生物质能的发展与展望

生物质能的发展与展望（精选6篇）

篇1：生物质能的发展与展望

选8）太阳能、风能、生物质能等可再生能源中，应大力（优先）发展生物质能。

生物质能的发展与展望

一、当前中国能源形势

一方面，我国正处于工业化过程中，社会经济发展对能源的依赖要比其他国家大得多。2000年一次能源消费量为7．5亿吨，成为除美国外世界第一能源消费国，石油的对外依存度也达31.0%。2003年我国成为仅次于美国的世界第二大石油消耗国，进口量增长近3倍。预计到2020年，石油消费量最少4.5亿吨，石油的对外依存度有可能接近60%，与目前美国的水平相当。另一方面，电力冶金等重点用煤行业需求剧增，煤炭市场从2003年开始供求关系紧张。电煤的缺口超过了行业警戒线。我国电力缺乏的问题已经引起外商以及产业界的惊慌。2003年有近2000万千瓦的缺口，04年以来不少人口密集的省市不得不拉闸限电，影响工农业生产和人民生活。

此外，能源的开采转换和利用对环境、公众身体健康产生了巨大影响。中国目前是仅次于美国的第二大温室气体排放国，面临着强大的国际压力。2001年世界上污染最严重的20个城市，中国占16 个。全国的环境形势严峻，生态平衡脆弱，污染排放总量远远超过环境容量和承载能力。土地荒漠化和沙化仍在扩大，大气空气质量持续降低。中国的大气污染损失已占GDP 的3-7%，经济损失极其惊人。

中国目前已面临着严酷的能源形势，而中国作为一个经济高速发展的新兴大国，对能源的需求必将持续增加。因此，解决我国能源问题已迫在眉睫，开发出一种经济适用，环境友好的新能源刻不容缓。

二、生物质能简介

新能源又称非常规能源，是指传统能源之外的各种能源形式。主要包括：太阳能、风能、地热能、生物质能、核聚变能、水能、海洋能以及由可再生能源衍生出的生物燃料和氢所产生的能量等。相对于传统能源，新能源有其独特的优势和广阔的发展前景。

在这些新能源中，我认为当前中国应优先发展生物质能。

1、生物质能的定义

生物质能（biomass energy），就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式，蕴藏在植物、动物和微生物等可以生长的有机物中，它是由太阳能转化而来的。有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植物的能源物质均属于生物质能，通常包括木材、及森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等。

2、生物质能的优点：

1)可再生性。生物质能属可再生资源,生物质能通过植物的光合作用可以再生。

2)低污染性。生物质的硫含量、氮含量低，燃烧过程中生成的硫氮化合物较少。生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应；

3)广泛分布性。从理论上讲，只要有阳光照射就能源源不断的产生生物质能。无论是陆地还是海洋，都蕴藏了丰富的生物质能。

4)总量丰富。地球上的生物质能资源较为丰富，是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。而中国更是拥有丰富的生物质能资源，中国理论生物质能资源有50亿吨左右，我国可开发为能源的生物质资源到2010年可达3亿吨。随着农林业的发展,特别是炭薪林的推广,生物质资源还将越来越多。现阶段可利用和开发的资源主要为生物废弃物，包括秸秆、薪柴、禽类粪便、工业有机废弃物和城市固体有机垃圾等。

3、生物质能的应用

目前人类对生物质能的利用，包括直接用作燃料的有农作物的秸秆、薪柴等；间接作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等，它们通过微生物作用生成沼气，或采用热解法制造液体和气体燃料，也可制造生物炭。但是尚未被人们合理利用，多半直接当薪柴使用，效率低，影响生态环境。现代生物质能的利用是通过生物质的厌氧发酵制取甲烷，用热解法生成燃料气、生物油和生物炭，用生物质制造乙醇和甲醇燃料，以及利用生物工程技术培育能源植物，发展能源农场。

4、生物质能的发展方向

生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等3种途径。

生物质的直接燃烧在今后相当长的时间内仍将是我国生物质能利用的主要方式。当前改造热效率仅为10%左右的传统烧柴灶，推广效率可达20%-30%的节柴灶这种技术简单、易于推广、效益明显的节能措施，被国家列为农村新能源建设的重点任务之一。

生物质的热化学转换是指在一定的温度和条件下，使生物质汽化、炭化、热解和催化液化，以生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术。

生物质的生物化学转换包括有机物质-沼气转换和有机物质-乙醇转换等。沼气转换是有机物质在厌氧环境中，通过微生物发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气体即沼气、乙醇转换是利用糖质、淀粉和纤维素等原料经发酵制成乙醇。

三、中国生物质能发展概况

近年来，中国在生物质能领域取得了重大进展。截止2010年底，生物质能发电装机约550万千瓦，沼气年利用率约130亿立方米，生物质固体成型燃料年利用量为50万吨左右，非粮原料燃料乙醇年产量为20万吨，生物柴油年产量为50万吨左右。中国政府及有关部门对生物质能利用也极为重视，已连续在四个国家五年计划将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目，开展了生物质能利用技术的研究与开发，如户用沼气池、节柴炕灶、薪炭林、大中型沼气工程、生物质压块成型、气化与气化发电、生物质液体燃料等，取得了多项优秀成果。

环望全球，美国纽约的斯塔藤垃圾处理站采用湿法处理垃圾，回收沼气，用于发电，同时生产肥料。美国开发出利用纤维素废料生产酒精的技术，建立了1兆瓦的稻壳发电示范工程，年产酒精2500吨。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家，实施了世界上规模最大的乙醇开发计划，目前乙醇燃料已占该国汽车燃料消费量的50%以上。

因此，中国生物质能的发展前景和投资前景都是极为广阔的。

四、发展生物质能对中国的意义

开发利用生物质能对中国农村具有特殊意义。中国大部分人口生活在农村，秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加，但生物质能仍占有重要地位。1998年农村生活用能总量3.65亿吨标煤，其中秸秆和薪柴为2.07亿吨标煤，占56.7%。因此发展生物质能技术，为农村地区提供生活和生产用能，能够帮助这些地区脱贫致富。

可见随着国家经济的发展和人民生活水平的提高，对于优质廉价燃料的需求日益迫切。传统能源利用方式已经难以满足现代化需求，生物质能优质化转换利用势在必行。

生物质能高新转换技术不仅能够大大加快实现能源现代化进程，满足人民富裕后对优质能源的迫切需求，同时也可在乡镇企业等生产领域中得到应用。由于中国地广人多，常规能源不可能完全满足广大人民日益增长的需求，而且由于国际上各种有关环境问题的公约，限制二氧化碳等温室气体排放，这对以煤炭为主要能源的我国是十分不利的。因此，立足于农村现有的生物质资源，研究新型转换技术，开发新型能源既是国家发展的迫切需要，又是减少排放、保护环境、实施可持续发展战略的需要。

综上所述，对于可再生能源我国应当优先发展生物质能。

篇2：生物质能的发展与展望

科技的进步推动社会的发展，又推动各个领域的发展。在醫学领域，生物学和基因工程学在现代科学技术的推动下，产生了许多新的理论与概念。融合了生物学和基因工程学而产生的新兴学科——生物信息学，能够对数量庞大、结构复杂的生物信息组数据进行管理和分析。可以说生物信息学的出现是对现代医药学发展的一个巨大助力。现代中医学发展进入一个新的阶段。相对以前，人们对中医学的重视程度大大提升。中医学发展进入新的时期。将中医学与生物信息学进行融合，是对传统中医学进行的一次伟大尝试。生物信息学能够弥补中医学中在微观层次上研究的不足。中医学与生物信息学在现阶段如何进行进一步的融合，未来又有怎样的发展空间值得深入的思考。生物信息学应用到中医学领域，不只对中医学在临床方面的发展有着推动，在中医制药方面也有着巨大帮助。

1生物信息学发展现状

篇3：生物入侵的综合治理与发展展望

所谓生物入侵,一般是指动物或植物从天然存活地自然传入或人为引入到新的地域并成为野生状态后,由于缺少天敌或引起食物链的改变,形成对新地域物种的竞争优势地位,侵占、掠夺生存资源而导致的生态系统失去原有稳定状态的一种生态性危害。目前,生物入侵已经与栖息地丧失、传统化学污染和气候变化一起被国际社会列为四大全球性环境危机。

动植物可以通过自然扩散的方式传播到新的区域,因此生物入侵现象在自然界中很早就存在。但就目前而言,人们所关注的生物入侵现象大都是人为因素造成的,即动植物被人类自觉或不自觉地传播。有些动植物到达新的栖息地之后,不适应新的自然环境,自然而然地就消亡了,因此不会成为入侵物种。也有的动植物适应新环境的能力强,缺少天敌,从而成为入侵物种。还有的动植物虽然也是外来的,但是由于具有能够被人类利用的特殊功用,因此被人类主动地改造为优势物种,这种动植物当然不能被称作入侵物种。从这个意义来说,入侵物种是指有害无益的外来动植物。

1 生物入侵的危害

1.1 造成本地物种减少甚至灭绝

入侵物种的竞争优势地位使其可以较易获得足够的食物或资源,加速自身的生长和繁殖,从而挤压本地物种的生存空间,当这种竞争经过一段时间的发展,本地物种就会出现生存的危机,产生数量减少、濒临灭绝甚至灭绝的现象。20世纪50年代,为了发展渔业生产,一种叫作尼罗河鲈的外来鱼类被引入到东非的维多利亚湖,而今,这种鱼类已经变成长达2 m、体重多达200 kg的凶猛强盗,它能疯狂争夺食物,掠杀其它鱼类,导致维多利亚湖内的200多种生物惨遭灭绝。

1.2 破坏生态平衡

入侵物种的加入,势必导致新地域食物链和生态环境的变化,造成严重的生物污染,给生态系统造成不可逆转的破坏[1]。比如曾经报道过的入侵物种薇甘菊,它能攀援缠绕在6～8 m以下的几乎所有乔木和灌木,其叶片覆压在树冠顶部,阻碍附主光合作用而致使附主死亡,对自闭性较小的树木生态系统危害极大,常造成大片树木萎变枯死,现已成为热带和亚热带地区危害最严重的杂草之一。

1.3 传播和扩散疫病

入侵的动物,身上带有各种致病微生物,有的可以通过各种途径传播给其它动物,破坏生态平衡。如巴西龟、热带鱼等水生入侵物种可以把致病微生物排放到周围水体,其它水生动物一旦接触到被污染的水体就会导致患病和死亡。还有的入侵物种能够通过食物链对人体带来危害,例如2006年,一些北京的消费者在食用凉拌的福寿螺肉后,被其体内的寄生虫——广州管圆线虫感染而导致患病[2]。

1.4 造成严重的经济损失

据统计,美国每年因外来生物入侵造成的经济损失高达1 230亿美元[3]。我国也是外来物种入侵造成严重灾害的国家,2001～2003年,原国家环保总局的调查结果表明,外来入侵物种每年给我国造成的经济和环境损失约1 200亿元,而到2009年损失已高达2 000亿元[4]。据世界自然资源保护联盟(IUCN)的报告,外来入侵物种给全球造成的经济损失每年超过4 000亿美元。

2 防控对策

正因为生物入侵造成的危害如此巨大,目前对生物入侵的全面防控和综合治理已成为农业生产中不可忽视的重要保障措施。对入侵物种采取恰当的处理措施可以大大降低其种群规模,减少其对环境和经济造成的损害。入侵物种的防治方法主要分为两类,即提前预防和铲除定植(殖)。

2.1 预防

对生物入侵的有效应对,应当首先建立在“预防为主”[5]的基础上,预防是对付生物入侵最经济、最有效的办法,而且也是从根本上杜绝生物入侵的唯一现实途径。

2.1.1 进行风险分析,加强引种管理

从国外引进经济物种前,应进行全面和科学系统的风险分析,从气候、地理、水文、土壤等方面加以综合评定,对物种特性、食物链、推广前景等实施合理判定,确保引入物种不成为入侵物种。在引种的事前论证上,我国有很多经验教训值得认真总结,如以前作为食品新品种的福寿螺,现在在我国已经呈泛滥扩散趋势,大量啃食农作物,给农业生产造成了严重危害。因此,进一步建章立制,规范管理势在必行。

2.1.2 加强后续管理,杜绝物种外泄

有些新引入的物种因为不能仅仅根据风险分析来断定其入侵的危险性,必须在一定期间内进行必要的隔离,通过在隔离期间的观察和实验,才能更好地确定新物种的入侵可能性和危险性。因此,国家有必要制定相应规范,要求新引入物种必须进行一段时间的隔离观察和实验,并且防止在这期间新物种的逃逸或扩散。

2.1.3 加强口岸检疫,杜绝私自夹带

随着全球化的日益深化,人口在不同地域之间的流动越来越频繁,入侵物种通过进境人员或邮寄物的私自夹带而引入的风险在急剧增加。夹带水果、花卉种子和观赏鱼等进境的事例在新闻报道中屡见不鲜,这说明非法夹带已经成为当前生物入侵的又一重要途径。人们总是认为这些自用或玩赏用的动植物数目少,危害不大,因而经常出现私下夹带入境的现象。但是,一旦动物逃逸,植物种子扩散,就有可能酿成生物入侵事件。实践证明,加强口岸检疫是抵御生物入侵的重要手段之一,特别是对无意引进来说更是一道有效的安全屏障[6]。

2.1.4 加强知识普及,宣传生物入侵危害

许多从国外回来的旅客经常会带点当地的特产,比如水果和花卉种子,在入境时难免有极少数逃过检查的“漏网之鱼”,而这就是生物入侵发生的风险和隐患。造成这种情况的很大一部分原因是旅客不了解我国的法律法规。因此,加强宣传教育,特别是对进出境旅客的宣传尤为重要。比如在对外的机场、码头设置醒目的宣传牌和警示标志,告知旅客相关规定,就可以大大减少旅客因无知而造成的夹带,花费很小,效果却立竿见影。

2.2 铲除

一般说来,生物入侵的铲除是指通过行政或法律手段,利用各种物理、化学和生物学技术,使入侵物种的数量和对环境造成的危害减低到可接受水平的一种综合措施。入侵物种一旦定植(殖),铲除入侵物种就变成了一项长期而艰巨的工作,有时做到完全和彻底的铲除并不现实,而且也很不经济。对已定植(殖)的入侵物种,应当按照“早发现、早铲除、科学调查、综合防治”的原则实施。

2.2.1 物理法铲除

是指用机械手段以及电、磁、声、光、辐射等技术[7]对入侵物种进行杀灭的方法。包括刈割杂草、捕杀动物、填埋孳生地、高温处理、紫外线照射等方法。如铲除一枝黄花是采用刈割的方法,消灭钉螺是采取填埋孳生地的方法。这种方法铲除入侵物种的效果很明显,但需要耗费大量的人力、物力和财力,经济实用性较低。

2.2.2 化学法杀灭

是指用有毒的化学药剂对入侵物种实施杀灭处理。如用除草剂对有害杂草进行喷洒,用杀虫剂对有害昆虫进行杀灭等。这种处理方法适用范围较小,多用于边境口岸或入侵物种规模尚小、孳生聚集的情况。同时,化学杀灭也容易带来环境污染和药剂残留等一些次生问题,值得引起警惕。

2.2.3 生物链制约

一般是指用动物的天敌或特定致病微生物来杀灭入侵的物种。如澳大利亚通过在野生兔群中引入兔粘液瘤病毒,致使野生兔群暴发大规模传染病而死亡,从而达到了减少野生兔群数量的目的。引入天敌或致病微生物是一把双刃剑,一方面可以达到控制和杀灭入侵物种的目的,另一方面也隐含着发生新的生物入侵的风险。因此使用该方法必须进行大量的风险分析,确保新引入的天敌和致病微生物处于安全可控水平。

3 生物入侵的未来

3.1 生物入侵是一个自然生态现象,更是一个社会历史现象

它与不同人类社会之间的交流紧密关联,只要不同地区的人类交流不中断,生物入侵的风险就会始终存在。应该看到,近几十年来的大规模生物入侵现象产生于现代国际交流最频繁的时期。人口在地球尺度上的大规模空间移动和国际货物贸易的飞速发展,不可避免地带来动植物在全球范围内的交流和扩散。从这个意义来说,生物入侵体现了地球各区域之间交流和互通的程度。

3.2 生物入侵也是一种文化心理现象

随着社会的不断发展,科技的不断进步,人们的思想观念也在逐步发生改变。如蝗虫、蚂蚁等某些昆虫,原来都被认为是害虫,人们避之惟恐不及,哪里还会想到利用。但是现在,它们也一一地被搬上餐桌,成为人们的口中美味。近年来,这样的事例已经屡见不鲜,也足可以证明眼下的入侵物种还存在着被人类利用的无限可能。

3.3 生物入侵是一个人类参与的自然生态演化过程,没有人类的参与,也就不存在生物入侵

生物入侵是人类利用和改造客观世界失败的结果。现在所谓的生物入侵,从发展的观点来看,是因为还没有找到利用入侵物种为人类造福的方法。例如番茄,原来只是生长于中美洲的一种野生植物,没有什么特别的功用,在人们眼里和杂草没什么区别。但是番茄的食用功能被人们发现后,它现在已经被人类主动扩散到世界的每一个角落,成为人们喜闻乐见的果蔬。而且现在的番茄也不同于几个世纪前的番茄,它已经是人们加以研究和改良的新产物。

3.4 入侵物种是一种新的种质资源库和基因库

21世纪被称为生命科学的世纪,生命科学研究是当代科学技术领域的竞争焦点,是世界各国占领科技高地、夺取科技优势的关键因素。每一种动植物资源都是一个蕴藏丰富基因的“生物矿藏”,占有动植物资源的多少决定了生命科学研究的广度和深度,把动植物资源当作一种重要的战略物资进行保护已逐渐成为全社会的共识。世界上许多国家对本国动植物资源的外流忧心忡忡,加强物种基因资源的保护和实施出口管制措施逐渐成为各国维护国家安全的政策趋势。因此,从这个意义上说,不应对外来物种的引进设置过高的门槛。在现有条件下,只要认真做好风险分析,大力引进外国动植物资源应当成为保障我国可持续发展的一项重大战略选择。

3.5 改造和利用入侵物种也是消灭入侵物种的重要途径

“垃圾是放错地方的资源”这句话对入侵物种同样适用,入侵物种其实就是一种尚未被开发的资源。对入侵物种的研究、改造、铲除或利用的过程,就是人类探索自然、改造自然的过程。例如,大闸蟹在中国是美食,而且还发展成了一种特色饮食文化。而大闸蟹流落到英国却成为当地的入侵物种,令人们深恶痛绝。然而随着各地区之间交流的不断深入,人们文化心理的逐步改变,说不定若干年后大闸蟹也会出现在英国人的餐桌上,成为当地大力推广的水产养殖新品种,到那时,谁还会说大闸蟹是入侵物种呢。

摘要：生物入侵是人类利用和改造自然界的过程中产生的次生灾害。通过分析生物入侵的传播途径与目前给生态环境和人类社会造成的危害,系统总结了预防和铲除入侵物种所采取的应对措施,就生物入侵现象和合理利用入侵物种等问题提出了一些观点。

关键词：生物入侵,综合治理,社会历史,文化心理

参考文献

[1]虢利钢,雷芳.外来生物入侵的现状与危害[J].安徽农学通报,2007,13(23):45,92.

[2]桑卫国,冯金朝,薛达元.生物入侵与人类、民族与社会关系认识与对策[J].中央民族大学学报:自然科学版,2008,17(4):17-23.

[3]Pimentel D,Latch L,Zuniga R,et al.Environmental and e-conomic costs of non-Indigenous species in the UnitedStates[J].Biological Sciences,2000,50:53-65.

[4]马玉忠.我国遭280余种外来生物入侵每年损失2 000亿元[J].温州瞭望,2009(11):66-68.

[5]林治国.生物入侵的危害及防治方法[J].林业勘察设计,2005(1):96-97.

[6]李浩,郑安民,李东明.美国、澳大利亚防控生物入侵策略对我国的启示[J].植物检疫,2007,21(4):258-260.

篇4：微生物肥料的发展现状及展望

微生物肥料亦称菌肥、生物肥料、接种剂等,是通过微生物生命活动使农作物得到特定肥料效应的一类制品,是将有效菌类与吸附材料混合在一起制成复合生物肥料应用于农业生产中,使作物能够获得特定的肥料效应,达到促进作物生长、增加产量、提高品质等作用。在这种效应的产生中,制品中活性微生物起着关键作用。

目前微生物肥料制品一般分为两大类:一类是狭义的微生物肥料,指通过微生物的生命活动,增加植物营养元素供应量的微生物肥料,包括土壤和生产环境中植物营养元素的供应总量,对植物营养状况的改善,进而增加产量,这一类微生物肥料的代表品种是根瘤菌肥;另一类是广义的微生物肥料,指通过微生物的生命活动,不但能提高植物营养元素的供应量,还能产生植物生长激素,促进植物对营养元素吸收利用或拮抗某些病原微生物的致病作用,减轻农作物病虫害,促进作物产量的增加。

2. 微生物肥料在农业生产中的作用

微生物肥料在农业生产中增产增收效果显著。美、法等国家将固氮螺菌接种到禾本科作物上,可固氮39kg/ha,使玉米增产10%～20%。意大利将玉米固氮螺菌接种到玉米上,可取代氮肥20%～30%,使玉米增产10%～15%。我国微生物肥料试验的增产效果在5%～20%,作物不同增产效果有差异大。河南省根瘤菌、固氮菌在大豆、花生上施用,增产10%以上,在农作物上施用复合菌肥一般增产10%以上,硅酸盐细菌在作物上施用,可增产5%～10%。

微生物肥料提供的是能固氮、解磷、解钾、解硫、解微等有益微生物,这些微生物能在植物根际生长、繁殖,可以带来几方面的好处:通过微生物的生命活动,固定转化空气中不能利用的分子态氮为化合态氮,解析土壤中不能利用的化合态磷、钾为可利用态的磷、钾,并可解析土壤中的10多种中、微量元素;微生物的生命活动,可使根系分泌生长素、细胞分裂素、赤霉素、吲哚酸等植物激素,促进作物生长,调控作物代謝;有益微生物在根际大量繁殖,产生大量粘多糖,与植物分泌的粘液及矿物胶体、有机胶体相结合,形成土壤团粒结构,增进土壤蓄肥、保水能力。质量好的微生物肥料能促进农作物生长,改良土壤结构,改善作物产品品质和提高作物的防病、抗病能力,从而实现农业增产增收。

3. 微生物肥料的研究及应用现状

20世纪以来,由于生物化学、分子生物学和化学分析技术等学科的发展,促进了微生物研究从细胞、亚细胞水平进入分子水平,尤其是70年代遗传工程学的发展,使人类能够通过细胞融合、基因导入等技术培育满足不同要求的新物种,为微生物产业的进一步发展提供了坚实的理论基础。维诺格拉得斯基、贝格林克等人发现固氮菌后,首次将根瘤菌应用于生产,开创了生物制剂研究与应用的先河。

近年来,由于PGPR理论的提出与完善,人们的目光开始投向由多个不同功能菌株组成的微生物复合制剂的研制,由复合制剂制成的生物肥料除具有固氮、解磷、解钾功效外,兼具促进作物生长及抑制土传病害发生的功能。该生物肥的研制与应用,将有效降低化肥、农药的使用量,提高土壤中PGPR数量,保护生态环境,为农业可持续发展做出积极的贡献。

在微生物肥料应用方面,1996年农业部将微生物肥料生产纳入肥料管理的范畴,2003年已正式出台7个行业标准,截止2002年末,已有262个产品获得农业部的临时登记,46个产品获得正式登记,使用有益微生物超过80种,生产企业400多家,总产超过200万吨。大面积的应用结果表明,微生物肥料在增产、降低成本、减少化肥使用、改善农产品品质等方面有着良好作用。我国微生物肥料的研究已跻身世界先进行列,已经面市的几个产品为农业生产的发展作出了积极的贡献,极大的推动了微生物肥料的研究与发展。

4.我国微生物肥料的发展趋势

4.1成立国家生物肥菌种资源库 自然界中存在的具有某一特定功能如固氮、解磷、解钾等功能的菌株有许多,作为一种特定的菌种资源,国家应通过专门机构广泛收集现有菌种,组织科技人员在各种自然环境下筛选出新菌株,成立生物肥菌种资源库,通过系统规范的试验确定生物肥标准菌种,为将来菌种的开发提供对照。

4.2解钾机理进行深入研究确定功能基因的结构与位置,通过基因工程技术培育新的微生物固氮、解磷、高效能菌株。

4.3菌株适应性的研究验证菌株进入土壤后对物理、化学及生物环境的适应性,包括干旱、厌气环境、高渗透压、来自土壤微生物的竞争及对不同作物的适应能力。

4.4确定最佳微生物组合的研究由多个不同功能PGPR菌株组成的微生物复合制剂的研制,通过田间试验,搞清各菌株在大田环境条件下的协调共生能力、生长规律及与作物生长的匹配性,确定制剂的最佳微生物组合。

篇5：生物化工的现状与未来展望

一、国内外生物化工现状

生物化工是利用生物体(酶、微生物、细胞及细胞组织)结合化学和工程系原理进行化学品的加工或提供相应的社会服务(如环境治理)。生物化工有时又称为生物加工过程，生物化工生产的产品有以下几类：精细化学品如维生素、色素等；生物材料如生物可降解材料聚乳酸、壳聚糖及手性化合物等；医药及生物制剂如青霉素、头孢、干扰素等；农用化学品如生物农药、微生物肥料等；功能性食品及食品、饲料添加剂。

目前全球已拥有年销售额大于10亿美元的生物技术产品数10个。到本世纪末，全球生物化工工业产品销售额可达1000亿美元。仅美国从事生物技术制品生产的公司约1300多家，其中较大的生物制药公司有225家，年工业投资达350亿美元。90年代初，日本生 物技术产业总产值占国民经济总值的5％以上，计划至2005年，生物技术创造的产值将是国民经济总产值的10％左右。

生物化工是生物技术产业化的关键，目前生物技术主要在医药、农业及保健食品领域，但是生物化工在化学品的制备中发展是最快的，每年以18％的速度发展，许多过去以化学法生产的化学品如丙烯酰胺等都开始采用生物法生产，可见生物化工在化学工业中的重要作用。

国外生物化工发展趋势有以下特点：

1．生物化工成为国外著名化学公司争夺的热点

生物技术从医药领域逐渐向化工领域转移，使传统的以石油为原料的化学工业发生变化，向条件温和、以可再生资源为原料的生物加工过程转移。如传统化学法合成的丙烯酰胺已在日本实现了生物法合成工业化，成本和产品纯度都优于化学法合成的丙烯酰胺。又如杜邦公司开发的生物法合成乙醛酸转化率和选择性都达到100％，明显优于化学合成法。许多著名的老牌化学工业公司已变成了以生物技术为主的大公司，如美国的孟山都公司，1997年由生物技术生产的销售额已占其总销售额的70%以上。就连老牌的杜邦公司在2001年宣称该公司2002年生物技术产品的销售额占其公司总销售额的20%。

2．生物催化合成已成为化学品合成的支拄之一

利用生物催化(酶、微生物等催化)合成化学品不但具有条件温和、转化率高的优点，而且可以合成手性化合物及高分子。手性化合物是国外目前生物技术的主要生产产品。应用手性技术最多的是制药领域，包括手性药物制剂、手性原料和手性中间体。乙醛酸是合成香兰素和许多中间体的重要原科，乙醛酸目前主要采用化学法生产，工艺路线有乙二醛氧化法、氯乙酸氧化法及草酸电解法等，生产厂家主要集中在日本、美国和德国等发达国家。其中草酸电解法由于反应条件较温和，转化率高，是目前国内外大多数厂家采用。化学法工艺的主要问题是反应条件苛刻(240℃)，乙醛酸转化率低，仅60%—80%，环境污柒严重。由于转化率低，分离纯化工艺复杂，一般乙醛酸产品纯度仅40%，而90%纯度的乙醛酸价格比40%纯度的乙醛酸高5—6倍。1995年日本天野制药公司申请了第一个双酶法生产乙醛酸的工艺。其专利采用乙醇酸氧化酶和过氧化氢酶，首先乙醇酸氧化酶将乙醇酸转化为乙醛酸过氧化物，过氧化氢酶可将乙醇酸氧化产生的过氧化氢分解，从而大大地提高了乙醛酸的转化率(达100％)，大大地简化了分离纯化工艺。1995年底美国杜邦公司申请了基因工程酶方法生产乙醛酸的专利，乙醛酸的转化率达100％。

3．利用生物技术生产有特殊功能、性能、用途或环境友好的化工新材料，是化学工业发展的一个重要趋势

它具有原料来源广、制备简单、质量好及环境污染少等优点，特别是利用生物技术可生产一些化学法无法生产或生产成本高或对环境产生不良影响的新型材料，如丙烯酰胺、长链二元酸或壳聚糖等。目前国外许多大公司如杜邦、孟山都在生物新材料上研究上投入了大量的人力和物力。可以预见生物技术新材料的研究和开发不但具有很好的经济效益，而且对环境治理及社会发展具有十分重要的推动作用。

传统化学法由丙烯腈合成的丙烯酰胺，转化率仅为97%—98%。由化学法合成的丙烯酰胺聚合生成的聚丙烯酰胺分子量很难超过1200万。而采用生物法即采用丙烯腈水合酶催化合成，丙烯酰胺转化率达99.99％以上，比化学法成本低10%以上。由于丙烯酰胺纯度高，聚合生成的聚丙烯酰胺分子量可达到2000万，可成功用于油田三次采油。生物法自80年代在日本实现了生物法合成工业化，成本和产品纯度都优于化学法合成的丙烯酰胺。我国在2000年实现了万吨级生物法丙烯酰胺的工业化，目前我国生物法合成的聚丙烯酰胺能力已达10万吨，达到了国际领先水平。

单甘油酯是一种重要的表面活性剂，目前主要为以天然油脂的甘油解反应的化学法生

产，该工艺在高温(高于200℃)下，以碱为催化剂催化油脂与甘油反应，产物为单甘酯和二甘酯(各占45％)。化学法工艺有以下缺点：需在高温条件下反应，能源消耗大；高温导致油脂的降解，产生深褐色和焦糊味；需要分子精馏分离单甘酯和二甘酯。国外如日本及德国在90年代开发了酶法生产单甘酯新工艺，单甘酯产率达80%，目前已达到生产规模。生物酶法生产单甘酯比化学法的专一性高，简化了后提取工艺，大大降低了生产成本。国内在酶固定化和酶反应器开发上进行了工作，单甘醒的转化率达76％。

传统的高分子都是用化学聚合方法进行的，近几年，开始采用生物方法生产功能高分子，特别是生物可降解高分子的生产。许多生物功能材料如多糖都是由生物发酵法生产的，如透明质酸、黄原胶等目前都已实现了发酵法生产。

利用酶法生产的氨基酸有很多，如天门冬氨酸是生物化工技术在石油化工中应用的又一个成功例子，比化学法具有明显的优点。如利用顺酐和宫马酸等为原料经化学法生产天门冬氨酸转化率仅为80%—85%，而采用酶法生产，天门冬氨酸的转化率可达90%以上。我国目前天门冬氨酸产量已达7000t左右，90%以上采用酶法合成。以生物法合成的天门年氨酸可以合成高分子量的聚天门冬氨酸(10万以上)。

4．传统的发酵工业巳由基因重组酶种取代或改良

许多传统的发酵工程产品如柠檬酸、青霍素等都已开始采用基因工程手段进行改造，大大地提高了产量。在以基因工程为主导的现代生物技术产品中，医药生物技术产品占75％左右。

二、我国生物化工现状与差距

1．现状

我国的生物技术在70年代中期开始起步，已经走过20年左右的历程。国内许多研究单位也相继开展基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程的研究，为我国生物技术的发展奠定了基础。这个阶段，我国生物技术发展的特点是全面学习、跟踪国外；发展水平以基因工程为例，还处于“国外元件，国内组装”的阶段。1986年以后这10多年是我国生物技术发展的黄金时期。从“七五”开始连续3个五年计划，生物技术都被列为国家科技攻关项目；从1986年开始生物技术被列入国家高技术计划；国家自然科学基金也重点支持生物技术的重要基础研究；国家计委和国家科委又支持建立一批生物技术的国家重点开放实验室。我国已形成了医药生物技术、农业生物技术、生物化工技术、海洋生物技术等上、中、下游结合，门类齐全的生物技术研究、开发、生产的体系。

我国生物化工产业在生物技术产业中占有相当地位，而且发展速度很快，生物化工在生物技术产业销售额的比重由1985年的38％提高到1996年的68.3％，而此期间生物化工的科技开发投入远低于其他生物技术的科技开发投入，由次可见，生物化工是一个投入产出比高，潜力大、显示度高的新兴产业。

2．我国与国外生物化工行业的主要差距

(1)生物化工技术科技开发投入少，技术队伍相对薄弱

生物技术是一个高科技开发投入的技术，我国“九五”期间全国的生物技术科研开发投入仅4亿元，从事生物技术科研开发的人员不到1万人，因此与发达国家比差距较大，而且主要的科研经费都用在基因工程等上游研究开发，在生物化工开发上投入较少。生物化工技术是投入产出比高、显示度大的的高新技术，如我国柠檬酸和丙烯酰胺的生物法合成都在世界上有一定影呐，而实际的科研开发费用并不大。生物化工可显著提高医药和轻化工的技术水平，而且对于新兴产业的形成，城乡居民的就业，特别是提高农业产品产量和质量及农民收入有重要意义。

(2)产品结构不合理

我国生物技术主要集中在医药和食品领域，而食品领域又集中在几个传统产品如柠檬酸、味精等。我国拥有世界四分之一的人口，但生物技术产品种类和产量与世界水平差距很大。

酶工程和新型酶制剂的开发是生物技术的重要部分，在提高轻化工产品质量，改善人们生活水平上有重要意义。如日本、欧洲和美国加酶洗涤剂占洗涤剂产量的95％、90％和65％，而我国仅占70%。国外许多传统的化学有机合成已被酶催化代替，如脂肪酶酶法生产单甘油酯比化学法生产单甘油醋具有明显的优点，利用酶法合成具有生物活性的手性化合物是国内外酶工程的发展方向，而我国目前还没有用于有机合成的脂肪酶。又如我国生产的配合和混合饲科已达4500万t，但国内尚无商品化的饲科用酶如桓酸酶

(3)缺乏相配套的生物技术设备

我国生物化工生物技术产业化的例子并不多，虽然科研体制和市场开发不完善是一个重要原因，但另一个重要原因是我国缺乏相配套的工艺的工业化放大和装备的国产化问题。我国目前轻化工生物技术的装备如大型反应器、层析装置、大型离心设备主要依靠进口，如果不加以解决，这个问题将成为我国生物技术产业化的瓶颈之一，因此必须解决生物技术产

业化的关键技术特别是关键设备，从根本上改变我国生物技术装备主要依靠进口的局面。

(4)缺乏综合利用与请洁工艺观念，浪费及污染严重

我国传统发酵工业如柠檬酸发酵、青霉素发酵缺乏综合利用，产生许多废物和废水。国外如日本，在清洁工艺上进行了大量的工作，开发了许多清洁工艺，大大提高了产品的附加值，降低了消耗，同时减少了废水排放。

三、生物化工主要产品的研究进展

1．生物法化学品

酶催化或微生物转化由于具有专一性高，条件温和的特点而成为化学合成的重要支柱。由于化学生产中酶的新用途不断开发，促使工业用酶需求量增长，据Freedonia集团公司预测，美国工业用酶和专用酶的市场将以10%以上的增长率扩大，另据FrostSuilivan公司报道，欧洲工业用酶的市场预计到2003将增加至9．065亿美元，年增长达10%，工业用酶将在下一世纪日益广泛地应用于化学工业，医药农药工业，食品业等方面。已工业化的酶法合成有类固酵及甾醇合成、类萜合成、生物碱合成、半合成抗生素合成、有机酸类合成、糖的转化、药用多肽及蛋白质的合成、氨基酸类合成、核苷酸类合成、胶合成及日用化学品合成等。

(1)有机酸和氨基酸

采用生物催化合成的有机酸有：柠檬酸、苹果酸、酒石酸、乳酸、衣康酸和丙酸等。国外在90年代实现了生物合成上述有机酸的工业化，如乙醛酸的生产，美国杜邦和日本公司都已实现了酶法转化，转化率和选择性都是100％。我国的柠檬酸产量已达到世界第二，但其他酸产量较少，乙醛酸还是化学法生产，转化率和选择性分别是70%和65%。再如苹果酸也建立了酶法的工业化装置，但由于和国外水平差距较大，而处于半停产状态。我国在有机酸的酶法合成上取得了可喜成绩，如1999年底建立了固定化细胞生产酒石酸(江苏常州，100t/a)和丙酸(广西南宁，1000t/a)的装置。酒石酸和丙酸的酶法合成技术已达到国际先进水平。我国L—乳酸生产已具有相当规模(生产能力达3000t左右)。

利用酶法生产的氨基酸有很多如天门冬氨酸、苯丙氨酸等。我国在发酵法生产谷氨酰胺技术已取得重要突破，目前山东大学已完成中试，可望几年内实现工业化。我国其他主要品种氨基酸如赖氨酸等依然依靠进口或化学法合成。

(2)手性化合物

酶催化剂将化学合成的前体、潜手性化合物或外消旋衍生物转化成单一光学活性产物，这些手性化合物可作为医药、农药、香料、功能性材科的前体，中间体或终产物在精细化工产品的生产中占有极其重要的地位。手性化合物是利用生物催化剂(酶)的生物合成与拆分不仅加快化学合成所需的手性源问题，还可以减少化学合成造成的环境污染以及无效对映体，称为“绿色合成“。酶法或多酶系统催化(微生物转化)反应已经应用于药物、食品添加剂等工业化的生产合成中，将在手性化合物、药物、功能生物高分子、非天然化合物、精细化学品及其中间体等方面有广阔应用前景。德国BASF公司研究的酶法可生产旋光性胺、氨基醇、醇和环氧化合物，用脂酶催化拆分外消旋混合物，产品收率高，对映异构体纯度高。

我国手性药物中抗生素、维生素、激素和氨基酸占相当大数量，但大多采用传统的拆分方法。在70年代后期开始生物合成手性化合物的研究，目前己实现L—天冬氨酸、L—苹果酸的工业化，对L—乳酸、D—苯甘氨酸、D—对经基甘氨酸、L—苯丙氨酸、L—色氨酸的不对称合成和(s)—布洛芬的酶法拆分都取得了很好结果，但手性技术的开发亟待加强，目前仍存在缺少创新和基础研究薄弱的问题，与世界手性工业的发展有较大差距。

(3)化工产品

利用生物法生产丙烯酰胺是生物化工在化工产品生产中应用最成功的例子。

发酵法生产甘油是我国无锡轻工大学最早开发而且在国际上技术领先的一项生物化工技术，我国目前的生物法甘油生产能力己达1000t以上。但发酵法甘油和化学法甘油的竞争还是很激烈的。近年来由于石油原料的降价，使我国生物法生产甘油受到中击。

利用石油原料，如十二烷烃酶催化合成长链二元酸是我国生物技术用于石油化工的一大突破，己由中科院微生物所和抚顺石油化工研究院分别建立了年产200t二元酸的工业化装置，技术水平达到国际领先水平。

(4)功能性食品及添加剂

利用生物技术生产功能性食品(如低聚糖、食品添加剂)是近年来生物技术发展的热点。生产的低聚糖有多种，如低聚果糖、低聚麦芽糖、低聚异麦芽糖、低聚木糖和壳低聚糖等。我国的低聚糖己初具规模，年产量己达5万t以上，但品质不全。

生物发酵法可以生产许多维生素，如B2，B12，Vc，Vd等。我国Vc生产能力己达2万t以上。B2和B12都己工业化。Vd目前依然依靠进口，经过“九五“攻关己建立了年产0．8tVd的工业装置，可望1—2年内解决Vd主要进口的局面。

(5)生物高分子新材料

聚羟基丁酸酯(PHB)和聚经基丁酸—经基戊酸(PHBV)是一种性能优良的生物可降解高分子。英国ICI己建立了百吨级的工业化装置。我国清华大学和中科院微生物研究所在发酵法生产PHB上取得了较大的进展，完成了有关的中试工作，但目前生产成本太高。

壳聚糖在医药、食品和化工中有重要用途，目前国内外都是采用以虾壳为原料生产，因原科有限，成本高，而且质量不稳定。日本旭硝子公司开展了发酵法壳聚糖的研究。国内北京化工大学己建立了年产250t的发酵法生产壳聚糖工业化装置，为发酵法生产壳聚糖的工业化莫定了基础。

聚乳酸是目前国外工业化成功的生物可降解的高分子，美国公司和D0W公司成立了联合公司，己建立了年产1．6万t的聚乳酸装置。我国目前由于高纯度的L—乳酸尚未工业化，对我国聚L—乳酸工业化产生了不良影响。我国一些单位开展了聚乳酸的研究，目前主要处于小试阶段。

聚天门冬氨酸是一种优良的生物可降解的高分子，可用于水处理剂、吸水树脂及农用化学品。目前国外大公司如美国的东大公司、德国的拜耳公司都己建立了干吨级聚天门冬氨酸的装置，而且不断地扩展。国内也有单位开展有关的研究，目前基本处在小试阶段，但由于我国天门冬氨酸的产量和顺酐的产量较大，因此实现聚天门冬氨酸的工业化是很有希望的。

(6)油脂化学品

利用酶进行油脂化学品的加工，改善油脂的种类和品质是生物技术的一个研究方向。如单甘油酯的酶法合成，转化率可达90％以上，而传统化学法只有50%左右。又如可可酯的生产，采用酶法合成可大大降低成本，国外利用酶法合成的可可酯己进入市场。我国华东理工大学在可可酯的酶法合成、北京化工大学在单甘油酯的酶法合成方面都取得了一定成绩，但目前主要在中试研究，离工业化还有差距。

2．环境生物技术

(1)有毒物质的生物降解

废水和土壤中石油的降解国外己实现了工业化，而且己成功地用于海上泄漏石油的处理。我国目前己完成中试。有毒物质如苯酚、卤代烃特别是卤代芳香烃的降解是污水治理的一大难题。目前国外开展了大量的有关研究，并且建立了中试装置。国内刚刚开始有关的研究，在有关染料废水的生物降解上取得了一定成绩，建立了有关的中试装置。

(2)微生物脱硫

煤和石油中的硫是导致空气污染(酸雨)的主要原因之一，化学法脱硫效率较低，而且对有机硫效果不明显。国内生物脱硫目前主要处在研究阶段，有些单位如山东大学已获得了脱硫高效茵种。

(3)生物法去除或回收重金属离子

重金属离子的去除和回收是国内外一大难题。国外在利用微生物吸附重金属离子方面进行了大量的工作，如南非已建立了利用生物法提取黄金的中试装置，德国生物技术研究所(GBF)建立生物法脱除废水中 中试装置，目前已连续运转1年多。法国和俄罗斯都进行了有关的研究。国内在利用生物法治理含重金属离子废水上取得了一定成绩，建立一些中试装置，北京化工大学建立了国内第一条年处理量1万t皮革厂含铬废水的工业装置已投入运行(山东曲阜)，但目前离真正工业化普及仍有一定距离。

四、提高我国生物化工水平的建议

1．强调创新和传统产么改造相结合自主研究和引进先进技术相结合，跟踪和创新并举。优先支持、鼓励研究开发具有自主知识产权的新产品、新材料、新工艺、新设备，逐步形成一批生物化工的优势产品，为生物化工技术产业增长方式的转变和可持续发展服务，用生物技术改造传统的化工技术，建立新型生物化工产业，为下一步发展奠定基础。

2、提高学科交叉，提高我国的生物化工装备能力

我国目前生物化工设备主要依靠进口，当然我国机械加工和机电一体化水平与国外有一定差距，但另外一个原因是学科交叉少，不同学科沟通少。因此培养一批具有生物、化工和机电等综合能力的新型生物技术研究、开发人才十分必要。又如生物医用高分子材料，仅靠生物化工专业的人是不够的，若能组织多学科的攻关，实现生物医用高分子材料的产业化是完全可能的。

3．广泛吸收资金，加大生物化工的科技开发投入

生物化工是高科技开发投入、高产出的产业，这种高科技投入，并不是完全来自政府，相当一部分来自民间，特别是通过风险投资和股票上市，筹措资金加快生物技术的产业化。在资金筹措过程中，政府的作用是非常重要的，所以日本提倡的模式是产、学、研、宫、资相结合，是值得我们思考的，这里宫是指政府，资是指融资和银行；生物化工是基于生物转化生产化学品的高技术，是生物技术的重要组成部分，具有条件温和、选择性高和污染小的特点，是现代绿色化学加工业的重要组成部分。可以预见生物化工是21世纪化学工业最富

篇6：生物医学工程回顾与展望

生物医学工程回顾与展望

发布时间： 2003-4-14 作者：杨子彬

生物医学工程(Biomedical Engineering,BME)是一门生物、医学和工程多学

科交叉的边缘科学，它是用现代科学技术的理论和方法，研究新材料、新技术、新 仪器设备，用于防病、治病、保护人民健康，提高医学水平的一门新兴学科。

生物医学工程在国际上做为一个学科出现，始于20世纪50年代，特别是随着宇 航技术的进步、人类实现了登月计划以来，生物医学工程有了快速的发展。在我 国，生物医学工程做为一 个专门学科起步于20世纪70年代，中国医学科学院、中 国协和医科大学原院校长、我国著名 的医学家黄家驷院士是我国生物医学工程学 科最早的倡导者。1977年中国协和医科大学生物 医学工程专业的创建、1980年中 国生物医学工程学会的成立，有力地推进了我国生物医学工 程的发展。目前，我 国许多高校科研单位均设有生物医学工程机构，从事着生物医学的科研 教学工作，在我国生物医学工程科学事业的发展中发挥着重要作用。

显微镜的发明 “解剖”一词由希腊语“Anatomia”转译而来，其意思是用

刀剖割，肉眼观察研究人体结构。17世纪Lee Wenhock发明了光学显微镜，推动了 解剖学向 微观层次发展，使人们不但可以了解人体大体解剖的变化，而且可以进 一步观察研究其细胞 形态结构的变化。随着光学显微镜的出现，医学领域相继诞 生了细胞学、组织学、细胞病理 学，从而将医学研究提高到细胞形态学水平。

普通光学显微镜的分辨能力只能达到微米(μm)级水平，难以分辨病毒及细胞 的超微细结构、核结构、DNA等大分子结构。而20世纪60年代出现的电子显微镜，使人们能观察到纳米(nm)级的微小个体，研究细胞的超微结构。光学显微镜和电 子显微镜的发明都是医学工程研究 的成果，它们对推动医学的发展起了重要作用。

影像学诊断飞跃进步 影像学诊断是20世纪医学诊断最重要发展最快的领域

之一。50年代X光透视和摄片是临床最常用的影像学诊断方法，而今天由于X线CT技 术的出现 和应用，使影像学诊断水平发生了飞跃，从而极大地提高了临床诊断水平。即计算机体断层 摄影(computed tomography CT),即是利用计算机技术处理人

体组织器官的切面显像。X线CT 片提供给医生的信息量，远远大于普通X线照片观 察所得的信息。目前，螺旋CT(spiral CT 或helicalet CT)已经问世，能快速扫描 和重建图像，在临床应用中取代了多数传统的CT，提高了诊断准确率［1］。医学 工程研究利用生物组织中氢、磷等原子的核磁共振(nu clear magnetic resonanc e)原理。研制成功了核磁共振计算机断层成像系统(MRI)，它不仅 可分辨病理解剖 结构形态的变化，还能做到早期识别组织生化功能变化的信息，显示某些疾 病在 早期价段的改变，有利于临床早期诊断。可以认为MRI工程的进步，促进了医学诊 断学 向功能与形态相结合的方向发展，向超快速成像、准实时动态MRI、MRA、FM RI、MRS发展。根据核医学示踪，利用正电子发射核素(18F，11C，13N)的原理，创造 的正电子发射体层摄影(PET)，是目前最先进的影像诊断技术。美国新闻媒体 把PET列为十大 医学生物技术的榜首。PET问世不过30年历史，但它已显示出对肿 瘤学、心脏病学、神经病 学、器官移植，新药开发等研究领域的重要价值［2］。影像学诊断水平的不断提高，与20世纪生物医学工程技术的发展密切相关。

介入医学问世 介入医学是一种微创伤的诊疗技术。Dotter和Judkin(1964 年)是最早使用介入技术治疗疾病的创始人，他们用导管对下肢动脉阻塞性病变进行 扩张治 疗取得成功。1967年Margulis首先使用过介入放射学(Interventional Ra diology)，这是医 学文献出现“介入”一词的最早记载。1977年 Gruenzing成功 地进行了首例冠状动脉球囊扩 张术获得成功以后，介入性诊疗技术由于其创伤小、患者痛苦少，安全有效而倍受临床欢迎。20世纪80年代随着生物医学工程的发 展，高精度计算机化影像诊查仪器、数字减影血管造 影(DSA)、射频消融技术以及 高分子(high-polymer)新材料制成的介入技术用的各种导管相 继问世，使介入性 诊疗技术发生了飞速进步，临床应用范围不断扩大，从心血管、脑血管、非血管 管腔器官到某些恶性肿瘤等都具有使用介入诊疗的适应证，并使诊疗效果明显提高，患者可减免许多大手术之苦。有人把介入诊疗技术视 为与药物诊疗、手术诊疗 并列的临床三大诊疗技术之一，也有人把介入诊疗技术称之为20世 纪发展起来的 临床医学新领域--介入医学［3，4］。

人工器官的应用 当人体器官因病伤已不能用常规方法救治时，现代临床医

疗技术有可能使用一种人工制造的装置来替代病损器官或补偿其生理功能，人们 称这种装置 为人工器官(artificial organ)。如20世纪50年代以前，风湿性心脏 瓣膜病的治疗，除了应 用抗风湿药物、强心药物对症治疗外，对病损的瓣膜很难 修复改善，不少患者因心功能衰竭 死亡。而今天可以应用人工心肺机体外循环技 术，在心脏停跳状态下切开心脏，进行更换人 工瓣膜或进行房、室间隔缺损的修 补，使心脏瓣膜病、先天性心脏病患者恢复健康。心外科 之所以能达到今天这样 的水平，主要是由于人工心肺机的问世和使用了人工心脏瓣膜、人工 血管等新材 料、新技术的结果［5］。

肾功能衰竭、尿毒症患者愈后不良，而人工肾血液透析技术已挽救了大量肾病 晚期患者的生 命，肾病治疗学也因此有了很大进步。

现代生物医学工程中人工器官的发展也非常迅速，除上述人工器官外，人工关 节、人工心脏 起搏器、人工心脏、人工肝、人工肺等在临床都得到应用，使千千 万万的患者恢复了健康。可以说，人体各种器官除大脑不能用人工器官代替外，其余各器官都存在用人工器官替代的 可能性。

此外，放射医学、超声医学、激光医学、核医学、医用电子技术、计算机远程 医疗技术等先 进的医疗技术和仪器设备都是现代医学工程研究开发的成果，综上 可见，20世纪生物医学工 程的发展，显著提高了医学诊断和治疗水平，有力地推 动着医学科学的进步。

21世纪生物医学工程展望 纵观医学新技术诞生和发展的 历史，从伦琴发现

X线到今天X射线诊疗技术的发展，从朗兹万发现超声波到今天B超诊断的 广泛应用，从布洛赫和伯塞尔发现核磁共振到今天MRI的问世，从赫斯费尔德发明CT到今天 C T成像系统的应用，都是以物理学工程技术为基础、医学需求为前提发展起来的 医学新技术。循着20世纪医学发展的轨迹，我们有理由预测21世纪新的医学诊疗 技术可能在以下10个方 面有重大突破和创新：

(1)各种诊疗仪器、实验装置趋向计算机化、智能化，远程医疗信 息网络化，诊疗用机器人将被广泛应用。［6］

(2)介入性微创，无创诊疗技术在临床医疗中占有越来越重要的地位。激光技 术，纳米技术 和植入型超微机器人将在医疗各领域里发挥重要作用。

(3)医疗实践发现单一形态影像诊查仪器不能满足疾病早期诊断的需要。随着 PET的问世和应 用，形态和功能相结合的新型检测系统将有大发展。非影像增显剂 型心血管、脑血管影像诊 查系统将在21世纪问世。

(4)生物材料和组织工程将有较大发展，生物机械结合型、生物型人工器官将 有新突破，人 工器官将在临床医疗中广泛应用。

(5)材料和药物相结合的新型给药技术和装置将有很大发展，植入型药物长效 缓释材料，药 物贴覆透入材料，促上皮、组织生长可降解材料，可逆抗生育绝育 材料、生物止血材料将有 新突破。

(6)未来医疗将由治疗型为主向预防保健型医疗模式转变。为此，用于社区、家庭、个人医 疗保健诊疗仪器，康复保健装置，以及微型健康自我监测医疗器械 和用品将有广泛需求和应 用。

(7)除继续努力加强生物源性疾病防治外，对精神、心理、社会源性疾病的防 治诊疗技术和 相应仪器设备的研制受到越来越多的重视与开发，研制精神分析、心理安抚、生物反馈型诊 疗技术和设备将是生物医学工程的新起点。

(8)创伤是造成青年人群死亡的主要原因，研制新型创伤防护装置、生命急救 系统是未来生 物医学工程的重要课题。

(9)即将迎来的21世纪是分子生物学时代，有关分子生物学的诊疗新技术将快 速发展，遗传、疾病基因诊疗技术，生物技术和微电子技术相结合的DNA芯片、雪 白芯片和诊疗系统将被 广泛应用。

(10)空气污染、环境污染严重危害着人类健康，研究和开发劳动保护、家庭保 健、个人防护 用的人工气候微环境是未来不能忽视的问题。

1997年我国发布了关于卫生工作改革与发展的决定，提出了奋斗目标：“到2 000年，基本实 现人人享有初级卫生保健”，到2010年国民健康的主要指标在经济 发达地区达到或接近世界 中等发达国家水平，在欠发达地区达到发展中国家的先 进水平。1999年国家科技部召开了“ 发展生物医学工程技术战略研讨会”，国家 工程院开展了有关发展我国医疗器械工业战略研 究等，对推动生物医学工程产业 发展、落实创新工程战略布置起着重要作用。20世纪人类与 疾病做斗争，在医学 诊疗技术上取得了重大成就；但面向21世纪的巨大挑战，我们要动员起 来，调整 政策，制定规划，改革医学研究教学的旧模式，发挥现代科学多学科交叉合作的优

势，创建全新的生物医学，为人民造福。

参考文献

［1］Ge Wang Micheal WV.Preliminary study on helical CT algorithms for pati ent motion estimation and compensation.IEEE Trans.Medical Imagi ng,1995,14(2)：205

［2］Minn H, Lapela M, Klemi PJ et al.Predication of surviva l with fl uorin-18-fluoro deoxyglucose and PET in head and neck caner.J Nucl M e d, 1997,38：1907

［3］Scheinman MM.Catheter Ablation.Circulation, 1991, 83：1489-1498

［4］杨于彬，生物医学工程与介入性诊疗技术，世界医疗器械，1997，3(9)：5 0-52

［5］Katircioglu F , Yamak B,Battalogla B, et al.Long term re sults of mitral valve replacement with preservation of the posterior leaflet.J Heart Valve Dis, 1996,5(3)：302