第八章 生命科學成為技術創(chuàng)新的源泉

第八章生命科學成為技術創(chuàng)新的源泉第一節(jié)生物技術——21世紀的高新科技與支柱產(chǎn)業(yè)第二節(jié)生物材料第三節(jié)仿生學第四節(jié)生物傳感器第五節(jié)生物能源第六節(jié)海洋生物工程第七節(jié)發(fā)酵工程第一節(jié)生物技術

——21世紀的高新科技與支柱產(chǎn)業(yè)

生物技術：應用自然科學及工程學的原理，依靠微生物、動物、植物體作為反應器將物料進行加工以提供產(chǎn)品來為社會服務的技術。生物技術發(fā)展歷程DNA雙螺旋模型的建立分子生物學時代的來臨DNA重組技術克隆技術工程菌Genetech公司第二節(jié)生物材料在分析天然生物材料的組裝、生物功能及形成機制的基礎上，發(fā)展新型醫(yī)用材料及仿生高性能工程材料

一、天然生物材料二、生物醫(yī)用材料生物材料用于人體組織和器官的診斷、修復或增進其功能的一類高技術材料，即用于取代、修復活組織的天然或人造材料，其作用藥物不可替代。生物材料能執(zhí)行、增進或替換因疾病、損傷等失去的某種功能，而不能恢復缺陷部位。

指生物材料具備或完成某種生物功能時應該具有的一系列性能。

根據(jù)用途主要分為:承受或傳遞負載功能。如人造骨骼、關節(jié)和牙等，占主導地位控制血液或體液流動功能。如人工瓣膜、血管等電、光、聲傳導功能。如心臟起博器、人工晶狀體、耳蝸等填充功能。如整容手術用填充體等1.生物功能性

指生物材料有效和長期在生物體內(nèi)或體表行使其功能的能力。用于表征生物材料在生物體內(nèi)與有機體相互作用的生物學行為。根據(jù)材料與生物體接觸部位分為：血液相容性。材料用于心血管系統(tǒng)與血液接觸，主要考察與血液的相互作用與心血管外的組織和器官接觸。主要考察與組織的相互作用，也稱一般生物相容性力學相容性?？疾炝W性能與生物體的一致性2.生物相容性

生物體對生物材料的響應－宿主反應A:血液反應

1、血小板血栓；2、凝血系統(tǒng)激活；3、纖溶系統(tǒng)激活；4、溶血反應；5、白細胞反應；6、細胞因子反應；7、蛋白粘附；B:免疫反應1、補體激活；2、體液免疫反應（抗原－抗體反應）；3、細胞免疫反應。

C:組織反應

1、炎癥反應；2、細胞粘附3、細胞增殖（異常分化）4、形成蘘膜5、細胞質(zhì)的轉(zhuǎn)變（1）生物學反應（2）生物體對生物反應的變化

1.急性全身反應過敏、毒性、溶血、發(fā)熱、神經(jīng)麻痹等2.慢性全身反應毒性、致畸、免疫、功能障礙等3.急性局部反應炎癥、血栓、壞死、排異等4.慢性局部反應致癌、鈣化、炎癥、潰瘍等3.材料在生物體內(nèi)的響應－材料反應金屬腐蝕聚合物降解磨損生物機體作用于生物材料－材料反應，其結(jié)果可導致材料結(jié)構(gòu)破壞和性質(zhì)改變而喪失其功能?？煞譃槿缦氯齻€方面：（1）金屬腐蝕生物體內(nèi)的腐蝕性環(huán)境：1）含鹽的溶液是極好的電解質(zhì)，促進了電化學腐蝕和水解；2）組織中存在具有催化或迅速破壞外來成分能力的多種分子和細胞。將對生物金屬材料產(chǎn)生腐蝕。

對于生物材料而言多為局部腐蝕，具體包括應力腐蝕開裂、點腐蝕、晶間腐蝕、腐蝕疲勞以及縫隙腐蝕等，導致生物材料整體破壞。雖然金屬材料在生物體內(nèi)保持惰性狀態(tài)，但仍然可能會有物質(zhì)溶入生物組織中，并對生物體組織產(chǎn)生毒性反應，造成組織的損害。如不銹鋼中溶出的Cr6＋生物組織的毒性。（2）聚合物降解聚合物在長期使用過程中，由于受到氧、熱、紫外線、機械、水蒸氣、酸堿及微生物等因素作用，逐漸失去彈性，出現(xiàn)裂紋，變硬、變脆或變軟、發(fā)粘、變色等，從而使它的物理機械性能越來越差的現(xiàn)象。聚合物老化易形成的碎片、顆粒、小分子量單體物質(zhì)，因此使用它時必須謹慎，對耐久性器件，必須保持一定強度和其它機械性能，老化產(chǎn)物不能對周圍組織有毒害作用。例如，醫(yī)用縫合線降解時會產(chǎn)生酸性物質(zhì)，如果量少，很容易被人體中的化學物質(zhì)中和，如果老化產(chǎn)物較大，則會對周圍組織產(chǎn)生損害。（3）磨損

人工關節(jié)常用材料為Ti6Al4V，由于表面易氧化生成TiO2，其耐磨性差，植入人體后，磨損造成在關節(jié)周圍組織形成黑褐色稠物，從而引起疼痛。鈦合金人工全髖關節(jié)平均壽命一般都低于10年。

目前，大量的人工髖關節(jié)是由堅硬的金屬或陶瓷的股骨頭與超高分子聚乙烯的髖臼杯組合成，然而它的壽命也不超過25年。長期隨訪資料顯示，假體失敗的主要原因是超高分子聚乙烯磨損顆粒所造成的界面骨溶解，從而導致假體松動。這種磨損顆粒所導致的異物－巨細胞反應，又稱顆粒病，是晚期失敗的最主要原因。

（1）生物材料的一般性能要求1）生物相容性生物相容性主要包括血液相容性、組織相容性。材料在人體內(nèi)要求無不良反應，不引起凝血、溶血現(xiàn)象，活體組織不發(fā)生炎癥、排拒、致癌等。4、生物材料的應用及發(fā)展

2）力學性能材料要有合適的強度、硬度、韌性、塑性等力學性能以滿足耐磨、耐壓、抗沖擊、抗疲勞、彎曲等醫(yī)用要求。3）耐生物老化性能材料在活體內(nèi)要有較好的化學穩(wěn)定性，能夠長期使用，即在發(fā)揮其醫(yī)療功能的同時要耐生物腐蝕、耐生物老化。4）成形加工性能容易成形和加工，價格適中。

較優(yōu)秀的生物醫(yī)用金屬材料有，醫(yī)用不銹鋼、鈷基合金、鈦及鈦合金、鎳鈦形狀記憶合金、金銀等貴重金屬、銀汞合金、鉭、鈮等金屬和合金。（2）生物醫(yī)用金屬材料A醫(yī)用不銹鋼具有一定的耐腐蝕性和良好的綜合力學性能，且加工工藝簡便，是生物醫(yī)用金屬材料中應用最多，最廣的材料。常用鋼種有US304、316、316L、317、317L等。醫(yī)用不銹鋼植入活體后，可能發(fā)生點蝕，偶爾也產(chǎn)生應力腐蝕和腐蝕疲勞。醫(yī)用不銹鋼臨床前消毒、電解拋光和鈍化處理，可提高耐蝕性。醫(yī)用不銹鋼在骨外科和齒科中應用較多。B鈷基合金鈷基合金人體內(nèi)一般保持鈍化狀態(tài)，與不銹鋼比較，鈷基合金鈍化膜更穩(wěn)定，耐蝕性更好。在所有醫(yī)用金屬材料中，其耐磨性最好，適合于制造體內(nèi)承載苛大的長期植入件。在整形外科中，用于制造人工髖關節(jié)、膝關節(jié)以及接骨板、骨釘、關節(jié)扣釘和骨針等。在心臟外科中，用于制造人工心臟瓣膜等。C

醫(yī)用鈦和鈦合金

不僅具有良好的力學性能，而且在生理環(huán)境下具有良好的生物相容性。由于其比重小，彈性模量較其他金屬更接近天然骨，故廣泛應用于制造各種髖、膝、肘、肩等人造關節(jié)。此外，鈦合金還用于心血管系統(tǒng)。鈦合金耐磨性能不理想，且存在咬合現(xiàn)象，限制了其使用范圍。圖是鎳鈦形狀記憶合金血管支架Ti-Ni記憶合金血管支架

（3）生物醫(yī)用高分子

按應用對象和材料物理性能分為軟組織材料、硬組織材料和生物降解材料。其可滿足人體組織器官的部分要求，因而在醫(yī)學上受到廣泛重視。目前已有數(shù)十種高分子材料適用于人體的植入材料。軟組織材料：故主要用作為軟組織材料，特別是人工臟器的膜和管材。聚乙烯膜、聚四氟乙烯膜、硅橡膠膜和管，可用于制造人工肺、腎、心臟、喉頭、氣管、膽管、角膜。聚酯纖維可用于制造血管、腹膜等。硬組織材料：丙烯酸高分子(即骨水泥)、聚碳酸醋、超高分子量聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）、尼龍、硅橡膠等可用于制造人工骨和人工關節(jié)。降解材料：脂肪族聚醋具有生物降解特性，已用于可接收性手術縫線。（4）生物醫(yī)用無機非金屬材料生物無機材料主要包括生物陶瓷、生物玻璃和醫(yī)用碳素材料。按植入生物活體內(nèi)引起的組織與材料反應，生物陶瓷分為:(1)近于惰性的生物陶瓷，如氧化鋁生物陶瓷、氧化鋯生物陶瓷、硼硅酸玻璃；(2)表面活性生物陶瓷，如磷酸鈣基生物陶瓷、生物活性玻璃陶瓷；(3)可吸收性生物陶瓷，如偏磷酸三鈣生物陶瓷、硫酸鈣生物陶瓷。生物活性玻璃陶瓷植入活體后，能夠與體液發(fā)生化學反應，并在組織表面生成羚基磷灰石層，故可用于人工種植牙根、牙冠、骨充填料和涂層材料。與自然骨比較，生物活性玻璃陶瓷雖然具有較高的強度，但韌性較差，彈性模量過高，易脆斷，在生理環(huán)境中抗疲勞性能較差，目前還不能直接用于承力較大的人工骨。醫(yī)用碳素材料：具有接近于自然骨的彈性模量。醫(yī)用碳素材料疲勞性能最優(yōu)，強度不隨循環(huán)載荷作用而下降。無序堆垛的碳材料耐磨性理想。醫(yī)用碳素材料在生理環(huán)境中較穩(wěn)定，近于惰性，具有較好的生物相容性，不會引起凝血和溶血反應，特別適合于在生理環(huán)境中使用。醫(yī)用碳材料已大量用于心血管系統(tǒng)的修復，如人工心臟瓣膜、人工血管。還可作為金屬和聚合物的涂層材料。（5）生物醫(yī)用復合材料

生物醫(yī)用復合材料是由二種或二種以上不同材料復合而成的。按基材分為：高分子基、陶瓷基、金屬基等生物醫(yī)用復合材料。按增強體形態(tài)和性質(zhì)分為纖維增強、顆粒增強、生物活性物質(zhì)充填生物醫(yī)用復合材料。按材料植入體內(nèi)后引起的組織與材料反應分為：生物惰性、生物活性和可吸收性生物醫(yī)用復合材料。右為具有活性涂層的鈦合金人工齒示意圖Fig.Schematicdiagramofthescrew-shapedartificialtooth.鋸-----草你知道草和鋸有什么聯(lián)系呢?第三節(jié)仿生學——開啟新技術的鑰匙利用自然物進行了模仿設計,像這種設計稱為仿生設計。剛才的鋸模仿草身上的什么特征呢?魚尾

船櫓人眼晶狀體

透鏡生物電

電池鳥

飛機生活中的仿生學仿生學(Bionics)

模仿生物系統(tǒng)的原理以建造技術系統(tǒng)，或者使人造技術系統(tǒng)具有生物系統(tǒng)特征或類似特征的科學一、仿生學的概念前言二.仿生學研究仿生學是一門建立在多學科邊緣上的綜合性學科，包括生理學、神經(jīng)學、醫(yī)學、化學、數(shù)學、電子學、信息學等學科。仿生學的相關領域前言生物體生物模型數(shù)學模型技術模型技術裝置仿生學的研究方法數(shù)學生物電烙鐵前言仿生學符號.青蛙與電子蛙眼.水母與電子耳信息仿生信息仿生青蛙與電子蛙眼神經(jīng)節(jié)細胞有4種：“邊緣偵察器”“昆蟲偵察器”、“事件偵察器”、“光強減弱感受器”青蛙的視覺系統(tǒng)信息仿生青蛙與電子蛙眼由透鏡（晶狀體）在視網(wǎng)膜上形成光學圖像后，經(jīng)過視細胞、雙極細胞、輸出細胞（神經(jīng)節(jié)細胞）而送往大腦中樞青蛙的視覺系統(tǒng)信息仿生“水母耳”風暴預測儀水母耳與電子耳.蛇的紅外探測.蝙蝠與超聲波.蛾的反雷達技術.動物的天然導航控制仿生控制仿生蛇田鼠熱血動物身體向外散熱蛇通過感受器探測到熱源蛇的紅外探測控制仿生頰窩頰窩是一個紅外感受器，對周圍溫度變化極為敏感，能感受0.001℃的溫度變化。這類蛇能在夜間準確判斷周圍恒溫動物的位置蛇的紅外探測控制仿生飛行中的蝙蝠超聲波聲音反射波蛾蝙蝠的捕食蝙蝠與超聲波控制仿生蝙蝠的回聲定位超聲信號被反射蝙蝠與超聲波腦控制仿生蝙蝠與超聲波蝙蝠的聲納處理參考波刺激接受器載有信息的超聲波發(fā)出的超聲波控制仿生夜蛾的反雷達技術反雷達技術使夜蛾死里逃生控制仿生夜蛾的反雷達技術鼓膜器鼓膜器振動器胸神經(jīng)節(jié)神經(jīng)纖維氣囊聽覺細胞感受器鼓膜角質(zhì)皺折非聽覺細胞聽覺系統(tǒng)控制仿生千里遷徙萬里洄游動物的天然導航控制仿生動物的天然導航一些動物利用日月星辰導航，也有些動物利用海流、海水成分、地磁場、重力場等進行導航，為研制通訊設備和新型導航儀器提供啟迪定義生物界中普遍存在著擬態(tài)，現(xiàn)將擬態(tài)用于工程技術中去就叫擬態(tài)仿生擬態(tài)仿生擬態(tài)仿生擬態(tài)仿生動物的擬態(tài)與保護色

擬態(tài)仿生擬態(tài)仿生坦克的迷彩著裝三色迷彩的德國“豹”I坦克在電視成像下的效果擬態(tài)仿生擬態(tài)仿生坦克的迷彩著裝.生物與造船.生物與飛機.生物與建筑力學仿生力學仿生生物與造船模仿鱈魚、鲇魚外形建造的“復仇號”帆船體形的模仿力學仿生生物與造船體形的模仿力學仿生生物與造船體形的模仿俄羅斯海軍新型核潛艇

力學仿生生物與造船模仿鯨的胸鰭給船裝上了船鰭結(jié)構(gòu)的模仿力學仿生生物與造船結(jié)構(gòu)的模仿模仿魚和鯨體表粘液合成了幾

種人工粘液，以減小湍流力學仿生生物與造船結(jié)構(gòu)的模仿潛水艇在航行時會造成巨大的湍流海豚游泳時身邊的水流很小力學仿生鷹擊長空嘯傲云天生物與飛機力學仿生生物與飛機達芬奇設計的撲翼飛機飛鳥與飛機力學仿生生物與飛機飛鳥與飛機飛鳥的體形和翅膀在滑進飛行時與飛機的飛行極為相似力學仿生生物與飛機現(xiàn)代先進的飛機能夠模仿昆蟲在空中作各種花樣演習昆蟲與飛機力學仿生生物與飛機昆蟲與飛機昆蟲翅膀的運動昆蟲飛行時翅膀的運動很復雜，其角度的變化控制比目前的飛行自動駕駛儀還好力學仿生生物與飛機昆蟲與飛機飛機仿造蜻蜓的翅膀配重防止振顫力學仿生薄殼結(jié)構(gòu)藝術珍品—澳大利亞悉尼歌劇院生物與建筑東京中銀艙體樓力學仿生生物與建筑艙體結(jié)構(gòu)力學仿生生物與建筑圓頂屋美國佛羅里達的未來世界博物館.人工嗅覺.仿生物膜化學仿生化學仿生狗的嗅覺過程狗的嗅覺

狗的鼻子里的霧受一種蛋白質(zhì)的控制，將氣味分子濃縮后傳送給鼻子里的氣味感受器上的氣味辨別蛋白，當氣味辨別蛋白將不同的氣味辨別后，被辨別出的特定的氣味信號，立即被嗅覺細胞傳遞給大腦，大腦便知道了所聞到的是一種什么氣味人工嗅覺化學仿生人工嗅覺嗅敏檢測儀采集系統(tǒng)嗅敏元件放大系統(tǒng)報警系統(tǒng)報警系統(tǒng)電源嗅敏電阻是一類以SnO2為主體的金屬半導體，它是一種表面效應很強的材料化學仿生細胞膜的結(jié)構(gòu)特點仿生物膜蛋白分子磷脂分子鑲嵌蛋白跨膜蛋白(形成通道)跨膜蛋白細胞膜的流動鑲嵌模型：(1)脂雙層形成框架；(2)蛋白質(zhì)鑲嵌其中；(3)具有動態(tài)特點化學仿生仿生物膜人工膜人工膜的特點化學組成和厚度與天然膜相似：能有效地分開兩種不同的水相；具有結(jié)構(gòu)和化學兩側(cè)不對稱性，易于操作，能用來研究膜的向量功能（如傳遞等）機器人檢修宇宙飛船整體仿生整體仿生自動化機器自動化機器人從月球土壤中提取氣體智能機器人整體仿生智能機器人自然語言\語音\圖形\圖像信息知識庫管理軟件求解問題推理軟件智能接口軟件內(nèi)核軟件（智能操作系統(tǒng)、

編譯系統(tǒng)等）

并行處理體系結(jié)構(gòu)知識庫硬件推理機硬件智能接口硬件智能計算機組成人機接口軟件硬件整體仿生智能機器人生物計算機生物計算機的特點

?能制成超高密度的線路?能使生物本身固有的自我修復機能得到發(fā)揮，即使芯片中出了故障本身也能修復，從而使它成為一種具有永久性的不出故障元件?只要用少量的能量就能工作，不存在發(fā)熱問題你還知道哪些類似仿生設計呢?這是什么？叫什么名字?為什么取這個名字？“鳥巢”從生活中吸取設計的靈感你們覺的貝殼會給你什么靈感?來看看世界級的設計大師們是怎樣仿生貝殼設計的？悉尼歌劇院杭州大劇院2004年7月完工這兩個建筑仿生設計風格有什么異同?從生活中吸取設計的靈感從生活中吸取設計的靈感迷彩服迷彩服花紋是怎樣設計出來的呢？在二戰(zhàn)期間，德軍包圍了列寧格勒，企圖用轟炸機摧毀其軍事目標和其他防御設施。眼看就要全軍覆滅，有一位名叫施萬維奇的昆蟲學家也被困在其中。這天，他看到不遠處的樹枝上停著一只蝴蝶，受了傷，施萬維奇給它上藥后，兩天后蝴蝶漸漸地康復了。施萬維奇依依不舍地將它放回了大自然。第二天一早，奇跡出現(xiàn)了，他們的門前停滿了蝴蝶，如果用這些蝴蝶將軍事基地偽裝起來，那么德軍的飛機不就發(fā)現(xiàn)不了他們了嗎？但是，對于整個軍事基地來說，這些蝴蝶還是不夠呀。他想出了用黃、紅、綠三種顏色涂在軍事基地上的方法，將軍事基地裝扮成了一件大大的迷彩服。因此，德軍在飛機上看到的只是一片花草蝴蝶的海洋。盡管德軍費盡心機，列寧格勒的軍事基地仍安然無恙，為贏得最后的勝利奠定了堅實的基礎。

色彩仿生設計應用的范圍：

從生活中吸取設計的靈感仿生設計仿自然物的外形、結(jié)構(gòu)、色彩、功能等日用品設計、玩具設計、服裝設計、圖案設計等建筑設計、從生活中吸取設計的靈感從生活中吸取設計的靈感洗臉盆塞：溺

水的人。從生活中吸取設計的靈感從生活中吸取設計的靈感從生活中吸取設計的靈感從生活中吸取設計的靈感牙簽盒：跳芭蕾的小人。從生活中吸取設計的靈感從生活中吸取設計的靈感從生活中吸取設計的靈感從生活中吸取設計的靈感從生活中吸取設計的靈感從生活中吸取設計的靈感從生活中吸取設計的靈感從生活中吸取設計的靈感蝸牛沙發(fā)從生活中吸取設計的靈感從生活中吸取設計的靈感從生活中吸取設計的靈感從生活中吸取設計的靈感從生活中吸取設計的靈感從生活中吸取設計的靈感從生活中吸取設計的靈感“葉子”沙發(fā)從生活中吸取設計的靈感燈具豬籠草利用喜歡的自然物某種特征進行一件或多件日用品設計從生活中吸取設計的靈感（1）確定設計的主題:仿什么——

自然物的外形、色彩、結(jié)構(gòu)、功能？（2）確定設計的方案:仿在哪里——日用品、建筑、服裝、玩具、圖案？（3）設計草圖、修改確定制作完成嘗試:利用喜歡的自然物某種特征進行一件或多件日用品設計從生活中吸取設計的靈感在20世紀60年代時正式成立為仿生學,模仿生物建造技術裝置的科學。仿自然物的外形、結(jié)構(gòu)、色彩、功能等進行仿生設計。從生活中吸取設計的靈感仿生學就是要在工程上實現(xiàn)并有效地應用生物功能的一門學科第四節(jié)生物傳感器轉(zhuǎn)換器敏感元件待測物生物傳感器的模型是一門由生物、化學、物理、醫(yī)學、電子技術等多種學科互相滲透成長起來的高新技術。

應用領域：環(huán)境監(jiān)測、食品分析、生物醫(yī)學一、概述1.定義能感受（或響應）各種被測的物理的、化學的和生物的信息，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號（一般轉(zhuǎn)換為易于加工、處理和觀察的電學量）輸出的器件或裝置。敏感元件：酶、抗體、核酸、細胞等。轉(zhuǎn)換器：電化學電極、光學檢測元件、場效應晶體管、壓電石英晶體、表面等離子共振。酶(Enzyme)抗體(Antibody)DNA2.分類根據(jù)輸出信號產(chǎn)生的方式生物親和型、代謝型、催化型根據(jù)生物分子識別元件上的敏感物質(zhì)

酶傳感器、組織傳感器、微生物傳感器、免疫傳感器、基因傳感器等根據(jù)信號轉(zhuǎn)化器

電化學生物傳感器、半導體生物傳感器等其他分類被測對象、大小、功能3.生物傳感器的特點高選擇性。生物傳感器是由選擇性好的主體材料構(gòu)成的分子一識別元件，因此，一般不需進行樣品的預處理。測定時一般不需另加其它試劑。

體積小、可以實現(xiàn)連續(xù)在位監(jiān)測。

響應快、樣品用量少，且由于敏感材料是固定化的，可以反復多次使用。

傳感器連同測定儀的成本遠低于大型的分析儀器，因而便于推廣普及。二、酶電極和酶傳感器概述酶及酶促反應酶：由生物體產(chǎn)生的具有催化能力的蛋白質(zhì)特性：高效，條件溫和，高度專一，（酶原激活）酶的活力單位：提高反應速度的能力（初速度）標準酶單位、比活力酶（Enzyme）酶的專一性：鎖和鑰匙的關系。這種關系在生物大分子的相互作用中具有普遍性對底物選擇性地結(jié)合，避免其它物質(zhì)干擾。酶的固定化技術固定化技術的重要性

三代生物傳感器

（1）非活性基質(zhì)膜和化學電極

（2）生物成分結(jié)合轉(zhuǎn)換器表面

（3）生物成分直接固定于電子元件

各種固定化方法介紹

（1）共價鍵結(jié)合：牢固，易失活，單層（2）交聯(lián)固定：固定量大，部分失活（3）包埋：多樣，失活小，影響因素多（4）吸附：簡單，失活小，牢固性差（5）夾心：簡單（6）LB膜等新技術一種葡萄糖傳感器-GlucowatchGlucosepulledthroughtheskinbychargedmoleculesTheionsmigratetotheanode(+)andcathode(-)GlucosereactswithglucoseoxidasetoformhydrogenperoxideThereactionproducesanelectrochemicalmeasuredbytheAutoSensor乙醇傳感器乙醇泄漏報警器

乙醇探測器GPT傳感器

GPT-100便攜式可燃氣體檢漏儀二、免疫傳感器利用生物體內(nèi)抗原-抗體之間特異性反應來實施微量物質(zhì)的測定，是一種高靈敏度、搞選擇性生物傳感器。非標記免疫傳感器

無需對抗原或抗體進行標記，固定在傳感器上的抗體可與待測物質(zhì)中抗原直接結(jié)合，并產(chǎn)生可測信號免疫標記傳感器在檢測過程中，除了固定化的抗體和待測物質(zhì)中的抗原發(fā)生作用外，還需要加入定量的已經(jīng)標記的物質(zhì)來實現(xiàn)可測信號轉(zhuǎn)換非標記免疫傳感器的應用標記免疫傳感器標記免疫傳感器的應用生物傳感器的發(fā)展方向集成化與功能化提高靈敏度智能化第五節(jié)生物能源生物能源:（又名生物質(zhì)能）是利用有機質(zhì)作為燃料，通過氣體收集、氣化（化固體為氣體）、燃燒和消化作用（只限濕潤廢物）等技術產(chǎn)生能源。只要適當?shù)貓?zhí)行，生物質(zhì)能也是一種寶貴的可再生能源。但要看生物質(zhì)能燃料是如何產(chǎn)生出來。生物質(zhì)能：將樹木、農(nóng)作物秸稈、林業(yè)加工殘余物和各類有機垃圾等生物質(zhì)所蘊藏的能量，轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料的可再生能源。燃料乙醇、沼氣、固體成型燃料、生物柴油等就是生物質(zhì)能產(chǎn)品。新能源—可再生能源—生物能源一、植物能源二、沼氣（一）沼氣發(fā)酵過程液化期：發(fā)酵原料有機質(zhì)的微生物降解產(chǎn)酸期：產(chǎn)酸菌分解糖類化合物產(chǎn)酸產(chǎn)氣期：厭氧條件下，有機酸分解為甲烷等（二）提高沼氣產(chǎn)率的關鍵攪拌有毒物質(zhì)溫度pH營養(yǎng)液活性污泥壓力檢修三、微生物在能源開發(fā)中的應用乙醇發(fā)酵微生物制氫微生物電池微生物在石油勘探和開發(fā)中應用第六節(jié)海洋生物工程第七節(jié)發(fā)酵工程發(fā)酵已經(jīng)從過去簡單的生產(chǎn)酒精類飲料、生產(chǎn)醋酸和發(fā)酵面包發(fā)展到今天成為生物工程的一個極其重要的分支，成為一個包括了微生物學、化學工程、基因工程、細胞工程、機械工程和計算機軟硬件工程的一個多學科工程?，F(xiàn)代發(fā)酵工程不但生產(chǎn)酒精類飲料、醋酸和面包，而且生產(chǎn)胰島素、干擾素、生長激素、抗生素和疫苗等多種醫(yī)療保健藥物，生產(chǎn)天然殺蟲劑、細菌肥料和微生物除草劑等農(nóng)用生產(chǎn)資料，在化學工業(yè)上生產(chǎn)氨基酸、香料、生物高分子、酶以及維生素和單細胞蛋白等。FERMENTATIONProcessControlFermentationengineering上游工程UPSTREAMPROCESSES下游工程DOWNSTREAMPROCESSES發(fā)酵工程組成

從廣義上講，由三部分組成：

上游工程、發(fā)酵工程、下游工程UPSTREAMPROCESSES-genetics,cell…-inoculumdevelopmentmediaformulationsterilization-inoculationFERMENTATIONProcessControl上游工程FermentationengineeringDOWNSTREAMPROCESSES-productextraction,purification&assay-wastetreatmentbyproductrecoveryFERMENTATIONProcessControl下游工程Theratioofrecoverytofermentationcostsfor

L-asparaginase:3.0ethanol:0.16Fermentationengineering發(fā)酵工程主要指在最適發(fā)酵條件下，發(fā)酵罐中大量培養(yǎng)細胞和生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的工藝技術(1)有嚴格的無菌生長環(huán)境：包括發(fā)酵開始前采用高溫高壓對發(fā)酵原料和發(fā)酵罐以及各種連接管道進行滅菌的技術；在發(fā)酵過程中不斷向發(fā)酵罐中通入干燥無菌空氣的空氣過濾技術；(2)在發(fā)酵過程中根據(jù)細胞生長要求控制加料速度的計算機控制技術；(3)種子培養(yǎng)和生產(chǎn)培養(yǎng)的不同的工藝技術。(4)在進行任何大規(guī)模工業(yè)發(fā)酵前，必須在實驗室規(guī)模的小發(fā)酵罐進行大量的實驗，得到產(chǎn)物形成的動力學模型，并根據(jù)這個模型設計中試的發(fā)酵要求，最后從中試數(shù)據(jù)再設計更大規(guī)模生產(chǎn)的動力學模型。(5)由于生物反應的復雜性，在從實驗室到中試，從中試到大規(guī)模生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)許多問題，這就是發(fā)酵工程工藝放大問題。微生物發(fā)酵技術

1857年法國化學家、微生物家巴斯德提出了著名的發(fā)酵理論：“一切發(fā)酵過程都是微生物作用的結(jié)果。”巴斯德認為，釀酒是發(fā)酵，是微生物在起作用；酒變質(zhì)也是發(fā)酵，是另一類微生物在作祟；隨著科學技術的發(fā)展，可以用加熱處理等方法來殺死有害的微生物，防止酒發(fā)生質(zhì)變。

同時，也可以把發(fā)酵的微生物分離出來，通過人工培養(yǎng)，根據(jù)不同的要求去誘發(fā)各種類型的發(fā)酵，獲得所需的發(fā)酵產(chǎn)品。

利用微生物的特點

發(fā)酵工程所利用的微生物主要是細菌、放線菌，酵母菌和霉菌

利用微生物的特點：

(1)對周圍環(huán)境的溫度、壓強、滲透壓、酸堿度等條件有極大的適應能力(2)有極強的消化能力(3)有極強的繁殖能力UseofMicroorganismsPositive（益處）BiomassProductionConversionNegative（危害）PathogensSpoilage一、發(fā)酵的定義1、傳統(tǒng)發(fā)酵2、生化和生理學意義的發(fā)酵3、工業(yè)上的發(fā)酵1、傳統(tǒng)發(fā)酵

最初發(fā)酵是用來描述酵母菌作用于果汁或麥芽汁產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象，或者是指酒的生產(chǎn)過程。2、生化和生理學意義的發(fā)酵指微生物在無氧條件下，分解各種有機物質(zhì)產(chǎn)生能量的一種方式，或者更嚴格地說，發(fā)酵是以有機物作為電子受體的氧化還原產(chǎn)能反應。如葡萄糖在無氧條件下被微生物利用產(chǎn)生酒精并放出CO2。3、工業(yè)上的發(fā)酵

泛指利用微生