发布时间：2023-09-26 14:42:48
绪论：一篇引人入胜的生物医学工程学进展，需要建立在充分的资料搜集和文献研究之上。搜杂志网为您汇编了三篇范文，供您参考和学习。
1、什么是生物医学工程？
1.1含义
生物医学工程是一个新兴的多学科交叉领域，其内涵是：工程科学的原理和方法与生命科学的原理和方法相结合以认识生命运动的“定量”规律，并用以维持、改善、促进人的健康。“生物医学工程”这个词汇蕴含了三个专业领域的相互影响：生物学、医学和工程学。生物医学工程是综合生命科学和工程技术的理论、方法、手段,研究人类及其他生命现象结构功能的理、工、医相结合的新兴交叉学科，是多种工程技术学科向生命科学渗透和相互交叉的结果,并已成为生命科学的重要支柱。生物医学工程是应用基础科学，主要服务于人类疾病的诊断、预防、监护、治疗及保健、康复等方面；生物医学工程的主要研究任务是利用工程技术手段解决医学诊断、治疗和信息化管理等问题，为医学提供高技术含量的现代医疗装备。
1.2内容与领域
生物医学工程的研究内容可分为基础研究和应用研究两个方面。基础研究，包括生物力学、生物控制、生物效应、生物系统的质量和能量传递、生物医学信息的提取与处理、生物材料学、生物系统的建模与仿真、各种物理因子的生物效应等;应用研究，直接为医学服务，包括生物医学信号检测与传感技术,生物医学信息处理技术,医学成像与图像处理技术,人工器官、医用制品和仪器,康复与治疗工程技术等。后者是医学工程研究领域中最主要的内容之一，它的成果直接推动医疗卫生事业的发展，效果最明显、最迅速,所以特别受医学工程人员和医生的重视。
2课程安排
根据我国《生物产业发展“十一五”规划》，生物医学工程高技术专项将按照当代生物医学工程技术和产业发展的方向，重点发展医疗影像设备、医疗监护系统及设备、肿瘤物理治疗设备等11大类产品,强化新型医用植入器械和人工器官、数字化与智能化医疗装备、可生物降解医用高分子及药物控释载体、医疗监护和远程诊疗系统等领域的创新能力。针对这一方向，我们将设定14次课，分别介绍各项技术产品或领域的现状和发展，让学生对生物医学工程学科有个整体的了解和认识。课程设置如下[2]：
1.生物医学工程概况：介绍生物医学工程学科概况、发展历程、学科内容、工程分支，以及国内外高校建设发展生物医学工程学科的情况。
2.组织工程学：应用细胞生物学和工程学的原理,吸收现代细胞生物学、分子生物学、材料与工程学等学科的科研精华,在体内或体外构建组织和器官,以维持、修复、再生或改善损伤组织和器官功能,是继细胞生物学和分子生物学之后,生命科学发展史上又一新的里程碑,标志着医学将走出器官移植的范畴,步入制造组织和器官的新时代。目前组织工程已经成为再生医学研究和发展的核心与主要方向。
3.生物材料学：研究与生物体（特别是人体）组织、血液、体液相接触或作用时，不凝血、不溶血、不引起细胞突变、畸变和癌变，不引起免疫排异和过敏反应,无毒、无不良反应的特殊功能材料。许多重点院校和科研单位都成立了相应的研究机构，从事生物材料及制品的开发研究，在天然高分子和合成高分子、无机和金属生物材料研究方面均取得了举世公认的成果。
4.人工器官：主要研究人体组织与器官的再生、修复与替代。人工器官在临床上的应用，挽救了不少垂危的生命，为临床医学的发展开拓了新途径。目前人工器官的研究和应用已基本遍及人体全身。
5.生物传感器技术:使用固定化的生物分子结合换能器,用来侦测生物体内或体外的环境化学物质或与之起特异互作用后产生响应的技术。目前,生物传感器正朝着以下几个方面发展:①向高性能、微型化、一体化方向发展；②生化检测的智能化系统；③仿生生物学的发展。
6.生物系统的建模与仿真：对生物体在细胞、器官和整体等各层面的参数及其相互关系建立数学模型，并用计算机求解该模型以分析和预测各种条件下生物系统运行的机制和状态。研究领域涵盖生物力学、复杂生物医学系统的建模与仿真等领域，主要采用计算力学、图形图像分析和数学建模等方法，对生物医学中的科学问题进行计算机建模和分析。
7.生物医学信号检测与处理技术：生物医学信号的检测与处理几乎成为了生物医学工程学科共同的研究方向。从生物体中获取各种生物医学信息，并将其转换为易于检测和处理的电信号。
8.医学成像与图像处理技术：研究如何将人体有关生理、病理的信息提取出来并显示为直观的图像、图形方式，或对已有的医学图像进行分析处理，为疾病的早期诊断和治疗提供了可能性,也为临床诊断引入了新的概念。
9.数字化X射线影像技术及设备：数字化X射线影像技术现已成为临床诊断的最主要手段。涉及的关键技术包括:直接数字化平面X射线影像技术;数字化X射线三维影像技术;低剂量CT、容积CT等。
10.磁共振影像技术及设备：磁共振影像是检测人体解剖、生理和心理信息的多因素、多层面和多对比度成像设备。
11.核医学成像技术及设备：核医学成像是对放射性核素标记化合物的体内生化过程成像的装备,是目前能够在临床应用的最主要的分子成像手段。涉及的关键技术：单光子断层成像(SPECT)技术和系统、正电子发射(PET)影像技术和系统、PET与CT融合技术等。
12.数字化超声波成像技术及设备：超声成像设备在四大影像设备中使用最为广泛。目前重点发展技术包括：多波束成像技术、谐波成像技术、多角度复合成像技术、三维成像技术、电容式微机械超声换能器、彩色超声成像设备系统、数字黑白超声影像设备等。#p#分页标题#e#
13.医学纳米技术和纳米材料：可运载肿瘤标志物分子的特异性抗体、肿瘤治疗药物以及造影剂等新的高效药物(基因)载体；发展纳米尺度的显微探针成像技术；发展用于组织再生修复的纳米生物材料；建立用于纳米材料健康与安全评价的技术与方法，都是当前重点发展方向。
14.康复工程技术:重点发展假肢仿生智能控制技术、低成本假肢矫形、适应不同功能障碍者工作和学习的环境控制系统与远程交流、认知功能康复、人工电子耳蜗汉语识别、电子助视、老年人室内安全监护等技术。
3教学模式的探索
针对课程本身的特点和学生认知的特点，设想从以下几个方面探索课程的教学：
3.1多媒体教学
多媒体教学具有直观、生动、易于理解的特点，并可节约教学时间，提高效率。由于每次课针对的是某项技术领域相关理论知识和行业动态的介绍，涉及的知识点多且泛，采用多媒体教学课件进行教学，形象直观，趣味性强，可以使学生印象深刻，降低了抽象知识的理解难度和记忆难度，激发了学生的学习兴趣。
3.2优化课程内容，加强实践教学
中图分类号：R318.08文献标识码：A文章编号：1671－7597（2012）0410005-02
0 前言
聚乙烯醇（PVA）是由醋酸乙烯酯经过醇解，水解或氨解而得到的水溶性高聚物。PVA水凝胶是线性高分子通过交联形成三维网状结构，再经过大量溶剂溶胀形成的一种胶态物质。PVA水凝胶由于具有低毒性，吸水量高，机械性能优良（高弹性模量和高机械强度）以及生物相容性[1]好等优点，在生物医药，食品工业，渔林业等方面备受瞩目。本文简述了PVA水凝胶的制备方法、改性研究及应用，同时详细介绍了PVA水凝胶“反复冷冻解冻法”的机制、特点，与生物大分子明胶的共混改性及在生物医药方面的应用[2-7]。
1 PVA水凝胶的制备
PVA水凝胶的合成根据交联机制可以分为物理交联法，化学交联法和辐射交联法三种。物理交联目前报导中使用最多的是“反复冷冻解冻法”[8-9]和“冻结部分脱水法”[10-11]通过物理交联得到的水凝胶物理机械性能有很大的改善，交联过程可逆，但是透光性不好。可通过改变溶剂类型或使用混合溶剂等方法来改善。日本Hyon[12]等人用水和DMSO有机溶剂，通过冷冻处理得到透光率高的PVA水凝胶。化学交联主要采用化学交联剂，通过共价键或配位键的作用使PVA分子链之间形成凝胶。通过化学交联制得的水凝胶，保水性和某些力学强度有一定提高，但是透明性不好且含水量不高。辐射交联主要是利用γ射线、电子束、X光及紫外线等直接辐射PVA水溶液，或辐射用物理交联法制成的PVA水凝胶。经辐射制得的水凝胶因不需要添加任何添加剂，所以PVA纯度高，光学透明性好，但力学强度不高，抗蠕变性差，同时强烈的反应条件常常造成某些优异性能的损失。将辐射交联制得的PVA水凝胶经一定的物理处理过程可以使凝胶部分结晶化，从而提高了机械强度[13]。
2 “反复冷冻解冻法”PVA水凝胶成胶机制及性能特点
2.1 “反复冷冻解冻法”PVA水凝胶成胶机制
此法是将一定浓度的PVA水溶液浇铸于模具中，在-10℃～-40℃的条件下冷冻成型。时间为一天左右。然后将试样在室温下放置1～2小时融化，上述冷冻，解冻过程反复数次（一般为三到五次），可以得到弹性好，具有一定的机械强度、不透明的水凝胶。
此法的成胶机制目前比较成熟的有以下两点[14]：1）凝胶化是网络形成的结果且在凝胶化初始阶段形成高分子聚集区和非聚集区。2）凝胶在水溶液中形成首先是高分子氢键的作用。
这种物理交联所制备的水凝胶是分子链间通过氢键和微晶区等物理交联点形成的三维网络结构。当PVA溶液冷冻处理时，分子链运动减弱，链之间的接触时间变长，链之间的距离缩短，有利于分子链上的羟基间形成氢键缔合，同时PVA在低温下结晶作用，促使了物理网络交联点的形成，使形成了完善程度不一的结晶结构。柳明珠等认为当在室温下解冻时，由于交联点仍然稳定，所以该凝胶不会溶解。当反复冷冻处理后，少量可以活动的链段及未交联的分子链进一步交联，使得结晶结构不断完善，进而形成不溶于水的凝胶。Willcox研究表明：链段中微晶的形成，多数由第一次的冷冻解冻中决定。编排链段成3～8纳米的间距，被分隔与平均距离为30纳米的不规则的网格中。
2.2 “反复冷冻解冻法”PVA水凝胶成型条件及特点
“反复冷冻解冻”法制备的水凝胶具有高强度高弹性，含水率也较高。凝胶的成型条件取决于PVA的分子量，浓度，冷冻条件、解冻条件及循环次数。潘育松等人研究表明：此方法制备的PVA水凝胶的拉伸强度和拉伸模量随凝胶的浓度和冷冻解冻次数的增加而增大。最高拉伸强度可达2.27MPa。但当浓度大于20%时，溶液粘度较大，分子量较大时影响微晶的形成显著。所以常用浓度在7%～15%之间。冷冻温度不仅影响冷冻动力学而且影响界面间相平衡。冷冻温度一般在低于-10℃下进行。我们实验发现，15%的PVA溶液在-20℃下具有好的物理及力学性能，所以-20℃是常用的冷冻温度。此方法制备的PVA水凝胶不使用有毒性的有机交联剂，保持了良好的生物相容性，属于可逆性水凝胶，随着环境参数的变化，可以使物理交联点改变，还可以被溶解。因为方法简单，所制水凝胶与化学交联无明显差别，因此近年来备受亲睐，在许多领域，极具开发潜力。
3 PVA水凝胶的改性方法及与明胶复合的研究
3.1 PVA水凝胶常用的改性方法
PVA水凝胶常用的改性方法有：1）化学改性法：通过接枝等化学方法，改变PVA分子链的化学结构，或把水凝胶接枝到具有一定强度的载体上。如将利用苯酐或琥珀酸酐与PVA酯化，可得到侧链含有羧基的PVA。这种PVA还可以与双官能团的化合物如芳香族二环氧甘油醚反应，得到交联的PVA。这种立体网络结构使PVA薄膜的化学稳定性和选择性提高[19]。2）物理共混法：利用高分子链间分子间作用力形成分子聚集体，从而制备出性能优良的复合体系。但复合的材料要有良好的互溶性。例如董彦博[20]等以丙三醇为增塑剂，加入一定量的淀粉，对PVA膜进行了改性，研究表明，加入淀粉后薄膜的水溶性得到很大改善。3）与无机填料或有机小分子复合：其中无机填料包括生物活性陶瓷颗粒，如磷酸三钙，生物活性玻璃等。不仅保持了生物活性，同时提高了力学性能。有机小分子经常用复合剂，来降低PVA水凝胶的摩擦系数，改善摩擦性能。4）与生物活性分子的复合：一般通过生物活性分子的水溶液或悬浮液同PVA溶液共混，制得成型凝胶或用生物活性分子的溶液淋洗水凝胶，让生物活性分子扩散进去。常用的生物活性分子有胶原质，透明质酸盐、纤维素、壳聚糖，海藻酸盐等。
[关键词]
军事生物医学工程；实验教学；考核模式
近年来，第四军医大学生物医学工程专业立足军事和医学的双特色背景，率先提出了军事生物医学工程专业的概念[1-2]。该专业以培养面向军队现代卫勤保障任务需求的复合型、创新性人才为目标，构建了以生物医学工程系列课程为基础，医学电子、医学计量、卫生装备及医学影像4个模块为专业方向的特色专业课程体系[3-5]。该课程体系中的“电路原理”“模拟电子技术”“信号与系统”等专业基础课程，起着联结理论知识与工程实践的桥梁作用，在军事生物医学工程人才培养过程中发挥着重要作用[5]。然而，第四军医大学军事生物医学工程专业学生的专业基础课程学时有限，与专业人才培养的高需求构成了矛盾。因此，如何改进教学方法、提高教学质量，是目前亟待解决的问题。军事生物医学工程专业基础课程兼具理论性和实践性，通过实验教学可有效巩固基本概念和方法，提高学员的动手能力、综合分析能力及创新能力[6-8]。为此，我们借鉴国内外教学改革的经验，结合军事生物医学工程学科的特点，将该专业教学改革的重点放在实验教学上，以新的考核模式牵引实验教学改革。
1基本思路
在现代教育理念中，过程管理是实验教学区别于理论教学的最大特点。通过这一环节能保证每个学生的实验效果，切实达到知识理论和实践操作相结合的目的[9-10]。因此，军事生物医学工程专业基础实验考核必须既看结果、更注重过程，将过程考核作为实验课程考核模式改革的重要内容。当前国内外生物医学工程学科呈现出日新月异的特点，大量新理论和新技术的涌现和成熟，要求生物医学工程人才必须主动学习、不断提升自身各方面的能力，以便适应学科发展的需要[11]。针对这一现状，国际上许多知名大学的生物医学工程专业均以学生为主体作为提高教学质量的核心要素，强调对学生主动学习能力的培养[4]。军事生物医学工程与普通生物医学工程具有相同的专业属性，因而其实验课程的考核也应体现这一特点，充分激发学生的发现性、体验性和探究性。军事生物医学工程专业人才面向的是军队特殊功能群体，以解决军队现代卫勤保障中生物医学工程问题为主要任务[3-4]。随着新时期我军卫勤保障的领域不断拓展，特别是复杂化、多样化非战争军事行动实践的凸显，要求卫勤保障人才具备知识、技能、责任为一体的综合能力素质，才能跨越军兵种、部门界限完成保障任务[12]。因此，军事生物医学工程专业基础实验课程的考核必须跳出以实验结果作为唯一指标的传统模式，要强调全面性评价观。
2实施方法
2.1分阶段考核，突出个别质疑实验过程考核具备实时性，课堂提问、查看预习报告和实验记录等传统方式能有效增强考核的真实性，但在启发学生思维、突出学生个性方面效果欠佳。为了有效地解决这一问题，我们根据军事生物医学工程专业特点设计相应的过程考核方案，主要在2个方面进行了探索和实践：一是考核过程的安排，二是特色考核方式的建立。（1）将专业基础实验课程的考核评价分为基础考核和综合考核2个阶段，体现对学生实验技能、态度、协作等情况的全程式评价。其中，基础考核主要对安排课时内进行的系列基础验证性实验进行考核评价，以实验报告为依据进行评价，记为平时成绩，占实验成绩的50%；综合考核主要对课外开展的综合设计性项目进行考核，以项目汇报的形式进行考核，记为期末成绩，占实验成绩的50%。（2）在分阶段考核的基础上，建立以个别质疑为核心的过程评价方式。研究和实践表明，教师对学生的一对一指导和质疑在众多过程考核方式中，最能体现考核评价的客观性，并且能够激励学生主动思考和探索[10]。军事生物医学工程专业在研究型军医大学内开设，专业规模小、学员人数少、师资力量强，因而特别适合采用这种方式。为此，我们在基础项目的实验报告中增加了拓展思考题并对其进行评定。这些思考题是教师针对每个学生的实验操作步骤提出的，因此题目和答案因人而异，从而杜绝了实验报告的抄袭，并体现出学生的个性和思考。
2.2开放考核资源，以问题为驱动自主学习模式倡导学生自主学习、把实验的主动权交给学生，使实验教学呈现出较强的开放性[11]。主要表现为不同学生个性和目标层次不同，导致实验内容、方法思路和结果结论存在差异。与之相对应，实验考核方案也应适应这一特点，并采取行之有效的措施。为此，我们主要对考核资源进行了分类设计和调整重组，主要从以下几个方面进行了实践：（1）考核题目开放。除教学大纲指定的基本项目外，综合考核题目由学生自主选择，实验任课教师只需根据教学大纲及实验条件明确实验教学情境，对实验内容、实验过程及实验要求等细节做具体规划、明确任务要求。近年来我校军事生物医学工程专业实施特色教学模式，大力推行教学与科研相结合、本科生导师制等，为专业基础课程实验考核提供了大量综合设计性题目。例如，实验课程任课教员承担的国家和军队教学或科研课题，经过加工、提炼后可用于考核；以本科生导师制为依托开展的本科生早期接触课外科研项目；军队和地方各种专业技能和创新大赛题目等。（2）指导教师开放。综合设计实验工程性强，学生能否在考核中取得好成绩，除了充分调动自身主观能动性以外，教师的科学指导也很重要。为了与开放化的考核题目相适应，我们允许学生自主选择指导教师。因而除了实验课程任课教师外，学生们还可以选择实验课对应的理论课程教师，以及自己本科阶段的导师。特别是采取最后一种形式，教师和学生相互了解程度深，教师能结合学生个性和特长，针对实验设计方案的可行性及结果提出预判，避免学生走弯路。（3）实验室开放。开放各种教学和科研资源，鼓励学生开展软硬件联调实验，将电路、模电、数电、信号等课程的实验内容结合起来，达到电子信息类专业知识和技能的融会贯通。为此，我们采用图书馆模式管理实验室，对电路、模电、数电、仿真等多个教学实验室实行全天开放，并且对相关实验仪器和消耗器材按需供应。除此之外，从查阅资料、选择元器件、构思实验方案，再到仿真、安装、调试电路，直到完成全部实验，学生均独立进行，教师只负责验收和考评，并对学习成绩优秀或有特长的学生开展个性化培养。（4）人员组织开放。团队协作是现代工程技术人才必须具备的能力素质，也是军事生物医学工程专业人才培养目标的重要方面[13]。因此，在综合设计项目的研究过程中，学生既可自主探究，也可以寻找合作伙伴组成1～3人的项目小组，充分发挥团队协作的优势。与之相对应，考核也要求以项目小组为单位考察实验操作和任务完成情况，并在此基础上对每组的同学进行个别质疑和考察，得出个人评价。
2.3创新考核方式，丰富评价指标军事生物医学工程专业要求培养高素质复合型现代卫勤保障人才，实验考核要体现这一目标就必须在考核方式上有所创新。为此，我们借鉴科研工作汇报的经验，在综合考核中采用以项目答辩为主要形式的考核方案。整个答辩过程以项目组为单位进行，分为3个环节：（1）口头汇报。以全面培养学生制作多媒体课件、口头表达及总结提炼的水平和能力，要求利用多媒体素材进行一次时间为5min的汇报。（2）成果演示。以培养学生熟练操作技能和良好实验习惯为目的，对提交的仿真程序或电子电路进行现场演示和测试。（3）提问互动。以培养学生沟通应变能力和考察项目组内各成员参与实验情况为目的，由评委根据汇报和演示情况随机选择学生提问。在上述考核方式的基础上，我们采用专家讨论和问卷调查的方式，建立了军事生物医学工程专业基础实验考核的评价指标体系及其指标权重。该指标体系涵盖了学生基础知识、实验技能、能力素质、情感态度和作风纪律5个I级指标，以及实验内容、实验仪器的熟练程度、答辩表达和课件制作等15个Ⅱ级指标，不仅对学员的理论基础和实践能力做出考核，而且对学生在工程实践过程中的思路、态度、协作、军人作风等多方面情况进行了全面评价。
3实施效果
上述考核模式已在2014年度秋季学期对第四军医大学2012级生物医学工程专业本科15名学员进行了试点实施。我们根据军事生物医学工程专业本科人才培养方案对实验教学的要求，对“信号与系统”实验课程进行了基础考核和综合考核，取得效果如下：（1）杜绝了实验不预习和准备不充分的现象，学员学习的自主性明显增强，部分同学在实验过程中能提出独到的设计思想，实验效果明显提高。（2）全面提升了学员多媒体课件制作、总结提炼、口头表达、文字组织、沟通交流和团队协作的水平和能力，为他们今后的科研工作打下了良好的基础。（3）充分展现了学员的兴趣、特长和作风纪律等非专业知识技能的情况，为在“信号与系统”理论教学中实施因材施教的个性化教学提供了信息。（4）重点培养了3~5名优秀学员的工程实践和科研创新能力，组织他们参加了第九届全国信息技术应用水平大赛，并取得了好成绩。
4结语
军事生物医学工程作为生物医学工程与军事医学交叉融合的产物，是以服务军队卫勤保障现代化为目标的特殊专业。我们围绕该专业基础课程实验教学的考核，研究了全程性、开放式、多样化的考核新模式并取得了良好效果。该研究进一步丰富了军事生物医学工程专业特色教学模式，对于提高军事生物医学工程专业人才培养质量具有重要的现实指导意义。我们将以此为起点，继续深化该专业实验教学改革，坚持教员为主导、学员为主体的教学理念，渗透全面教育观、精英教育观、创新教育观、开放教育观等现代教育思想，为培养现代化卫勤保障急需的高素质人才不懈努力。
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