而给以重点研究和发展,并相继开展了陶瓷汽车发动机、柴油机和航空发动机等大规模高温陶瓷热机研究计划,出现了陶瓷热。然而,常规结构陶瓷还存在缺陷和问题,主要是材料脆性,可靠性不高等,应用于陶瓷发动机结构还有一些技术间题,急待研究解决。陶瓷基复合材料引起人们关注的重要原因就在于它可改善陶瓷基体材料的力学性能,特别是脆性,因此,陶瓷基复合材料的发展和研究将成为大规模陶瓷热机研究计划取得成功的关键。 1.2陶瓷复合材料分类 陶瓷复合材料的组分可分为增强体和基体两部分。增强体研究主要是高性能纤维和晶须的研制,这是各种陶瓷基复合材料发展的基础条件。按照陶瓷材料的增韧可以分为碳化物陶瓷、氮化物和硼化物陶瓷、氧化物陶瓷和玻璃基材料。 1.2.1碳化物陶瓷 最早出现的韧化SIC材料是颗粒增强SIC材料“Norce-33”,被用于电火花机床中。其它碳化物复合材料还有:SCI化学气相沉积(CVD)纤维增强结构;碳/碳化硅混合材料和碳/碳复合材料;颗粒增强材料:碳化钦颗粒增强碳化硅,它可以提高断裂韧度和强度,碳化钦与陶瓷相混合还可以改进抗氧化性能;氧化被/碳化硅也是颗粒增强材料,它可用来制作微电路基片.