生物医学工程的前景精选(九篇)
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第1篇：生物医学工程的前景范文
20世纪60年代，美国一些著名大学先后开启了生物医学工程学科的建设，相继启动了生物医学工程专业人才的培养。美国的生物医学工程教育特点是在技术产业化需求驱动建立起来的具有其自身特性，且反映了生物医学工程学科建设与发展的前沿特征。各个学校的本科教育课程虽然具有自己的特色，但在课程设置上大致可以分为科学基础课程、专业核心课程、关注领域课程、设计课程、人文与社会科学课程、专业选修课程及其他选修课程等六类。不同学校本科课程的主要差异体现在专业选修课程及其他选修课程的设置上，各个学校根据自身的生物医学工程领域的研究方向和研究水平特点开设一些相应的选修课程，并培养学生在相应方向上的研究探索实践能力。这是美国生物医学工程本科教育的基本特点。
我国生物医学工程专业教育起步于20世纪80年代，主要发源于著名工科院校的信息技术类专业和力学专业，进而逐渐形成的生物医学工程专业教育，后来，一些医学院校在医学物理和医用计算机技术的基础上相继开展了生物医学工程专业教育，于是在我国基本上形成了这样两种类型的生物医学工程学科。上述两类院校的生物医学工程学科建设发展模式各具侧重，遵循了共同的学科基础，在培养生物医学工程专业人才的应用层面上有显著特点。相对来说，工科院校的生物医学工程培养模式注重工程技术的开发和功能拓展，医科院校则注重医学与工程结合、工程技术在医学中的综合应用。
1.中国生物医学工程学科发展思路
生物医学工程是一种交叉学科，交叉的学科基础及其融合的紧密程度决定了生物医学工程学科的发展水平，交叉的学科发展推动着生物医学工程学科的发展，并且使得生物医学工程学科研究领域变得十分广泛，而且处在不断发展之中。
1.1 学科发展轨迹
在中国，基于电子信息工程发展而来的生物医学工程学科，主要包括生物医学仪器、生物医学信号检测与处理、生物医学信息计算分析、生物医学成像及图像处理分析、生物医学系统建模与仿真、临床治疗与康复的工程优化方法、手术规划图像仿真以及图像导引手术及放疗优化等；有基于力学发展而来的生物医学工程学科，主要包括生物流体力学、生物固体力学、运动生物力学、计算生物力学和微观尺度的细胞生物力学等；基于化学材料工程发展而来的生物医学工程学科，主要包括生物材料学、组织工程与人工器官、物理因子的生物化学效应等。
1.2 学科发展特点
作为交叉学科的生物医学工程学科，其发展的关键在于交叉学科间的交叉融合。构建一种良好的交叉结构，对推动交叉学科的发展具有至关重要的作用。约翰霍普金斯大学对于生物医学工程这样的交叉学科的描述有一个形象的说法：交叉学科如同在不同学科之间建立起连接桥梁，如果在河两岸没有坚实的基础，桥是无法建立好的，对于生物医学工程这样一座建立在两个不同学科之间的桥来说，它的发展要求具有坚实的交叉学科基础和交叉学科紧密融合深度。那么在生物医学工程学科构建良好的交叉结构，需要选取具有理论支撑和技术支撑的主干学科进行交叉，凝练学科方向，不能大而全，过于宽泛。
目前，医学仪器和医学成像技术具有良好的应用和发展前景，应该成为生物医学工程学科的重点发展方向。医学仪器和医学成像设备能有力推动医疗产业的发展。医疗仪器和医学成像设备是现代医疗器械产业中的主流产品，在产业发展中起着主导和引领作用。其发展水平已成为一个国家综合经济技术实力与水平的重要标志之一。产业化驱动也是学科发展的一种动力，也为学生未来职业发展奠定良好的基础。基于医疗卫生健康事业的需求和生命科学发展的大趋势，生物医学工程学科应大力促进医学仪器和医学成像方法的学科建设，从而提升整个学科的发展水平。
生物医学工程学科的建设离不开一流的学术研究和学术成果的应用。一流的学术研究不但能提升学科的发展水平，而且能开拓学科纵深发展，产生良好的经济效益和社会效益，进而增强学科服务社会发展的能力。学术研究的前瞻性和创新性将确保学科建设的发展动力和趋势以及学科发展的活力。
交叉学科往往具有不同程度的可替代性。可替代性程度越高，交叉学科存在的必要性就越小。如何减小生物医学工程学科可替代性的程度是需要深入思考的，是需要提升学科的特异性的。生物医学工程学的学术研究主要包括应用理论研究和理论应用研究，应用理论研究主要涉及生物医学工程领域所需要解决的科学问题，开展新理论、新方法的研究。理论应用研究主要涉及生物医学工程领域所需要解决的科学和技术问题，借助理工科的相关理论和方法开展应用基础研究和应用研究。应用理论研究是理论驱动型的学术研究，理论应用研究是应用驱动型的学术研究。理论驱动型和应用驱动型是生物医学工程学科学术研究的两种主要模式。理工科大学具有良好的理论创新基础和强大的交叉的学科背景，开展理论驱动型研究具有自身优势。医学院校具有丰富的医学资源，面临着大量需要应用理工知识解决的医学问题，开展应用驱动型研究，将很好地实现与医学的应用融合，具有较好的临床应用价值，有力推进医学的进步与发展。各自的学术优势将有利于生物医学工程学科特色发展，从而增强其不可替代的程度，实现学科可持续创新发展。
1.3 学科体系
作为一级学科的生物医学工程，包含学科的理论体系和技术体系，且该体系离不开所交叉的学科的理论体系和技术体系的支撑，此外生物医学工程学科理论体系和技术体系既要有学科自身的特色，又要具有可持续发展和一定程度上的不可替代性，这样学科才会有旺盛的生命力。要面向医疗卫生、生物科学所涉及的重大、重要技术理论问题及基础应用开展学术研究。实现良好的学术研究定位，形成自己的理论体系和技术体系。
2.大数据时代的生物医学工程学科发展
守正创新是生物医学工程学科发展的必由之路，人类已进入大数据时代，所谓大数据（bigdata），或称海量数据，是指由于数据容量太庞大和数据来源过于复杂，无法在一定时间内用常规工具软件对其内容进行获取、管理、存储、检索、共享、传输、挖掘和分析处理的数据集。大数据具有“4V”特征：①数据容量（volume）大；②数据种类（variety）多，常常具有不同的数据类型和数据来源；③动态变化快，如各种动态数据，非平稳数据，时效性要求高；④科学价值（value）大，尽管目前利用率低，却常常蕴藏着新知识和重要特征价值或具有重要预测价值。大数据是需要新的分析处理模式才能挖掘分析出其蕴藏的重要特征信息[6。
人体生老病死的生命过程就是一个不断涌现的生物医学大数据发生源，这种源源不断的生物医学大数据的检测、处理与分析，将给生物医学工程学科的建设与发展带来新的机遇和挑战。模式识别、人工智能、数据挖掘和机器学习的发展将带动大数据处理技术的进步。生物医学大数据广泛涉及人类医疗卫生健康相关的各个领域：临床医疗、基础医学、公共卫生、医药研发、临床工程、心里、行为与情绪、人类遗传学与组学、基因和蛋白质组学、远程医疗、健康网络信息等，可谓包罗万象，纷繁复杂。生物医学大数据中蕴藏了种种有科学价值的信息，研究有效的大数据挖掘的新理论、新技术和新方法，对生物医学大数据进行关联和融合计算分析，充分挖掘生物医学大数据中的信息关联和特征关联和数据空间映射关联，既能为疾病的预防、发生发展、诊断和治疗康复提供系统化的全新的认识，有利于深入疾病机理研究分析，开展个性化诊疗。还可以通过整合系统生物学与临床数据，更准确地预测个体患病风险和预后，有针对性地实施预防和治疗。
生物医学工程学科所面临的生物医学大数据主要包括多模态医学影像数据、多种类医学信号数据以及基因和蛋白质组学的生物信息数据。生物医学大数据在生物医学工程学科领域内有着广泛深远的应用前景，从三个方面应用将推动生物医学工程学科的发展。
（1）开展多模态影像大数据计算分析。医学影像学科的发展从早期看得到，到看得清，目前的看得准，未来的趋势是看得早。只有看得准和看得早才有利于临床早期干预，提高治疗预期。医学影像大数据计算分析在影像诊断、手术计划、图像导引、远程医疗和病程跟踪将发挥越来越大的作用。
建立新的医学影像大数据计算分析模型和数值计算方法，挖掘多模态影像数据的特征数据和特征关联，将会提供强有力的影像诊断分析手段，极大地推动影像技术的发展，具有重要的临床应用价值和科学价值。
（2）开展多种类医学信号大数据计算分析。医学信号大多直接产生于生理和病理过程中的信号，能在不同层面上表达生理和病理相关机制特征。融合多种医学信号的大数据计算分析，能对生理病理过程进行更好更全面的阐释，不仅能深入了解生理病理的状态特征和过程特征，而且能实现个体健康监测和管理。可以很好地开展回顾性研究和前瞻性研究，推进系统化的医学应用研究。实现强大的多种医学信号数据的特征挖掘及特征关联计算分析。大数据挖掘能够增加准确度和发现弱关联的能力，能更好地认识生理病理现象和本质。
（3）开展基因和蛋白质组学的生物信息大数据计算分析。基因组学、蛋白质组学、系统生物学和比较基因组学的不断发展涌现了海量的需要计算分析的生物信息数据，已进入计算系统生物学的时代。开展生物信息大数据计算分析，可以拓展组学研究及不同组学间的关联研究。从环境交互、个体生活方式、心里行为等暴露组学，至细胞分子水平上的基因组学、表观组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、基因蛋白质调控网络，再到人类健康和疾病状态的表型组学等不同层面不同方向上实现大规模的关联计算分析，可以全面阐述生命过程机制，挖掘生命过程特征及关联特征。
3.结论
第2篇：生物医学工程的前景范文
【关键词】生物医学工程；产业化；营销理念
现代生物医学工程崛起于20世纪60年代。随着人工器官的概念正式被承认，并成为生物医学工程的主要研究方向之一，生物医学工程研究开始迅速拓展，研究方向日益增多，其研究内容正在逐渐扩展。有报告指出，生物医学工程与物理科学已在过去的近半个世纪中推动了生物医学领域的革命性进步并将继续对医学实践产生重大影响。生物医学工程作为一个充满活力和前景的学科，已经在学术方向、研究内容和人才队伍等诸多方面呈现出日渐繁荣的趋势，我国已超过100多所院校设立有生物医学工程专业。但笔者通过调研发现，生物医学工程专业的学生在专业知识的学习上丰富扎实，关于营销方面的认知却非常少，毕业后愿意从事营销工作的学生更是寥寥无几。事实上，作为现代医疗器械生产技术创新和进步主要原动力的生物医学工程非常需要营销理念的支撑，从而推动生物医学工程研究发展的科学化、市场化。
一、生物医学工程学科的研究需要营销理念
所谓营销观念要求企业一切计划与策略应以消费者为中心，正确确定目标市场的需要与欲望，比竞争者更有效地提供目标市场所要求的满足，贯彻“顾客至上”的原则，将管理重心放在善于发现和了解目标顾客的需要，并千方百计去满足它，使顾客满意。生物医学工程学科研究主要包括生物力学、生物材料、组织工程、生物医学影像、生物电子学等分支，其进步和发展对人类健康和生活质量的提高具有非常重要的意义，从根本上说是为了满足人类社会的健康发展，那么人类疾病的预防、诊断、治疗以及人体功能辅助和卫生保健都有哪些需求必须成为生物医学工程研究的重心。
（一）在专业知识的传授中增强营销理念的引导
学习本身就是一个基于真实问题情景下的探索、学习和解决实际问题的过程，选择适当、可行性强的题目促进学生的思考，因此，在传授专业知识的同时，引入营销思考模式，培养学生在已知的知识和经验基础上发现新知识，提高发掘潜在消费的意识，从而能够深入探索，找到满足潜在消费的研究途径，实现学习科研的新突破。
（二）在专业知识学习的同时多引入社会实践课程
学校知识的学习最终是为了服务社会，投入社会实践，满足社会的发展需求。作为科研型较强的学科同样也离不开科研价值的实现，那么了解当下生物医学工程发展情况应该成为学生必修的知识。例如我校生物医学工程学生成立了生物医学科学发展调研队，在假期走访附近的各个医院和医疗器械公司，考察研究了不同等级医院和市场上的医疗设备，从而对医疗设备有了全面立体的了解，认识到医疗设备对于病人的重要性。
（三）在专业知识的传授中结合市场需求培养专业性人才
高校作为人才输出的卖方，要重视市场需求研究，积极分析就业市场动态，预测社会对生物医学工程人才的具体需求，建立科学的质量评价体系，根据市场反馈信息，设计和调整生物医学工程专业人才的知识、能力和素质结构，加强实践环节的设置比例，使理论和实践教学有机结合，实现高等教育和社会的接轨，把生物医学工程职业教育贯穿于教学的全过程，从而使学生尽早树立职业发展意识，确定个人职业发展目标，主动提高自身技能，提高知识转化率。
二、培养生物医学工程专业学生就业营销理念
中国生物医学工程理事长樊瑜波在2012年世界医学物理与生物医学工程大会上说：“目前，我国医疗器械产业市场规模约4000亿元，并以每年20%的速度递增，是名符其实的朝阳产业。”目前，我国有生产类的医疗器械公司1.5万家、营销类的30多万家，产业的飞速发展对专业人才需求旺盛。但愿意到公司发展的学生却很少，愿意去从事营销类行业的学生更是少之又少。因此，转变生物医学工程专业学生的就业观念，培养和提高其营销理念非常重要。
（一）在专业授课的基础上增加国家政策信息和产业化发展现状
据介绍，未来的三年内，中央将考虑支持基层医疗机构进行基本设备配备，加强省市县三级疾控中心试验能力建设、公共卫生专业防治机构建设和职业卫生防治机构建设，并配备必要设备；基层医疗卫生机构健康教育设备配置也被列入中央考虑项目内容，医疗卫生人才培养基地的设备建设也被纳入考虑范围。生物医学工程是一门综合了生物、医学、工程学等学科的新兴交叉学科，是现代医学发展强大的推动力，小到血压计、大到手术机器人，与百姓生活关系密切。
在当代世界经济中，医疗器械是其中发展最快、最为活跃的工业门类之一。从世界医疗器械市场的分布来看，美国仍占主导地位，是世界医疗器械市场第一出口大国，也是其出口增长最快的七大产业之一。可以预计，医疗器械产业将成为21世纪世界经济的一个支柱性产业。在授课的内容上增加生物医学工程产业化发展现状，使学生多了解当下医疗器械发展现状，使同学认识到产业化发展能够不断激励生物医学工程技术本身的高速发展，从而使得生物医学工程学科能够在产业化的发展中不断提高和进步。
（二）在专业课教学中增加营销实践环节提高学生的营销兴趣度
笔者对2012年河南省医药卫生类大中专毕业生冬季双向洽谈会上招聘生物医学工程专业用人单位信息作了简要的统计，因为招聘会的医药卫生类限制，有百分之六十七以上的用人单位为医院，其次为医疗科技有限公司，医院以维修为主，医疗科技公司以营销为主，而这两种发展方向对学生的吸引力都不强。因此，作为培育生物医学工程专业人才的基地加强学生在第二课堂例如到医院实习、参与公司的营销团队进行实习学习显得尤为重要。
要开展多种模式建立与用人单位暑期实习合作等项目，使学生将所学的基础理论、基本知识和基本技能综合运用于实践，提高学生的实践能力，培养学生具有开拓精神和创造才能。加强务实教育教学，专业的教学要与企业的实际生产过程相一致，职业技能训练要适应行业企业劳动组织和技术发展需要，努力提高学生的职业素质和专业技能水平，使学生毕业时能够达到技术和管理人员需要掌握的基本要求和技术工人上岗前应有的岗位规范要求，掌握直接从事某一种专业领域所必需的专业技术知识和操作技能。
生物医学工程作为一门新兴的学科，它的产业化发展已经显现锋芒，必将为未来医学的快速发展带来动力和希望。因此培养生物医学工程专业人才刻不容缓。如何转变生物医学工程学生的就业观念和发展眼光，增强该专业学生的营销意识和营销观念必须成为我们关注的焦点之一，以培养出高素质的市场化专业化人才。
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作者简介：
第3篇：生物医学工程的前景范文
根据《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》有关要求，为贯彻落实《生物产业发展“*”规划》，促进我国生物产业持续、快速、健康发展，保障广大人民群众身体健康，国家发展改革委决定于20*－20*年组织实施生物医学工程高技术产业化专项。现将有关事项通知如下：
一、专项的主要内容
生物医学工程是指综合应用生命科学和工程科学的原理与方法，系统研究人体的结构、功能及生命现象，研发用于防病、治病的材料、植入器械、人工器官以及生物医学信号检测、图像显示和疾病诊治装置的总称。专项根据我国生物医学工程产业的技术发展基础和特点，重点支持具有我国自主知识产权和国内外重大市场前景的生物医学工程产品产业化项目，以及产业化相关技术开发及产业化重大技术支撑条件建设。专项支持的重点领域为：
（一）新型医用植入器械及人工器官的产业化，包括：表面生物活化改性的人工关节；表面抗凝血、抗组织增生改性的血管支架、人工机械心瓣膜及其他介入治疗器件；人工肾、人工肝等体外循环人工器官等。
（二）组织工程产品产业化，包括：组织工程骨、肌腱、血管、皮肤、角膜等组织工程产品。
（三）数字化医学影像诊断设备和系统的产业化，包括：计算机断层扫描系统（CT）、磁共振系统（MRI）、数字化X射线机、彩色超声影像系统等。
（四）微创诊疗设备和新型肿瘤治疗装置的产业化，包括：新一代多品种内窥镜、微型摄像及介入手术装置、肿瘤物理治疗设备等。
二、专项实施目标
通过实施专项，加快生物医学工程高技术成果的产业化，形成一批生物医学工程新产品，扭转高端产品依赖进口局面，满足广大人民群众医疗需要。培育和壮大生物医学工程产业，扶持自有品牌，加速产业结构调整，提高中高档产品比例，提高产业整体水平，提升产业在国际分工中的地位。培育具有较强国际竞争力的大型企业和企业集团，促进产业集聚式发展。引导、推动产业持续、快速发展，做大产业规模，促使我国生物医学工程产业在2010年达到1000亿元以上的规模。
三、专项实施的原则
为确保专项实施能够取得应有的效果，在专项的组织实施过程中，重点把握以下原则：
（一）以市场为导向。面向提高广大人民群众医疗健康水平的重大需求，推进新型生物医学工程产品、特别是已经具备一定技术基础产品的产业化进程。
（二）鼓励自主创新。着重推动具有我国自主知识产权和自有品牌产品的产业化；加速发展我国具有技术基础和优势的产业领域。
（三）促进产学研联合。重点支持合作关系清晰、合作实体明确、合作任务落实的产学研合作项目。
（四）培育龙头企业，促进产业集聚。重点扶持具有潜在国际竞争力的大型企业和企业集团，促进项目向国家生物产业基地集聚。
四、具体要求和进度安排
（一）专项项目应按照我委颁布的《国家高技术产业发展项目管理暂行办法》（国家发展改革委令第43号），开展项目组织、资金申请报告编制和申报工作。
（二）主管部门要严格审查项目的产业化基础和申报单位的建设条件。申报单位（包括技术依托单位）应是行业或区域有实力、影响力的大企业，应具备较强的技术开发、经营管理、资金筹集等方面的能力。
（三）项目需要提供有关部门出具的医疗器械或相关生产许可文件。项目应是近3年取得注册证书的新产品，并在全国具有比较优势。
（四）项目主管部门应对资金申请报告及相关附件（如银行贷款承诺、自有资金证明、生产许可文件等）进行认真核实，并负责对其真实性予以确认。
第4篇：生物医学工程的前景范文
关键词：3D打印；生物医学工程；发展现状
前言
三维打印（Three Dimension Printing，简称3DP）属于一种快速成型（Rapid Prototyping，简称RP）技术，它由计算机辅助设计（CAD）数据通过成型设备以材料逐层堆积的方式实现实体成型。“三维打印”在技术界也叫“增材制造”、“自由成形”、“快速成形”或“分层制造”等[1]。三维打印起源可追溯于上世纪八十年代，1984年查尔斯・赫尔发明了将数字资源打印成三维立体模型的技术，并于1986年成立了3D Systems公司，开发了第一台商用立体光敏3D打印机，1988年，斯科特・克伦普发明了熔融沉积成型技术（FDM）并于1989年成立了Stratasys公司，随后在2012年合并以色列3D打印公司Objet。3D Systems和Objet是目前世界上最大、最先进的两家3D打印公司。我国清华大学颜永年教授于1988开始研究3D打印成型技术，华中科技大学王运赣教授以及西安交通大学卢秉恒院士等，纷纷于上世纪90年代起就开始涉足3D打印成型技术的研究。
1998年，清华大学的颜永年教授又将3D打印成型技术引入生命科学领域，提出生物制造工程学科概念和框架，并于2001年研制出用于生物材料快速成型的3D打印设备，为制造科学提出了一个新的发展方向--生物制造。生物制造的一个重要手段即是生物3D打印。生物三维打印是以活细胞（living cells）、生物活性因子（proteins and bio-molecules）及生物材料 （biomaterials）为基本成形单元，设计制造具有生物活性的人工器官、植入物或细胞三维结构，是制造科学与生物医学交叉融合的新兴学科，它是目前3D打印技术研究的最前沿领域，也是3D打印技术中最具活力和发展前景的方向[2，3]。
1 3D打印技术的分类
目前比较典型的3D打印快速成形技术主要分为三种[4]：
1.1 粉末粘结3D打印光固化材料3D打印与熔融材料3D打印
粉末粘结3D打印是目前应用最为广泛的3D打印技术，其工艺过程如下：首先，在工作平台上均匀铺洒单位厚度的粉末材料；其次，依据实体模型离散层面的数字信息将粘结剂喷射到粉末材料上，使粉末材料粘结，形成单位实体截面层；再次，将工作台下降一个单位层厚；最后，重复第一步至第三步，逐层堆砌，形成三维打印产品。其存在缺点是，通过粉末粘连成形的零件精度和强度偏低，一般需要后续工艺提高其强度，但后续处理工艺会导致零件体积收缩，变形严重。
1.2 光固化3D打印（光敏三维打印）
该技术使用液态光敏树脂作为原料制作零件模型，光敏材料三维打印成形基于喷射成形技术和光固化成形技术，喷头沿X方向往复运动，根据零件的截面形状，选择性喷射光固化实体材料和光固化支撑材料形成截面轮廓，在紫外光照射下光固化材料边打印边固化，层层堆积至制件成形完毕。但其应用于骨骼类产品打印的主要缺点是，当前具有生物活性的骨骼类材料如羟基磷灰石，生物玻璃等材料自身不是光敏性材料，需与光敏材料混合使用，因此影响产品的生物活性在打印后将受到很大影响。
1.3 熔融材料3D打印成形
熔融材料三维打印成形基于熔融涂覆成形（FDM）专利技术，分别加热两种丝状热塑性材料至熔融态，根据零件截面形状，选择性涂覆实体材料和支撑材料形成截面轮廓，并迅速冷却固化，层层堆积至制件成形完毕，其原理与光敏材料3D打印成形类似 [16]。目前熔融材料三维打印成形，可采用由磷灰石和骨骼所需的有机盐配置而成的骨水泥，不需要额外添加紫外光照射固化所需的光敏介质，有利于保证材料后续的生物相容性和生物活性。但由于挤压式喷头的喷嘴处压力大，容易造成阻塞现象，因此对喷嘴和材料浆料的粒径要求较高。
除三维打印外，应用比较广泛的商业化快速成形工艺还包括立体光刻成形（SLA）、选择性激光烧结成形（SLS）堆叠、实体制造（LOM）、熔融堆积成形（FDM）等，但这些工艺大多需要配备价格昂贵的激光辅助系统，且成型工艺实质上还是类似于上述三种材料叠加-固化技术。因此，三维打印技术被认为是最具生命力的快速成形技术，发展潜力巨大，在医学中的应用前景广阔，其推广应用将对传统的医疗产品生产模式带来颠覆性的影响。
2 三维仿生重构建模技术的发展
基于医学图像的三维重构建模技术是生物3D打印技术的重要研究内容之一。3D打印生物构件的实现首先需要在计算机环境下有效重构和建模，生成可用于驱动打印喷头的指令数据进而操控成型设备实现产品成型。随着医学影像技术的发展，人体组织的二维断层图像数据可以方便地获取以进行医学诊断和治疗。但是，二维断层图像只是表达了某一截面的解剖信息，医生可以凭经验由多幅二维图像去估计病灶的大小及形状，“构思”病灶与其周围组织的三维几何关系，可三维打印设备却无法根据这些断点数据进行立体三维成型，因此，基于医学图像的三维重构建模技术是生物3D打印技术的重要前驱步骤。
由于CT或MRI等检测设备扫描得到的二维图像信息不能直接用于快速成型，只有通过专用软件将二维断层图像序列重建为三维虚拟模型，并生成为快速成型机可以接受的STL（Stereo Lithography）格式图形文件，才能最终制造出生物产品三维实体模型。近十多年来，欧美等发达国家的科研机构对于医学图像三维重建的研究十分活跃，其技术水平正从后处理向实时跟踪和交互处理发展，并且已经将超级计算机、光纤高速网、高性能工作站和虚拟现实结合起来，代表着这一技术领域未来的发展方向。
在市场应用领域，国外已经研制了三维医学影像处理的商品化系统，其中，比较典型的有比利时Materialise公司的Mimics、美国Able Software公司的3D.Doctor和VGstudio MAX。在国内，中国科学院自动化研究所医学影像研究室自主开发的3D Med是基于普通微机的三维医学影像处理与分析系统，系统能够接收CT、MRI等主要医疗影像设备的图像数据，具有数据获取、数据管理、二维读片、距离测量、图像分割以及三维重建等功能。清华大学计算机系研发的人体断面解剖图像三维重构系统能给外科手术中的影像诊断提供一定的参考。中国科技大学在应用Delphi开发三维重构软件的研究上取得了很好的成果。国内企业也研发了一些三维医学影像处理系统。如西安盈谷科技有限公司“AccuRad TM pro 3D高级图像处理软件”于2005年4月投入市场。它能对二维医学图像进行快速的三维重建，并能对临床影像的数据进行科学有效的可视化和智能化挖掘和处理，为临床提供更多有价值的信息。但目前国外优秀软件如Mimics、3D Doctor、VGStudio MaX等的价格非常昂贵，且其技术严格保密。国内的产品大多没有自主知识产权和成熟的商业应用模式。
3 3D打印技术在生物医学工程中的应用
3D打印技术在生物医学工程中应用广泛，其应用领域大致包括：体外器官模型、仿生模型制造；手术导板、假肢设计；个性化植入体制造；组织工程支架制造；生物活体器件构建以及器官打印；药物筛选生物模型等。如图1所示为3D打印在生物医学工程中的各种应用情况[5-7]。
3.1 体外器官模型、仿生模型制造。该类应用主要用于医疗诊断和外科手术策划，它能有效地提高诊断和手术水平，缩短时间、节省费用。便于医生、患者之间的沟通，为诊断和治疗提供了直观、能触摸的信息，从而使手术者之间、医生和病人之间的交流更加方便。
3.2 手术导板、假肢设计。该类应用便于订制精确的个性化假体，实现个性化医疗需求。根据患者缺损组织数据量身订制的假肢，可提高假肢设计的精确性，提高手术精确度，确保患者的功能恢复，减少患者的痛苦。
3.3 个性化植入体制造。人体许多部位的受损组织，需要个性化定制。如人类面部颌骨（包括上下颌骨） 形态复杂， 极富个性特征， 形成了个体间千差万别的面貌特点。人类的头颅骨，需要准确与颅内大脑等软组织精确匹配扣合，人体的下肢骨、脊柱骨等会严重影响患者今后的步态及功能恢复。因此这类修复体可通过3D打印技术实现个性化订制和精确 “克隆”受损组织部位和形状。
3.4 组织工程支架制造。如通过3D打印技术设计和制备具有与天然骨类似的材料组分和三维贯通微孔结构，使之高度仿生天然骨组织结构和形态学特征，赋予组织工程支架高度的生物活性和骨修复能力。
3.5 生物活体器件构建以及器官打印。此方面的应用大多涉及活体细胞的生物3D打印技术。细胞三维结构体的3D构建可以通过活细胞及其外基质材料的打印构建活体生物器件。如英国赫瑞瓦特大学和一家干细胞技术公司合作，首次将3D打印拓展到人类胚胎干细胞范围。这一突破使得利用人类胚胎干细胞来“打造”移植用人体组织和器官成为可能。美国康奈尔大学研究人员最近在其发表的研究论文中称，他们利用牛耳细胞在3D打印机中打印出人造耳朵，可以用于先天畸形儿童的器官移植。
3.6 药物筛选生物模型。药物筛选指的是采用适当的方法，对可能作为药物使用的物质（采样）进行生物活性、药理作用及药用价值的评估过程。作为筛选，需要对不同化合物的生理活性做大规模横向比较，因此有研究人员指出通过3D打印技术，精确设计仿生组织药物病理作用模型，可以使人们开在短时间内大规模高通量筛选新型高效药物。最近，四川大学联合加州大学圣地亚哥分校等科研机构，通过3D打印技术设计了一款肝组织仿生结构药物解毒模型（如图1-c），该研究成果发表在最近一期的Nature Communications上，受到3D打印研究领域的广泛关注。
3D打印在生物医学工程中应用：（a）3D打印磷酸钙骨组织工程支架； （b）3D打印细胞、活体器官构件；（c）3D打印肝组织仿生结构药物解毒模型。
4 结束语
三维打印技术正处在蓬勃兴起的阶段，3D打印技术在生物医学工程中得到了广泛的应用，其应用以及发展现状表明：3D打印在体外器官模型、组织工程与再生医学、个性化医疗以及新药研发等方面展现出广阔的应用前景。抓住生物材料及植入器械的三维打印技术新一轮发展浪潮，发展我国生物三维打印技术，对发展我国生物材料医疗器械产业步入国际先进水平具有十分重要的意义。
参考文献
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第5篇：生物医学工程的前景范文
关键词 医工理交叉基金 医工理结合 临床需求 产业化 科研管理
中图分类号：G647 文献标识码：A
Explore Scientific Research Management for the Medical-engineering Cross Projects in University
ZHOU Jing, LV Fenglin, WU Xueping
(Office of scientific R&D, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240)
Abstract In this paper, focused on the macro strategy of creating world-class university, a strong impetus for the combination of medical engineering research and improvement of scientific research management, investigate the establishment and management model of medical-engineering cross fund. Based on the great requirement, cooperation and development for the combination of medical and engineering, this paper states the achievements and problems. At the same time, this paper supplies the proper proposes which can be wished to push on the development and management for the combination of medical and engineering efficiently.
Key words medical-engineering cross fund; medical-engineering combination; clinical needs;industrialization; scientific research management
0 引言
科技的发展推动社会的进步与变革，学科间的相互交叉与渗透成为了科技发展的新方向和新生力量，如生物医学工程的发展，将生物医学与工程学的科学研究、应用需求紧密结合，促其二者相辅相成、相互推动。随着现代医学向着综合化、社会化和技术化的研究趋势发展，一方面，医学与其它学科的相互渗透成为必然，出现了医学与理学、工学、文学的结合；另一方面，临床器械、医疗设备的发展显示出了对理工学科的迫切需求。美国的生物医学工程得到了快速成长和发展，扩展生物医学研究的基础，发展各学科间交叉的方法，建立与物理学家、数学家和生物医学工程师的通力合作，从基础研究到转化研究；从临床治疗到卫生保健；从功能基因组学的研究到生物材料的研发；从生物信息学的进步到医疗器械的开发；从生物电磁学到器官水平上的成像；从基因图谱到康复医学等等，无不彰显医学与理工学科相互交叉、融合、渗透的必要性。与此同时，在医学与理工学科交叉融合的进程中，也面临着种种挑战与创新，毕竟医学与理工学科大相径庭，其显著的差别在于四个不同的层次上：学科内容的不同、方法论的不同、认识论的不同和科研价值观的不同，致使医学与理工学科的合作也需要克服重重障碍。因此，医学与理工学科的交叉融合既是机遇，又是挑战。
目前国内的医学发展中，自行生产的医疗器械远不能满足临床需求的矛盾已日益凸显，加强、加深医学与理工学科的合作已成为当务之急。高校作为国家科技研究与发展的中坚力量，尤其是综合型高校，同时具备医学和理工学科的双方面优势，积极组织开展医工、医理的合作研究更是重要之举。在学校大力推进医工理结合的科研进程中，如何管理，如何充分调动起医工理结合研究的积极性，如何有效推动医工理的科研发展，如何将医工理的交叉融合落到实处，成为了学校在管理医工理科研项目过程中至关重要且需要不断思考和完善的问题。既要认识到医学与理工学科间的迥异差别，又要清楚医学研究与理工科前沿技术的相互需求，在管理医工理交叉科研项目中，既要借鉴其它类科研项目成功有序的管理经验，又要形成适宜其发展的独特的管理模式。真正做到医学与理工学科间的强强联合，共同攻关；交叉融合，优势互补；相互推动，共创佳绩。
1 医工理交叉基金的管理模式
1.1 研讨科研需求 制定项目指南
针对促进学校医工理学科的融合，提高学校医工理交叉领域的技术创新能力，培养一批在医工交叉学科的优秀科研人才，为进一步培育和孵化具有竞争国家重点科技项目和国际竞争力的前沿科研项目奠定基础。学校以医工理交叉基金的启动为主线，通过科研项目带动，有效组织和整合医工理学科资源。例如，首先邀请各学科领域的专家和领军人才探讨科研需求和未来发展方向，制定项目指南，确定项目的主要资助方向；其次，专家与科研管理人员一起探讨项目的申报要求和申请条件，针对主要资助方向，形成引导类的重大、重点项目和自由选题类的面上项目等，再依据项目要求，制定不同需要的申请条件，旨在涵盖重点研究方向，涉及不同年龄层次的科研人员，体现医工、医理、医管等学科的交叉，从人员合作、科研合作等各方面促进医工理的交叉融合与发展，形成系统、规范的项目申报指南。
1.2 自找合作伙伴 专家评审遴选
在项目的申报过程中，鼓励各附属医院、医学院、各理工科院系的教师、医生、科研人员，根据自己的科研专长、研究兴趣、参照项目指南，自己寻找志同道合的合作伙伴，通过沟通交流，相互了解、学习，形成科研思路与临床试验相结合的合作团队，共同撰写项目申报书。例如医疗器械的开发，临床医生可以与机械动力方向的教授进行合作；超声图像的改进可以与电子、软件方面的专家合作等等。然后，科研管理部门会根据申报书的研究方向进行汇总、分类后组织医工理学科领域的专家进行项目的评审与遴选，由合作的双方共同进行答辩。专家小组依据科研需求优先、双方优势联合、具备科研潜力、结合临床实际、具有产业化前景的原则遴选和审批。
1.3 实地考察调研 进行项目的全过程管理 探索质量管理体系
学校特设立医工理交叉项目旨在促进强强学科的优势联合并顺应科技发展的需要，因此对医工理项目的管理需要效率与质量兼顾，需要对执行过程中的各个环节进行规范、有效的监督、管理和引导。学校设立医工推进办，协同科研管理部门定期对各附属医院进行实地考察，听取医工结合过程中存在的问题、需求和想法，既能走近科研人员，又能近距离了解到他们在彼此合作中以及在学科交叉间出现的各类问题。在项目执行过程中，设计表格，进行中期检查，对完成进迟缓的项目进行督促；在项目完成后，统计进行结题验收，组织专家对各项目的完成情况予以打分评价，采取对完成优秀的项目进行适当的鼓励支持，对未达标的项目进行警告和督促。并在此基础上发现具有研究潜力的种子项目，进行孵化、培育。
2 医工理交叉项目管理中的问题探讨
2.1 管理中遇到的问题
（1）医工理的实质性融合不到位。由于医学和理工学科存在着根本上的差别，学科方向迥然不同，双方不熟悉更不了解对方的知识和技术。在相互合作的过程中不能很好的了解对方的知识背景和研究需求，会造成合作主动性的缺乏，存在沟通上的障碍，甚至容易出现双方研究结果的相互脱节，导致医学与理工学科难于实现真正的融合，仍然不能够很好的解决临床需求。
（2）需强化对成果的临床应用性、产业化前景的关注。医工理结合的最重要的目标之一是运用理工科的技术手段解决临床需求，因为需要在结合的同时强化成果的产业化发展，否则，目标仍未能实现。在实际的合作中，由于缺乏合作基础，学科之间的共识不足，理工科对医学的临床问题认识也不全面，研究的成果不能很好的对接临床需求，因此，也会造成难以产业化的症结。
（3）医工理交叉过程中对交叉人才培养的推动力不够。医工理结合过程中，培养交叉型人才也是至关重要的一环，使之具备多学科知识背景，能够更好的利用理工科知识解决医学问题，完善临床需求。目前，理工科学院与医学院及各附属医院，对此方面的关注程度有待提升，尚未制定相关的政策，使之成为培养交叉型人才的有力推手。
2.2 对策及推进办法
（1）建立互动平台，科研信息共享。加强学科间的沟通与交流，例如定期开展双方的学术交流沙龙，设立专门的网页进行信息共享，并且教务处和研究生院相互配合，推动在医院开设理工类课程，在理工科院系适当开设临床医学课程等。既促进对双方研究领域的认识，加深对各方研究中的空白和需求的理解，又有利于扩大开展合作研究。
（2）整合优势资源，发掘科研潜力。充分发挥理工科院系的传统优势和医科的临床优势，提倡“理工科的研究提品样品，医院提供临场试验”的研发合作，加大力度推进医疗设备、器械、材料、医用软件（如三维导航软件）等方面的合作研究，研发具有临床应用价值的产品。同时学校成立MED-X研究院，作为凝聚医工结合力量的桥梁和纽带，牵头推动形成医工理合作的大团队，培育具有科研潜力、具备产业化前景的大项目。
（3）完善管理体制，强化人才培养。建立健全的管理体制、形成高效的管理模式，有的放矢、目标明确，以医工理的实质性融合为目标，以科研项目的合作为切入点，聚焦相互的合作、发展与推动，从交叉型人才培养、加强互动为抓手，逐步扩大融合、整合优势资源，鼓励广泛参与，形成大跨度、大团队式的交叉研究，真正通过理工学科的知识体系和技术研发实现医学临床需求的解决。如医学院实施“4+4”模式的研究生招生，即招收具有理工科背景的本科生进行医学博士的培养，着力培养医工知识相互融合的交叉型人才。
3 医工理交叉科研管理的发展与展望
医学与工程的结合推动了学科的进步与医疗器械事业的发展。由于医疗检测设备、医疗器械的迅速革新及临床医学、再生医学、转化医学的快速发展，医学迫切需要相关的理学、工学学科的技术支撑，实现医工理学科的融合是未来临床医学发展的必然趋势。
在推动医工结合的科研发展中，更要完善从科研项目的申报立项到过程监督的管理流程，形成规范的管理机制、建立起有效的管理模式，为实现医学与理工学科结合的观念创新、医工合作科研的体制创新和医工科研管理的过程创新奠定坚实基础。
参考文献
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[2] 龙云玲,刘艳,张文超.医学院校生物医学工程实验平台的建设模式[J].中国现代教育装备,2011(7):37-38.
第6篇：生物医学工程的前景范文
关键词：纳米材料生物医学应用
1应用于生物医学中的纳米材料的主要类型及其特性
1.1纳米碳材料
纳米碳材料主要包括碳纳米管、气相生长碳纤维也称为纳米碳纤维、类金刚石碳等。
碳纳米管有独特的孔状结构［1］，利用这一结构特性，将药物储存在碳纳米管中并通过一定的机制激发药物的释放，使可控药物变为现实。此外，碳纳米管还可用于复合材料的增强剂、电子探针（如观察蛋白质结构的AFM探针等）或显示针尖和场发射。纳米碳纤维通常是以过渡金属Fe、Co、Ni及其合金为催化剂，以低碳烃类化合物为碳源，氢气为载体，在873K～1473K的温度下生成，具有超常特性和良好的生物相溶性，在医学领域中有广泛的应用前景。类金刚石碳（简称DLC）是一种具有大量金刚石结构C—C键的碳氢聚合物，可以通过等离子体或离子束技术沉积在物体的表面形成纳米结构的薄膜，具有优秀的生物相溶性，尤其是血液相溶性。资料报道，与其他材料相比，类金刚石碳表面对纤维蛋白原的吸附程度降低，对白蛋白的吸附增强，血管内膜增生减少，因而类金刚石碳薄膜在心血管临床医学方面有重要的应用价值。
1.2纳米高分子材料
纳米高分子材料，也称高分子纳米微粒或高分子超微粒，粒径尺度在1nm～1000nm范围。这种粒子具有胶体性、稳定性和优异的吸附性能，可用于药物、基因传递和药物控释载体，以及免疫分析、介入性诊疗等方面。
1.3纳米复合材料
目前，研究和开发无机—无机、有机—无机、有机—有机及生物活性—非生物活性的纳米结构复合材料是获得性能优异的新一代功能复合材料的新途径，并逐步向智能化方向发展，在光、热、磁、力、声［2］等方面具有奇异的特性，因而在组织修复和移植等许多方面具有广阔的应用前景。国外已制备出纳米ZrO2增韧的氧化铝复合材料，用这种材料制成的人工髋骨和膝盖植入物的寿命可达30年之久［3］。研究表明，纳米羟基磷灰石胶原材料也是一种构建组织工程骨较好的支架材料［4］。此外，纳米羟基磷灰石粒子制成纳米抗癌药，还可杀死癌细胞，有效抑制肿瘤生长，而对正常细胞组织丝毫无损，这一研究成果引起国际的关注。北京医科大学等权威机构通过生物学试验证明，这种粒子可杀死人的肺癌、肝癌、食道癌等多种肿瘤细胞。
此外，在临床医学中，具有较高应用价值的还有纳米陶瓷材料，微乳液等等。
2纳米材料在生物医学应用中的前景
2.1用纳米材料进行细胞分离
利用纳米复合体性能稳定，一般不与胶体溶液和生物溶液反应的特性进行细胞分离在医疗临床诊断上有广阔的应用前景。20世纪80年代后，人们便将纳米SiO2包覆粒子均匀分散到含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液中，使所需要的细胞很快分离出来。目前，生物芯片材料已成功运用于单细胞分离、基因突变分析、基因扩增与免疫分析（如在癌症等临床诊断中作为细胞内部信号的传感器［5］）。伦敦的儿科医院、挪威工科大学和美国喷气推进研究所利用纳米磁性粒子成功地进行了人体骨骼液中癌细胞的分离来治疗病患者［6］。美国科学家正在研究用这种技术在肿瘤早期的血液中检查癌细胞，实现癌症的早期诊断和治疗。
2.2用纳米材料进行细胞内部染色
比利时的DeMey博士等人利用乙醚的黄磷饱和溶液、抗坏血酸或柠檬酸钠把金从氯化金酸（HAuCl4）水溶液中还原出来形成金纳米粒子，（粒径的尺寸范围是3nm～40nm），将金纳米粒子与预先精制的抗体或单克隆抗体混合，利用不同抗体对细胞和骨骼内组织的敏感程度和亲和力的差异，选择抗体种类，制成多种金纳米粒子—抗体复合物。借助复合粒子分别与细胞内各种器官和骨骼系统结合而形成的复合物，在白光或单色光照射下呈现某种特征颜色（如10nm的金粒子在光学显微镜下呈红色），从而给各种组织“贴上”了不同颜色的标签，为提高细胞内组织分辨率提供了各种急需的染色技术。
2.3纳米材料在医药方面的应用
2.3.1纳米粒子用作药物载体
一般来说，血液中红血球的大小为6000nm～9000nm，一般细菌的长度为2000nm～3000nm［7］，引起人体发病的病毒尺寸为80nm～100nm，而纳米包覆体尺寸约30nm［8］，细胞尺寸更大，因而可利用纳米微粒制成特殊药物载体或新型抗体进行局部的定向治疗等。专利和文献资料的统计分析表明，作为药物载体的材料主要有金属纳米颗粒、无机非金属纳米颗粒、生物降解性高分子纳米颗粒和生物活性纳米颗粒。
磁性纳米颗粒作为药物载体，在外磁场的引导下集中于病患部位，进行定位病变治疗，利于提高药效，减少副作用。如采用金纳米颗粒制成金溶液，接上抗原或抗体，就能进行免疫学的间接凝聚实验，用于快速诊断［9］。生物降解性高分子纳米材料作为药物载体还可以植入到人体的某些特定组织部位，如子宫、阴道、口（颊、舌、齿）、上下呼吸道（鼻、肺）、以及眼、耳等［10］。这种给药方式避免了药物直接被消化系统和肝脏分解而代谢掉，并防止药物对全身的作用。如美国麻省理工学院的科学家已研制成以用生物降解性聚乳酸（PLA）制的微芯片为基础，能长时间配选精确剂量药物的药物投送系统，并已被批准用于人体。近年来生物可降解性高分子纳米粒子（NPs）在基因治疗中的DNA载体以及半衰期较短的大分子药物如蛋白质、多肽、基因等活性物质的口服释放载体方面具有广阔的应用前景。药物纳米载体技术将给恶性肿瘤、糖尿病和老年痴呆症的治疗带来变革。
2.3.2纳米抗菌药及创伤敷料
Ag+可使细胞膜上蛋白失去活性从而杀死细菌，添加纳米银粒子制成的医用敷料对诸如黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿浓杆菌等临床常见的40余种外科感染细菌有较好抑制作用。
2.3.3智能—靶向药物
在超临界高压下细胞会“变软”，而纳米生化材料微小易渗透，使医药家能改变细胞基因，因而纳米生化材料最有前景的应用是基因药物的开发。德国柏林医疗中心将铁氧体纳米粒子用葡萄糖分子包裹，在水中溶解后注入肿瘤部位，使癌细胞部位完全被磁场封闭，通电加热时温度达到47℃，慢慢杀死癌细胞。这种方法已在老鼠身上进行的实验中获得了初步成功［11］。美国密歇根大学正在研制一种仅20nm的微型智能炸弹，能够通过识别癌细胞化学特征攻击癌细胞，甚至可钻入单个细胞内将它炸毁。
2.4纳米材料用于介入性诊疗
日本科学家利用纳米材料，开发出一种可测人或动物体内物质的新技术。科研人员使用的是一种纳米级微粒子，它可以同人或动物体内的物质反应产生光，研究人员用深入血管的光导纤维来检测反应所产生的光，经光谱分析就可以了解是何种物质及其特性和状态，初步实验已成功地检测出放进溶液中的神经传达物质乙酰胆碱。利用这一技术可以辨别身体内物质的特性，可以用来检测神经传递信号物质和测量人体内的血糖值及表示身体疲劳程度的乳酸值，并有助于糖尿病的诊断和治疗。
2.5纳米材料在人体组织方面的应用
纳米材料在生物医学领域的应用相当广泛，除上面所述内容外还有如基因治疗、细胞移植、人造皮肤和血管以及实现人工移植动物器官的可能。
目前，首次提出纳米医学的科学家之一詹姆斯贝克和他的同事已研制出一种树形分子的多聚物作为DNA导入细胞的有效载体，在大鼠实验中已取得初步成效，为基因治疗提供了一种更微观的新思路。
纳米生物学的设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。纳米机器人是纳米生物学中最具有诱惑力的内容，第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体，这种纳米机器人可注入人体血管内，进行健康检查和疾病治疗（疏通脑血管中的血栓，清除心脏脂肪沉积物，吞噬病菌，杀死癌细胞，监视体内的病变等）［12］；还可以用来进行人体器官的修复工作，比如作整容手术、从基因中除去有害的DNA，或把正常的DNA安装在基因中，使机体正常运行或使引起癌症的DNA突变发生逆转从而延长人的寿命。将由硅晶片制成的存储器（ROM）微型设备植入大脑中，与神经通路相连，可用以治疗帕金森氏症或其他神经性疾病。第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置，可以用其吞噬病毒，杀死癌细胞。第三代纳米机器人将包含有纳米计算机，是一种可以进行人机对话的装置。这种纳米机器人一旦问世将彻底改变人类的劳动和生活方式。
瑞典正在用多层聚合物和黄金制成医用微型机器人，目前实验已进入能让机器人捡起和移动肉眼看不见的玻璃珠的阶段［13］。
纳米材料所展示出的优异性能预示着它在生物医学工程领域，尤其在组织工程支架、人工器官材料、介入性诊疗器械、控制释放药物载体、血液净化、生物大分子分离等众多方面具有广泛的和诱人的应用前景。随着纳米技术在医学领域中的应用，临床医疗将变得节奏更快，效率更高，诊断检查更准确，治疗更有效。
参考文献
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第7篇：生物医学工程的前景范文
药物的可控释放可克服传统通过口服或注射药物引起的血药浓度波动大等缺点,因此,控制药物释放的最优化方法一直处于不断的探索中。目前,常见的药物载体通常选用生物相容性和安全性都较好的聚乳酸(PLA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、导电聚合物等。其中,导电聚合物包裹药物并通过电化学刺激进行可控释放,这种方法由于具备一些优异的特性而引起关注,如制备相对简单、药物释放可控,药物可随聚合物在不同的pH、温度、电荷等条件下结构发生变化而释放,等等。迄今为止,经导电聚合物包裹并通过电化学刺激实现有控释放的药物包括治疗性蛋白质,主要有神经营养因子[4-6]、地塞米松[7]、肝磷脂[8]等。导电聚合物包裹药物的方式及包裹药物的种类现都处于不断探索及试验阶段,早期的研究多是利用导电聚合物固有的氧化还原作用来包裹药物并实现药物的可控释放[9],近年来的研究是采用导电聚合物纳米管来控制药物释放,先采用生物可降解的高分子材料聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)纳米纤维包裹药物(如地塞米松等),然后在包裹有药物的PLGA纳米纤维的外层聚合生成PEDOT纳米管,随PLGA纳米纤维的生物降解,PLGA包裹的药物仍在PEDOT纳米管内,最终PEDOT的电化学特性决定了包裹的药物可有控释放出来[10],如图2所示[11]。导电聚合物应用于药物释放系统的前景应该是广阔的,有望在肿瘤及心脑血管疾病治疗中起到重要的作用。但目前仍存在一些不利因素,如大多数导电聚合物的水溶性较差,限制了其在药物释放系统中的应用。
2应用于生物效应器
导电聚合物从绝缘态转变成导电态,需要从其分子链中迁移出或导入电子,这种电子迁移的过程称为“掺杂”。导电聚合物的掺杂、去掺杂与聚合物中的电子和离子的转移有关。伴随着离子的掺杂和去掺杂,对应的是导电聚合物的体积改变(膨胀或收缩),离子掺杂过程会引起导电聚合物的体积增大,离子释放过程引起导电聚合物的体积缩小。生物效应器是指可产生机械动力的一些生物设备或装置。导电聚合物在电化学刺激下发生离子的掺杂、去掺杂及引起导电聚合物体积改变的特性,可以应用于生物效应器上,如用于构建人工肌肉[12-14]。人工肌肉的构建原理是:3层复合材料,其中内外两层为导电聚合物材料,中间层为非导电材料,内外两层处于相反的离子转移状态,如内层处于离子的掺杂状态,外层则处于去掺杂状态。这样,内层的掺杂致使内层的导电聚合物体积增大,同时外层的去掺杂使外层的体积缩小,内外两层产生的机械力量方向一致,其共同作用使整个3层复合材料向外层弯曲,模拟了生物系统中的肌肉收缩,如图3所示。导电聚合物构建的人工肌有的特点是:可通过电子转移控制、驱动电压低、伸缩率大、伸缩率可控、对温度没有特别要求,可以在室温或人体生理温度下进行、易于合成、重量轻、可在溶液或体液中进行,等等,这些优异特性都决定了导电聚合物是构建人工肌肉较理想的材料。目前,聚吡咯(PPy)、聚苯胺(PANI)、PPy-PANI复合材料以及这些导电聚合物与碳纳米管组成的复合材料,如PPy-碳纳米管复合材料、PANI-碳纳米管复合材料及PPy-PANI-碳纳米管复合材料等都应用到了人工肌肉的构建中[15-16]。在这些材料构建的人工肌肉中,PPy-PANI复合材料构建的人工肌肉每次循环产生的机械动能最大[17-18]。
3应用于组织工程
导电聚合物应用于组织工程领域,是和导电聚合物具备良好的导电性、氧化还原性、三维立体结构及表面形貌等特性密不可分的,但更为关键的是其具备良好的生物相容性。将PC-12细胞培养在聚吡咯(PPy)薄膜上,长时间(达96h)电流(1mA)刺激PPy,没有观察到明显的细胞毒性[19]。最近的研究进一步表明,PPy和PEDOT不论是薄膜还是纳米管形貌,和培养的神经细胞之间的生物相容性好[7]。目前,导电聚合物应用于组织工程领域主要体现在神经工程领域。神经工程中的电极通常是由金、铂等金属材料或镀金、镀铂的硅基材料做成的,这些电极植入神经组织后,其传导神经电信号的功能将逐渐消退,甚至完全丧失。究其原因,是因为坚硬的金属材料和柔软的神经组织之间的机械模量的巨大差异,神经组织对植入金属材料的免疫反应产生大量的胶质疤痕,最终使植入电极周围有功能的神经细胞数量明显减少。采用导电聚合物包裹或修饰神经电极,对改善神经电极电信号的传导功能起到了重要作用。其作用的机理是:生物相容性较好的导电聚合物在坚硬的金属电极表面和柔软的神经组织之间建立了一个机械强度的缓冲区域,降低了神经组织的免疫反应,增加了电极的表面面积,降低了电荷传导的电阻,使神经电信号传导的信噪比大大增强。另外,稳定的氧化还原特性可以使导电聚合物在修饰神经电极的同时,还能包裹药物或大分子物质,如地塞米松、细胞黏附分子、神经生长因子等。这些药物或大分子物质的释放,无疑能使导电聚合物包裹的电极不仅具有增强神经电信号的检测和传导功能,而且还具有抗免疫、促进神经生长和康复的功能[2-3,20-21]。已有的研究表明,应用于神经工程中的导电聚合物主要是PPy和PEDOT。
4应用于生物传感器
生物传感器是由固定化的生物物质(如酶、蛋白质、抗原、抗体、生物膜等)作为敏感元件与适当的化学信号换能器组成的生物电化学分析系统。导电聚合物具有良好的导电性能,可作为分子导线,使电子在生物活性分子和电极间直接传递,是构成生物传感器一种较好的材料[22-23]。生物传感器领域中最常用的导电聚合物是聚吡咯、聚苯胺和聚噻吩。目前,采用导电聚合物构建的生物传感器已广泛应用于很多领域,如医疗卫生中的医学诊断、环境监控及食品分析等方面[24]。在医学诊断方面,基于导电聚合物制备的生物传感器可以检测血糖、尿素、乳酸及胆固醇等;固定有DNA分子的导电聚合物制备的DNA传感器,可检测一些遗传性疾病、病原菌感染,以及分子生物学实验中的cDNA克隆筛选等;导电聚合物制备的免疫传感器可以用来监测有机氯杀虫剂及除草剂,甚至包括一些细菌。已有相关的综述阐述了导电聚合物在生物传感器中的应用[25-26],在此不再赘述。值得特别一提的是,导电聚合物因具备良好的生物相容性,因此特别适合在活体条件下进行生物传感,如将导电聚合物制备的生物传感器应用于活体生物体液内药物及机体代谢产物的连续检测[27]。导电聚合物属于智能材料体系,不但可以作为智能器件材料应用于生物传感器,而且可广泛地应用于传感、驱动、显示及信息储存等方面。综上所述,导电聚合物在生物医学工程领域应用广泛,但不同导电聚合物性质上的差异又决定了它们的应用各有所侧重。其中,几种主要导电聚合物的性质和应用。
第8篇：生物医学工程的前景范文
关键词：成都市；生物医药产业；政策建议
一、生物医药产业概述
（一）生物医药产业定义。目前，生物医药产业尚无统一的界定标准，一般意义讲，它是指运用生物技术从事药品、设备生产和提供相关服务企业的集合，主要包括生物制药和生物医学工程两方面内容。生物制药产业主要包括生物技术药、化学制药和中药制药等领域，其中中药制药是我国独具特色的生物制药子产业。生物医学工程产业是指运用生物医学工程技术进行产品开发、设计与生产的产业，主要包括生物医用材料及植入器械、诊断试剂以及高新技术诊疗设备及系统等。
（二）生物医药产业特征。首先，生物医药产业具有“三高一长”的特征。生物医药产业是资本与技术高度密集型产业，具有高投入、高风险、高回报、长周期等特征。生物制药是一个投入相当大的产业，主要用于新产品的研究开发及医药厂房和设备仪器方面。新药的研发周期很长，从化合物筛选、临床前研究、各期临床试验到批准上市往往需要10-15年时间，而且风险很大，成功率仅在百万分之一，开发过程中一旦出错，都可能导致项目失败。但若研发成功也有着惊人的高回报。
其次，生物医药产业具有行业周期较弱的特点。医药产业与生命科学密切相关，很难说存在成熟期，是永远成长和发展的产业。医药产品与服务是人类生存的必需品，有不可替代性和广泛的刚性需求，因此，生物医药产业的发展与经济景气程度的关联度较低，具有超强的抗经济危机能力。在历次的经济衰退期，包括2008年的全球金融危机中，美国纳斯达克医药类股票及标准普尔保健指数均有不错的表现。
再次，生物医药产业高度依赖研发资源服务。与IT等高新技术产业不同，生物医药产业在研发阶段更依赖基础科学研究，研发团队需要在产业化的不同阶段适时引入在技术评估、资本运作、市场营销等多种创新要素，加速成果转化。
二、生物医药产业链条分析
（一）生物技术药。上游：主要包括生物制品原材料和研发服务，有研发服务投入大、风险高、附加值高等特点，原材料生物制品制备领域成本相对较低，血液制品行业由于血浆资源的稀缺性较高，平均毛利率达10-15%；中游：主要包括基因工程药物、单抗药物、疫苗、血液制品等药品的制造，制造环节科技含量与附加值较高，行业平均毛利率30%；下游：医药流通及服务环节，由于进入门槛较低，毛利率在5―8%。
（二）化学药。上游：主要包括化工原料供应和化合物筛选，药用辅料及包材的供应；中游：主要包括化学原料药与药物制剂的制造，化学合成药产业中，大宗原料市场趋于饱和，毛利率低，特色原料药和制剂药增长速度较快，而且附加值高，特色原料药和制剂产品的毛利率通常分别在50%、40%左右，化学合成新药作为新产品，往往具有较高的附加值；下游：包括化学药物流通及服务。
（三）现代中药。上游：主要包括中药材种植（养殖）、新药研发，毛利率较高，达40%；中游：主要包括饮片炮制、配方颗粒加工、中成药制造和植物提取物制造，其中中药饮片加工行业毛利率约为30%，中成药制造毛利率约为35%，配方颗粒毛利率达45%；下游：包括中药材流通及服务。
三、国内生物医药产业发展现状
近年来，在人口老龄化及经济发展的双重因素作用下，我国药品市场高速扩容，2002～2012年，我国医药工业总产值的复合增长速度达到22.3%。目前，我国已成为世界第一大原料药生产和出口国，世界第二大OTC药物市场，世界第三大药品市场。2012年，我国药品市场规模达到9261亿元，医药产业总产值达到 18147.9亿元；预计到2020年，我国药品市场规模将以年均12%的增速继续扩容，到2020年市场规模将达到2.3万亿元。第一，从市场格局来说，我国正形成中药、化学药、生物药三足鼎立的市场格局；第二，从各类药品市场份额来看，西药是药品市场的主体，中成药约贡献20%以上，特别是在小医院、基层医疗和零售；第三，从产业布局来看，生物医药“三高一长”的产业特点要求产业向经济发达地区集聚、向专业智力密集区集聚、向园区集聚。目前我国生物医药产业初步形成了以长三角、环渤海为核心的集群发展态势。“十二五”期间，我国生物医药产业仍将进一步集聚于东部沿海地区科研院所集中和创新能力较强的省份，以及少数中西部的中心城市，区域发展不平衡有进一步强化的趋势。其中，研发要素将进一步向上海、北京集聚；此外，西部地区的四川成都、重庆已经具备良好的产业基础，成渝经济圈在生物医学工程领域创新活跃，是西部地区重要的生物医药成果转化基地。
四、成都市生物医药产业发展现状
成都具有良好的生物医药产业基础，在生物制药、现代中药、生物医药材料等领域实力较为雄厚，拥有科伦、地奥等一批优势企业。现代中药、疫苗、血液制品、大输液产品的技术研发水平处于国内领先地位。近年来，成都生物医药产业增长显著，年主营收入增速保持在20%以上。2012 年，全市共有生物医药企业600多家，其中规模以上209家，实现主营业务收入314亿元，占全市规模以上工业比重4.1%；实现利税65亿元，同比增长18.6%。
从政府区域规划角度看，成都市生物医药产业发展前景是可观的，但是不可否认，当前成都市生物医药产业的发展仍面临着不小的问题与挑战。主要是以下几个方面。第一，企业竞争力不强，尽管成都市高新区内聚集了200余家生物医药企业，但尚无真正核心的龙头企业；第二，产业高端化不足。成都市生物医药企业大多处于化学药仿制生产、中药复方生产等产业链低端位置，在药物研发试制、药品检测与鉴定、知识产权服务等高端环节仍旧较为缺失；第三，产业同质化竞争较为激烈。由于生物医药产业的高技术、高资本投入的产业特征，因而对于地域、能源、交通等因素要求不高。成都市内各个区域均有生物医药企业分布，导致企业同质化竞争明显，更易造成企业间的恶性竞争；第四，产业机构亟待升级。成都市大部分企业研发创新不足，产学研合作也较为缺乏，导致一些研发成果产业化较慢，一些关键性产业化技术长期没有突破，制约了产业向高技术、高附加值的下游深加工产品领域延伸，产品更新换代缓慢。
五、成都市生物医药产业发展对策建议
（一）明确发展思路，加强产业招商引资。要明确思路，将生物医药产业作为成都市重点主导产业进行重点扶持和培育。加强产业研究，充分发成都市在我国西部地区的区位、资源优势，重点支持和发展成都市相关区域具有比较优势或能实现突破性发展的产业领域。同时，要把“招商选资”作为成都市生物医药产业发展的一项长期工作。利用好国际产业链分工和产业外包转移契机，“导入招商”与“存量招商”并举，引进一批产业高端和产业链薄弱、缺失环节的关键企业。
（二）优化产业发展环境，促进产业联动发展。要促进“产城一体”组团化发展，加强产业发展载体支撑。加大现有园区的土地整理、清理及置换工作力度，为产业发展预留后备载体空间，大力促进生物医药制造与“成都国际医学城”医疗服务的融合、互动发展，延伸产业链条，以制造环节为主体，带动总部经济与生产业的快速发展。设立生物与医药产业发展的专项资金，加大对优质企业及项目的扶持力度。同市引导企业加大技术创新和技术引进力度，增强自主开发能力，鼓励企业联合高校、科研机构等围绕重大关键技术及高端产品进行 “产、学、研、用”合作。
（三） 完善政府体制机制，改善政府职能。加强生物医药企业运行监测分析，对重点企业实行“一企一策”、“一事一议”。深化与周边省（市）县的产业合作，主动出击，吸引其他省市的优秀技术资源和优秀生物医药企业向成都市高新区、天府新区等区域进驻。支持企业积极申报新版GMP认证，对通过认证的企业基于资金补贴。
参考文献：
[1] 国家发展与改革委员会《2010年医药行业分析报告》
第9篇：生物医学工程的前景范文
关键词： 医用诊断仪器 示教仪 设计初衷 应用思考 发展前景
随着社会的发展与进步，医用诊断仪器在整个社会医疗卫生系统中起着相当重要的环节，它已经成为生命科学和医学中一个不可或缺的组成部分。同时，在其满足医学进步与工作的需要时，作为生物医学工程方面的一个相关分支，在高校对医用诊断仪器进行教学时，又对医用诊断仪器提出了新的要求。首先医用诊断仪器是集医学、数理化、电子学、机械学、分子生物学、精密仪器、超声、计算机等于一体的综合性仪器，它所涉及的知识面比较宽，内容较为复杂；其次，面对现代医学和生命科学的飞速发展及医用电子仪器的日新月异，其更新速度较快；再次，由于各个生产医用诊断仪器的生产厂商不同，其原理与结构也有较大差异，真正综合起来有一定困难。但是从医用诊断仪器的教学需求来看，其对学生“实践、动手、综合”能力要求较为突出，在教学之中，既要教授理论方面知识，又要突出教学方面的动手性、应用性。因此，医用诊断仪器示教仪应运而生，本文主要结合自己平时所接触的相关医用诊断示教仪，例如B型超声诊断示教仪、数字脑电地形示教仪、心电示教仪、生命体征监护示教仪等仪器，谈谈对当前医用诊断仪器示教仪的探索与想法。
一、医用诊断仪器示教仪设计初衷与当前形势
医用诊断仪器示教仪是诊断和教学仪器相互结合的一类具有鲜明特色的示教仪。首先，它可以满足实际诊断的基本需要，同时，作为其突出的一个特点，它的初衷是与教学诊断结合在一起，在其教学或者实验过程中，结合相关教学资料，让学生更快、更全面、更深入地掌握最实用的诊断设备知识和技术，扩大学生就业面，让学生的学习达到事半功倍的效果。
结合市面上各种类型的医用诊断仪器示教仪，可以看到此类产品需求量有固定的客户群，整体发展前景较好。另外，现在市面上各种类型的医用诊断仪器示教仪大多采用原理图式，模块化布局设计，在其图上，信号的处理和信号的流向清晰、直观。大多数情况下，通过面膜板上的固定元器件的插管，可以在教学中即时更换电参数相近的部件，可在显示器上直接观测到插入不同部件前后的差异，方便学生的学习与实验测试。
二、医用诊断仪器示教仪应用在教学中的思考
医用诊断仪器示教仪具有鲜明特点，在教学中也有很大用途，学生在利用医用诊断仪器示教仪进行学习的过程中，可以从其面膜板上直观地看到原理图与信号的流向图，打破以往只是操作，接触不到内部结构的局面，提高学生的学习兴趣，也便于教师进行教学，同时，学生可以通过示波器对仪器相关信号进行测量，自己设置相应故障，这是它的一个突出特色。
但是，在实际教学过程中，即使是同一类型的仪器，例如B型超声诊断仪，其生产厂家的不同、型号的差别等都会使其在内部结构上有较大差异，无法全面兼顾，厂商如何应对现在更新日益快的仪器？如何把握最核心最前沿的知识？教学又如何和最新前沿知识接轨？在其设计过程中，采取接插件的方法，可以让学生直观地看出各个不同现象，不过这类仪器本身一般都较为复杂，由于其特殊性，仪器系统存在不稳定性，如何改变这种现象，从特别向一般，从不定到稳定？最后，最重要的一点是，医用诊断仪器示教仪其实服务的是以下三类主体：最核心的主体应是学生，学生由于年龄层次不一、接收层次，如何真正让学生所用？如何保护好相应的精密的示教仪？同时如何达到教学的真正目的？直接的传授者：教师是传道授业解惑者，如何传？如何和实际现实接轨？有没有相应的考核措施？示教仪本身是企业和学校方面的相互结合，那么在传授知识方面，是否可以以此为平台，真正做到二者融为一体？最终隐含的主体：需要诊断的病人、或者会修仪器的操作者、维修者，所有教与学的目的，都是服务最后的隐含主体，在教学中，掌握他们所需的要求，如何真正做到学有所用？这几者之间有什么关联，有什么冲突？又有什么取舍？
三、医用诊断仪器示教仪的希望与发展前景
医用诊断仪器示教仪现在已经逐渐发展完善，前景也越来越乐观。面对众多优势，我们应该好好维护这个发展趋势，打造特色。
不过由于本身接触及经验有很大不足，我只能从下面几个方面提出看法。关于示教仪可以通过教学、医院、企业三者互相结合，找到所需点，使功能更加完善，更加为我们所需；从其性能方面来看，医用诊断仪器示教仪本身的稳定性、安全性是最重要的，同时，可以通过模块化处理，加入新的元素，与实际科研接轨，便于与时俱进；至于教学方面的资料，可以成为一个系统，和企业双向合作，找到企业与教学的共同点，共同参与；再者，医用诊断示教仪还可以更为广泛地推广，在进行教学的同时，多方向、前沿发展，对企业及学校有很大好处。
参考文献：
[1]范继田.安全用电实用组合示教仪.仪器自制与改进，2003（11）.
