我校生物医学工程学科特色及研究生培养展望

我校生物医学工程学科特色及研究生培养展望

摘　要　介绍了我校生物医学工程学科的研究基础和特色优势，详述了生物医学电子仪器、生物医学光电检测技术与生物芯片、生物医学信息技术和生物医学材料四个特色研究方向的研究内容、应用领域和已取得的研究成果。对该学科研究生培养及社会需求进行了分析和展望。

关键词　生物医学工程；学科；特色；研究生；培养

一、概述

生物医学工程学科是一个新兴的交叉学科，其研究领域是一个极富创新性的、蓬勃发展的领域。我校在该学科有长期的科研及教学积累，通过生物医学和电、光、材、机、计算机等优势学科的学科交叉、共同发展，已形成较有优势的多个研究方向，从而为硕士点建设和研究生培养创造了条件。

我校生物医学工程学科目前已形成生物医学电子仪器、生物医学光电检测技术与生物芯片、生物医学信息技术和生物医学材料四个优势研究方向，其研究领域涉及生物力学、生物电磁学、康复医学、生物医学传感器与医学仪器、生物医学信号检测与处理技术、生物医学光子学、生物芯片技术、生物系统建模与仿真、生物信息学、医学图像处理、生物医学材料等，在这些方向上取得了丰硕的创新性科研成果，形成了一定的特色，其研究内容、应用领域和取得的成果如下。

二、学科研究内容与方向

1.生物医学电子仪器

研究将电子技术、计算机技术用于生物医学的检测仪器、治疗仪器、康复仪器及远程医疗等方面。研究成果可用于医学临床检验治疗、康复及食品检验、兵器人机工程、法医鉴定、农业、畜牧等领域。

（1）生物医学检测仪器

研究内容包括生化反应原理、传感器技术、信号检测技术、信号处理技术、仪器设计、计算机技术等，成果可用于医学生化检测、食品检验、兵器人机工程、法医鉴定、农业、畜牧等领域。

研究成果：高通量基因分析仪、梯度电泳凝胶制胶系统研究、凝血测试仪、全自动酶免测试仪、血液黏度测试仪。其中获得国家专利两项，获得科研奖多项。

（2）医学物理治疗仪器

研究采用各种物理效应对人体疾病进行治疗的医学仪器，主要研究温度、电磁波作用于人体组织的效应，研究高频电火花用于皮肤瘤体切割、去除汗腺等技术，低温冷冻技术用于治疗皮肤病、性病；微波技术用于治疗前列腺疾病等。

研究成果：多功能电手术治疗仪、腋臭治疗仪、半导体致冷手术刀、CDM－I型超声电子美容机、高频超声波前列腺治疗仪等。其中，CDM－I型超声电子美容机获兵器工业总公司科学技术进步奖；高频超声波前列腺治疗仪获陕西省国防科学技术进步奖。

（3）康复仪器及远程医疗

主要研究康复治疗原理及仪器设备，包括生物力学、生物电磁学、康复医学等，研究实现这些原理的康复仪器开发，通过电信网、互联网，进行远程康复仪器设备、软件、信息处理系统开发。

研究成果：便携式颈椎牵引控制系统设计、基于数字信号处理器的颈椎牵引控制系统设计、基于模糊控制的远程康复信息采集系统设计、输液自动监控器等。

2.生物医学光电检测技术与生物芯片

本方向以生物技术结合光电检测技术为特色，研究成果可用于医学临床检验、医学科学研究、兵器人机工程、爆炸物探测、生物战剂探测、农业、畜牧业、食品检验、法医鉴定等领域。

（1）生物光学检测仪器

研究生物组织中特殊的光学现象，采用光电检测手段研究生物组织或细胞的运动、形态变化、变异、组成以及各类生物医学光子学亟待解决的问题。研究光学检测装置，表面及轮廓测量技术和光学技术，研究实现生物体和人体活体组织形态和功能的无损检测。

研究成果：光磁电复合手术导航定位方法与装置、牙髓活力荧光检测系统开发、平显视差检测仪、可用于生物战剂检测的基于荧光偏振技术的高通量基因分析系统、手术照明装置、人体血液组织细胞分析仪等。

（2）生物芯片技术

1）生物芯片的加工技术

包括：①光刻技术：研究利用光敏的抗蚀涂层发生光化学反应，结合腐蚀、刻蚀等方法，实现制作各种微结构。②薄膜技术：研究各种生物薄膜，制作沉积多层无应力生物薄膜。③刻蚀技术：研究光刻后的图形复制到薄膜材料上去的方法。④剥离技术：研究如何在微结构制作中制作微细金属导线。⑤牺牲层技术：研究选择性的腐蚀去掉结构层薄膜下面的一层材料，形成各种需要的悬空结构。

研究成果：基片偏压对MCECR溅射硬碳膜特性的影响研究、氧化镁薄膜的腐蚀速率研究、硅深刻蚀中掩蔽层材料的研究、材料刻蚀速率的工艺研究等。

2）生物芯片检测技术

研究生物活性材料（酶、DNA、抗体、抗原等）的光学特性，采用生物免疫技术、磁微球技术、荧光探针技术、光电检测技术研究生物分子水平的快速、微量检测方法。

研究成果：光学生物传感器的功能和应用（可用于爆炸物探测）、基于荧光标记的生物芯片信号检测技术等。

3.生物医学信息技术

本方向以生物技术结合信息技术、计算机技术为特色。

（1）生物系统建模与仿真

应用现代物理学、数学的原理对生物的细胞、器官和整体各层次的行为、参数及其关系建立数学模型并进行计算机模拟。与纽约州立大学生理与生物物理学院实验室进行合作、交流、编写、统计和能量优化程序。

研究成果：基于Hamilton路模型的蛋白质结构预测的研究、最小Hamilton路算法在蛋白质结构预测中的应用；基于贝叶斯定理的势能函数应用于蛋白质结构预测等。

（2）生物信息学研究

1）研究生物序列数据库的搜索算法

针对Web上的公共生物学数据资源，研究适合于在线搜索生物学数据的数据模型，建立生物体的DNA、RNA、蛋白质序列数据的后缀树结构，查询序列的近似匹配。

研究成果：QUASAR：一种生物序列数据库的搜索算法，基于后缀树思想构造Web生物数据搜索的数据模型；基于贝叶斯网络及shock图的光场检索机制研究等。

2）特异基因信息获取与分析

对小样本的大量数据进行预处理的基础上，通过对基因芯片的高密度杂交点阵图中提取的杂交点荧光强度信号进行定量分析，整合杂交点的生物学信息，进而发现基因的表达谱与其功能间可能存在的联系。

研究成果：生物芯片阅读仪、遗传块匹配算法、Bayes算法研究、基于荧光标记的生物芯片信号检测技术等。

3）生物医学图像采集与处理

图像信息采集装置研究。针对眼动图像、X光图像、指纹图像等图像处理研究，多模态医学图象配准及信息融合研究，将图像数量化，图像特征信息提取与识别，并用于对疾病的诊断。

研究成果：量化掌纹屈肌线纹型的判别分析、肿瘤与皮纹学相关性的量化研究、眼动图像处理、X光图像采集和处理等。

4.生物医学材料

生物医用材料主要用于对生物体进行治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能，是研究人工器官、制药和医疗器械的基础。

（1）生物医用钛合金和镁合金的组织性能及应用研究

1）研究自降解植入生物体镁合金

研究既能满足医疗需求，又可通过控制降解速度，使其在不需要时消失。确定合金的热加工工艺进行合金在模拟生物体液中的静态与动态可降解性测试。

研究成果：生物镁合金在人体模拟液中的腐蚀行为研究等。

2）研究生物医用合金植入人体后的耐蚀性

采用各种方法测定Ti Ni形状记忆合金在模拟人体血液Tyrode＇s溶液的腐蚀速率。研究钛合金细节疲劳强度、NiTiTa形状记忆合金的时效性等。

研究成果：生物医用记忆合金NiTiTa组织与性能研究等。

（2）研究医用两亲性聚合物

研究形成特定纳米结构的聚集体，以制备具有特殊性能的聚合物材料，用于医/药学材料制备。研究将小分子药物包埋在具有纳米结构的聚合物胶束中，控制药物的溶出速度，可提高药物效力。

（3）高吸水性高分子材料研究

将亲水性单体经过聚合，形成体形结构。可将外部水分吸收到自身内部，吸水量可达自身重量的1000多倍。可以将其应用于生物体的组织修复。

（4）药用材料的提取和药效分析

采用超声波辅助提取天然药物的有效活性成分（生物碱、多糖、黄酮、皂甙等），优化提取工艺，改进纯化有效活性成分的方法。研究天然药物活性成分抗氧化、抗菌、抗病毒、抗肿瘤以及提高机体免疫力的作用以及是否对机体产生毒副作用。

通过以上研究工作，已形成一支具有较高水平的专业教师队伍。从硬件条件看，在学校各级领导的重视和支持下，学科已建有专业实验室六个，并有中省共建生物特征识别实验室正在建设，为研究生的培养创造了良好的条件，我校的研究生的研究方向可以从目前这些研究方向上进行延伸和扩展。

三、研究生培养展望

目前，中央确定了加快开发大西北的宏伟计划，温家宝总理在十一届全国人大会议上提出要加快研究大型医疗设备的核心技术；2009年4月，国家制定了三年内投资8500亿元的医改方案；卫生部已下达文件，大医院要实现医学图像数字化管理，中小型医院要逐步实现数字化管理。随着科学技术的发展，国内医院都在进行医疗设备的更新换代，拥有大量现代化高技术含量的医疗设备成为医院达标的重要指标，医院非常需要掌握这方面技术的人员。当前国家正在加大医疗仪器设备国产化的力度，扶持和发展医疗仪器设备生产的民族企业，一大批从事医疗仪器设备生产的民营企业纷纷建立，它们需要大量的生物医学工程专业的高级人才。本学科将为西北地区培养生物医学工程的高级专业人才提供一个基地，本学科培养的研究生也将有良好的发展前景。目前我们已成功申报了生物医学工程一级学科，目前需进一步加强学科建设，提高科研水平，搞好师资引进和培养工作，进行实验室建设、培养方案制定等工作。

四、结论

通过以上论述和分析，我校生物医学工程学科研究方向具有鲜明特色，科研成果丰富、具有较强的师资力量，实验室条件具备、社会需求看好。因此，培养硕士研究生的条件成熟。

参考文献：

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