分子生物学技术十篇

分子生物学技术篇1

关键词:分子生物学；食品；微生物

1分子生物学的概念阐述

分子生物学作为一种基础性学科，将分子作为一种物质来研究生命的相关现象，比如构成细胞的物质，能够发生何种物理和化学变化。在进行探究的过程中，这种学科代表了人们由探究生命的出现和进化，可以得到生命所表达的重要意义。

2分子生物学在食品微生物检测中的应用意义

分子生物学的各项研究成果已经渗透进了人们的实际生活中，而且起到了促进社会发展，和为全世界解决实际问题的作用。比如将酶催化产生的反应和原因运用到各类化学工业活动中，人工进行酶的模拟并生成新的催化剂，不仅能针对性地解决问题，还可以在化学工业领域领导新的革命。除了在化学方面有所益处，对食品安全方面也有巨大意义，它能够更新微生物检测技术，提升了食品安全，保障了食品加工过程中产品的质量和人的健康。

3基于分子生物学方法的食品微生物检测技术研究

3.1以电泳为主导技术的DNA图谱技术

由于排列顺序不同的DN段会在变性剂浓度不同的情况下发生改变，利用不一样的解链行为，使排列顺序不同的DN段会停留在不同位置的凝胶上这一特性，提出了DGGE技术来检测核酸序列，在被变性剂染色成功后，会在凝胶的各个位置上出现条带状物体。这种技术已经被越来越多相关企业运用，进行食品微生物的抽离或测定，检测微生物的数量等。J.Theunissen和T.J.Britz等人2004年在南非对含益生菌对食物进行了DGGE技术检测[6];MilicaNikolic等人则在南非自制的山羊奶干酪中进行了PCR-DGGE检测。在DGGE之后出现的NA指纹图谱技术，也叫做温度梯度凝胶电泳，不同于DGGE的凝胶中使用尿素和甲酰胺浓度梯度的方法，温度梯度凝胶电泳使用了温度梯度和在引物的5′端增加3050bpGC片段的新技术。这种新的方式可以有效地统计出某一区块内，微生物的数量和品种，还可以检测出其他未知的肠道细菌，虽然Zoetendal等人已将这项TGGE技术运用在了人粪样微生物的探究分析中，但是针对食品的运用还很少。

4随机扩增多态DNA技术(RAPD)

通过将随机的引物进行PCR反应，并加重靶细胞DNA的比例进行分析，这一方法被称为RAPD分析，它能够让研究人员了解DN段的大小和数量，再根据DNA在不同基因组中的差异做出判断。这种方式能够将全部DNA基因定位成目标对象，可以辨识极小的差别，非常适合运用在研究成果少，特点不明显的或是DNA序列不凸显的真菌和乳酸菌的研究中。G.Spano等人利用RAPD-PCR技术发现了隐藏在红葡萄酒中的植物乳杆菌，Walczak等人利用RAPD分析法得出了非生产用酵母菌株与标准清酒假丝酵母菌株具有相近的遗传特质。此外，针对葡萄球菌、大肠埃希氏、沙门氏菌和志贺氏菌等研究，都采用了这种技术方法。

5基因探针检测方法

1968年，华盛顿卡内基学院的Britten等人研究提出了核酸分子杂交技术，也叫做基因探针技术，这种技术的提出为分子生物学的DNA分析方法奠定了基础，也成为了全球范围内被使用最多的分子生物学技术。基因探针是一种具有特定标记的基因碎片，具有检测功能的原理是采用了碱基的配对，通过退火让两条互补的核酸单链成为双链。这种检测技术可以用来检测食品微生物，具有方便快捷，直接有效的特点，使食物免遭致病性微生物的损害。病原体其本身具有特殊的核酸碎片，利用已经做好分离和标志的核酸探针，将与需要检测的样品结合过的标记物进行监测，如果检测的样品中本身就有确定的病原体，那么探针和核酸序列就会有所结合。这种基因探针检测技术的优势在于，能够非常灵敏地检测出不同，而且还具备了组织化学染色的特点，即可被见的特性和可定位的特点，所以能够检测出食品中的致病性细菌。就现在来说，世界各地都提出了各种能够检测食品微生物的基因探针，比如说Moseley等人提出的生物素标记的沙门菌基因探针，以及Kerdahi等人提出的能够测试出单核细胞增生的李斯特菌的，来自非放射性DNA探针，还有陈倩等人能够检测出ESIEC大肠杆菌的，根据HPI毒力岛基因生成的rp－z探针。另外还有已转变为特殊商品的基因探针试剂盒。美国的GENETRAK公司采用特殊的基因探针对沙门菌、李斯特菌和大肠杆菌的rRNA进行检验[6]，最后得出了脱氧核糖核酸杂交筛选比色法。主要检验方式分为以下几步:

(1)需要一种与细菌rRNA相反的基因探针和一份完成增菌培养的样品，细菌溶解之后与带有荧光素标记的探针互相杂交。此时样品中存在靶细菌rRNA，则带有荧光素和多聚脱氧腺嘌呤核苷酸(polydA)的探针互相杂交将成立。

(2)将包被多聚脱氧胸腺嘧啶核苷酸(polydT)的固相载体测杆与杂交溶液反应，如果polydA和polydT间的碱基出现配对，那么杂交核酸分子就被固体载体获得，并将这种分子培养在辣根过氧化酶－抗荧光素接合剂中，使探针上的荧光素与结合剂溶合。

(3)固体载体首先放置在酶底物－色原溶液，再由辣根过氧化酶与底物反应，最后用酸终止，在450nm处计量吸光度的多少，就能确定样品中是否存在靶细菌。

6基因芯片

上世纪90年代中期出现的基因芯片技术，也就是DNA微阵列(DNAmicroarray)，使用微加工技术构建出能将人工产生的基因片段，紧密结合的、排列有序的出现在硅片等载体上。再根据被荧光检测系统扫描过的，和标记样品杂交后的芯片，利用计算机进行分析检测，得出定性、定量的结果。由于基因芯片技术能够高度地自动处理大量信息，所以能够快捷准确地检测食品安全。运用基因芯片技术进行病原体检测的有:Berger等人进行的12株嗜酸乳杆菌检测;Wang等人进行能够具有超强特异性和灵敏度的肺炎链球菌检测;高兴等人对痢疾志贺菌、鼠伤寒沙门菌、金黄色葡萄球菌、霍乱弧菌、肉毒梭菌、肺炎链球菌、布氏杆菌、嗜肺军团菌等16种病原细菌进行检测。但就目前的技术来说，基因芯片的应用还不够完善，首先，基因芯片所需的设备价格不低，制作成本很高，普通实验室没有足够的经济能力可以负担。其次，基因芯片的特异性还不够明显，假阳性和假阴性会对实验结果的精准程度产生影响。最后，基因芯片技术在进行过程中，各项数据和参数还没有形成统一的标准，对可重复性会产生影响。只有不断完善自身解决上述问题，基因芯片技术才能被更广泛地运用在全世界的各个领域。伴随着全球食品贸易的发展，检测食品病原菌也越来越重要，只有更方便快捷地完成食品安全检测，将分子生物学的检测方法运用于日常生活，才能更好地发挥这项学科的魅力，研究出真正实用的食品病原微生物快速检测方法。

参考文献

[5]陈倩,程伯琨.基因探针检测食品中具有HPI毒力岛的ESIEC大肠杆菌[J].食品科学,2000,21(7):35．

分子生物学技术篇2

关键词：微生物检验；分子生物学技术；聚合酶链反应；基因芯片技术；核酸探针

当今中国，科学技术不断进步，人们越来越重视各种检验结果的科学性和精确性。当下，分子生物学技术在微生物检验中的应用是一种较为新颖的检验技术。对此，本文针对微生物检验工作中，分子生物学技术的应用原理和应用方式进行详细分析，以分子生物学技术概念作为依据，探讨了检验中所用的原理和监测方向。而分子生物学技术在微生物检验过程中，主要是对生物大分子结构、功能和生物合成等相关科学进行应用。

1现代分子生物学技术在微生物检验中的应用优势

分子生物学主要是将脱氧核糖算以及核糖核酸等的研究为基础的相应技术，是一种对微生物进行检验的方法。当前使用的分析生物技术，能够有效促进并且提高微生物检验精神和检验范围。当前，生物检验越来越受到人们的中开始，这种情况下，能够在一定程度上促进其他相关领域的进一步发展，例如农业、食品和药品等[1]。

2微生物检验中分子生物学技术的应用

2.1聚合酶链的反应技术

因为微生物检验的种类繁多，若检验目的不同，可能会出现技术方面的差异。应用现代分子生物学检验，目的是为了提高检验的准确性、提高精度。在不同检验技术当中，聚合酶鏈反应技术是一项分子生物学技术，具有较高的代表性。当前，对聚合酶链反应技术进行应用，能够同时鉴定并检验不同病原微生物，其使用的检验原理为：对同一聚合酶链反应管理中，增加不同病原微生物特异性引物，从而产生一定的聚合酶链反应，实现同时检测[2]。

2.2基因芯片技术

在微生物检验过程中，为了促使现代化分子生物学技术的效果得到充分发挥，技术人员应当对更加高端的基因芯片技术进行科学检验。在上个世纪90年代，就已经开发除去了基因芯片技术，这一技术主要是将尼龙膜和玻璃片作为载体，在一定单位面积中，有序、高密度的对较多生物活性分子进行排列，这样做的主要目的是为了能够对多种疾病实施统一检测，或者针对不同生物样品进行分析，在相对复杂的微生物检验中，使用较为常见的芯片技术，经过产期的发展和总结，基因芯片技术逐渐成熟起来，而且这项技术存在着其他技术无法比拟的优越性。

2.3核酸探针技术

现代分子生物学技术迅速发展，对微生物检验体系的进一步发展起到促进作用。因为微生物所带来的影响相对广泛，对于社会、医学、生物学等领域均产生了决定性影响。因此，仅凭上述两项技术是无法取得理想效果的，还需要相关技术人员继续对其他技术进行积极研究。经过相关人士的深入研究，产生了核算探针技术。核算探针技术主要指的是存在标记的特异DNA片段，以碱基互补原则作为依据，核算探针所具备的特异性和目的DNA杂交，此后对特定的方式进行应用，从而对标记物进行测定[4]。对现代微生物检验技术进行分析，核算探针技术主要被应用在以下几个方面：第一方面，核算探针可以被应用在检测难以培养，同时能够作用生化鉴定、不可观察的微生物产物、缺乏诊断抗原等方面的检测。在临床上，较为明显的检测物质就是肠毒素，通过核算探针对其进行检测，可以有效获得这一物质中的各项指标，从而为诊治工作提供参考。第二方面，对于核算探针而言，其能够直接对物质本质进行检测，而不是借助表面检测而获取结果。实施DNA检测率和权威性均比价高，这种情况下为核算探针的应用奠定了坚实的基础。

2.4其他分子生物技术在微生物检验中的应用

在食品微生物检验工作中，ATP生物发光技术可以被应用在生乳细菌检测工作中，这种检验方式具有较高的准确性，同时还具备相对方便可快速的优点。可以在5-10min的时间内，将牛奶当中的细菌数量检测出来。当前，快速检测病原菌的自动分析系统逐渐增多，例如DupontdeNemours公司生产的RiboPrinterTMDNA指纹图谱自动分析系统，对这一系统进行应用，获得核酸图谱，和其他贮存核酸碱基序列进行对比，借助核算匹配的方式进行分析，能够对微生物进行鉴定。此外，气象色谱以及高效液相的分析，也可以被应用在致病生物的检测当中，结合不同病原体化学组成或者产生的代谢产物，使用以上色谱检查，对不同提议当中的细菌代谢产物、细胞中的脂肪酸、蛋白、氨基酸、多肽、多糖等进行直接分析。

3分子生物学技术在微生物检验应用中的发展趋势

对微生物检验学进行分析，认为分子生物学技术的应用，在未来发展中，呈现出以下趋势：第一方面，微生物检验技术向着高度特异性、高度灵敏性和高度自动化方向发展。第二方面，能够进一步和其他学科技术之间相互交叉，并且相互融合，促使技术之间存在的局限被打破，促使检验范围得到扩展。第三方面，分子生物学技术会不断产生，这种情况下，促使其在微生物检验工作中的应用变得越来越广泛。

4结束语

结合现代分子生物学技术在微生物检验中的应用进行分析，笔者认为，对现代分子生物学技术进行应用，促使诸多行业的发展获得了较大的便利，尤其是现代临床医学研究和诊断工作。在样品采集和病毒检测等方面，分子生物学技术的应用也得到了突出表现。未来微生物检测工作中，应当对现代分子生物学技术进行进一步应用，提升微生物检测水平。在未来微生物检验工作中，不但能够获得有效的检测结果，同时还能够对生物学技术的持续发展提供帮助。

参考文献 

[1]陈耀庭，刘小红，李健生.分子生物学技术应用于病原微生物检验工作中发挥的作用分析[J].当代医学，2017，23（27）：60-62. 

[2]黄小珍.微生物快速检验技术的应用与研究进展[J].基层医学论坛，2016，20（34）：4866-4867. 

分子生物学技术篇3

关键词：分子生物学；技术；昆虫生态学

分子生态学是应用分子进化和群体遗传学的理论、分子生物学的技术手段、系统发生学和数学的分析方法及其他学科的知识（如地理学、古气候学等）去研究种群、进化、生态、行为、分类、生物地理演化、生物保护等学科领域的各种问题。它主要通过大量使用分子生物学先进的技术和方法，在分子水平上研究生态现象，阐明生态现象的分子机制。昆虫分子生态学就是以昆虫作为研究对象，应用分子生态学的原理与方法研究昆虫进化和适应机制的一门科学。它主要通过分子生物学的方法检查昆虫种群或个体的遗传变异，分析和解释遗传变异的特点与规律，揭示遗传变异所反应的规律性的东西，从而进一步阐明昆虫之间一级昆虫与环境之间的相互作用关系。其研究的最典型特色是运用分子遗传标记来检测研究对象的遗传变异特征，揭示昆虫的演化规律。在昆虫分子生态学研究中应用较多的分子生物学标记技术有：同工酶（蛋白质电泳）方法、限制性片段长度多态性（RFLP）方法、随机扩增DNA多态性（RAPD）方法、扩增片段长度多态性（AFLP）及微卫星标记方法（SSR）及单核苷酸多态性(SNP)。其中，目前应用最多，最简便的是SSR和SNP技术。下面我们主要介绍在昆虫生态学研究中几种常用分子标记方法。

1.同工酶方法的应用

同工酶是指具有相同或相似催化功能而分子结构不同的一类酶。自从Hunter和Markert创立同工酶酶谱技术后，同工酶谱的变化即可作为鉴定物种、研究分类与进化、遗传与变异的重要指标。在昆虫分子生态学发展之初，同工酶被广泛应用与昆虫的分类、种群间抗性的遗传变异等方面，随着分子生物学技术的广泛应用，同工酶技术已慢慢被淘汰。

2.RFLP技术的应用

RFLP又叫作RestrictionFragmentLengthPolymorphism.即我们所说的限制性内切酶片段长度多态性，而且他作为第一代的生物分子类标记技术，这种技术是指通过已经发现的限制性内切酶来处理不同生物个体的DNA，通过利用限制性内切酶的多种特异性来达到获得不同的DN段的目的，这种技术一般是被应用于分子杂交，放射性同位素的显微技术中，而且也只是主要用于研究生物遗传的研究中，自问世以来已广泛运用于多门生物学科研究中。在昆虫生态学研究中可以用于昆虫遗传谱图的分析、遗传连锁图的构建及数量遗传性状等方面的研究。

3.RAPD技术的应用

RAPD，俗名是随机扩增多态性DNA技术，它是由两位美国科学家Wiliams和Welsh在1990年提出的，而且他们并不是研究的合作者，而是分开研究的，这种技术又被称作任意引物PCR。对于RAPD来说，它所使用的物质是十分不相同的，但是对于现存的所有引发物来说，他对于在DNA序列碱基序列上的特定结合位点来说，一旦这些特异性DNA位点达到了基因组分布的扩增条件，他就会根据DNA碱基对的配位原则，完成DNA另一条链的合成。

4.AFLP技术的应用

植物基因组的AFLP中的酶切，连接和pcr问题，只要酶切出来能看到些许弥散，pcr就应该能看出结果才对，AFLP技术的关键就是把握体系的问题，每一个实验室应该有自己的一套体系，照着做一般没有问题，分子标记，就是纯体力劳动，做得很多一般就会有结果的，这是量变到质变的过程。做AFLP需要用到试剂盒，但试剂盒不如自己做省事，也没必要。除非你做的量少。但是分子标记要的就是大量重复性的劳动。因此，试剂盒不如自己做省事，也没必要，并且试剂盒中很重要的酶往往量不够用，比如T4连接酶和内切酶EcoRI，除非你做的量很少，且不需要摸索体系。酶切出来能看到些许弥散，pcr就应该能看出结果，也不一定。接头制作和连接体系也很重要，连接时间一般影响不是很大。

5.微卫星标记技术在昆虫生态学研究中的应用

微卫星标记ms是一类由几个（多为1-5个）碱基组成的基序串联重复而成的DNA序列,其长度一般较短,广泛分布于基因组的不同位置,如（CA）n、（AT）n、（GGC）n等重复。自1981年Spritz首先在珠蛋白中发现微卫星序列到今天微卫星序列在生物学中的广泛应用,微卫星标记技术走过了近30多年的发展变化。其中，20世纪80、90年代是微卫星技术从开始到逐渐成熟的关键阶段。1982年Hamada等在研究真核生物基因组中Z-DNA形成时发现了一种新的重复因素——选择性的嘌呤-嘧啶聚合物。Jeffreys等通过对小卫星(minisatellite)的DNA指纹图谱鉴定证明了串联重复的DNA具有很高的长度差异性。与此同时，Tautz等的研究表明，这种“神秘而简单冶的DNA序列是遗传变异的重要来源。1989年Tautz首次应用了基于PCR的微卫星分型技术。随着微卫星分子标记的广泛使用，科研工作者对其进化、功能及在基因组中的分布等研究的了解迅速增加。近年来，微卫星分子标记也被广泛应用于昆虫学研究的各个领域。截至2012年6月，共有16396个昆虫上微卫星位点在NCBI中记录，其中双翅目、鳞翅目和膜翅目昆虫的微卫星登录数量最多，占75%。这些微卫星被广泛应用于昆虫遗传作图、种群遗传学研究、个体亲缘关系鉴定等方面。

6.SNP在昆虫分子生态学中的应用

SNP(SingleNucleotidePolymorphism)即单核苷酸多态性标记，又称单核苷酸多态性，指DNA序列中单个碱基的差别，碱基对由于排列方式不同，结合不同脱氧核苷酸对，这些核苷酸对构成密码子，密码子则以不同的排列顺序编码蛋白质，从而形成自然界多种多样的生命。SNP在基因组可以划分为两种形式：一是基因编码区的功能性突变，主要分布在基因编码区，故又称为cSNP，这类SNP较少，其变异率仅占周围序列的1/5，但因其在遗传疾病研究中具有重要意义而备受关注；二是遍布于基因组的大量碱基变异。就现在来说，SNP技术已经开始广泛用于昆虫分子生态学，包括昆虫种间鉴定，遗传图谱的分析、入侵害虫种群间亲缘关系的区分等研究。生态学的发展，SNP技术的萌芽是古人生态意识的总和，在古时，古人并不了解整个自然界，但是他们通过长期的打鱼，农牧以及狩猎积累了大量的朴素的生态学知识，比如说农作物的生长与季候的关系、常见的动物有哪些习性等等，在公园前四世纪时，希腊学者亚里士多德就曾经粗略的描述了动物有种不同的栖息地，还根据动物生活栖息地的特点将其分为了水栖和路栖，根据它的食性分成肉食和草食，还有杂食动物等等。随着人类社会的发展，人们对于生态的认识不再仅仅局限于以往的知识积累，人们通过自己的主动探究从而能够获得有关于自然界的种种知识，最后能够形成一个全面的生态学理念极其生态学系统的认知应用。本文通过描述几种技术在昆虫生态系统的运用从而得到现在科技在生态系统中的应用等等相关关系，这种应用不仅使各种技术得到提高，还对我们生态系统的探索起着极大的作用。

参考文献

[1]郭晓霞，郑哲民，于广志.同工酶在昆虫分类和进化研究中的意义[J].昆虫知识，2000，37（6）：371-374.

分子生物学技术篇4

关键词结核病;结核分枝杆菌;聚合酶链反应

20世纪90年代,全球多数发达国家结核病疫情出现明显回升,许多发展中国家出现结核病疫情严重加剧,结核病已成为全球最紧迫的公共卫生问题,目前世界上没有任何一个国家能逃脱结核病的威胁。每年全世界约有800万新发病人,约300万人因结核病而死亡。我国的情况也是如此,据2000年第四次全国结核病流行病抽样调查表明,我国结核病的形势仍然十分严峻。结核病流行病学显示高患病率、高耐药率、低递降率等特点 [1]。因此快速准确的诊断是控制结核病的主要条件,我们对使用分子生物学技术聚合酶链反应在结核病实验室的诊断做了一些分析研究。

1材料

仪器与试剂:广州达安基因生物公司DA-7600荧光定量核酸扩增仪和结核分枝杆菌检测试剂盒。

2方法

2.1标本采集和处理

2.1.1标本的采集和液化

用一次性痰液收集器采集,最好留取早晨第一口痰液。痰液收集后应尽快送检。在痰液标本中加入4倍体积的4%NaOH溶液,吹打均匀后室温放置30分钟使之液化。

2.1.2 1×TE溶液配制

吸取1ml20×TE,溶于19ml去离子水中,混匀即可。

2.1.3标本及质控标准品的处理

取0.5ml液化痰液至1.5ml离心管中,再加入0.5ml4%NaOH室温放置10分钟后15000rpm离心5分钟,吸弃上清,在沉淀中加无菌生理盐水1ml打匀,15000rpm离心分钟,吸弃上清:再重复洗涤一次。(血液标本直接用淋巴细胞分离液分离沉淀白细胞)沉淀直接加50ulDNA提取液充分混匀,沸水浴10分钟(误差不超过1分钟),转至4°C静置6～8小时以保证充分裂解。1000rpm离心5分钟,取上清液2ul做核酸扩增反应。另取阴性质控品、阳性质控品各40ul加等量DNA提取液打匀,沸水浴10分钟后同上处理。

2.2加样

将样品处理上清液各2ul分别加入反应管中,混匀后置核酸扩增仪上,立即进行PCR扩增反应。

2.3核酸扩增程序

93°C2分钟预变性,然后按95°C45秒55°C60秒,先做10个循环,最后按93°C30秒55°C45秒,做30个循环。

2.4结果分析

在定量分析中,综合考虑相关系数,误差后,设置当前域值(参考值1.2左右)。

3结果判断

Ct值无:阴性结果;Ct值

4质量控制

阴性质控品:全部阴性;阳性质控品(包括临界阳性质控品、强阳性质控品)全部阳性;阴性质控品Ct值>临界阳性质控标准品Ct>强阳性质控标准品Ct,则本次实验有效,否则,实验无效,应检查试剂、仪器、反应条件等方面的误差。

5讨论

结核杆菌(TB)可以导致全身性疾病,特别是在发展中国家,其发病率较高,危害性极大.近几年结核杆菌的变异性较大,对抗痨药物的耐药性增加[2],从而使结核病的发病大幅度增高。虽然传统的涂片抗酸染色、细菌培养以及胸片检查对大部分结核能作出正确的诊断,但对某些病人亦可造成误诊或漏诊.分子生物学技术基本实现了简便、快速、防污染、灵敏、准确地诊断结核的目的[3],并且该方法正趋于常规化地应用于临床一般实验室[4]。应用PCR方法检测结核杆菌的首要条件是设计一对特异性DNA引物.该引物所引导的DNA扩增序列应是结核杆菌独有的,且是结核杆菌的保守序列,这样才能保证检测结果的特异性[5]。自从1989年聚合酶链反应(PCR)应用于结核杆菌检测以来,该技术已广泛应用于结核病的诊断并显示出很多优点.PCR检测结核杆菌的优点决定了它在临床上的应用价值和范围,PCR检测TB的优点主要表现如下:

5.1能早期诊断TB菌血症

在TB感染的早期,特别是在TB病灶通过血源性外传播时、及在外周血中存在极少量的TB时,PCR就能给于扩增并确诊.此外,由于外周血中TB的含量甚微,又没有新的病灶形成,因而血清学方法和物理方法均难以达到确诊的目的,而对这类病灶的早期诊断在临床治疗上具有指导意义,因为早期菌血症是较易控制的,并可以防止继发性TB病灶的形成。

5.2时间短

PCR检测TB仅需2～4h对于某些培养法难以实施的病例,PCR法则行之有效,同时提高了敏感性和特异性,可以检测到1个TB菌。

5.3有利于鉴别诊断

对于肺结核来说,其中的结核球和成人型原发性结核等,经常易于同肺癌的诊断相混淆。病灶中心部位经常出现既未见TB又未见癌细胞的坏死区.此时涂片检测常是阴性的。在这种情况下,PCR检测就显得特别有效。在许多情况下,TB可以导致脑膜炎、胸膜炎、腹膜炎等。涂片法尽管在诊断上具有直接、简便的优点,但敏感性差就局限了它的诊断范围和实用价值。PCR检测这类标本,可以说极其有效.其极高的特异性和敏感性可以很容易地确定TB性脑膜炎及TB性胸腹水。另外,对于肾结核、泌尿生殖系统结核的诊断,PCR都可以予以完成。

5.4抗痨治疗的评价

对于抗痨治疗效果的评价,以前的方法显得软弱无力。而PCR法则可以通过定期检测,采用定量PCR法确切地评价抗痨药物的疗效及残存菌的数量和活性度。 PCR扩增结果将是最可靠的疗效评价指标。

所以分子生物学技术聚合酶链反应对于评估结核病的临床疗效、疫情的检控、发病机理的探讨均有十分重要的意义。随着人们对结核分枝杆菌的认识不断深入,结核病临床发展的需要,我们必须从菌体水平到分子水平,从传统实验方法到现代实验方法,进行全视角全方位的研究和探索,为达到最终控制结核病提供理想手段。

参考文献

[1] 庄玉辉.加强结核病实验诊断技术的临床应用研究.中华检验医学杂志,2001,24:69-70.

[2] 勒小红、刘元东、苗 青。结核分枝杆菌耐药基因突变的研究。中华检验医学杂志,2004。27:117-117.

[3] Englund S.Bolske G,Ballagi-pordny A,et al,Detection of Mycobacterium avium Subsp.patatuberculosis in tissue sample by single.fluorescent and nested PCR based on theIS9100 gene.Vet Microbiol,2001,81:257-271.

分子生物学技术篇5

2.1 同工酶电泳技术

同工酶作为基因产物的蛋白质，其结构的多样性在一定程度上反映出不同种群在不同污染历史条件下分化进化上DNA组成和生物体遗传多样性。同工酶之所以作为分化进化的重要研究对象，首先是因为它在品种间有丰富的多样性。目前一半以上的酶类存在同工酶类。其次，同工酶易于检测出。同工酶虽然由单拷贝基因编码，但通过酶染色放大作用同样易于检测出。

等位酶作为一种特殊形式的同工酶，它由一个基因位点、不同等位基因编码。根据等位酶谱带的遗传分析确定出每种等位基因在居群中的频率，从而计算出它们的遗传相似度或遗传距离，再根据遗传距离分析植物对污染的适应过程中遗传结构变化，依据分子钟进化理论计算出遗传进化的理论时间，从而评估污染对植物进化影响的速度和强度[8、14]。目前的研究结果表明，经历污染时间越长，居群间的遗传相似系数就越小[5，14，21]

Mejnartowicz[24]利用同工酶技术发现受氟化物、SO2污染的苏格兰松F1代某些基因和基因型大为减少，Muller-Starck等[22]利用同工酶技术研究表明欧洲山毛榉同工酶平均每个位点基因数目随污染而下降，Scholz等[23]检测了挪威云杉对SO2敏感性各不相同的一系列无性系的若干同工酶位点，也证明一定量的遗传信息有因污染而丧失的危险性[20-22]。但是，由于种群杂合性影响，某些同工酶分析显示了相互矛盾的结果， 这表明同工酶技术所揭示的与污染胁迫的植物遗传变异的复杂性[3、15、21、25]。

2.2 RFLP技术

RFLP(Restriction Fragment Length Polymorphisma，限制性内切酶片段长度多态性)作为第一代分子生物学标记自问世以来已广泛运用于多门生物学科研究中，但它运用于植物抗性研究还只是近几年的事。RFLP能对植物的抗性基因进行定位和分离，利用RFLP技术，对于核基因组或叶绿体基因组、尤其是后者，若能提取纯净DNA，则可直接从酶切后的电泳图谱看出其多态性，利用这一方法可以测定种群内、种群间不同水平的物种在污染环境下抗性分化进化水平上的差异。

与核酸序列分析相比，RFLP可省去序列分析中许多非常繁琐工序，但相对RAPD 而言，RFLP方法更费时、费力，需要进行DNA多种酶切、转膜以及探针的制备等多个步骤，仅对基因组单拷贝序列进行鉴定。但RFLP又有比RAPD优越之处， 它可以用来测定多态性是由父本还是母本产生的，也可用来测定由多态性产生的突变类型究竟是由碱基突变或倒位、 还是由缺失、插入造成的[26]。

2.3 PCR技术

PCR(Ploymerase Chain Reactions，聚合酶链式反应)自80年代中期问世以来，以其快速、简便、灵敏、特异等特点受到分子生物学界极大青睐，已广泛用于基因工程、临床检验、环境生物监测以及进化生态学中核酸水平的基因多态性等研究领域。

PCR由高温变性、低温退火（复性）及适温延伸三部反应构成一个扩增循环，使目的DNA片段得以迅速扩增。这一技术能选择性富集一个特异DNA序列，并成106扩增。PCR 扩增技术与RFLP结合使用其用途更为广泛，PCR技术主要优点有：①PCR与DNA测序结合，扩增后无需再克隆，纯化即可直接测序。②可扩增一个只知基因一侧或两侧碱基序列的基因。 ③可进行DNA多种突变的测定，如碱基互换、缺失、插入型突变[16]。PCR 近几年已逐渐引入到植物抗污染进化研究领域中，并表现出强大的应用潜力。

2.4 RAPD技术

1990年Williams和Welsh等[27、28]运用随机扩增寻找多态性DNA片段作为分子标记， 并将此法命名为RAPD法(Random Amplified Polymorphism DNA，随机扩增多态性DNA) 。尽管RAPD技术诞生时间不长，但由于其独到的DNA 多态性及快速和比PCR更简便等特点，使它成为基因组遗传图谱构建；基因定位及进化生态学研究中最为重要手段之一。

RAPD与PCR、RFLP、DNA指纹图技术相比，它有如下特点：①RAPD 技术可在对受试物种缺乏任何分子生物学研究背景下，直接对基因组进行多态性分析。②操作简单；一次 RAPD扩增实际就是一次简单的PCR反应，适合大量的样本快速分析。③所需模板DNA量极少； 一般一次扩增只需10-50ngDNA，这对于濒危动植物的基因组分析是十分有效的[27、29-31]。④与RFLP相比，RAPD可免去探针克隆与分离过程，不需进行DNA序列分析。⑤RAPD同时适用于基因组的单拷贝区域或重复序列区。

RAPD在植物抗污染进化研究中具有重大推动作用。利用RAPD 分析矿区不同重金属污染历史下作物DNA结构多样性，从中可试图找到对重金属污染具有抗性的DNA片段或基因组。这些研究虽然在国内外刚刚起步，但这些工作直接从分子水平上分析污染条件下种群遗传结构上的分化进化，在理论上具有广阔的研究前景和意义。

2.5 核酸序列测定

核酸序列测定包括DNA和RNA序列的测定。由于rRNA基因较保守，因此分子生物学中更重视rRNA基因的测定。在植物抗污染进化研究中主要运用叶绿体4.5SrRNA、5SrRNA 及胞质5SrRNA基因，然而，核酸序列的测定在植物抗性分化进化研究中尚未见报导， 此项技术在实际操作和运用上还有待于进一步完善。

分子生物学技术篇6

[关键词] 中药学研究生；分子生物技术；知识结构；医学教育

[中图分类号] G643 [文献标识码] C [文章编号] 1674-4721（2012）02（c）-0153-02

Improve the knowledge structure of graduates by strengthening the study of molecular biotechnology

WANG Lili DAI Liping CHEN Suiqing

Pharmacy College of Henan University of TCM, Zhengzhou 450008, China

[Abstract] In order to improve the knowledge structure, research and innovation ability of graduates who major in traditional Chinese medicine, a variety of ways and means were performed to enhance their study in molecular biotechnology, these ways include basic theory strengthening, experimental ability training, cooperation with enterprise etc..

[Key words] Graduate; Molecular biotechnology; Knowledge structure; Medical education

几千年来，中医药已形成独特的、系统的医药学理论，其中，中药学传统理论是中药体系中不可或缺的重要组成部分，是中药学教育的核心体系。但是如果我国的医药教育尤其是中药研究生教育仍停留在传统的中药学知识教育的层面上，将会面临知识结构落伍的困境。目前，大量在读硕士研究生已逐渐成为中药科技创新体系中的生力军，因此，研究生教育关系到国家自主创新能力的提升，意义重大[1]。当今分子生物技术、基因工程技术的发展日新月异，为中药的发展增添了新的驱动力。以中药材为例，分子生物技术在中药栽培、育种，建立动植物基因库，稀缺天然成分的转化，贵重药材的分子鉴别，药材的种质资源研究等方面取得了重大进展。因此，加强对现代分子生物学技术的研究，从基因水平上对中药材进行分析和鉴别，是现代研究生需要掌握的一项基本技能。在《中国药典》2010年版中已经收载了蕲蛇和乌梢蛇的聚合酶链式（PCR）的鉴别方法[2]，由此可见，生物技术已经成为中药研究生教育的必修课。为了培养和促进研究生对现代生物技术的掌握，本研究室为中药学专业研究生开辟了多条途径，以期能够完善其知识结构，提高其科研能力和水平。

1 加强基础生物学课程的学习

由长期在科研和教学一线工作的教师来进行《现代生物技术》、《分子生药学》和《生物工程技术概论》等基础课程的讲授，注重基础理论知识和基本理论的讲解。由于生物技术发展迅速，时效性较强，任课教师应及时查阅国内外该学科的新进展、新技术、新方法，并对这些新技术、新方法进行大致分析与介绍，突出其在中药研究中的意义，尽可能使课程内容与最新的前沿研究同步，使研究生尽可能接触最新的研究进展，拓宽科研思路。同时，本学科的发展和分子生物技术的结合应该作为重点内容来讲述。以中药质量标准为例，分子生物学手段特别是DNA分子遗传标记技术，可从分子水平鉴别药材主流品种及其种下等级的遗传背景差异，为生药品种标准化提供先进可行的方法和稳定可靠的标准，进而为中药质量标准规范化奠定坚实的基础。近年分子诊断技术也广泛应用于生药的鉴别中，限制性片段长度多态性（RFLP）分析、随机扩展多态性DNA（RAPD）分析、扩增片段长度多态性（AFLP）技术等的出现，为生药的鉴别特别是贵重药材的鉴别提供了分子水平的依据。与此同时，应该培养研究生的阅读能力，为其介绍国内外一流的分子医药学期刊及网站，加强其文献检索的能力，扩大其眼界和知识面。

2 通过多种途径，培养研究生的动手能力

动手能力是科研能力的重要保证之一，是实验研究能力和实验创新能力的基础。为了提高研究生的实际操作能力，使研究生在理论学习阶段提前进入实验室进行实际操作训练。本校中药学实验室开展了分子中药鉴定、细胞培养等多个方向的研究生课题，使研究生在学习理论知识的同时，了解PCR扩增、蛋白质电泳、植物愈伤组织培养、细胞培养等的基本原理和操作规程，从而提高理论和实际动手能力，在实际操作中，发现问题，解决问题，提高科研能力和水平。以PCR扩增为例，首先需要了解微量移液器、PCR扩增仪等仪器的使用方法，该实验实际操作过程繁琐，试剂种类较多，试剂量是以微升进行计量，加入量有时肉眼难以看到，对操作者要求较高。因此，必须对研究生进行实验操作规程和技能的训练，培养其观察和分析问题的能力，使其能够独立解决实验过程中出现的异常现象和问题，增强科研实践和创新能力。

3 加强与外单位科研院所合作交流

定期选派研究生赴中国医学科学院等合作单位进行中药生物工程技术方面的学习与交流，鼓励和支持研究生参加高水平学术交流活动，为研究生提供更多更优质的创新平台与机会。充分利用校外优质资源， 扩大学校与政府、科研院所、企事业单位的研究生联合培养，加强教育科研资源的整合，科学发挥科研中心的高层次教育功能，加强与生物医药公司的合作，形成产、学、研一条龙，共同培养中药行业需求的高层次应用型、复合型人才。

4 组织研究生到生物制药企业、农业生物园区等参观见习

为了使研究生加深对生物药品生产过程的了解，应该组织研究生到生物制药企业进行参观见习，提供企业和研究生深层次交流的机会。通过这样的交流，研究生可以更多的了解企业需求，针对企业生产过程中需要的知识进行学习调整，使研究生明确如何适应企业要求找到适合自己的岗位，为以后顺利就业打下基础。企业也可以把技术革新等方面的需求反映给研究生，增强研究生的创新实践能力，为其研究思路指明方向。通过参观学习，可以开拓研究生的思维，刺激其学习兴趣，增强其在实用技术方面创新的能力。这样既增加研究生的就业机会，也使企业得到充足的人才储备，达到校企双赢。

研究生学习阶段的一个重要任务就是拓宽研究视野，结合自己的研究方向及时更新和调整知识结构，及时把握本学科发展的大致方向与研究方法。随着现代生物工程技术的发展，一批新兴的交叉学科应运而生，中药的研究也面临着诸多挑战[3-4]，生物工程技术发展使中药栽培、中药鉴别等达到了分子及细胞水平，因此，加强分子生物技术的学习，对中药学研究生知识结构的构建有着重大意义。

[参考文献]

[1] 段文卓，孙宏伟. 提高普通高校研究生培养质量方法初探[J]. 中国高等医学教育，2010（10）：108.

[2] 国家药典委员会. 中华人民共和国药典[M]. 北京：中国医药科技出版社，2010.

[3] 肖培根，王永炎. 加速中药研究的创新步伐[J]. 中国中药杂志，2010， 35（16）：1047.

分子生物学技术篇7

关键词：田径；推铅球；生物力学

中图分类号：G824.1 文献标识码：A 文章编号：1007―3612(2007)03―0404―03

现代推铅球技术是在投掷圈内从静止姿势背对投掷方向开始，通过滑步或旋转后将铅球推出的过程。铅球的飞行远度主要是由铅球的出手速度、出手角度和出手高度决定的，其中出手速度起着决定作用，而铅球的出手速度又是身体各环节协调用力的结果，因此研究投掷过程中人体各环节和铅球的速度变化特征，找出其内在规律，对指导教学与训练有着重要的现实意义。

1　研究对象与方法

1.1研究方法　以参加2006年全国田径大奖赛肇庆站男子铅球比赛的冠军庞侨韬琳(以下简称庞)和广州体育学院运动员李富(以下简称李)为研究对象，二人均为右手持球，采用背向滑步推铅球技术，其中庞的身高188 cm，体重115 kg，本次比赛最好成绩17.02 m，李的身高193 cm，体重115 kg，本次比赛最好成绩14.13 m。

1.2研究方法

1.2.1影像解析法　采用日本NAC牌高速摄像机在比赛现场从投掷方向正侧面进行平面定点定焦拍摄，拍摄频率为250帧，s，拍摄距离为12 m，机高1.2 m，比赛后拍摄标尺完整图像，采用APAS System对运动员的最好成绩进行图像解析，对采集的数据使用数字滤波法进行数据平滑。

1.2.2文献资料法　本研究从中国期刊网上搜索查寻了13种体育类核心期刊(从1994―2005年)、中国期刊全文数据库(从1980―1993年)以及中国优秀博硕士学位论文全文数据库中有关铅球训练与技术分析的文献50余篇，并进行了分析研究。

为了便于分析，本文将推铅球的技术动作分为四个时相：滑步开始右脚离地瞬间(t1)、滑步结束右脚着地瞬间(t2)、左脚着地瞬间(t3)、铅球出手瞬间(t4)，其中可分为三个阶段：滑步阶段(t1―t2)、过渡阶段(t2―t3)、最后用力阶段(t3―t4)。

2　结果与分析

在本次比赛中，庞在推出17.02 m的成绩时，铅球的出手速度为12.40 m/s，出手角度为40.60，出手高度为2.47 m。李在推出14.13 m的成绩时，铅球的出手速度为10.80 m/s，出手角度为37.3°，出手高度为2.54 m。

2.1人体重心和铅球重心速度的变化在　图1和图2中给出的分别是两名运动员从t1至t4时相人体重心的速度和铅球的速度，其中曲线上第一个涂黑的标志点的时间为t2，第二个标志点的时间为t3，由于李的t3出现在t2之前0.008 s，故没有标出。从图1中可以看出，庞和李两人的身体重心速度在腾空阶段出现明显下降，但在t2时刻前又有所上升，但李的上升幅度更大，经查看图像，是由于李的躯干抬起幅度较大所致，这对于保持超越器械和工作距离是不利的。在图1中，庞的身体重心速度在t2―t3时段内略有下降，在t3之后即有较大的上升，持续时间达0.036 s，说明身体有向前上方的加速运动，随之身体重心的速度大幅度的快速下降，说明左腿制动性的支撑动作强而有力。与庞有所不同的是，李的左脚在右脚着地前0.008 s时着地(这在优秀运动员中极为罕见)，尽管落地速度较快，但在较长时间内身体重心的速度持续下降，没有出现向前上方的加速运动，说明李的双腿没有及时发力，较长时间处于缓冲阶段，这对于髋部的及时加速和利用滑步的速度显然是不利的，也说明左脚过早着地并一定能提高用力的效果。

从图2中可以看出，李的铅球速度在双脚着地后有所下降，虽然速度上升的拐点出现较早，但速度增长的持续时间较短，在铅球出手前，铅球的速度增加较缓，经过观察录像可知，主要是因为李的用力顺序不正确，躯干过早转向投掷方向运动所致。虽然庞的铅球速度增长拐点出现较晚，但持续增长的时间较长，最后达到了较大的出手速度。

2.2身体右侧环节的速度变化 在图3和图4中显示的是庞和李从左脚落地瞬间至铅球出手瞬间身体右侧环节的速度变化，并可间接反映有关环节的肌群的用力情况。从图3中可见庞的右髋先加速达到峰值，随后其速度逐渐下降，然后是右肩、右肘和右腕速度快速上升同时达到峰值，其后是右手的速度达到峰值，在O.040 s之后铅球的速度达到峰值，这是值得注意的。从图4中可以看出，李在最后用力过程中肘关节的速度峰值再现在肩关节的速度峰值之前，因而其速度的增量不大，影响了投掷效果，也不符合人体运动链自下而上逐渐加速进行动量传递的原理，是一个错误的动作。

为了详细分析庞李两人在最后用力时身体各环节速度变化情况，在图5中画出了他们两人自左脚落地瞬间至铅球出手瞬间胸部的速度曲线。

从图5中可以看出，李在左脚落地后胸部即有较高的速度，但随即速度下降至较低水平，庞的胸部速度峰值出现稍晚，存在‘延迟用力’的现象，但却达到了较大的速度峰值。这。说明在左脚落地后胸部过早加速不但不会提高最后的铅球出手速度和增加用力效果，反而会破坏用力的结构，给最后用力带来负面影响。从图5中还可见到，两人的胸部速度曲线都存在双峰型的情况，而且第一峰值速度大于第二峰值。庞的胸部速度曲线出现了时间短而峰值高的特征，李的曲线延续时间较长但较低平。两人胸部速度曲线说明，他们的躯干动作有很大区别：庞的躯干动作表现为以髋部为起点的鞭打动作，时间短而增速快，在动作之后速度急速下降；李的胸部动作时间长，增速少而慢，鞭打动作特性表现不突出。

为了详细观察两名运动员的身体环节速度变化情况，按顺序列出了两人投掷时身体环节的峰值速度和出现时间。从表中可见，运动员肩关节的峰值速度比髋关节的峰值速度增加了一倍以上，肘关节的峰值速度比肩关节的峰值速度也有较大增加，但腕关节的峰值速度与肘关节的差异很小，手的峰值速度比腕的速度有所增加，铅球的峰值速度与手的峰值速度相比略有增加而且时间稍迟。

庞、李的身体环节峰值速度基本上呈现出依次递增的规律，其中庞在肘关节处的速度增量最大，增幅达到5.0 m/s，李的肩关节速度增量最大，增幅达到4.5 m/s，且其肩的峰值速度明显大于庞的峰值速度；经观察比赛录像得知，李在最后用力的过程中，躯干向前的幅度较大，时间较长，使处于躯干上端的右肩的速度增加明显，但由于肩带肌肉未能及时发力使上臂前伸，影响了肘关节的速度，并最终影响了铅球的出手速度。

对两位选手最后用力时身体主要环节峰值速度的大小和出现的时间进行分析，表明上述参数可以作为评价推铅球最后用力效果的具体指标。为了更详细的了解身体各环节速度变化的基本规律，我们以最后用力时髋关节的峰值速度为基准点，自下而上算出身体其它环节和铅球峰值速度的增加比例，按下列公式将之换算成为环节峰值速度递增系数，具体计算公式如下：

环节峰值速度递增系数＝(Vmax2－Vmax1)/Vmax1×100％

其中Vmax1表示前一个环节的峰值速度，Vmax2表示该环节的峰值速度。

3　结论与建议

1)水平较高的铅球运动员身体重心速度在过渡阶段呈现出基本保持或略有下降的态势，在最后用力阶段的开始较短时间内快速上升，随即快速大幅度下降。

2)铅球运动员推铅球时，按照自下而上的用力顺序和一定的时间间隔进行投掷，但庞在投掷时呈现出胸部和右肩、右肘的峰值速度在左脚落地后0.184 s同时出现的特点，腕关节和肘关节的峰值速度相比差别很小，未出现加速现象，但出现时间稍晚，两名运动员的手的峰值速度比腕和肘关节增加了10％以上。

分子生物学技术篇8

纳米技术分为三种概念：

1、是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的纳米技术还未取得重大进展。

2、把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。

分子生物学技术篇9

【关键词】 光电子技术 光医学 光保健 学科现状 发展趋势

一 引言

生物医学光学与光子学是光学或者说光子学现展的一个分支学科。由于光学与光子学是具有极强应用背景的学科，所以“生物医学光子技术”这一多学科交叉的新兴研究领域在20世纪末叶也随之应运而生。

激光技术作为一项重大的科技成就，为研究生命科技和疾病的发生、发展开辟了新的途径，为保健和临床诊疗提供了崭新的手段,推动人类科学技术进入新的发展阶段。

可以把与光的产生、传播、操纵、探测和利用有关的物理现象和技术包括在内的科学及工程笼统地简称为光学。用光学最广的含义来概括各研究领域及其相关交叉分支时必然包括了激光和光电子技术。运用光学及其技术研究光与人体组织的相互作用问题可归之于“组织光学”范畴。它是研究光辐射能量在生物组织体内的传播规律以及有关组织光学特性的测量方法的一门新兴交叉学科，是光医学（光诊断和光治疗）的理论基础。经过40多年的发展，激光与光电子技术在人类的保健、医疗以及生命科学中产生了很大影响。

在医学领域，光电子技术使各种新疗法，包括从激光心脏手术到用光学图像系统的关节内窥镜进行微损膝关节修复等，成为可能或得以实现。目前，科学家们正致力于研究光学技术在非侵入式诊断和检测上的应用，如乳腺癌的早期探查、糖尿病患者葡萄糖的“无针”监控等。激光在医学上的最早应用虽然集中在治疗方面，然而在80年代初期起便开始了光诊断技术的探索。指望无损害地获得诊断信息是这些研究的驱动力之一，其中在物理学中高度发展的光谱技术有望在诊断医学中得到应用。利用光纤把光传输到身体内部的能力，可以完成膀胱、结肠和肺等器官的检查。随着医学诊断方法向无损化方向发展，利用光电子学技术对组织体进行鉴别和诊断，有可能更早期、更精确地诊断各种疾病。近年来，人们开始把这种诊断方法称之为“光活检”。

随着现代医学模式的转变、健康概念的更新以及人民生活水平的提高，从20世纪80年代后期起，“激光美容术”在世界各地包括在我国各大城市逐渐地开展。保健美容是光电子技术应用越来越活跃的领域。激光技术应用于美容外科的起步较早，使得一些在美容整形外科很棘手的疾病，如太田痣、血管瘤等治疗变得简易有效。到20世纪末，人们又开发了一种称为光子嫩肤术的新美容技术。它基于选择性的光热解作用，有效地改善肌肤的质地和弹性，达到美容的效果。之所以用激光或强脉冲光进行非消融性的嫩肤或治疗越来越流行，是因为这类手术具有无损、不必住院、几乎无副作用和无疼痛，从而使受术者容易接受的优点。

国家自然科学基金委员会先后二次在“光子学与光子技术”以及“生物医学光学”优先资助领域战略研究报告中分别指出：近年来生物医学光学与光子学的迅猛兴起，令人瞩目，并因而引发出一门新兴的学科－生物医学光子学（Biomedophotonics）。研究报告选定了近期优先研究领域包括生物光子学、医学光子学基础研究、医学临床的光学诊断和激光医学中的重要课题等诸方面。

福建师范大学在1974年成立了“医用激光及其应用技术”研究组，以激光与光电子技术为基础，围绕激光医学应用的核心技术开展研究与开发。至二十世纪九十年代，跟随该领域的国际走向，转入激光医学技术的基础理论研究工作，在国内率先开展了生物组织光学与光剂量学的研究。伴随研究工作的深入开展，逐步形成了我们有特色的若干前沿研究方向，并于2005年获准立项建设医学光电科学与技术教育部重点实验室。

二 国内外现状

光学在生命科学中的应用，在经历了一个缓慢的发展阶段后，由于激光与新颖的光子技术的介入，进入了一个迅速发展的新阶段。与光学有关的技术冲击着人类健康领域，正在改变着药物疗法和常规手术的实施手段，并为医疗诊断提供了革命性的新方法。特别在近十多年来，与蓬勃的学术研究活动相对应，国际上出现了专门的研究性学术杂志，如：Laurin 出版公司于1991年发行了“Bio-Photonics”新杂志。美国光学学会重要的会刊之一“Applied Optics”也于1996年将其“Optical Technology”栏目扩充为“ Optical Technology and Biomedical Optics”，并定期出版有关生物医学光学的论文专集。SPIE亦于1996年创办了期刊Journal of Biomedical Optics，且声誉日隆。到2004年，该刊的SCI影响因子已达3.541。当前，发达国家普遍对生物医学光子学学科给予了高度重视。例如，在美国国家卫生研究院（NIH）新成立的国家生物医学影像与生物工程研究所（NIBIB）中，生物医学光子学也成为其主要资助的领域。近三年中，美国NIH已经召开过4次研讨会，认为新的在体生物光子学方法可用于癌症和其它疾病的早期检测、诊断和治疗。新一代的在体光学成像技术正处在从实验室转向癌症临床应用的重要时刻。在NIH的支持下，美国国家癌症研究所（NCI）正在计划5年投资1800万美元，招标建立“在体光学成像和/或光谱技术转化研究网络（NTROI）”，其研究内容主要包括：光学成像对比度的产生机理、在体光学成像技术与方法、临床监测、新光学成像方法的验证、系统研制与集成等五个方面。2000年底，在美国NIBIB的首批支持项目中，光学成像方法约占30%。2000年7月，美国NIH投资2000万美元，开展小动物成像方法项目（SAIRPs）研究，受到生命科学界的高度关注，其中光学成像方法是研究重点之一。美国国家科学基金会（NSF）在2000-2002年了4次关于生物医学光子学研究（Biophotonics Partnership Initiative）的招标指南。“9.11”事件后，美国国防部启动了“应激状态下的认知活动”(Cognition under stress)项目，采用的研究方法就是光学成像技术。美国加州大学Davis分校于2002年10月宣布：未来10年内，将投资5200万美元建立生物医学光子学科学技术中心（The Center for Biophotonics Science and Technology），其中4000万美元由NSF支持。在学术交流活动方面，国际光学界规模最大西部光子学会议（Photonics West）上，每年的四个大分会之一即是生物医学光学会议（BiOS），论文均超过大会总数的三分之一，如，2003年关于BiOS的专题为19个，占整个会议的19/52=36.5%；2004年，IBOS会议专题为20个，占整个会议的20/55=36.4%。另外，每年还召开欧洲生物医学光子学会议。除疾病早期诊断、生理参数监测外，在基因表达、蛋白质―蛋白质相互作用、新药研发和药效评价等研究中，特别是近年来的Science, Nature, PNAS等国际权威刊物发表的论文表明，光子学技术也正在发挥至关重要的作用。在某些领域，如眼科，光学和激光技术已成熟地应用于临床实践。激光还使治疗肾结石和皮肤病的新疗法得以实现，并以最小的无损或微损疗法代替外科手术，如膝关节的修复。现在，用激光技术和光激励的药物相结合可治好某些癌症。以光学诊断技术为基础的流动血细胞测量仪可用于监测爱滋病患者体内的病毒携带量。还有一些光学技术正处于无损医学应用的试验阶段，包括控制糖尿病所进行的无损血糖监测和乳腺癌的早期诊断等。光学技术还为生物学研究提供了新的手段，如人体内部造影、测量、分析和处理等。共焦激光扫描显微镜能将详细的生物结构的三维图象展现出来，在亚细胞层次监测化学组成和蛋白质相互作用空间和时间特征。以双光子激发荧光技术为代表的非线性成像方法，不仅可以改善荧光成像方法的探测深度、降低对生物体的损伤，而且还开辟了在细胞内进行高度定位的光化学疗法。近场技术将分辨率提高到衍射极限以上，可以探测细胞膜上生物分子的相互作用、离子通道等等。激光器已成为确定DNA化学结构排序系统的关键组成部分。光学在生物技术方面的其它应用还包括采用“DNA芯片”的高级复杂系统，和采用传输探针的简单系统。激光钳提供了一种在显微镜下方能看见的一种新奇的、前所未有的操作方法，能够在生物环境中实现细胞或微观粒子的操纵与控制，或在10-12m范围内实现力学参数的测量。结合光子学和纳米技术已经可以探测细胞机械活动，揭示细胞水平上隐秘的生命过程，利用纳米器件甚至可以检测和操纵原子和分子，这可以应用在细胞水平的医学领域。高技术的进步，如：微芯片极大地加速了生物光子学的发展进程。集成电路、传感器元件和相连电路的小型化、集成化促使在体和体外测量分子、组织和器官图像成为可能。许多生物医学光子学技术已经在临床上应用于早期疾病监测或生理参量的测量，如血压，血液化学，pH，温度，或测量病理生物体或临床上有重要意义的生化物种的存在与否。描述不同光谱特性（如荧光，散射，反射和光学相干成像）的各种光学概念出现在功能成像的重要领域。从大脑到窦体再到腹部，精确导位和追踪，对于精确定位医疗仪器在三维手术空间的位置具有重要的作用。基于分子探针的光子技术可以识别发生疾病时产生的分子报警，将真正实现令人激动的、个人的、分子水平的医学。

我国的研究基础与条件虽然相对落后，研究投入不足，但生物医学光子学是一门正在兴起和不断发展的学科，在这一新兴交叉学科上国内外处于一个起跑线上。近年来，在国家自然科学基金委、省部委以及其它基金项目的资助下，我国在生物医学光子学的研究中取得了很大的进展，尤其是2000年第152次主题为 “生物医学光子学与医学成像若干前沿问题”、第217次主题为“生物分子光子学”的香山会议后，有许多学校和科研单位开展了生物医学光子学的研究工作，并初步建成了几个具有代表性的、具有自己研究特色和明确科研方向的研究机构或实验室，并在生物医学光学成像（如OCT、光声光谱成像、双光子激发荧光成像、二次谐波成像、光学层析成像等）、组织光学理论及光子医学诊断、分子光子学（包括成像与分析）、生物医学光谱、X射线相衬成像、光学功能成像、认知光学成像、PDT光剂量学、高时空谱探测技术及仪器研究等方面取得了显著的研究成果。发表了许多研究论文，申请了许多发明专利，有些已经获得产业化。国家自然科学基金委员会生命科学部与信息科学部联合发起并承办的全国光子生物学与光子医学学术研讨会已经举办了六届。这对我国生物医学光子学学科的发展起到了积极的推动作用。在我国近年所召开的亚太地区光子学会议中，有关生物医学光子学的内容已大幅增加，成为主要的研讨专题。我国的生物医学光子学研究和学术活动也方兴未艾，呈现与国际同步的态势。在基础研究、应用基础研究以及对新技术的掌握方面跟踪国际先进水平，但国内科研经费的投入相对较小，科研队伍规模不大，原创性的科研成果与国外有较大差距。和国外的发展水平相比，我国的生物医学光子学发展还存在以下问题：

（1）尽管从事生物医学光子学的科研单位很多，但取得突破性、创新性的研究成果很少，主要是由于我们的科研队伍在组织、组成上还不合理，过于分散、开展的内容繁杂，难以将有限的资金投入到一些有利于国计民生的及上水平的研究方向上；另外许多单位的研究重复，缺乏合作，导致水平低下；

（2）和国外相比，研究经费无论在绝对值还是相对值上均投入十分不够；

（3）缺乏研究成果产业化的引导机制。

三 医学光电科学与技术（福建师范大学）教育部重点实验室概况

“医学光电科学与技术”教育部重点实验室设立于福建师范大学物理与光电信息科技学院（激光与光电子技术研究所）内，作为本学科开展科研研究和实施建设与发展的一个基础平台。实验室已有30年发展历史，1973年成立福建师范学院物理系激光实验室，1984年成为福建师范大学激光研究所实验室，1995年为福建省首期211重点学科《应用光子学》学科实验室，2003年5月26日经福建省科技厅批准成立“光子技术福建省重点实验室”，2005年7月28日经教育部批准立项建设教育部重点实验室。实验室座落于福建师范大学长安山校园内。

30年多来，实验室在生物组织光学、医学光谱与光学成像技术、光诊断及光诊疗技术、信息技术光学及其生物医学应用等四个主要方向上努力开拓，承担并完成了数十项国家与省部重点、重大项目课题，取得一批代表我国本领域研究水平的科研成果，其中十五以来获省部级科技进步一等奖1项，二等奖2项，三等奖2项，其它省级以上奖励12项。在国内外重要刊物发表的论文以及被SCI、EI收录的论文均超过100篇。

实验室目前承担着国家与省级重要课题50余项，科研经费超过2000万元。其中国家自然科学基金项目11项，国家教育部、科技部、卫生部项目9项，福建省科技重大专项1项，其它省级重要项目近30项。

中科院半导体研究所原所长王启明院士任重点实验室学术委员会主任，副主任由黄尚廉院士和谢树森教授担任。另有九位国内外著名的激光、光电子与医学学科交叉的院士、专家或资深教授担任委员，其中海外委员两人。他们规划、指导并检查本学科实验室的建设与发展。

重点实验室主要学术带头人、实验室学术委员会常务副主任谢树森教授是中国光学学会副理事长、福建省光学学会理事长、国家有突出贡献的中青年专家、光学工程专业博导、全国劳动模范，是我国医学光电科学与技术领域的学术带头人与开拓者。实验室主任陈荣教授、副主任李晖教授均为国务院特殊津贴专家，实验室常务副主任陈建新教授来自于北京大学的优秀博士后研究员。重点实验室拥有稳定的可持续开展高水平科研的学术梯队，其中的中青年学术带头人或学术骨干包括1位闽江学者特聘教授、1位福建师范大学特聘教授、3位国务院特殊津贴专家、2位全国优秀教师、2位福建省优秀教师和15位博士。

重点实验室与国内外学术界建立了并保持着广泛的联系。重点实验室已设立面向国内外的开放课题基金。已批准并实施来自浙江大学、厦门大学、上海光机所、西安交通大学、华南师范大学、天津医科大学、上海市激光医学研究中心等单位知名学者的开放课题。

重点实验室已具备良好的科研软硬件环境。现有面积近5000平方米，仪器设备原值2500多万元。重点实验室各项管理制度健全。

“医学光电科学与技术”重点实验室，在我国现代科学技术领域特色鲜明，在我国相关学科处于领头地位，有较大影响。重点实验室建设将有力促进福建省科技创新能力建设，促使福建师范大学迅速向高水平、有特色、开放型的综合性大学迈进。同时，重点实验室的建设与发展将有力促进我国医学光电科学与相关学科的发展，为广大民众的身心健康，为海峡西岸的科技、社会与经济发展做出重大贡献。

四 发展趋势和展望

光子学及其技术已广泛应用或渗透到生物科学和医学的诸多方面，被科学界所认同和重视。生物医学光学已经成为国际光学学科重要发展方向之一。生物医学光子学的发展，将为现代医学和生命科学带进崭新的时代。本学科的发展将继续体现了多学科交叉的特点，研究领域涉及到了生物学、医学、和光学，还有化学等不同大学科的方方面面。技术开发与临床应用研究的结合将越来越密切。一般认为，光学领域未来发展的重点是将各种复杂的光学系统和技术更加广泛地应用于保健和医疗。当今世界中,与光子学有关的技术冲击着人类对生命体的认知及人类健康领域。基于现代激光与光电子技术的生物医学光子学技术将为生命科学研究带来具有原始性创新的重要科研成果，并可望形成有重大社会影响和经济效益的产业。

在医学领域，光子学技术正在改变着药物疗法和常规手术的实施手段,并为医疗诊断提供了新方法。在某些领域,如眼科,光学和激光技术已成熟地应用于临床实践。激光还使治疗肾结石和皮肤病的新疗法得以实现,并以无损或微损疗法代替外科手术,如膝关节的修复。现在,用激光技术和光激励的药物相结合可治好某些癌症。以光学诊断技术为基础的流动血细胞测量仪可用于监测爱滋病患者体内的病毒携带量。还有一些光学技术正处于无损医学应用的试验阶段,包括控制糖尿病所进行的无损血糖监测和乳腺癌的早期诊断等。

在基础研究方面，研究重点在于从细胞，甚至是亚细胞尺度层次揭示病变组织与正常组织之间的差异，为新技术开发以及应用提供理论依据。另一方面，研究光与人体组织之间的相互作用以及所产生的光化学、光热和光机械效应。在技术的应用方面，研究重点转向比较各种技术中光源（相干光源/非相干光源、波长、功率密度、偏振性、连续/脉冲光源、脉冲持续时间等）和个体差异（年龄、性别、临床症状、发病史、发病时间等）对诊断或治疗结果的影响，在确定各种技术临床适应症的同时，进一步实用化各种技术。此外，还在不断开发新的实用于不同疾病的诊断、治疗和监测技术。

值得关注的是，国外从事“生物医学光学”领域研究的高校或研究机构中，来自大陆的中国学者的数量越来越多。这有助于使国内外的学术交流更加有效，并可以预期国内与国外在该领域的研究水平差距将不断缩小。

今后若干年内医学光电科技学科需关注的重大科学问题和优先研究领域如下：

（一）医学光子学基础

在组织光学方面，其中最主要的有光在组织体内传播的特殊方式、组织光学性质的描述以及有关实验技术的开发和完善等。组织光学是医学光子技术的理论基础。光在生物组织中的运动学（如光的传播）问题和动力学（如光的探测）问题是研究的主要内容，目的是要研究生物组织的光学性质和确定某靶位单位面积上的光能流率。应优先解决测量技术和实验精度的问题，利用近场光学显微技术、光镊技术测量活体组织的光学参量。在理论建模方面，建立生物组织中光的传输理论和数值模拟方法。具体开展的研究工作应包括：1）光在生物组织中传输理论：要用更复杂的理论来描述生物组织的光学性质以及光在其中的传播行为。建立准确的组织光学模型，使之能反映生物组织空间结构及其尺寸分布情况、组织各个部分的散射与吸收特性以及折射率在一定条件下的变化情况；改造传输方程，使之适应新的条件，并能在某些情况下求出光在生物组织中传输的基本性质。2）光传输的蒙特卡罗模拟：继续开发新的更为有效的算法以适应生物组织的多样性和复杂性的要求。除了了解光在组织中的分布，还在探索从大量数字模拟中得到生物组织中光的宏观分布与其光学性质基本参量之间的经验关系。另外，发展非稳态的光传输的蒙特卡罗模拟方法也是一个重要的研究方向，从中可以获得比稳态条件下更多的信息。

组织光学参数的测量方法和技术方面，尚未获得人体各种组织的可靠实验数据。发展和完善活体的无损检测尤为重要。在这方面，时间分辨率与频率分辨率的测量方法引人注目。

（二）医学光子学光谱诊断技术

医学光子学光谱（非成像）诊断技术实质上是利用从组织体反射、散射、发射出来的光，经过适当的放大、探测以及信号处理，来获取组织内部的病变信息，从而达到诊断疾病的目的。

生物组织的自体荧光与药物荧光光谱技术，内容涉及光敏剂的吸收谱、激发与发射荧光谱以及各种波长激光激发下正常组织与病变组织内源性荧光基团特征光谱等。现在人们所谓的特征荧光峰实际上只是卟啉分子的荧光峰。客观和科学地判断激光荧光光谱对肿瘤的诊断标准是十分必要的。目前，某些癌瘤的药物荧光诊断已进入临床试用，自体荧光的应用尚处于摸索之中。需要开展激光激发生物组织和细胞内物质的机理研究，探讨激光诱发组织自体荧光与癌组织病理类型的相关性以及新型光敏剂的荧光谱、荧光产额和最佳激发波长等方面的研究，以期获得极其稳定、可靠的特征数据，为诊断技术的发展提供科学依据。

近年来，拉曼光谱技术应用于医学中已显示出它在灵敏度、分辨率、无损伤等方面的优势。应开发并完善重要医学物质拉曼光谱数据库，并使基于拉曼光谱分析的小型、高效、适用于体表与体内的医用拉曼光谱仪和诊断仪将在医学临床获得更广泛的应用。

超快时间分辨光谱比稳态光谱在技术上更灵敏、更客观和更具有选择性。因此，将脉宽为ps、fs量级的超短激光脉冲光源用于医学受到广泛重视，其一，应发展超快时间分辨荧光光谱技术，用于测量生物组织及生物分子的荧光衰变时间，分析癌组织分子驰豫动力学性质等，为进一步研究自体荧光法诊断恶性肿瘤提供基础数据；其二，应发展超快时间分辨漫反射（透射）光谱技术。以时域的角度测量组织的漫反射，从而间接确定组织的光学特征。这是一种全新的、适用于活体的、无损和实时的测量方法，为确知光与生物组织的相互作用，解决医学光子学中基础测量问题开辟一条新径。

（三）医学光子学成像诊断技术

发展出具有无辐射损伤、高分辨率、非侵入、实时、安全的光子学成像诊断技术，并具有经济、小型、且能监测活体组织内部处于自然状态化学成分等特点的医疗诊断设备。主要的医学光子学成像诊断技术包括：

超快时间分辨成像技术：以超短脉冲激光作为光源，根据光脉冲在组织内传播时的时间分辨特性，使用门控技术分离出漫反射脉冲中未被散射的所谓早期光，进行成像。正在研究的典型时间门有条纹照相机、克尔门、电子全息等。

散射成像技术：包括光子密度波散射层析成像、组织深度光谱测量以及复合成像等，利用红外光源，光子密度波在生物组织中的穿透深度可达几个毫米，在低散射的人脑组织中甚至可达30mm。

红外热成像：红外热成像是利用红外探测器测量人体和动物的正常与病变组织的温度差异来诊断病变及其位置，现已在医学诊断中得到广泛的应用，如乳腺肿瘤的诊断。

光学相干层析成像技术：一种非侵入式无损成像技术，并且可以与显微镜、手持探针、内窥镜、医用导管、腹腔镜等相结合使用，从而具有广阔的应用领域。而且，OCT能进行众多功能成像，如分光镜OCT、多普勒OCT、偏振OCT：也可以与众多成像技术结合使用，如荧光、双光子、二次谐波成像等技术。

荧光寿命成像：受超短光脉冲激发后，荧光团，包括自体荧光团如NADH、FAD等和外源荧光团，如有机荧光染料、荧光蛋白等，所发出荧光的寿命取决于荧光团的分子种类及其所处的微环境，如pH、离子浓度（如Ca2+、Na+等）、氧压等，因此荧光寿命的测量和成像，有助于提供生物组织的功能信息。和内窥镜结合，可用于胃癌、食道癌等疾病的早期诊断，是一种很有前途的具有高灵敏度、高特异性以及高诊断准确性的早期癌症诊断方法。

光声作用成像：利用超声场在生物组织中的优良传输特性和激光在生物组织中的选择性吸收特性,将超声定位技术和光学高灵敏度检测技术结合,以实现无损伤临床医学的结构和功能层析诊断。预期成像深度远好于目前的光学成像方法,对于较厚生物组织成像及临床应用特别具有吸引力,可为及早发现一些特殊病变提供一种无损、有效、高准确度的方法。

非线性光学成像：双光子激发荧光显微成像、二次谐波等成像技术由于具有三维高空间分辨率，对比度高、对生物组织的损伤小等优点，研究工作重点是扩展成像技术在生物医学领域的应用范围，重点解决研制小型化内窥型诊断设备所面临的相关技术问题。

人体经络的光学表征及其调控功能：已经用不少事实证明了经脉循行路线的现象，也初步显示了人体体表沿十四经脉路线存在的红外辐射轨迹。然而，至今未能用西医的形态学或生理学方法证明它的存在，也不能明晰地阐明“经络”的实质。可以利用已发展的生物医学光子学诸多成像技术为工具，研究这个具有中国特色的中医学中的重大问题。

4.医用激光治疗技术（激光医学）

强激光治疗：是当前激光医学中最成熟和最重要的领域。随着新型医用激光器的不时出现，如：钛激光、铒激光、准分子激光等，强激光治疗技术的临床用途也逐渐增多，提出一些新的问题。关于这些新型激光器及新的工作方式对人体组织的作用特点的认识还相对不足，基本没有适合国人组织特性的治疗参数。为此需加强研究激光与生物组织间的作用关系，特别是在诸多有效疗法中已获得重要应用的激光与生物组织间的作用关系；研究不同激光参数（包括波长、功率密度、能量密度与运转方式等）对不同生物组织、人体器官组织及病变组织的作用关系，取得系统的数据，同时也有必要加强新型激光器及新的工作方式的临床适应证的研究。

低强度激光治疗：非热或低强度激光辐射可作为一种辅助治疗手段，其作用机理尚不清楚。对弱激光治疗机理的认识有待于整个基础医学的提高，如充分认识细胞基因表达与调控、细胞代谢的调控、免疫反应的调控等，同时还需研究不同弱激光剂量对这些调控的影响，这才能提高弱激光治疗的针对性和疗效。针对目前临床上盲目夸大疗效、照射剂量严重混乱的局面，建议重点扶持2-3个弱激光研究中心，集中财力与人力进行弱激光的细胞生物学效应研究；弱激光生物调节作用和细胞生物学现象（基因调控和细胞凋亡）的量效关系、弱激光镇痛的分子生物学机制以及弱激光与细胞免疫（抗菌、抗毒素、抗病毒等）的关系及其机制。寻求弱激光生物刺激效应的可能机制与量效关系；规范临床治疗参数与操作等。

光动力学治疗（PDT）是当前激光医学中最具活力且发展迅速的领域。光动力疗法具备了诊断和治疗肿瘤、心脑血管病等人类重大疾病的潜力。光动力疗法在鲜红斑痣、老年性眼底黄斑病变、某些顽固性皮肤病、类风湿性关节炎等常规手段难以奏效的良性疾病的治疗研究中取得一系列进展，并结合内镜技术的发展等，其应用领域得到很大的延伸和扩展。这些都说明发展光动力疗法具有重要的社会和经济效益。应当重点资助PDT相关产品的国产化，扶持新一代国产光敏剂的开发及相应激光器的产业化，资助新一代光敏剂光动力学治疗的机理研究。作用机理、光动力疗法各要素对光动力学效应的影响、建立数学模型、新型光敏剂光动力学效应的研究，为开拓光动力疗法新的应用领域取得系统的数据。

激光美容与光子嫩肤术：利用激光或强脉冲光照射皮肤后的选择性光热解效应，即靶组织（病灶）和正常组织对光的吸收率的差别，使激光在损伤靶组织的同时避免正常组织的损伤这一原则，达到去皱、去文身、脱毛和治疗各种皮肤病或达到美容的效果。

五 结论

医学光子学及其技术的学科发展，对生命科学有重要且积极的意义。在医学领域，将为解决长期困扰人类的疑难顽疾如心血管疾病和癌症的早期诊治提供可能性，从而提高人类的生存价值和意义，其中的重大突破将起到类似X射线和CT技术在人类文明进步史上的重要推动作用，在知识经济崛起的时代还可能产生和带动一批高新技术产业。

参考文献

〔1〕Michael I. Kulick. Lasers in Aesthetic Surgery. New York: Spring-Verlag,1998.（中译本：激光美容外科，叶青等译，福建科技出版社 2003.）.

〔2〕美国国家研究理事会编，上海应用物理研究中心译. 驾驭光：21世纪光科学与工程学, 上海：上海科学技术文献出版社，2001. 78-114.

〔3〕 谢树森，雷仕湛. 光子技术. 北京：科学出版社,2004. 266.

〔4〕国家自然科学基金委. 光子学与光子技术：国家自然科学基金优先资助领域战略研究报告. 北京: 高教出版社/海德堡，施普林格出版社, 1999. 96-114.

〔5〕Raloff, Janet, Optical biopsy hunts would-be cancers, Science news, 2001,159(14):214.

〔6〕 Kathy Kincade, Medicalwatch: Optical biopsy device nears commercial reality, Laser focus world, 2000.

〔7〕 Britton Chance, Mingzhen Chen and Gilwon Yoon, Editors, Optics in Health Care and Biomedical Optics: Diagnosis and Treatment, Proc.SPIE, 2002.

〔8〕R.R. Alfano, Advances in optical biopsy and optical mammography, Published by the New York Academy of Sciences, 1998.

〔9〕R.R. Anderson, J.A. Parrish, Science, 1983, 220:524-527.

〔10〕 谢树森，龚玮，李晖，光电子激光，2004，15（10）：1260-1262.

〔11〕 R. Christian, G. Barbel, etal, Lasers Srug Med,2003;, 32:78-87.

〔12〕范滇元 中国激光技术发展回顾与展望 《2000高技术发展报告》 2000.

〔13〕 世界激光医学发展简史 2004.

〔14〕 李兰 我国激光医学现状发展战略――问题与对策《科技日报》2002.07.

〔15〕 Wei Gong, Shusen Xie, Hui Li. Photorejuvenation:still not a fully established clinical tool for cosmetic treatment. ICO20: Biomedical Optics, Proc. of SPIE Vol. 6026, 602604, (2006).

〔16〕 Hongqin Yan, Shusen Xie, Hui Li et al. Optical imaging method.

课题组成员：

1.谢树森：教授、博士导师，中国光学学会副理事长，福建省光学学会理事长

2.李 晖：福建师范大学 医学光电科学与技术教育部重点实验室

3.陈 荣：福建师范大学 医学光电科学与技术教育部重点实验室

分子生物学技术篇10

摘要本文根据近期的文献资料，分析研究了目前国际海洋生物技术研究发展特点。重点领域及最新研究进展，展望对世纪海洋生物技术研究的发展趋势，并就我国海洋生物技术发展提出相应的建说。关键词海洋生物技术发展展望近10年来，由于海洋在沿海国家可持续发展中的战略地位日益突出，以及人类对海洋环境特殊性和海洋生物多样性特征的认识不断深入，海洋生物资源多层面的开发利用极大地促进了海洋生物技术研究与应用的迅速发展。1989年首届国际海洋生物技术大会（以下简称MPS大会）在日本召开时仅有几十人参加，而1997年第四届IMBC大会在意大利召开时参加入数达1000多人。现在IMBC会议已成为全球海洋生物技术发展的重要标志，出现了火红的局面。《IMBC2000》在澳大利亚刚刚开过，《IMBC2003》的筹备工作在日本已经开始，以色列为了举办们《IMBC2006》早早作了宣传，并争到了举办权。每3年一届的IMBC不仅吸引了众多高水平的专家学者前往展示与交流研究成果，探讨新的研究发展方向，同时也极大地推动了区域海洋生物技术研究的发展进程。在各大洲，先后成立了区域性学术交流组织，如亚太海洋生物技术学会、欧洲海洋生物技术学会和泛美海洋生物技术协会等。各国还组建了一批研究中心，其中比较著名的为美国马里兰大学海洋生物技术中心、加州大学圣地亚哥分校海洋生物技术和环境中心，康州大学海洋生物技术中心，挪威贝尔根大学海洋分子生物学国际研究中心和日本海洋生物技术研究所等。这些学术组织或研究中心不断举办各种专题研讨会或工作组会议研究讨论富有区域特色的海洋生物技术问题。1998年在欧洲海洋生物技术学会、日本海洋生物技术学会和泛美海洋生物技术协会的支持下，原《海洋生物技术杂志》与《分子海洋生物学和生物技术》合刊为《海洋生物技术》学报（以下简称MBT），现在它已成为一份具有权威性的国际刊物。海洋生物技术作为一个新的学科领域已明确被定义为“海洋生命的分子生物学如细胞生物学及其它的技术应用”。为了适应这种快速发展的形势，美国、日本、澳大利亚等发达国家先后制定了国家发展计划，把海洋生物技术研究确定为21世纪优先发展领域。1996年，中国也不失时机地将海洋生物技术纳入国家高技术研究发展计划（863计划），为今后的发展打下了基础。不言而喻，迄今海洋生物技术不仅成为海洋科学与生物技术交叉发展起来的全新研究领域，同时，也是21世纪世界各国科学技术发展的重要内容并将显示出强劲的发展势头和巨大应用潜力。1．发展特点表1和表2列出的资料大体反映了当前海洋生物技术研究发展的主要特点。1.1加强基础生物学研究是促进海洋生物技术研究发展的重要基石海洋生物技术涉及到海洋生物的分子生物学、细胞生物学、发育生物学、生殖生物学、遗传学、生物化学、微生物学，乃至生物多样性和海洋生态学等广泛内容，为了使其发展有一个坚实的基础，研究者非常重视相关的基础研究。在《IMBC2000》会议期间，当本文作者询问一位资深的与会者：本次会议的主要进步是什么？他毫不犹豫的回答：分子生物学水平的研究成果增多了。事实确实如此。近期的研究成果统计表明，海洋生物技术的基础研究更侧重于分子水平的研究，如基因表达、分子克隆、基因组学、分子标记、海洋生物分子、物质活性及其化合物等。这些具有导向性的基础研究，对今后的发展将有重要影。1.2推动传统产业是海洋生物技术应用的主要方面目前，应用海洋生物技术推动海洋产业发展主要聚焦在水产养殖和海洋天然产物开发两个方面，这也是海洋生物技术研究发展势头强劲。充满活力的原因所在。在水产养殖方面，提高重要养殖种类的繁殖、发育、生长和健康状况，特别是在培育品种的优良性状、提高抗病能力方面已取得令人鼓舞的进步，如转生长激素基因鱼的培育、贝类多倍体育苗、鱼类和甲壳类性别控制、疾病检测与防治、DNA疫苗和营养增强等；在海洋天然产物开发方面，利用生物技术的最新原理和方法开发分离海洋生物的活性物质、测定分子组成和结构及生物合成方式、检验生物活性等，已明显地促进了海洋新药、酶、高分子材料、诊断试剂等新一代生物制品和化学品的产业化开发。MBC大会研讨的主要内容 表2近期IMBC大会和《MarineBiotechnology》学报论文统计表 1.3保证海洋环境可持续利用是海洋生物技术研究应用的另一个重要方面利用生物技术保护海洋环境、治理污染，使海洋生态系统生物生产过程更加有效是一个相对比较新的应用发展领域，因此，无论是从技术开发，还是产业发展的角度看，它都有巨大的潜力有待挖掘出来。目前已涉及到的研究主要包括生物修复（如生物降解和富集、固定有毒物质技术等）、防生物附着、生态毒理、环境适应和共生等。有关国家把“生物修复”作为海洋生态环境保护及其产业可持续发展的重要生物工程手段，美国和加拿大联合制定了海洋环境生物修复计划，推动该技术的应用与发展。1.4与海洋生物技术发展有关的海洋政策始终是公众关注的问题其中海洋生物技术的发展策略、海洋生物技术的专利保护、海洋生物技术对水产养殖发展的重要性、转基因种类的安全性及控制问题、海洋生物技术与生物多样性关系以及海洋环境保护等方面的政策、法规的制定与实施倍受关注。2.重点发展领域当前，国际海洋生物技术的重点研究发展领域主要包括如下几个方面：2.1发育与生殖生物学基础弄清海洋生物胚胎发育、变态、成熟及繁殖各个环节的生理过程及其分子调控机理，不仅对于阐明海洋生物生长、发育与生殖的分子调控规律具有重要科学意义，而且对于应用生物技术手段，促进某种生物的生长发育及调控其生殖活动，提高水产养殖的质量和产量具有重要应用价值。因此，这方面的研究是近年来海洋生物技术领域的研究重点之一。主要包括：生长激素、生长因子、甲状腺激素受体、促性腺激素、促性腺激素释放激素、生长一催乳激素、渗透压调节激素、生殖抑制因子、卵母细胞最后成熟诱导因子、性别决定因子和性别特异基因等激素和调节因子的基因鉴定、克隆及表达分析，以及鱼类胚胎于细胞培养及定向分化等。2.2基因组学与基因转移随着全球性基因组计划尤其是人类基因组计划的实施，各种生物的结构基因组和功能基因组研究成为生命科学的重点研究内容，海洋生物的基因组研究，特别是功能基因组学研究自然成为海洋生物学工作者研究的新热点。目前的研究重点是对有代表性的海洋生物（包括鱼、虾、贝及病原微生物和病毒）基因组进行全序列测定，同时进行特定功能基因，如药物基因、酶基因、激素多肽基因、抗病基因和耐盐基因等的克隆和功能分析。在此基础上，基因转移作为海洋生物遗传改良、培育快速生长和抗逆优良品种的有效技术手段，已成为该领域应用技术研究发展的重点。近几年研究重点集中在目标基因筛选，如抗病基因、胰岛素样生长因子基因及绿色荧光蛋白基因等作为目标基因；大批量、高效转基因方法也是基因转移研究的重点方面，除传统的显微注射法、基因枪法和携带法外，目前已发展了逆转录病毒介导法，电穿孔法，转座子介导法及胚胎细胞介导法等。2.3病原生物学与免疫随着海洋环境逐渐恶化和海水养殖的规模化发展，病害问题已成为制约世界海水养殖业发展的瓶颈因子之一。开展病原生物（如细菌、病毒等）致病机理、传播途径及其与宿主之间相互作用的研究，是研制有效防治技术的基础；同时，开展海水养殖生物分子免疫学和免疫遗传学的研究，弄清海水鱼、虾、贝类的免疫机制对于培育抗病养殖品种、有效防治养殖病害的发生具有重要意义。因此，病原生物学与免疫已成为当前海洋生物技术的重点研究领域之一，重点是病原微生物致病相关基因、海洋生物抗病相关基因的筛选、克隆，海洋无脊椎动物细胞系的建立、海洋生物免疫机制的探讨、DNA疫苗研制等。2.4生物活性及其产物海洋生物活性物质的分离与利用是当今海洋生物技术的又一研究热点。现人研究表明，各种海洋生物中都广泛存在独特的化合物，用来保护自己生存于海洋中。来自不同海洋生物的活性物质在生物医学及疾病防治上显示出巨大的应用潜力，如海绵是分离天然药物的重要资源。另外，有一些海洋微生物具有耐高温或低温、耐高压、耐高盐和财低营养的功能，研究开发利用这些具特殊功能的海洋极端生物可能获得陆地上无法得到的新的天然产物，因而，对极端生物研究也成为近年来海洋生物技术研究的重点方面。这一领域的研究重点包括抗肿瘤药物、工业酶及其它特殊用途酶类、极端微生物定功能基因的筛选、抗微生物活性物质、抗生殖药物、免疫增强物质、抗氧化剂及产业化生产等。2.5海洋环境生物技术该领域的研究重点是海洋生物修复技术的开发与应用。生物修复技术是比生物降解含义更为广泛，又以生物降解为重点的海洋环境生物技术。其方法包括利用活有机体、或其制作产品降解污染物，减少毒性或转化为无毒产品，富集和固定有毒物质（包括重金属等），大尺度的生物修复还包括生态系统中的生态调控等。应用领域包括水产规模化养殖和工厂化养殖、石油污染、重金属污染、城市排污以及海洋其他废物（水）处理等。目前，微生物对环境反应的动力学机制、降解过程的生化机理、生物传感器、海洋微生物之间以及与其它生物之间的共生关系和互利机制，抗附着物质的分离纯化等是该领域的重要研究内容。3.前沿领域的最新研究进展3.1发育与生殖调控应用GIH（性腺抑制激素）和GSH（性腺刺激激素）等激素调控甲壳类动物成熟和繁殖的技术「1，研究了甲状腺激素在金绍生长和发育中的调控作用，发现甲状腺激素受体mRNA水平在大脑中最高，在肌肉中最低，而在肝、肾和鳃中表达水平中等，表明甲状腺素受体在成体金银脑中起着重要作用「1，对海鞘的同源框（Homeobox）基因进行了鉴定，分离到30个同源框基因「1，建立了青鳉的同源框（Homeobox）基因「1，建立了青鳉胚胎干细胞系并通过细胞移植获得了嵌合体青鳉「1，建立了虹鳟原始生殖细胞培养物并分离出Vasa基因「2，进行斑节对虾生殖抑制激素的分离与鉴定「2，应用受体介导法筛选GnRH类似物，用于鱼类繁殖「2，建立了海绵细胞培养技术，用于进行药物筛选「2，建立了将海胆胚胎作为研究基因表达的模式系统「2，通过基因转移开展了海胆胚胎工程的研究「2，研究了人葡糖转移酶和大鼠已糖激酶cDNA在虹鳟胚胎中的表达［3］，建立了通过细胞周期蛋白依赖的激酶活性测定海水鱼苗细胞增殖速率的方法「3，研究了几丁质酶基因在斑节对虾蜕皮过程中的表达［4］，从海参分离出同源框基因，并进行了序列的测定「4。3.2功能基因克隆建立了牙鲆肝脏和脾脏mRNA的表达序列标志，从深海一种耐压细菌中分离到压力调节的操纵子，从大西洋鲑分离到雌激素受体和甲状腺素受体基因，从挪威对虾中分离到性腺抑制激素基因「1；将DNA微阵列技术在海绵细胞培养上进行了应用，构建了班节对虾遗传连锁图谱，建立了海洋红藻EST，从海星卵母细胞中分离出成熟蛋白酶体的催化亚基，初步表明硬骨头鱼类IGF－I原E一肽具有抗肿瘤作用「2；构建了海洋酵母De—baryomyceshansenii的质粒载体，从鲤鱼血清中分离纯化出蛋白酶抑制剂，从兰蟹血细胞中分离到一种抗菌肽样物质，从红鲍分离到一种肌动蛋白启动子，发现依赖于细胞周期的激酶活性可用作海洋鱼类苗种细胞增殖的标记，克隆和定序了鳗鱼细胞色素P4501AcD－NA，通过基因转移方法分析了鳗细胞色素P450IAI基因的启动子区域，分离和克隆了鳗细胞色素P450IAI基因，建立了适宜于沟绍遗传作图的多态性EST标记，构建了黄盖鲽EST数据库并鉴定出了一些新基因，建立了班节对虾一些组织特异的EST标志，从经HirameRhabdovirus病毒感染的牙鲆淋巴细胞EST中分离出596个cDNA克隆「3；用PCR方法克隆出一种自体受精雌雄同体鱼类的ß一肌动蛋白基因，从金鲷cDNA文库中分离出多肽延伸因子EF－2CDNA克隆，在湖鳟基因组中发现了TC1样转座子元件「4；鉴定和克隆出的基因包括：南美白对虾抗菌肽基因、牡蛎变应原（allergen）基因、大西洋鳗和大西洋鲑抗体基因、虹鳟Vasa基因、青鳉P53基因组基因、双鞭毛藻类真核启始因子5A基因、条纹鲈GtH（促性腺激素）受体cDNA、鲍肌动蛋白基因、蓝细菌丙酮酸激酶基因、鲤鱼视紫红质基因调节系列以及牙鲆溶菌酶基因等［1—4］。3.3基因转移分离克隆了大马哈鱼IGF基因及其启动子，并构建了大马哈鱼IGF（胰岛素样生长因子）基因表达载体「1。通过核定位信号因子提高了外源基因转移到斑马鱼卵的整合率「1，建立了快速生长的转基因罗非鱼品系并进行了安全性评价；对转基因罗非鱼进行了三倍体诱导，发现三倍体转基因罗非鱼尽管生长不如转基因二倍体快，但优于未转基因的二倍体鱼，同时，转基因三倍体雌鱼是完全不育的，因而具有推广价值「2；研究了超声处理促进外源DNA与金鲷结合的技术方法，将GFP作为细胞和生物中转基因表达的指示剂；表明转基因沟鲶比对照组生长快33％，且转基因鱼逃避敌害的能力较差，因而可以释放到自然界中，而不会对生态环境造成大的危害「3；应用GFP作为遗传标记研究了斑马鱼转基因的条件优化和表达效率「3；在抗病基因工程育种方面，构建了海洋生物抗菌肽及溶菌酶基因表达载体并进行了基因转移实验「2；在转基因研究的种类上，目前已从经济养殖鱼类逐步扩展到养殖虾、贝类及某些观赏鱼类「2.3。通过基因枪法将外源基因转到虹鳟肌肉中获得了稳定表达「4。3.4分子标记技术与遗传多样性研究了将鱼类基因内含子作为遗传多样性评价指标的可行性，应用SSCP和定序的方法研究了大西洋和地中海几种海洋生物的遗传多样性「1。研究了南美白对虾消化酶基因的多态性「1；利用寄生性原生动物和有毒甲藻基因组DNA的间隔区序列作标记检测环境水体中这些病原生物的污染程度，应用18S和5.8S核糖体RNA基因之间的第一个内部间隔区(ITC—1)序列作标记进行甲壳类生物种间和种内遗传多样性研究「2；研究了斑节对虾三个种群的线粒体DNA多态性，用PCR技术鉴定了夏威夷Gobioid苗的种类特异性。通过测定内含子序列揭示了南美白对虾的种内遗传多样性，采用同功酶、微卫星DNA及RAPD标记对褐鳟不同种群的遗传变异进行了评价，在平鱼鉴定并分离出12种微卫星DNA，在美国加州鱿鱼上发现了高度可变的微卫星DNA「3；弄清了一种深水鱼类（Gonostomagracile）线粒体基因组的结构，并发现了硬骨鱼类tRNA基因重组的首个实例，测定了具有重要商业价值的海水轮虫的卫星DNA序列，用RAPD技术在大鲮鲆和鳎鱼筛选到微卫星重复片段，从多毛环节动物上分离出高度多态性的微卫星DNA，用RAPD技术研究了泰国东部泥蟹的遗传多样性「3；用AFLP方法分析了母性遗传物质在雌核发育条纹鲈基因组中的贡献「4。3.5DNA疫苗及疾病防治构建了抗鱼类坏死病毒的DNA疫苗「1；开展了虹鳟IHNVDNA疫苗构建及防病的研究，表明用编码IHNV糖蛋白基因的DNA疫苗免疫虹鳟，诱导了非特异性免疫保护反应，证明DNA免疫途径在鱼类上的可行性，从虹鳟细胞系中鉴定出经干扰素可诱导的蛋白激酶「2；建立了养殖对虾病毒病原检测的ELISA试剂盒，用PCR等分子生物学技术鉴定了虾类的病毒性病原，将鱼类的非特异性免疫指标用于海洋环境监控，研究了抗病基因转移提高鲷科鱼类抗病力的可行性，研究了蛤类唾液酸凝集素的抗菌防御反映「2；研究了一种海洋生物多糖及其衍生物的抗病毒活性「3；建立了测定牡蛎病原的PCR—ELISA方法「3；研究了LatrunculinB毒素在红海绵体内的免疫定位「4。3.6生物活性物质从海藻中分离出新的抗氧化剂「1，建立了大量生产生物活性化合物的海藻细胞和组织培养技术，建立了通过海绵细胞体外培养制备抗肿瘤化合物的方法「1；从不同生物（如对虾和细菌）中鉴定分离出抗微生物肽及其基因，从鱼类水解产物中分离出可用作微生物生长底物的活性物质，海洋生物中存在的抗附着活性物质，用血管生成抑制剂作为抗受孕剂，从蟹和虾体内提取免疫激活剂，从海洋藻类和蓝细菌中纯化光细菌致死化合物，海星抽提物在小鼠上表现出批精细胞形成的作用，从海洋植物Zosteramarina分离出一种无毒的抗附着活性化合物，从海绵和海鞘抽提物分离出抗肿瘤化合物，开发了珊瑚变态天然诱导剂，从海胆中分离出一种抗氧化的新药，在海洋双鞭毛藻类植物中鉴定出长碳链高度不饱和脂肪酸（C28），表明海洋真菌是分离抗微生物肽等生物活性化合物的理想来源「2；发现海洋假单胞杆菌的硫酸多糖及其衍生物具有抗病毒活性，从硬壳蛤分离出谷光甘肽一S一转移酶，从鲤血清中分离出丝氨酸蛋白酶抑制剂，从海绵中分离出氨激脯氨酸二肽酶，从一种珊瑚分离出具DNA酶样活性的物质，建立了开放式海绵养殖系统，为生物活性物质的大量制备提供了充足的海绵原料「3；从虾肌水解产物中分离到抗氧化肽物质「4；从一种海洋细菌中分离纯化出N一乙酸葡糖胺一6一磷酸脱乙酸酶「4。3.7生物修复、极端微生物及防附着研究了转重金属硫蛋白基因藻类对海水环境中重金属的吸附能力，表明明显大于野生藻类「1，研究了石油降解微生物在修复被石油污染的海水环境上的可疗性及应用潜力「1；研究了海洋磁细菌在去除和回收海水环境中重金属上的应用潜力「1；用Bacillus清除养鱼场污水中的氮，用分子技术筛选作为海水养殖饵料的微藻，开发了六价铬在生物修复上的应用潜力，分离出耐冷的癸烷降解细菌，研究了海洋环境中多芳香化烃的微生物降解技术「2；从噬盐细菌分离出渗透压调节基因，并生产了重组Ectoine（渗透压调节因子），从2650米的深海分离到一种耐高温的细菌，这种细菌可用来分离耐高温和热稳定的酶，在耐高温的archaea发现了D型氨基酸和无氧氨酸消旋酶，测定了3种海洋火球菌的基因组DNA序列，借助于CROSS／BLAST分析进行了特定功能基因的筛选，从海底沉积物、海水和北冰洋收集了1000多种噬冷细菌，并从这些细菌中分离到多种冷适应的酶「2；建立了一种测定藤壶附着诱导物质的简单方法，研究了Chlorophyta和共生细菌之间附着所必需的形态上相互作用，研究了珊瑚抗附着物质（dterpene）类似物的抗附着和麻醉作用「3；分析了海岸环境中污着的起始过程，并对沉积物和附着物的影响进行了检测「4。4．展望与建议上述研究分析表明，海洋生物技术作为一个全新的学科，已成为21世纪海洋研究开发的重要领域，并沿着三个应用方向迅速发展。一是水产养殖，其目标十分清楚就是要提升传统产业，促使水产养殖业在优良品种培育、病害防治、规模化生产等诸多方面出现跨越式的发展；二是海洋天然产物开发，其目标是探索开发高附加值的海洋新资源，促进海洋新药、高分子材料和功能特殊的海洋生物活性物质产业化开发；三是海洋环境保护，其目标是保证海洋环境的可持续利用和产业的可持续发展。令人可喜的是这个应用发展趋势与我国海洋产业的发展需求，特别是与我国海洋生物资源可持续开发利用的高技术需求相一致「5。事实上，在过去5年中我国海洋生物技术的研究应用已经取得了长足的进步，取得了一批具世界先进水平的研究成果，在推动海洋产业发展中发挥了重要作用。进入21世纪，加大海洋863的支持力度，进一步促进我国海洋生物技术快速发展的势头，不仅有现实的意义，也是具有战略价值的举措。另外，面对科技全球化的挑战，多渠道地加强国际合作与交流，促进我国海洋生物技术创新和产业化向更高层面上发展也是十分重要的。从技术应用的角度看，海洋生物技术主要是利用海洋环境特殊性和生物多样性特征，从分子和细胞水平上，即从高技术水平上多层面地开发利用海洋生物群体资源。遗传资源和天然产物资源，那么与此相关的基础研究就显得十分重要了。事实上，这也是一种国际研究发展趋势。为了弥补这方面的不足，在我国海洋生物技术发展过程中需要有多方面支持和配合，不仅要与《国家重点基础研究发展规划》、《国家自然科学基金》等相关计划沟通、衔接，还需要加强基础性建设。既需要加强中试基地和产业化基地建设，也需要加强基础设施建设，如加强开放实验室、研究基地、生物多样性资源库、种子库、信息数据库的建设。这些措施对我国海洋生物技术向更高水平发展具有深远意义.