西方生命科学的世纪-东泰百科网

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20世纪是生命科学迅猛发展的时代,尤其是最后20年,它的发展速度之快更加令人瞩目.利用基因技术培育的转基因食品已经摆上了普通百姓的餐桌；基因方法已经开始挽救患者的生命；克隆技术的重大突破,已使动物的复制成为可能.人类数千年来的梦想正随着生命科学发展逐一实现,随着物理学世纪让位于生命科学世纪,世界还将会有更多的奇迹出现.

可以预计,在发展和危机并存的21世纪,生命科学将成为自然科学的带头学科.分子生物学将在生命科学中保持主导地位；细胞生物学还将作为生命科学的基础科学继续发展；脑科学将代表生命科学发展的一个高峰；基因组计划、基因工程、细胞工程、酶工程、蛋白质工程将带来农业、食品、医药和化工等领域的革命,产生难以估量的社会效益和经济效益.生物技术的飞速发展及其广泛的应用前景,将使生物产业成为全社会的产业支柱.

在所有的科研突破中,基因科学及其在疾病的诊断和治疗中的应用给人们带来的希望最大.科研人员研究工作的关键是弄清楚细胞的运转机制.始于1990年的绘制人类基因组图谱工程,动用了美、欧、亚多国的数百名科学家,预计耗资30亿美元,最终目标是要在2003年之前绘制出人体10万个基因的图谱,揭开30亿个碱基对的密码,弄清全部基因的位置、结构和功能.这项工程可以揭开有关人体生长、发育、衰老、患病和死亡的秘密,最终将帮助人类攻克诸如癌症、艾滋病、肝炎、肺结核、阿尔茨海默氏症等许多疑难病症.来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-556.html

控制蛋白质将是科学家面临的一个重要挑战.科学家希望从蛋白质的控制中了解生物学、生物化学、生理学、分子遗传学等方面的重要情况.世界最大的实验室已联合起来对规范蛋白质生产的15万个标记进行编排,预计完成这一工作需要15年时间和30亿美元的投资.这将导致出现新的基因疗法和药物疗法.

21世纪科学家将在人体的器官和组织“重造”及修复方面取得巨大进步.在人身上进行转基因动物器官移植将成为可能；一些科研小组正在致力于完成人体细胞代谢程序的重新编排,使之具有新的功能；科学家还打算研制生物—人工器官,即研制能置于抗排异膜内的人体或动物的假器官,这种生物—人工器官将取代人造器官.

基因工程将引发一场新的绿色革命,农业的生产效率将获得全面提升.未来的基因工程作物不但可以在恶劣的环境里茁壮成长,而且还会含有更高的营养成分.未来的农民也许既可以种粮食,又可以种疫苗,他们还将利用基因工程培育可以生产疫苗、化学药品以及可进行生物降解的塑料等作物.

生物技术还有可能为计算机领域的研究带来突破.目前采用的硅芯片上集成的电子器件数量已逐渐接近极限,因此计算机的计算处理能力也就接近极限.以DNA计算机为首的生物计算机也许将会成为传统计算机的理想的终结者.各种生物计算机可彻底实现现有计算机所无法真正实现的模糊推理功能和神经网络运算功能,是模拟人工智能的一个突破口.来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-1157.html

可以预料,生物学及生物技术的应用必将对21世纪产生重要的影响,它不仅能促进人类社会的文明与进步,而且它也会带来一系列环境问题和严重的伦理问题,因而在各国纷纷加大对生物产业投入的21世纪,科学家们还应树立起保护自然资源、生物多样化和人类生存系统的责任心,维护人类的尊严和人类生存的基本权利.1999年世界科学大会上,来自世界各国的科学家通过了《科学和利用科学知识宣言》,制定出科学与社会之间订立的新契约.

为什么说21世纪是生命科学的世纪

无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后，随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。

无机非金属材料分类：

1、传统陶瓷

其中，瓷是粉体的致密烧结体，较之较早的陶，其气孔率明显降低，致密度升高。

陶瓷在我国有悠久的历史，是中华民族古老文明的象征。从西安地区出土的秦始皇陵中大批陶兵马俑，气势宏伟，形象逼真，被认为是世界文化奇迹，人类的文明宝库。唐代的唐三彩、明清景德镇的瓷器均久负盛名。

传统陶瓷材料的主要成分是硅酸盐，自然界存在大量天然的硅酸盐，如岩石、土壤等，还有许多矿物如云母、滑石、石棉、高岭石等，它们都属于天然的硅酸盐。此外，人们为了满足生产和生活的需要，生产了大量人造硅酸盐，主要有玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、水玻璃以及某些分子筛等。硅酸盐制品性质稳定，熔点较高，难溶于水，有很广泛的用途。

硅酸盐制品一般都是以黏土（高岭土）、石英和长石为原料经高温烧结而成。黏土的化学组成为Al传3·2SiO·2H传，石英为SiO，长石为K传·Al传3·6SiO（钾长石）或Na2O·Al2O3·6SiO2（钠长石）。这些原料中都含有SiO2，因此在硅酸盐晶体结构中，硅与氧的结合是最重要也是最基本的来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-874.html。

硅酸盐材料是一种多相结构物质，其中含有晶态部分和非晶态部分，但以晶态为主。硅酸盐晶体中硅氧四面体[SiO4]是硅酸盐结构的基本单元。在硅氧四面体中，硅原子以sp杂化轨道与氧原子成键，Si—O键键长为162 pm，比起Si和O的离子半径之和有所缩短，故Si—O键的结合是比较强的。

2、精细陶瓷

精细陶瓷的化学组成已远远超出了传统硅酸盐的范围。例如，透明的氧化铝陶瓷、耐高温的二氧化锆（ZrO2）陶瓷、高熔点的氮化硅（Si3N4）和碳化硅（SiC）陶瓷等，它们都是无机非金属材料，是传统陶瓷材料的发展。精细陶瓷是适应社会经济和科学技术发展而发展起来的，信息科学、能源技术、宇航技术、生物工程、超导技术、海洋技术等现代科学技术需要大量特殊性能的新材料，促使人们研制精细陶瓷，并在超硬陶瓷、高温结构陶瓷、电子陶瓷、磁性陶瓷、光学陶瓷、超导陶瓷和生物陶瓷等方面取得了很好的进展，下面选择一些实例做简要的介绍。

高温结构陶瓷汽车发动机一般用铸铁铸造，耐热性能有一定限度。由于需要用冷却水冷却，热能散失严重，热效率只有30%左右。如果用高温结构陶瓷制造陶瓷发动机，发动机的工作温度能稳定在1 300 ℃左右，由于燃料充分燃烧而又不需要水冷系统，使热效率大幅度提高。用陶瓷材料做发动机，还可减轻汽车的质量，这对航天航空事业更具吸引力，用高温陶瓷取代高温合金来制造飞机上的涡轮发动机效果会更好。

已有多个国家的大的汽车公司试制无冷却式陶瓷发动机汽车。我国也在1990年装配了一辆并完成了试车。陶瓷发动机的材料选用氮化硅，它的机械强度高、硬度高、热膨胀系数低、导热性好、化学稳定性高，是很好的高温陶瓷材料。氮化硅可用多种方法合成，工业上普遍采用高纯硅与纯氮在1 300 ℃反应后获得：

3Si+2N2→Si3N4 （1 300 ℃）

高温结构陶瓷除了氮化硅外，还有碳化硅（SiC）、二氧化锆（ZrO2）、氧化铝等。

透明陶瓷一般陶瓷是不透明的，但光学陶瓷像玻璃一样透明，故称透明陶瓷。一般陶瓷不透明的原因是其内部存在有杂质和气孔，前者能吸收光，后者使光产生散射，所以就不透明了。因此如果选用高纯原料，并通过工艺手段排除气孔就可能获得透明陶瓷。早期就是采用这样的办法得到透明的氧化铝陶瓷，后来陆续研究出如烧结白刚玉、氧化镁、氧化铍、氧化钇、氧化钇-二氧化锆等多种氧化物系列透明陶瓷。又研制出非氧化物透明陶瓷，如砷化镓（GaAs）、硫化锌（ZnS）、硒化锌（ZnSe）、氟化镁（MgF2）、氟化钙（CaF2）等。这些透明陶瓷不仅有优异的光学性能，而且耐高温，一般它们的熔点都在2 000 ℃以上。如氧化钍-氧化钇透明陶瓷的熔点高达3 100 ℃，比普通硼酸盐玻璃高1 500 ℃。透明陶瓷的重要用途是制造高压钠灯，它的发光效率比高压汞灯提高一倍，使用寿命达2万小时，是使用寿命最长的高效电光源。高压钠灯的工作温度高达1 200 ℃，压力大、腐蚀性强，选用氧化铝透明陶瓷为材料成功地制造出高压钠灯。透明陶瓷的透明度、强度、硬度都高于普通玻璃，它们耐磨损、耐划伤，用透明陶瓷可以制造防弹汽车的窗、坦克的观察窗、轰炸机的轰炸瞄准器和高级防护眼镜等。

生物陶瓷人体器官和组织由于种种原因需要修复或再造时，选用的材料要求生物相容性好，对肌体无免疫排异反应；血液相容性好，无溶血、凝血反应；不会引起代谢作用异常现象；对人体无毒，不会致癌。已发展起来的生物合金、生物高分子和生物陶瓷基本上能满足这些要求。利用这些材料制造了许多人工器官，在临床上得到广泛的应用。但是这类人工器官一旦植入体内，要经受体内复杂的生理环境的长期考验。例如，不锈钢在常温下是非常稳定的材料，但把它做成人工关节植入体内，三五年后便会出现腐蚀斑，并且还会有微量金属离子析出，这是生物合金的缺点。有机高分子材料做成的人工器官容易老化，相比之下，生物陶瓷是惰性材料，耐腐蚀，更适合植入体内来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-537.html。

氧化铝陶瓷做成的假牙与天然齿十分接近，它还可以做人工关节用于很多部位，如膝关节、肘关节、肩关节、指关节、髋关节等。ZrO2陶瓷的强度、断裂韧性和耐磨性比氧化铝陶瓷好，也可用以制造牙根、骨和股关节等。羟基磷灰石〔Ca10(PO4)6(OH)2〕是骨组织的主要成分，人工合成的与骨的生物相容性非常好，可用于颌骨、耳听骨修复和人工牙种植等。发现用熔融法制得的生物玻璃，如CaO-Na2O-SiO2-P2O5，具有与骨骼键合的能力。

陶瓷材料最大的弱点是性脆，韧性不足，这就严重影响了它作为人工人体器官的推广应用。陶瓷材料要在生物工程中占有地位，必须考虑解决其脆性问题。

3、纳米陶瓷

从陶瓷材料发展的历史来看，经历了三次飞跃。由陶器进入瓷器这是第一次飞跃；由传统陶瓷发展到精细陶瓷是第二次飞跃，在这个期间，不论是原材料，还是制备工艺、产品性能和应用等许多方面都有长足的进展和提高，然而对于陶瓷材料的致命弱点──脆性问题没有得到根本的解决。精细陶瓷粉体的颗粒较大，属微米级（10 m），有人用新的制备方法把陶瓷粉体的颗粒加工到纳米级

（10 m），用这种超细微粉体粒子来制造陶瓷材料，得到新一代纳米陶瓷，这是陶瓷材料的第三次飞跃。纳米陶瓷具有延性，有的甚至出现超塑性。如室温下合成的TiO2陶瓷，它可以弯曲，其塑性变形高达100%，韧性极好。因此人们寄希望于发展纳米技术去解决陶瓷材料的脆性问题。纳米陶瓷被称为21世纪陶瓷。

湖南大学生物学院的专业简介来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-497.html

基因工程将引发一场新的绿色革命,农业的生产效率将获得全面提升.未来的基因工程作物不但可以在恶劣的环境里茁壮成长,而且还会含有更高的营养成分.未来的农民也许既可以种粮食,又可以种疫苗,他们还将利用基因工程培育可以生产疫苗、化学药品以及可进行生物降解的塑料等作物.来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-783.html

一、生物技术专业

（一）办学特色

生物技术专业是一门侧重理科，理、工结合的以培养应用性人才为主的新兴复合型专业。该专业培养德智体全面发展，掌握扎实的数、理、化基础理论，具有坚实的生命科学与生物技术的基础知识、基本实验技能，受到良好的科学研究思维与实验方法的训练，具有良好的科学素质、敏锐的分析思辨能力、较强的创新能力与意识的高级生物技术人才。

（二）主要课程设置

该专业学制4年，按照学分制管理，实行弹性学习年限（最长6年）。对符合该学科培养要求的生物技术专业学生授予理学学士学位。主要课程有：植物生物学、动物生物学、微生物学、细胞生物学、遗传学、生物化学、分子生物学、免疫学、生物信息学、细胞基因工程、酶与发酵工程、生物制药技术和生物技术综合实验。

二、生物医学工程专业来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-965.html

（一）培养目标及要求

生物医学工程专业培养的学生须具备扎实的数、理、化理论基础，坚实的生物医学基本理论及相关的工程基本知识与实验技能；掌握一定的人文社科、经济管理等方面的基础知识;受到应用基础研究和技术开发方面的科学思维和科学实验的基本训练。毕业生应具备生命科学以及医学与工程技术相结合的科学研究能力，能在生物医学工程领域、医学仪器、医学材料以及信息产业等部门从事研究、开发、教学及管理。最终培养成为具有良好的科学素养、竞争与合作意识、创新思维与能力的研究型和复合应用型人才。

本专业要求学生掌握数、理、化等方面的基本理论和基本知识；掌握基础生物学、解剖生理学、生物医学影像与图像处理、细胞及分子生物学、生物医学材料、生物信息学等方面的基本理论和基本实验技能；具备一定的工程实践基础，熟练掌握一门外语；掌握文献检索、资料查询的基本方法；具有一定的人文社会科学知识及较强的口头与文字表达能力和组织管理能力；具有较强的实验设计及归纳、整理、分析实验结果，撰写科技论文、参与学术交流的能力来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-717.html。

按照湖南大学学分制管理，总学分为172学分，学制4-6年。对修满要求学分并符合本学科培养要求的生物医学工程专业学生授予工学学士学位。

（二）主要课程设置来源:https://www.faithandyoung.com/cshi/202501-4525.html

●主要必修课程设置来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-370.html

主要必修课程有：有机化学、生物化学、解剖生理学、生物医学影像与图像处理、细胞及分子生物学、生物医学材料、生物力学与生物流变学、细胞与基因工程、组织工程学、生物信息学及相关实验课程。其中实验课程学时数为理论学时数的2/3左右。

●主要选修课程设置

主要选修课程有：生物医学工程前沿、生物医学工程专业英语、发育生物学、化学生物学、生化仪器原理与方法、纳米生物材料、病理及检测试剂、现代免疫学、生物医学光学、生物芯片、生化分离技术、病毒学、三维组织培养与人工器官等。

●主要集中实践环节

主要集中实践环节有：解剖生理大实验、医学成像综合实验、生物信息学实验、金工实习、电子电工实习、专业实习、毕业实习、毕业论文等。

●课外专业实践环节

学生可根据本人的发展规划和兴趣，利用假期或课余时间，在教师一对一的指导下进行专业实践，其设置的环节有：科研实践、大学生创新训练（SIT创新实验项目）。

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