生物仪器分析

生物仪器分析（精选十篇）

生物仪器分析 篇1

1 课程现状分析

仪器分析课程是化学专业开设的一门专业必修课,同时,许多非化学专业,如医学、生命科学、农学等相关专业也列为必修课[1,2]。本课程包括色谱法、电化学分析法、光学分析法、质谱法、核磁共振波谱法等常用的仪器分析方法[3]。随着生物学科,特别是核酸蛋白质等生物大分子及生物材料等相关方向的迅猛发展,仪器分析的各种分析方法越来越多的应用于生物相关学科的研究和应用中。如用X衍射测定DNA双螺旋结构,使用毛细管电泳进行蛋白质的分离,电化学生物传感器的广泛应用,紫外-可见光、红外以及激光拉曼等用于蛋白质生物大分子的研究等。本专业开设生物仪器分析课程,目的是为了让学生掌握现代仪器分析方法的基本原理和相关仪器的构造、了解使用仪器分析的实验方法和在生物研究中的应用等方面的内容。但由于本课程涉及物理学、化学、生物化学、高等数学等方面的内容,同时本专业开设的与仪器分析相关的基础课太少,学生难于系统完成基础理论的学习。此外,仪器分析的各种方法之间没有明显联系,知识点较松散,加之课时较少,一些大型精密仪器实验条件缺乏,学生动手能力得不到充分锻炼。在该课程的学习上,学生普遍感到内容抽象、难于理解和掌握。

2 生物仪器分析课程的教学改革

2.1 调整教学内容

课堂教学是课程教学的核心环节,精心选择教材,并根据教学需要和教学情况优选教学内容对提高理论课堂教学质量至关重要。目前,国际上分析仪器的研究发展很快,与之相对应的新理论新观点不断涌现,一些适应于生物分析及生命科学发展的需要的方法和手段不断涌现,仪器分析的教学内容也要紧跟科技的发展。

在教学实践中,结合本专业的特点和实际需求,选择国内最新教材作为参考,结合相关文献,制作教学讲义,并增加本专业相关的内容,如荧光流式细胞分析技术,荧光定量PCR技术,膜片钳技术和基因芯片技术等。同时,参考学生的实际情况,对课程中难度较大的内容以及在生物领域研究或应用中起重大作用的内容作重点讲解,如对毛细管电泳的原理及应用,特别是在生物大分子如核酸蛋白质分离和测序的重要应用,同时,对本院实验室引进的Beckman CEQ8000测序仪的原理及使用进行介绍,并对其操作过程进行讲解。

此外,为了培养学生的兴趣,丰富课堂内容,在课堂教学中,以仪器分析方法中的趣事等作为课堂教学的引言;授课中注意讲述分析方法的发展与改进,跟踪当前的实际应用。如在讲授紫外吸收光谱法的时候,从讲述古希腊已知道利用五味子浸液来估计醋中铁的含量作为引言,并对实验室常用的紫外-可见光分光光度计的发展进行讲解,过渡到分子光谱及紫外吸收光谱原理和分析及应用的讲解。

在课堂中,注重讲授分析方法的基本原理、仪器结构、工作过程以及定性定量分析方法等,并结合课程已学内容进行对比学习,引导学生自己找出各方法的优缺点及应用范围。这样,进一步促进学生的理解与掌握。

2.2 改革教学手段

仪器分析课程内容包括很多具体的方法和仪器结构,比较抽象难懂,仪器分析所用大型精密仪器价格昂贵,许多仪器学生没有接触。在课堂教学中,使用多媒体课件,以图片显示仪器结构,应用视频演示仪器操作过程和仪器分析过程,使学生对仪器有一个直观认识,让学生对所讲内容有清晰的了解,巩固所学理论知识。

此外,在课堂教学中,结合一些专业软件对分析方法进行模拟,如利用ChemOffice中集成的核磁共振和质谱分析进行简单化合物的分析,并结合讲解实例,使学生对所学知识有一个初步认识。

同时,对学生进行分组,每组结合所学内容布置小课题,让同学们去查找相关资料, 设计实验方案。接着,教师在课堂上分析学生们的设计方案, 并对其中的原理进行讲解。在一段时间里,如何检测“地沟油”是一个热门话题,在课堂上对学生分组,引导学生结合所学知识并自主学习,查阅文献,最后提交各小组方案并进行讨论发言。学生们提出了从色谱法、电化学法和光分析法到质谱法等各种方法对“地沟油”进行检测鉴定,并对各种方法的可行性和实用性以及性价比进行了激烈讨论,这样一方面活跃了课堂气氛,另一方面培养和激发学生的学习热情,训练了学生的初步科研能力,促进对知识的掌握和理解及应用。

2.3 课堂教学与课外自学相结合

生物仪器分析课程内容繁多、学科跨度大,而安排学时有限。在教学中,通过将那些学生能自己看懂的知识性内容留给学生自学,这样既节约了课时,又使教师有充足的时间用于重点和难点的讲授。同时,教师在课堂上可以将相关文献及科学史内容提供给学生,特别是一些有重大意义的发现和与生物专业相关的内容的阅读,增加了学生对本课程的兴趣,扩展学生的视野,及时了解课程相关内容的研究动态,进一步培养学生的能力。

2.3 学习与科研相结合

在教学实践中,结合本专业教学安排,实行开放式教学, 让学生有较多的自主权, 部分学生把课程学习与毕业设计联系起来,进入实验室进行科研训练, 这促使学生从查阅文献到制定实验方案, 并完成实验, 使实验室成为第二课堂。已经有本专业学科学生在实验室应用所学知识完成科研小论文并发表[4]。这些进一步激发了学生的学习主动性,并对课堂教学产生了好的反馈作用。

2.4 完善考核体系

生物仪器分析是一门实践性很强的课程, 教学目的要求通过教学使学生基本掌握常用仪器分析方法,并初步具有应用这些方法解决相应问题的能力。选择适当的考试模式, 才能全方位考查学生的综合素质。我们已采用了专题论文撰写和理论考核相结合的方式, 来考查学生对本课程知识的掌握情况和应用能力,通过实践,取得不错的效果,对提高学生对知识的掌握和能力的提高有不小的帮助。

3 小结与讨论

生物仪器分析课程的开设对生物专业的学生学习专业知识,扩展视野和培养实验及研究能力有着不小的作用。生物学科是一门发展迅速的实验性学科,科技的发展带来越来越多的先进研究方法,促进了生物学的发展,通过本课程的学习,学生对其他专业课中的一些经典实验中的研究方法有了深刻认识,促进了对其他课程的学习。通过对本专业开设的生物仪器分析课程教学改革的初步探索, 加强了本课程对生物学专业的适应性,改善了课程的教学质量和效果, 调动了学生学习的积极性和主动性, 提高了学生运用知识、解决问题的能力, 为他们今后的学习、科研和工作打下了坚实的基础。

参考文献

[1]孟磊,袁超,李聪,等.非化学专业研究生仪器分析教学改革初探[J].江西农业学报,2010,22(8):189-190.

[2]赵建波,孙雨安,刘应凡,等.工科仪器分析课程教学改革浅探[J].河南化工,2010,27(9):58-59.

[3]朱明华.仪器分析(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2008:2-3.

生物仪器管理制度 篇2

一、进入生物实验室，保持实验室安静，严禁在实验室内大声喧哗。

二、听从教师指导，严格按实验操作规程进行实验，仔细操作、认真思考。实验中不得擅自离开座位。

三、注意实验安全，进入实验室应先熟悉本实验室的水、电开关。若遇事故应立即采取适当措施，并报告教师。对违反操作规程造成事故者，应给予严肃处理，并由违规操作者承担全部责任。

四、爱护公物，遇有仪器损坏应立即报告，检查原因并登记损坏情况，按规定赔偿。

五、实验中应保持桌面、地面、水槽、仪器整洁。实验室所用仪器、药品不得带出实验室。

六、要备有专用记录本，实验记录要真实、准确、整齐、清楚，实验完毕应把原始记录交给教师审阅、签字后方可离开实验室，不合格者，应重做或补做。

七、实验完毕，值日生整理仪器及台面，打扫实验室，清倒废物，检查水电开关，关好门窗。

管理员：王慧丽

洛宁第一高级中学生物仪器管理制度

一、教师取放仪器标本必须通过管理员。演示所用物品（实验标本模型、挂图及仪器）必须提出前三日通知管理员。学生分组实验必须提前一周与管理员联系。

二、演示物品使用完毕后，应及时归还仪器室，贵重仪器须经教务主任批准、并须按时归还，如有损坏，应按规定赔偿。

三、观察标本或使用仪器时，如有损失，在归还时应向管理员说明，并予以登记。教师如因教学工作损坏或损失，免于赔偿（贵重物品须取得教务主任同意）。但由于使用不当或粗心大意而造成损失的，必须酌情赔偿。

四、仪器室应通风，标本应经常保持干`燥，防止腐烂。

五、浸制标本要定期更换浸制液体，防止变质腐烂。保管员：王慧丽郭利利专职实验员： 马西平邢克祥

兼职实验员：郭素玲白玉平

生物仪器分析 篇3

毛细管电泳技术在微生物分离分析检测中的应用方式

近年来随着毛细管电泳技术的不断发展，不论是伪固定相技术还是如胶束电动毛细管色谱技术，都是通过相辅相成分离原理完成日常工作的，是一种最基本的色谱以及电泳机制形式。毛细管电泳代指在高压场驱动力条件作用影响下，将毛细管作为主要通道，根据样品分组情况而实现的一种分离技术形式。CE和传统平板电泳工作模式相比，不仅分离柱效比较强，而且分析速度也比较快，整体自动化水平比较高，分析对象也相对比较广阔。毛细管电泳经过多年来的发展，已经成功应用到各种食品微生物分析检测当中，和CC以及HPLC等方式相比，处理起来更加简单，而且无需提取物，速度更快。CE可以将细菌当成离子来处理，而且细菌在特定条件下，表面的基团会受到电离状态以及双电层厚度等方面的影响，不论是离子强度还是温度阐述函数，都可以通过优化参数的方式来分离不同细菌种群的。CE的理论指出，分离柱效会随着样品分子的扩散系数或者是分子量的不断提升而发生改变，这也代表了CE在细胞分离过程中有着独特的优势。可以分别采用毛细管区带电泳以及毛细管凝胶电泳等形式，单独培养纤维单细胞菌，对根癌土壤进行分离处理。混合菌液在经过一段时间的分离之后，可以分别对其进行收集。从整体情况上来看，经毛细管区带电泳分离之后的不同菌纯度都在90%以上。

CE将细菌表面特征信息作为分析的基础，所以CE是可以反馈出细菌特征信息的，比如表达产物表面累计程度等。不同的发育阶段菌体细胞对应不同状态下的特征峰，并且绝大部分细菌在受到电泳的影响之后还是可以继续保持活体状态的。活体状态的在线监测也可以为当前微生物分析工作提供许多切实可行的分析方式。

经过总结近期来的工作情况发现，蓝细菌是导致饮用水出现毒性污染的主要因素之一，可以通过对蓝细菌毒素进行检测和鉴定的方式来评判饮用水安全性。EC可以通过毛细管区带电泳以及毛细管等速聚焦电泳等，对饮用水中的各种蓝细菌毒素进行检验。

毛细管电色谱

毛细管电色谱也是近年来比较流行的一种分离技术，对蛋白质以及多肽、生物分子的探索也已经得到了相关人员的肯定。在毛细管的两侧位置增加高电压，通过EOF对其进行处理。作为推动力的一组，工作你人员可以根据样品不同组别的情况，在固定相以及流动相间分配系数差异，并且在电场当中控制迁移速率。利用不同迁移速率来实现微分离，是一种将高效液相色谱与高校毛细管电泳相互结合的工作技术。这种工作模式不仅可以打谱液相色谱当中存在的压力流问题以及流速问题，同时还能控制峰扩展。峰扩展和溶质扩散系数之间存在一定的关联，所以相关工作人员可以通过该方式来获取一些和毛细管电泳水平高柱效相同的结果，还可以具备液相色谱选择性特点。CEC通过高压直流电源来代替高压泵进行工作，并利用电渗流等实现流向的驱动。流苏在管中不会呈现抛物轮廓，而谱带的宽展效应是比较小的，这也是导致CEC比HPLC柱效高的原因之一。

仪器分析方法在食品微生物检测中的应用效果是比较理想的，并且可以从根本上提升食品微生物检测工作效率。上文分别从毛细管电色谱、毛细管电泳技术在微生物分离分析检测中的应用方式两个方面，对工作模式进行了阐述。希望可以为相关工作人员提供日后工作参考，促进行业更好更快的发展。

（作者单位：佛山市质量计量监督检测中心）

生物仪器分析 篇4

《仪器分析》是一门具有前沿性和发展潜力的交叉学科，涉及到电子学、物理学、计算机科学、化学、激光技术等多门学科与技术[1,2]。现今随着科学技术的飞速发展，新的分析仪器和分析方法不断地被创造出来。这些涉及仪器的方法在生物、临床、环境、药物、材料、物理等学科中得到广泛的应用，仪器分析已成为使学科相互渗透的重要手段之一。《仪器分析》课程的教学涉及的知识面较广且综合性较强，既包括各种仪器的结构原理、测试原理、应用范围，包括现代分析方法的物理和化学的机理，还包含定性定量分析方法等。此课程在高等学校有关专业中对培养学生分析、解决问题的能力和创新精神、掌握现代研究手段与方法具有重要的作用。结合教学目标，我们大致把仪器分析课程安排如下。理论课学时安排（注：按以下格式：第*章，内容，课时）：第一章，引言，1；第二章，气相色谱分析，5；第三章，高效液相色谱分析，4；第四章，电位分析法，5；第五章，伏安分析法，4；第六章，库仑分析法，4；第七章，原子发射光谱分析，5；第八章，原子吸收光谱分析，5；第九章，紫外吸收光谱分析法，5；第十章，红外吸光光度法，4；第十一章，核磁共振谱分析，4；第十二章，质谱分析，2；共48学时。实验课学时安排（注：按以下格式：序号，内容，课时）：一，气相色谱法，4*；二，高效液相色谱法，4*；三，离子选择电极分析，4；四，库仑分析，4；五，原子吸收光谱分析，4*；六（选一），紫外/可见吸收光谱分析法，4；七，红外吸光光度法，2；八，核磁共振谱分析，2；九，粘度测定法，4；十，凝胶电泳法，4；*必选，其他任选，共16学时。由安排可见，这门课程注重实践运用，最终的教学目标还是只在让学习完这门课程的学生能够利用所学习到的仪器分析手段进行科学研究。

二、现代分析技术新进展

随着相关学科新理论的逐步发展，以及现代科技的不断进步，各类仪器分析方法已经成为十分热门的研究课题。而我们选取的各种分析方法及仪器相结合和联用，要使测定更趋灵敏、准确和趋向自动化则对科研及分析人员的实践素质和实验能力提出了更高的要求[3]。同时基于计算机技术的应用，实现分析仪器的自动化，提高仪器处理和分析数据能力；基于数字图像处理系统来实现分析仪器图像处理功能的不断发展等方向已经成为仪器分析新的发展趋势。现代仪器分析建立在现代分析化学的新理论和新技术上，把光谱学、电化学、电子学、生物学、模糊数学、计算机软件等成功地运用到现代仪器上，极大地提高了仪器分析能力。例如分子光谱、原子光谱、色谱、激光光谱法、流动注射分析法、电化学极谱法、火焰光度分析等现代分析仪器或方法。

三、结合现代分析技术研究生物分析热点问题

《仪器分析》课程最显著的特点还在于它的内容新颖，需要跟进仪器分析研究方面的最新成果[4]，因此更新很快。随着分析化学学科本身的发展和与其他相关学科的交叉与渗透，分析化学的研究对象和研究方法手段等都有了很大程度的拓展。因此，在该课程教学过程中，教师除了讲清教学参考书上的知识外，应该根据培养学生的需要来拓展学生的知识面、激发学生的创新精神，所以需要时刻跟进国内外分析化学学科相关的最新研究成果，及时补充一些与仪器分析相关的新仪器、新技术、新手段等最新研究成果，从而加深其对相关理论知识的理解并增强实践运用能力。生命科学是世纪科学发展的结构重心和主导科学，与之相关的生物分析化学在现代分析化学中的重要地位毋庸置疑，生物分析化学在生命科学的研究和应用中将扮演越来越重要的角色。值得一提的是，DNA是生命相关学科重点研究的对象，而环境污染物进入环境后使环境的正常组成和性质发生改变，直接或间接有害于人类与生物，已成为环境化学重点研究的对象。PTS（持久性有毒化学污染物）被认为是21世纪影响人类生存与健康的重要环境问题。无论是斯德哥尔摩公约中确定的12类POPs（持久性有机污染物），还是美国EPA确定的12类PBT（难降解生物积累有毒污染物），以及EEDs，（环境内分泌干扰物）的研究都与环境污染物有关。因此，研究DNA与环境污染物之间的相互作用对于阐明污染物的生物效应机理具有重要的意义，而这一课题也正是生物分析研究的热点[5]。在生物大分子和生物活性物质领域，当前较多采用以免疫分析以及生物传感器、化学发光、质谱、核磁共振、化学修饰电极和生物电分析化学等为主体分析技术来研究生命过程中的化学和生物本质。目前用于研究DNA与环境中有机污染物间相互作用的现代分析技术主要有以下几种，如下表。

这样，在教学过程中将仪器分析的原理方法与现实社会热点问题结合起来，使学生从内心深处重视这门课程并认识到这门课程会给自己将来的工作带来有利的帮助。通过本课程的学习，学生将充分认识到生产和科研的发展，特别是生命科学和环境科学的发展，要求获得更多更全的信息，即从常量到微量分析，从痕量到超痕量分析，从组成到形态分析，从表观分布到逐层分析，从宏观到微观结构分析，从静态到动态追踪分析，从离线到在线分析等。仪器分析是生产和科研的眼睛，现代分析仪器是基于多学科的高技术产物，是高科技发展的基础和伴侣，在生物分析领域，有着不可磨灭的作用，相信在之后更新的科技成果研发上，不断发展壮大的仪器分析必将大展宏图。

四、思考与展望

课程教学方法的探索是一项长期、复杂的系统工程。目前，我国高校大力发展创新性教育，要做到这点，这就需要教师在教学活动过程中构建有特色的课堂教学模式来使教学内容更具实效性，从而能进一步开辟出一条以培养学生综合素质、动手能力和创新思维能力为宗旨的新教学路子[6]。对于《仪器分析》这门交叉性课程的教学也同样如此，甚至可以说要求更高更前沿。在教学过程中，将仪器分析的原理方法与现代生物分析热点问题结合起来，不但可以诱导学生产生强烈的学习愿望，还可以促使学生从仪器分析课程中去寻求解决问题的方法。由学生发挥主观主动性地去学习，带来的效果是往往其他任何教学方法无法比拟的。现代仪器分析技术正朝着精密、灵敏、自动化和适应特殊分析的方向迅速发展，而且还将吸取各种学科中的新思想、新理念，于是，一代代新的仪器分析技术将会不断涌现，而我们的理论和实验课程也应同步性地跟上时代发展的脚步，需要教师不断提高学术和科研水平，了解学科发展动态，在教学实践中独具慧眼，广积经验，为课程高质量完成提供硬件保障，为社会进步培养高素质科技人才！

摘要：随着现代科学技术的不断进步以及其他交叉边缘新兴学科不断涌现, 相关的新的仪器分析法已经成为非常热门的研究课题。所以, 《仪器分析》已经成为一门具有发展性和前沿性的交叉学科, 学科中涉及的现代分析技术在生物分析热点问题上有很强的应用性, 已经成为仪器分析新的发展趋势, 因此相应的课程教学应及时改革和更新。

关键词：仪器分析,生物分析,课程更新,教学改革

参考文献

[1]朱明华, 胡坪.仪器分析 (第四版) [M].北京:高等教育出版社, 2008:1-3.

[2]于俊生, 郑修文, 张剑荣, 等.关于仪器分析课程教学的思考[J].大学化学, 2002, 17 (4) :13-15.

[3]岳文瑾, 吴之传, 高建纲.近代测试技术课程教学方法的探讨[J].大学化学, 2011, 25 (6) :34-36.

[4]杜甫佑, 阮贵华, 李建平, 陶慧林, 潘宏程.以《仪器分析》教学改革为契机, 培养学生创新能力[J].广东化工, 2011, 39 (3) :177-178.

[5]James R.Whiteside, Clare L.Box, Trevor J.McMillan, Sarah L.llinson.Cadmium and copper inhibit both DNA repair activities of polynucleotide kinase[J].DNA R epair.2010, (9) :83-89.

仪器分析课程教学体会 篇5

一、教学理念体会

在教学中,我们应针对课程教学内容精讲多练,突出培养学生的应用能力,突出培养学生的职业素质。针对理论课注重讲清基本概念,讲透重点内容,讲到相关内容。在对学生能力培养上,按照基本理论能运用,基本技能能具备,基本方法能掌握,基本问题能解决的“四能”原则实施教学。

仪器分析课程包括理论和实验两个环节,是一门融理论性和实用性于一体、包含内容十分丰富的课程,在内容选取上,精选一些应用较多,实用性较强的分析方法作为我们教学的内容如:紫外-可见分光光度法、原子吸收光谱法、电位分析法、色谱分析法等。教学内容要能够理论联系实际,融知识传授、能力培养、素质教育于一体,课内课外结合,教书育人效果明显。

在理论课教学中,我们要针对教学内容多,授课学时少的问题,将教学内容不断更新优化,逐步改进一些教学方法。在课程讲解上要注意指出重点,讲清难点和疑点。正确处理少而精与博而通,力求做到简明实用,深浅适中,密切实际,突出应用,反映前沿,面向未来。在例题和作业的选择上要注意具有代表性,实用性,综合性和创造性。

在实验教学中,我们发现学生存有重理论轻实验的思想观念,整个实验过程只是被动地验证、机械地重复,实验效果不理想。实验教学必须改革!主要是在教学内容,教学方法上进行改革。科学组织实验教材及实验内容;注意培养学生的动手能力;在教学内容上,我们对实验大纲进行了调整,主要开设实用性较强的实验。

二、教学方法和教学手段体会

1、教师讲授和学生自学相结合。培养学生的创新精神和知识运用能力。教学中在紧扣教学大纲的同时,课堂上着重讲解重点和难点,对于一些一般性问题则要求学生自学。

2、采用讨论式、启发式教学法,充分体现以教师为主导,学生为主体的教学方法,在课堂教学中,加强课堂提问,促进学生的积极思考,激发学生的潜能,打开学生思路,调动学生积极性,活跃课堂气氛,增加学生的学习兴趣。

3、教学中尽量运用多媒体课件等现代教学手段,提倡传统的教学方法与现代教学手段的并用。利用多媒体课件教学具有以下特点:

① 增强直观性、生动性,激发学生的求知欲,提高学生的学习兴趣。

② 有利于突出重点、难点,精简了授课学时,提高了教学效率。

③ 有利于提高教学质量,实现素质教育。

4、加大实验课学时量,通过让学生认识分析仪器、学会操作分析仪器、到熟练使用分析仪器完成分析任务的三个过程,极大提高學生应用分析仪器的动手能力。

5、积极组织学生参加国家职业技能“化学分析工”中级工的培训与鉴定,考核学生熟练掌握仪器分析的操作技能程度。

三、教学的设计思想体会

在理论课内容设计上,我们要在绪论中侧重介绍仪器分析在工农业生产、交通、军事、医药领域及日常生活中的应用和国内外最新发展动态,使学生感到这门课学了很有用,以提高学生对这门课的学习兴趣。在以后各章的教学中,我们也要特别注重于内容的实用性,使学生能将所学用于实际工作中。

实验教学中,注重以增强学生实践能力、突出独立分析操作能力为目标。根据现有条件,我们可自编实验教材,将学生划分小组(每小组2～3人),循环做各类仪器分析实验,教师固定指导,保证每位学生都有充分的自行操作仪器机会,将指导(大型精密仪器)实验与独立(常规分析仪器)实验相结合,利用指导实验让学生理解、掌握实验的思想与技巧,通过独立实验培养学生的独立操作能力,用活知识,熟练技巧。通过实验使学生学会各种仪器的使用,可以将仪器分析方法应用于各种工业、医药、食品等领域的分析、检验。

生物仪器分析 篇6

壳聚糖是天然多糖中唯一的碱性多糖,也是少数具有荷电性的天然产物之一[2],因其具有无毒、无二次污染、易被微生物降解等特点,同时具有优良的理化性能正被越来越多的科学工作者所研究。因此,对甲壳素与甲壳糖及其衍生物的结构、官能团、组成及其性质的研究尤为重要。本文着重对光谱、核磁共振、质谱、扫描电镜、X射线衍射在甲壳素和壳聚糖及其衍生物中的应用作以介绍。

1 光谱

1.1 红外光谱(IR)

1.1.1 红外光谱在甲壳素和壳聚糖的定性研究

Pearson等[3]人较为全面地研究甲壳素的红外光谱。甲壳素的红外吸收谱带在3480cm-1到685cm-1的范围内。壳聚糖的红外光谱与甲壳素的红外光谱差异表现在酰胺谱带、氨基谱带和氢键等方面[4]。α-甲壳素的酰胺Ⅰ谱带是1660cm-1,在近旁还有一个附加谱带1633cm-1,而β-甲壳素就没有这个附加谱带[5];α-壳聚糖和β-壳聚糖之间没有这种差别。刘海虹等[6]通过红外光谱对壳聚糖缩苯乙醛Schiff碱分析发现,1634.6cm-1处和1663.2cm-1 处有C=N对称和不对称伸缩振动峰;1451.3cm-1,1494.2cm-1和1597.2cm-1处有苯环上骨架振动峰;755.4cm-1和698.2cm-1处有单取代苯环的C-C伸缩振动峰,证明壳聚糖与苯乙醛的确发生缩合反应,生成碳氮双键和引入苯环,确认席夫碱的结构。舒红英等[7]合成壳聚糖与马来酸酐的接枝共聚物,并对接枝共聚物采用溴化钾压片法对固体产品及壳聚糖进行红外光谱测试,经谱图比较发现在1710cm- 1处吸收峰增强,为C =O伸缩振动,1285cm-1处多一吸收峰,为- COOH 伸缩/弯曲振动,表明有- COOH存在,说明壳聚糖与马来酸酐接枝共聚成功。张千弘等[8]对合成的羟丙基壳聚糖进行红外光谱表征,发现在3200～3500cm-1处存在较弱的N—H 的伸缩振动吸收带, 1600cm-1处的N— H 弯曲振动吸收峰,通过壳聚糖和羟丙基壳聚糖红外谱图比较,在3400cm-1左右,为OH 的伸缩振动峰,在3200～3500cm-1 处存在较弱的N—H 的伸缩振动吸收带,还观察到在1600cm-1处的 —H 弯曲振动吸收峰,由此推断出取代反应在NH2上进行。朱岩等[9]通过对壳聚糖红外光谱测试结果的分析,比较氨基和乙酰基对红外光吸收的强弱,论证红外光谱特征峰的强度可定性地说明壳聚糖脱乙酰化度的大小。张荣等[10]采用二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)对壳聚糖进行接枝改性,通过红外光谱对接枝共聚物C—DMDAAC结构进行表征分析,红外光谱图进一步表征C—DMDAAC的生成。另外唐星华等[11] 将壳聚糖与甲基丙烯酸(MAA)和醋酸乙烯酯(VAc)两种单体的接技共聚反应后,进行红外光谱表征,经谱图比较, 证明MAA与VAc都接枝到壳聚糖的基团上,且打开壳聚糖的六元环。

1.1.2 红外光谱在甲壳素中的定量研究

用红外光谱法可以测定甲壳素的脱乙酰基程度,还可以对甲壳素或壳聚糖的化学修饰进行定量分析。蒋挺大和卢福道[12]利用红外光谱法测定苄基甲壳素的取代度。甲壳素的每个糖残基上只有C3-OH和C6-OH可被苄基取代。C6-OH是一级羟基,C3-OH是二级羟基,前者反应活性大于后者。当两个羟基全部被苄基取代,则取代度为2。

董炎明等[13]以从完全脱乙酰壳聚糖通过均相N-乙酰化法制备的不同脱乙酰度壳聚糖为红外标准供试品,通过评价4 条可能的分析谱带,8 条可能参比谱带以及2 种基线法组成的48 种组合,选出适合于壳聚糖脱乙酰度红外测定的最佳组合为A1560/ A2920, A1560/ A2880和A1655/A3430(推荐使用A1560/ A2880) 。测量1560cm-1和1655cm- 1谱带的吸收度以第2 种基线作法(即此两峰相邻的峰谷连线) 为佳。脱乙酰度的测量范围几乎覆盖全程即1%～100% ,后两种最佳组合的工作曲线还适用于N-丙酰化、N-丁酰化和N-己酰化等N-烷酰化壳聚糖的取代度测定。黄玲[14]运用甲壳素在l655cm-1,l550cm-1 和l310cm-1有甲壳素酰氨的特征吸收峰I、Ⅱ、和Ⅲ,1378cm-1吸收带是CH的变形振动,Ⅱ、Ⅲ的吸收峰较弱,I吸收较强,通过标准基线法用红外光谱仪测定甲壳素的脱乙酰度,方法简便、快速,重现性和回收率较高。

1.2 紫外光谱(UV)

紫外光谱(ultra-violet spectrums) 简称UV,是鉴定甲壳素及壳聚糖衍生物结构和性质的有效手段之一,自Austin[15]发表N,N-二取代酰胺与氯化锂的混合溶剂是甲壳素的优良溶剂的研究报告后开展起来的。一般多糖分子结构不存在生色团,更没有共轭基团,甲壳素则是一种特殊的多糖,每个糖残基的C2位置上有一个乙酰氨基,是一个生色团,故有紫外吸收。不过,对于没生色团的天然多糖分子,如果进行适当的化学修饰,也可能在其结构上引入生色团或共轭基团,这样,只要选择到合适的溶剂,也就可以借助于紫外分光光度法进行定性和定量研究。Austin[15]对甲壳素的紫外光谱进行研究后,认为溶剂对紫外吸收光谱的影响较为复杂,不仅导致吸收谱带的结构发生变化,而且还会影响最大吸收峰的位置。

Aiba[16]采用乙酰氨基的220nm的紫外吸收作为高压液相色谱的紫外检测来测定壳聚糖中N-乙酰基的含量。利用锌试剂与壳聚糖或茜素红与壳聚糖在一定酸度条件下生成复合物的特异性显色反应[17,18],如应用茜素红与壳聚糖相互作用生成的复合物在530nm处产生新的吸收蜂,反应体系在422nm和530nm处吸光值变化与壳聚糖含量成线性关系,据此建立一种具有高选择性和高灵敏度的简便快速测定壳聚糖含量的分光光度法,可用于测定不同复杂供试品中微量的壳聚糖含量。而高英立等[19]利用甲壳素类在强酸加热条件下可彻底水解,最终产物为氨基己糖,而选定氨基己糖为基准物来判定甲壳素类化合物质量。张广明等[20]利用紫外分光光度法测定甲壳索的脱乙酰度, 202.3土0.2nm作为测定波长,样品浓度在440～1100μg/mL范围内,线性关系良好(r=0.9997),方法简便、快速、准确。李和平等[21]通过纯净的5 -氟尿嘧啶单体的紫外光谱在265nm 处出现最大吸收值,而壳聚糖- 5 -氟尿嘧啶的紫外光谱在262nm 处出现最大吸收值,说明药物键合在高分子上。另外,紫外光谱也可用于更深入细致地阐明甲壳素的溶解机理[1]。

2 核磁共振(NMR)

Falk等[22]人最早报道降解甲壳素在10mol/L HCl溶液中的1H-NMR谱。Gagnaire等[23]人报道N-乙酰-D-氨基葡萄糖及其二糖、甲壳素、二甲酰甲壳素和二乙酰甲壳素的13C-NMR谱以及甲酰甲壳素和乙酰甲壳素的1H-NMR谱。仰振球等[24] 以13C 交叉极化魔角旋转固体核磁法(13C CP/ MAS NMR) 对壳聚糖供试品进行表征,实现固体条件下13C 核磁共振信号的高分辨观察。该技术的实现使得对难溶或交联的高分子化学结构的研究成为可能。实验结果表明,与13C CP/ MAS NMR法测定结果相比,在采用红外光谱法测定壳聚糖脱乙酰度时,误差较大,可能是供试品水分造成的影响。崔毅等[25]用V x300 型核磁共振仪测定羧甲基壳聚糖的1H 和13C NMR 谱,在δ178. 924 及δ178. 232 处,N ,O 羧甲基壳聚糖的13C NMR 谱图出现2 个较强的吸收峰, 分别为O-CH2C*OOH 和NH-CH2C*OOH 的化学位移。赵晓东等[26] 以CP/MAS NMR法,通过测定13C 的弛豫时间(T1) 和旋转坐标系下1H 的弛豫时间(T 1Q) 研究壳聚糖热处理前后的结构变化。方军等[27]通过脉冲梯度场核磁共振技术(PFG-NMR)来考察水、乙醇和乙醇-水混合液在用硫酸交联的壳聚糖渗透汽化膜和未交联的壳聚糖渗透汽化膜中的自扩散过程,并由得到的一系列自扩散系数证明醇-水混合液在壳聚糖膜中的透过机理。

3 质谱(MS)

目前还无法用质谱法直接研究多糖的结构,只能将多糖降解为低聚糖或进一步将低聚糖制备成其乙酰或甲醚化衍生物,进行质谱测定,获得糖链组成和序列等结构信息。

将甲壳素水解成N-乙酰氨基葡萄糖,再进行全乙酰化,就可直接把样品进入质谱仪,用常用的电子轰击电离法(EI)使样品分子电离,产生分子离子(M-)及一系列碎片离子,根据这些碎片离子和分子离子的质/荷比(m/z)值及它们的相对丰度比,就可以对此化合物进行鉴定和结构研究[28]。蒋挺大[29]采用液-固间的相转移催化技术合成6-O-苄基甲壳素和3,6-O-苄基甲壳素,将它们控制水解,制备成全乙酰化产物,进一步用质谱证明产物的结构。Lal和Hayes[30]用热裂解气相色谱与质谱联用,用于测定壳聚糖的氨基含量。用电子轰击质谱(EI-MS)通过甲基化或乙酰基化等方法使其转变为可挥发的衍生物的方法测定糖类的结构,该法重现性好,灵敏度高,适合于糖的全甲基化、全乙酰化及完全三甲基硅烷衍生物,可得到典型的裂解模式,不仅能确定连接方式,而且可以确定每个糖环的大小,但聚合度较高的寡糖和多糖由于其衍生物挥发性和热稳定性依然很差,不适于采用EI-MS来测定[31,32,33]。1991年,Mock等[34]首次将MALDI法应用于碳水化台物的测定,近十年来的研究显示:MALDI-MS是一种快速、方便分析多种类型碳水化合物的技术,其最突出的优越性在于能对不经衍生化的天然糖类物质进行测定。 邓慧敏等[35]报道用 MALDI-TOF-MS法对从动、植物体中提取的环状和线状寡耱以及葡聚糖进行研究测定的工作。李艾华等[36]用自制酸性蛋白酶粗酶液降解壳聚糖,经MALDI-TOF-MS分析产物为聚合度3～6的甲壳寡糖。Sven 等[37]用MALDI-TOF-MS测定甲壳素/壳聚糖的序列组成。由MALDI-TOF-MS具有其他方法不可替代 的优势,相信会发展成为适用范围更广的测定高分子的分子量及其分布和结构的方法。另外,串联质谱(MSn)具有灵敏度高,分析过程消耗样品少且对样品纯度要求略低,分析时间及工作量少等优点,是糖类结构测定的一种更简便适合的方法。四极离子诱捕串联质谱已成功地用于分析全甲基化寡糖[38],快原子轰击质谱FAB-MSn[39]及 MALDI-TOF-MSn[40] 有用于分析糖类结构的报道。

4 扫描电镜(SEM)

刘波等[41]将壳聚糖呋喃甲醛吸附树脂放到放大倍数为3000倍的扫描电镜上观察,发现这种球形树脂具有均匀的球状结构,很好的球形度且粒径分布均匀,基质表面光滑无粘结物存在,并具有发达的微孔结构。喻胜飞[42]用扫描电镜对以相转化法制备的N-乙酰化壳聚糖超滤膜进行表面形貌分析结果表明:以乙醇为致孔剂、红外蒸发干燥10min制备的多孔壳聚糖膜孔径均匀,孔隙率高。应国清等[43]通过扫描电子显微镜(SEM)对交联壳聚糖的形态进行表征,可见表面呈蜂窝状结构,内部结构为网络状结构。张宝忠等[44]用扫描电镜对制得的羧甲基壳聚糖/明胶共混膜进行观察比较发现,共混膜中羧甲基壳聚糖和明胶分子间存在着较强的相互作用及良好的相容性。苗晶等[45]合成壳聚糖硫酸酯/聚砜(scs/PSF)复合纳滤膜,并采用放大倍数分别为10000×和5000×环境扫描电镜(ESEM)对滤膜的表面和断面结构进行观察,发现膜表面致密无孔,其断面最上部为厚度大约为120nm的致密活性层,中间为PSF超滤膜的致密层。李巧霞等[46]将制得的香草醛交联的壳聚糖微囊经扫描电镜显示微囊呈圆整的球形,表面致密,内部有空隙。YueYang等[47] 通过扫描电镜对选择性氧化壳聚糖分子与二氧化氮气体进行改性的壳聚糖膜观察它的表面发现,改性膜表面粗糙,而不是光滑的壳聚糖膜并且所有抗栓试验,溶血试验和血细胞形态观察与扫描电镜显示,改性壳聚糖膜具有优良的血液相容性。

5 X射线衍射(X-ray)

莫秀梅等[48]利用X射线衍射仪,得到不同干燥温度下所得甲壳胺膜的X射线衍射图,表明随着制膜温度的升高,结晶度降低。董炎明等[13]对合成的N-马来酰化壳聚糖(MCh)粉末进行大角度X光衍射测定并研究其结晶性的变化。陈煜等[49]对肉桂酰壳聚糖和肉桂酰甲壳素进行广角X射线衍射的表征,结果表明壳聚糖和甲壳素酰化反应后结晶度明显降低。刘波等[41]利用X射线衍射分析对改性得到的一种性能良好的壳聚糖呋喃甲醛吸附树脂进行研究,发现产物与CTS比较,在2θ为200左右的一个主要结晶峰明显减弱,无定型面积相对增加,将壳聚糖制成微球后,结晶度降低。王丽娟等[50]经XRD分析表明,采用一步包埋法制备的新型多胺基化磁性壳聚糖微球的XRD谱衍射峰位置与Fe3O4衍射峰位置非常相似,说明在多胺基化磁性壳聚糖微球制备过程中,未显著影响Fe3O4的晶体结构。邵颖等[51]合成羧甲基交联壳聚糖树脂(C-C-CTS)并用ESCALABMK-II X-ray对其进行表征。魏铭等[52]用X射线衍射仪,采用CuKa射线,在40 kV、30 mA条件及衍射角2θ=5～500测定的壳聚糖/二氧化硅复合膜的衍射谱图并计算其结晶度。

6 结束语

本文综述红外光谱、紫外光谱、核磁共振、质谱、扫描电子显微镜和X射线衍射对甲壳素和壳聚糖及其衍生物的官能团、结构、组成进行定性或定量分析的方法和应用。红外光谱、紫外光谱、核磁共振主要用来表征甲壳素与壳聚糖及其衍生物的化学结构;质谱、扫描电子显微镜主要用于分析甲壳素与壳聚糖及其衍生物的组成、凝聚态结构和表面结构;X射线衍射主要用于晶型结构的确定。其中,红外光谱的应用最为普遍。核磁共振和质谱可能因仪器价格较昂贵,很多单位还未购置导致实际应用相对较少。另外热分析法和色谱法也是壳聚糖及其衍生物混合体表征的重要手段,由于篇幅有限,在此不做具体介绍。随着先进技术不断应用于甲壳素及壳聚糖及其衍生物的研究 ,必将能获得更多空间结构的有用信息,推动甲壳素及壳聚糖研究的快速发展。

摘要：综述红外光谱、紫外光谱、核磁共振、质谱、扫描电镜、X射线衍射在甲壳素与壳聚糖及其衍生物的官能团、结构、形貌等研究中的应用,并对仪器分析在甲壳素与壳聚糖及其衍生物中的应用和发展前景进行展望。

生物仪器分析 篇7

温州医学院从2009年起对生物医学工程专业医学影像设备与技术方向的本科生开设《医学超声仪器原理》，旨在使分流到该方向的学生熟悉并掌握现代医学超声仪器的基本原理、结构、技术方法和设计思路，具有初步的仪器设计理念及开发新一代产品的综合能力，为学生踏上工作岗位奠定良好的理论与实践基础。

1. 教学内容的优化设计

目前，国内高校大多将医学超声作为《医学电子仪器》或者《医学影像物理学》的一部分进行授课。独立开设医学超声仪器相关课程的仅西安交通大学、南方医科大学、上海交通大学等少数几个高校。此外，上述高校由于办学优势不同，对学生的培养目标不同，对教学内容的选择没有统一标准。而且，目前国内医学超声仪器相关的本科生教材非常少见，且出版时间大多较早，内容较为陈旧，对学科前沿知识介绍较少。因此，如何根据我校的实际情况，合理安排教学内容，做到既难易适中又能体现学科前沿发展，就成了该课程开设初期碰到的一大难题。

1.1 教材与课程教学内容

我校生物医学工程专业分流后，课程增多，课时减少。《医学超声仪器原理》按教学计划，理论36学时，实验3学时，课时非常有限。讲授内容需突出重点，去粗取精，点面结合。其次，生物医学工程专业的主要目标是培养医学仪器的操作人员、维护人员、销售人员、设备管理人员和研发人员，授课过程中要既重基础又结合实际。综合各方面因素考虑，我们选择西安交通大学万明习教授主编的《生物医学超声学》作为教材。该书是目前国内对医学超声学的基础理论、关键技术及超声新技术发展介绍最为全面的一本专著，但内容较多且难，并不完全适用于39学时的本科教学。因此，在教学过程中，我根据实际需要对其内容进行了相应筛选调整，并结合具体超声仪器实例进行授课，真正做到既重基础又结合应用实际。

具体课程内容归结为如下8个章节[1]。(1)绪论：介绍医学超声仪器的分类，发展历史、现状及趋势。(2)医学超声的物理基础：介绍描述超声波的重要物理参数，超声波的传播特性、波动方程、多普勒效应，超声波的生物特性及安全剂量。(3)医用超声换能器：介绍压电效应及压电材料特性，医用超声换能器的种类与结构、声场的形成与分布。(4)超声成像基本原理及性能指标：介绍脉冲回波法成像原理，A、B、M型超声诊断仪及其异同点，超声信号形式及其特征，超声诊断仪的基本结构及主要指标。(5)超声波束的发射、聚焦与控制：以B型超声诊断仪为基础，介绍多阵元超声换能器的组合发射方式，超声波束的聚焦、扫描方法及控制手段。(6)超声波束的接收、预处理与DSC数字扫描变换器：介绍B型超声诊断仪超声回波信号的前置放大、接收多路转换、可变孔径技术、相位调整技术、增益控制与动态滤波、对数放大、检波与勾边技术，以及DSC数字扫描变换器。(7)超声多普勒血流测量与成像：介绍多普勒血流测量的基本原理，所需提取的主要参数，血流速度大小及方向的检测方法，多种多普勒血流仪系统和各自距离选通的原理，彩色多普勒血流成像的基本方法和原理。(8)其他医学超声技术及发展：介绍超声治疗技术、超声显微技术、超声CT，以及医学超声研究的新进展。

1.2 实验设置

由于条件限制，目前本课程仅设置3个学时实验，目的是指导学生熟悉B型超声诊断仪的操作。在教学实践的第一学年，我们采取的是以学生为检测对象，指导学生完成对颈部主动脉、肝、肾的纵向和横向扫查，并对图像进行分析，但是教学效果不很理想。原因有两个：一是虽然学生有一些解剖学基础，但是实验中让其独立准确找到解剖学位置仍有一定难度;二是教学资源有限，男女生同组，实验过程中进行腹部检测时难免尴尬，学生积极性难以调动。因此在第二学年，我们借鉴了其他高校的经验[2]，将检测对象由人换成熟鸡蛋，不仅可以形象地显示超声波在不同介质中的传播特性，而且很容易探测到熟鸡蛋的蛋白与蛋黄的切面图，避免了上述两个问题的存在。同时还可引导学生向鸡蛋内注入色拉油等物质，模拟组织内部发生病变的状况，极大地提高了学生的学习兴趣，教学效果鲜明、生动、直观。

2. 多种教学方法与手段的有机结合

多媒体为主、板书为辅的教学方式的运用。随着计算机应用的普及，具有方便、快捷、高效特点的多媒体教学方式已成为高校教学的主要模式，并为高等教育改革带来了新的契机。多媒体教学方式综合利用了文字、图片、动画、视频等资源，因此在讲授一些抽象难懂的知识点时能更形象、直观，在活跃学生思维、激发学生学习兴趣上作用显著[3]。但是也存在一定的弊端，比如信息量大、节奏快，学生难免跟不上进度，只能被动接受，缺乏必要的思考过程，容易疲劳甚至产生抵触情绪。在多媒体教学的基础上，辅以传统的板书，则可以有效解决这些问题。特别是在讲授知识重点难点的时候，学生可通过教师板书的间隙思考或者记笔记，加深对知识的理解。

针对教学内容，灵活应用多种教学方法。例如，采用启发式教学，在每一章节授课前先根据教学内容针对性地设置几个问题，让学生带着问题听课，在课堂中寻求答案，变“填鸭式”的被动学习为主动学习。再例如，在第5—6章讲授B型超声诊断仪时采用案例教学法，引入阿洛卡SSD-256型的B超仪为例子，每当讲授完基本原理后即以该机型为例引导学生对其相应部分的电路进行分析，提高学生理论联系实际的能力。同时，为了培养学生的学习兴趣，可利用介绍本学科的发展动态，国内外重大研究成果、新方法、新应用等内容来激励学生，让他们充分认识到这门课程的实用性和重要性。

构建网络教学平台，积极加强师生交流。将课程教学大纲、进度表、课件、课后练习、课程通知等教学资源及时在网页发布，方便学生课后浏览下载;设置课后互动模块，方便学生提问交流;设置超声百科模块，方便学生了解学科前沿发展动态。网络教学平台的使用，提高了教学的灵活性，增加了师生之间的互动，获得了学生很高的评价。

3. 存在的问题及解决思路

经过两个学年的教学实践，我在《医学超声仪器原理》课程的教学中已积累了不少经验，也存在不足之处，其中最突出的是实验教学内容略显单薄。针对这一问题，我已着手解决，将在原3个学时实验的基础上再设置相应的开放性实验，如生物组织超声参数的测量与估计、单阵元圆形超声换能器辐射声场分布特性测试与分析、彩色超声多普勒血流仪的操作及数据分析等[4]。所设计的实验项目将与课程教学内容密切结合，进一步有效地增强教学效果。

4. 结语

医学超声仪器原理涉及多个学科，内容较为抽象，且课时量有限，因此教学难度较大。我在教学过程中根据本专业的实际需求，以着重培养学生的实践能力和创新意识为目标，结合教学体会和学生的反馈信息，从教学内容优化、教学手段、教学方法等方面入手，经过两年多时间的实践，取得了较好的教学效果。

摘要：医学超声仪器是生物医学工程学科的重要分支及研究重点之一。本文作者针对生物医学工程专业的培养目标, 结合具体的教学实践, 从教学内容的优化、教学手段与方法的选择上对《医学超声仪器原理》的教学进行讨论。同时, 对教学过程中存在的问题进行了分析, 并提出了相应的解决思路。

关键词：《医学超声仪器》原理,生物医学工程,教学内容,教学方法

参考文献

[1]万明习.生物医学超声学[M].北京:科学出版社, 2010.

[2]陈艳霞, 孙媛, 柴英, 王桂莲.医学物理学B超实验的新探索[J].中国科技信息, 2009, 20:193.

[3]胡晓燕.浅析多媒体教学的利与弊[J].中国医学创新, 2011, 8 (5) :146-147.

生物仪器分析 篇8

国际通用的评价医疗器械透气包装材料微生物屏障性能的方法是ASTM F 1608《Standard Test Method for Microbial Ranking of Porous Packaging Materials (Exposure Chamber Method) 》, 该试验方法设计成在细菌芽孢能够穿透大部分市售透气包装材料的条件下进行测试, 以便于比较材料的相对好坏, 从而对透气包装材料进行分等[2]。目前, 我们已经在技术方面修改采用该标准的前提下建立了我国的医药行业标准YY/T 0681.10《无菌医疗器械包装试验方法第10部分:透气包装材料微生物屏障分等试验》。

由于试验方法的复杂性等原因, 目前全球只有很少的几家实验室能够开展本试验, 而且尚没有市售的商品化试验仪器。为此, 我们同试验仪器生产厂家合作进行了试验仪器的自主研发。随后, 我们针对该试验仪器的性能开展了系列研究工作, 以确认试验仪器的性能是否满足标准要求。本文首先结合试验原理对我们自主研发的试验仪器进行介绍, 然后介绍对试验仪器性能进行研究的情况。

1.试验原理和仪器介绍

1.1 试验原理概述

该试验方法的原理是, 用规定数量和粒径范围的萎缩芽孢杆菌 (ATCC 9372) 芽孢气溶胶作为测试物, 在规定的时间内以规定的流量对规定面积的透气包装材料进行穿透挑战。用分析滤膜收集透过材料的芽孢, 并进行微生物分析。最后, 通过比较初始挑战芽孢数量和最终透过芽孢数量, 来定量测定透气包装材料的微生物屏障性能[3]。

试验方法规定了三个标准试验参数, 分别是:

a) 通过样品的流量:2.8L/min;

b) 挑战时间:15min ;

c) 微生物挑战量:0.3×106CFU~3×106CFU/ 样品。

在以上规定的试验条件下, 每次挑战试验后通过微生物分析将得到测试样品的初始挑战芽孢数量 (N0) 和最终透过芽孢数量 (N1) , 用公式 (1) 计算透气包装材料的微生物屏障性能 (LRV) :

1.2 试验仪器组成

依据标准规定的试验方法和原理, 我们开发的试验仪器主要由气溶胶发生装置、气溶胶室、夹持装置、抽吸系统、控制系统和防护系统六部分组成, 见图1。

1.2.1 气溶胶发生装置

气溶胶发生装置主要包括气源、喷雾器和输送管道等。经过过滤、干燥的压缩空气进入喷雾器, 使喷雾器内贮存的挑战芽孢悬液产生气溶胶, 气溶胶经输送管道进入气溶胶室。输送管道上装有诱捕瓶, 以便于收集未雾化的液滴, 防止其进入气溶胶室。

1.2.2 气溶胶室

气溶胶室是试验仪器的核心部件, 材质为丙烯酸板, 包括箱基、风扇、气溶胶输送管道接口、排雾口、补气口和与夹持装置连接的平板等。气溶胶发生装置产生的气溶胶进入气溶胶室, 气溶胶室内的风扇可使气溶胶分散均匀。气溶胶室底部的平板有6 个洞口, 用于连接6 个夹持装置, 在抽吸系统的作用下, 气溶胶经洞口对夹持装置中的样品进行挑战。气溶胶室的排雾口用于挑战完毕后残留气溶胶的清除。补气口用于维持气溶胶室的压力平衡。

1.2.3 夹持装置

夹持装置包括上端夹持元件、样品/ 滤膜底座和下端夹持元件。夹持装置用于夹持样品和分析滤膜。挑战试验时, 上端夹持元件连接气溶胶室, 下端夹持元件连接抽吸系统, 中间的样品/滤膜底座上放置试验样品和分析滤膜 (样品在上, 滤膜在下, 直径为50mm) , 透过样品的芽孢将到达分析滤膜表面。挑战试验完毕后取出分析滤膜进行微生物分析。

1.2.4 抽吸系统

抽吸系统由空气过滤装置和真空泵组成, 包括试验抽吸和排雾抽吸。试验抽吸是指将气溶胶以规定流量抽过试验样品, 排雾抽吸是指挑战完毕后排除气溶胶室内剩余的气溶胶。真空泵前加装空气过滤装置以避免细菌进入真空泵从而进入试验环境中。

1.2.5控制系统

实验仪器能实现流量、时间等的自动控制, 在控制面板上可进行参数 (喷雾流量、喷雾时间、挑战时间、挑战流量、排雾时间等) 设定和工作状态显示。试验仪器自动控制的实现, 在节省大量人力操作的同时, 避免了很多试验误差, 大大提高了试验的精确性。

1.2.6防护系统

仪器使用过程中会产生微生物气溶胶, 为了保护操作人员以及环境的安全, 将所有仪器部件集成于II级生物安全柜中进行试验操作。同时, 试验参数的控制部分也集成在生物安全柜的控制面板上。

2.仪器确认研究

2.1 试验目的

试验仪器在投入使用前必须进行仪器确认, 只有采用经过确认的试验仪器进行样品的测试, 试验结果才可信。对于本试验, 应确保在标准规定的试验参数 (挑战时间为15min ;挑战流量为2.8L/min) 下进行试验时, 每个样品经受的挑战芽孢数量为0.3×106CFU~3×106CFU。这也是仪器确认能否通过的标准。仪器确认试验应至少进行三次。如果均能达到如上要求, 可视为试验仪器满足试验要求。

2.2 试验结果

按照标准规定的试验参数进行参数设定, 见表1。按照标准规定的仪器确认程序进行操作, 取10-4稀释级的平板计数结果进行结果计算, 见表2。

2.3 结果分析

从表2 的试验结果来看, 三次平行试验的各样品口的挑战芽孢数量均能满足0.3×106CFU~3×106CFU的要求, 而且每个样品口的芽孢分布相对比较均匀。该试验结果表明, 试验仪器按标准规定的试验参数进行试验时, 完全满足试验要求。

3.实验室内精密度研究

3.1 试验目的

美国材料试验协会在制定ASTM F 1608《Standard Test Method for Microbial Ranking of Porous Packaging Materials (Exposure Chamber Method) 》时, 曾组织了十一个实验室对本方法进行了实验室协同研究。其中一项研究结果表明, 实验室内同一操作人员对同一产品进行检测的两个试验结果 (n=5) 的95% 置信水平的临界极差 (重复性限, r) 为0.28。

根据GB/T 6379.6, 在重复性条件下两次试验结果的差值如果小于r值, 则表明试验精密度满足要求。为了进一步确认仪器和操作的精密度, 在完成仪器确认工作以后, 我们按标准规定的试验参数 (见表1) 对同一产品进行了实际测试。用两个试验结果的差值与ASTM F 1608 中给出的临界极差 (重复性限, r) 进行比较, 以分析仪器和操作的实验室内精密度是否达到了ASTM F 1608 中的精密度要求。

3.2 试验结果

选取某代表性产品M, 裁取10 个试样, 分为两组, 每组5 个试样。按照标准规定的试验程序进行测试, 结果见表3 和表4。

3.3 结果分析

从表3 和表4 的试验结果可知, 同一产品两次试验结果的差值为0.07 (n = 5) , 低于美国材料试验协会实验室协同研究得出的临界极差 (0.28) 。该试验结果表明, 仪器和操作的实验室内精密度达到美国材料试验协会实验室协同研究得出的精密度水平。

4.结束语

透气包装材料的微生物屏障性能是保证无菌屏障系统完整性以及医疗器械产品无菌性的重要因素。YY/T 0681.10《无菌医疗器械包装试验方法第10部分:透气包装材料微生物屏障分等试验》的制定和实施为我国医疗器械透气包装材料微生物屏障性能的评价提供了行之有效的方法。我们研制的试验仪器为我国医疗器械透气包装材料微生物屏障性能的评价提供了一个良好的检测平台, 弥补了国内没有该试验仪器的空白。而且, 该仪器的性能水平已经达到美国实验室的仪器性能水平。

摘要：对自主研发的医疗器械透气包装材料微生物屏障分等试验仪器进行介绍, 并对开展的仪器确认以及仪器和操作的实验室内精密度研究进行详述。研究结果表明, 仪器按规定试验参数进行试验时能够完全满足试验要求。而且, 该仪器的性能水平已经达到美国实验室的仪器性能水平。

关键词：透气包装材料,微生物屏障,仪器确认

参考文献

[1]GB/T 19633.1《最终灭菌医疗器械包装第1部分:材料、无菌屏障系统和包装系统的要求》

[2]ASTM F 1608《Standard Test Method for Microbial Ranking of Porous Packaging Materials (Exposure Chamber Method) 》

生物仪器分析 篇9

一、数码生物显微镜简介

数码生物显微镜是由生物显微镜主机+显微镜摄像头+数码显微镜接口+计算机组合而成的。数码生物显微镜主要用来观察生物切片、生物细胞、细菌以及活体组织培养等的观察和研究, 同时可以观察其他透明或者半透明物体以及粉末、细小颗粒等物体。在显微镜中看到的实物图像通过数模转换, 使其成像在计算机上。数码生物显微镜是将精锐的光学显微镜技术、先进的光电转换技术、液晶屏幕技术完美地结合在一起而开发研制成功的一种高科技产品。

二、数码生物显微镜在高中生物实验教学中的运用

1. 观察多种多样的细胞

用显微镜观察细胞的结构是中学阶段需要掌握的重要实验操作技能。在实际教学中, 学生的积极性很高, 但由于动手能力较差, 再加上普通的光学显微镜成像质量不高, 最终学生观察的图像往往是模糊不清。数码生物显微镜通过“光电图像转换装置”获得的图像可达到35万/130万/300万像素, 图像清晰、线条细腻、色彩逼真, 更便于学生观察。

数码生物显微镜不仅能更清楚地观察物体, 还具有十字定位测量功能。十字线还可随观察物体颜色的变换而更改线条的颜色, 这不仅便于教师对学生的指导, 还可对微观物体大小进行测量, 进而实现微观物体量化呈现。

2. 探究培养液中酵母菌种群数量的变化

高中生物学课程标准“稳态与环境”模块将“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化”列为活动建议。人教版和苏教版教材都安排了这一活动, 但是在一些细节问题上, 如酵母菌的抽样检测中的观察和计数, 两个版本教材中的描述都不太具体, 且缺乏直观的图解。如果利用好数码生物显微镜, 就可以为学生增加一些直观的素材。教师可以在班级同学分组做这个实验前, 亲自带领几位实验技能较好的同学先做一下。实验过程中每隔24小时利用血球计数板和数码生物显微镜进行抽样检测, 调查酵母菌的种群数量。每次调查时在显微镜下找到一个理想的目标位置后进行拍摄, 并对拍摄图片进行储存及处理, 这不仅可以作为实验的数据进行对比, 还能永久的保存下来作为一份有价值的教学资源, 将来需要时可很方便地实现再现与共享。

3. 观察黑藻细胞的细胞质流动

活细胞中的细胞质处于不断流动的状态, 观察这一生命现象, 可让学生认识到生命是运动的。观察细胞质的流动常以新鲜的黑藻为材料, 用细胞质基质中的叶绿体的运动作为标志。在实验课上, 我们可以用普通的光学显微镜观察黑藻的细胞质流动。然而, 实际教学中发现, 效果往往不太理想, 很多同学观察不到细胞质流动, 特别是阴天、低温时做实验。针对这种情况, 教师可以事先准备典型的示范装片, 使用数码生物显微镜的录像功能来弥补。这种教师演示的视频资源可以重复使用, 既可以让学生能看到细胞质快速流动的真实状况, 也减轻了教师在不同教学班重复演示的负担。教师还可以增加录制不同条件下黑藻细胞质流动视频让学生观看、比较。这一做法, 可以让学生认识到细胞质流动不仅是客观存在的, 流动速度还是可变的。

4. 构建互动式实验教学系统

传统生物实验教学中存在的一些问题, 大致有以下几点:师生之间、同学之间缺乏交流与互动;现有的光学显微镜功能单一, 教学内容局限性大;教师的指导都是个别的, 也无法同时观察到全班同学的实验进展与现象等。

将普通生物实验室 (或机房、语音室) 重新改造, 进行网络布线, 把计算机、数码生物显微镜、光电图像转换装置等设备进行组网。然后, 在教师机、学生机上安装各种应用软件 (显微图像处理分析软件、互动网络教学软件等) 即可构建起互动式实验教学系统。教师只需通过自己的教师电脑就可以查看全班学生的显微镜画面, 学生也可以通过自己的学生电脑观察老师的演示操作, 这使教学更直观、更方便。师生之间借助多向多媒体互动系统进行随意交流, 教师与学生实现全面互动, 使沟通更快捷、有效。如配上投影机, 增加一些多媒体中控设备, 就可以实现多媒体教学。

总之, 信息技术引发的新的教学模式正在改变传统的教学观念。现代信息技术的发展, 为中学生物实验教学的发展提供了广阔空间, 亦为我们解决传统实验教学中的许多难题提供了技术条件。充分利用现代教学手段, 把多媒体和网络技术有机地整合到中学生物实验教学中去, 可以优化实验过程, 拓宽实验教学渠道, 大大提高实验教学的效果。信息技术与实验课程的整合是一项很有意义的工作, 需要更多的老师积极参与, 并真诚的投身到这场探索之中。

摘要：目前, 许多中学实验室里都购置了一些现代化的实验仪器, 然而这些仪器往往是被束之高阁, 很少发挥其应有的作用。本文以数码生物显微镜在高中生物实验中的应用为例, 谈谈在信息技术环境下, 如何最大限度地发挥现代化实验仪器的作用, 从而实现信息技术与中学实验课程的有效整合。

仪器分析实验教学改革初探 篇10

关键词 仪器分析 实验教学 改革

中图分类号：G424 文献标识码：A

Exploration on Reform in Experiment Teaching in Instrument Analysis

XING Yun

（Chemistry & Chemical Industry School， Anyang Normal University， Anyang， He'nan 455000）

Abstract This paper has discussed the reform of instrumental analysis experiment in connection with teaching situation and existing problems in instrumental analysis experiment. Based on the practice and exploration in instrument analysis experimental teaching， the article pointed out some reform suggestions of instrument analysis. It would be of great benefit to make students have abilities to analyze and solve problem， and enhance their practical abilities. The article would be provided reference for the teaching of instrument analysis.

Key words instrument analysis； experimental teaching； teaching reform

仪器分析实验是仪器分析课程的重要组成部分，与理论课配套开设，目的是促使学生掌握各种仪器的基本原理、仪器组成和基本应用，为其将来从事化学及相关领域的分析检测工作打下扎实基础。为了更好地实现教学目标，提高实验教学质量，近年来，我院分析教研室在仪器分析实验教学中不断积累经验，同时借鉴其他高等院校的经验，①②③④⑤对仪器分析实验的教学模式进行了一些探索，充分利用实验教学的各个环节，通过各种方式，全面地促进学生各方面能力的提高。

1 仪器分析实验教学现状及存在问题

仪器分析实验课程是我校化学、材料化学和化工与制药专业的必修基础课，由光化学分析、电化学分析及色谱分析等内容组成，实验内容包括原子发射光谱法测定水中銅铁锌的含量、原子吸收光谱法测定水中钙的含量、紫外吸收光谱定性分析的应用、直接电位法测定水中氟离子的含量、电位滴定法测定磷酸的浓度及各级离解常数和气相色谱质谱联用仪测定有机物等。在以往的实验教学中，由于实验条件差、教学设备落后，每次实验时学生人数多、仪器设备少，不能保证人人动手实验；同时实验课时严重不足，重理论轻实验，忽视了对学生技能的训练和创新能力的培养等。近年来在我院课程改革的推动下，我们以巩固基础、加强实践、注重创新为宗旨，尝试对仪器分析实验教学进行了改革，初见成效。

2 仪器分析实验教学改革

2.1 强化学生课前预习环节

由于仪器数量少，仪器分析实验每组分配的学生人数大致为4～6人，因此仪器分析实验以大循环方式进行。往往理论课还没讲到的内容，实验课就开始上，因此必须强化学生的课前预习。我们把计算机与实验教学结合在一起，在实验前安排课时，讲解实验室规章、实验内容、实验数据的分析和处理。同时播放相应的教学录像片，帮助学生进行实验前的预习工作，使学生在实验前对实验内容有一定的了解，初步了解根据样品性质选择不同的仪器进行测定和实验的注意事项。这样学生对仪器的基本原理、仪器构造和操作步骤有大体的了解，建立了感性认识，为顺利地完成所做的实验打下了良好的基础。同时，通过简单的测试，对每个学生的预习情况把关，使教师及时了解学生的预习情况，从而发现问题并有的放矢地进行课堂讲解，具有针对性，教师可以把主要精力用于观察和指导学生的实验操作，更合理高效地利用实验课内时间。

2.2 课堂上引用开放式教学模式

传统实验课的教学方式为：实验前由教师讲授实验目的、原理、仪器结构、操作步骤以及注意事项，然后教师将实验所需试剂配好，仪器安装调试好，一切准备就绪，学生再上机操作做实验。这样的实验教学模式使学生养成实验课依赖老师、敷衍了事的习惯，不利于调动学生的积极性和主动性，缺乏对学生创造性的培养和发挥。为了使学生称为实验课的主人，我们在课堂上引用了开放互动式的教学模式，改变过去以教师讲解为主的旧传统，而是调动学生的积极性，让学生分组讨论，自己提出问题、解决问题，教师总结。通过对学生积极的提问和引导，使学生更好地理解实验的本质、掌握实验要领。实验前先让学生观看相关教学录像，只就高难度易出错的内容进行讲解和示范，放手让学生相互探讨、自己动手实验。实验过程中，赋予学生更多的空间，最大限度地让学生施展自己的创造能力，激发学生学习的热情，培养学生创新实践的能力。

2.3 充分利用现有仪器开好实验课

由于仪器分析实验所用大多为大型仪器，价格昂贵，学生人数与仪器数量之间的矛盾是每个高校面临的现实问题，因此最大限度地整合利用学校现有仪器设备，对其进行合理的安排设置无疑是仪器分析教学中的一个重要的内容。我们根据现有仪器设备的情况，对于一些小型仪器，比如紫外-可见吸收光谱仪、酸度计等，数量较多，可以按传统的大循环制，6人一大组做同一实验，2人一小组操作一套仪器，小组循环。而对于大型仪器例如原子发射光谱仪、原子吸收光谱仪、高效液相色谱-质谱联用仪、气相色谱-质谱联用仪、离子色谱仪等，则由负责大型仪器管理的老师进行讲解，学生4～6人一组学习，保证每种大型仪器每个学生都能有动手操作的机会。另外，许多实验内容跟教师的科研是密不可分的，教师还可以将所承担的科研课题的部分研究内容融入到实验教学中，通过平时的科学研究深入对仪器的了解。

2.4 建立科学的考核体系

实验考核是教学成功的有力保障，同时，考核方式也会对学生的学习方式起到引导作用，科学的考核方式会推动学生的学习向最佳方向发展。考核的成绩要能综合地反映学生分析问题、解决问题的能力，因此不能只根据实验报告或者卷面的考试给出最后成绩，而应该建立一套多元化的、科学的考核体系。经过一段时间的摸索，我们提出了以平时成绩、笔试加实验操作考试的综合评价体系，实验课的总成绩=平时成绩（70%）+笔试考试成绩（20%）+实验技能考试成绩（10%）。其中：平时成绩包括实验预习报告、实验操作能力、实验报告等多个方面。实验报告包括实验原始数据测试记录、处理，实验中涉及的问题讨论等；笔试采用闭卷或开卷等多种形式，考核学生对常用分析仪器的原理、仪器构造、干扰及其消除等内容的掌握情况。以此给学生一个综合的考评，督促学生加强平时规范化操作。

3 结束语

通过仪器分析实验教学改革，有利于提高教学质量，也培养更能适合社会发展需要的高素质人才，经过多年的探索，我们对仪器分析实验课程的教学方法、教学手段等方面进行了一些改革探索，初步建立了一套行之有效的办法，使学生在实验态度、实验动手能力等方面有了一定程度的提高，创新能力等方面受到良好的训练。但是，仪器分析实验教学改革，是一项长期而艰巨的工作，需要每一位仪器分析实验教学工作者不断地探索与尝试、总结和完善。

注释

① 张培敏，陈恒武，郭伟强，薛彩琴，蒋银土，邬建敏，张嘉捷，朱岩.仪器分析实验教学改革初探[J].大学化学，2007.22（2）：10-12.

② 李冠峰，郁兆莲，胡少强.仪器分析实验教学改革研究[J].洛阳师范学院学报，2008（2）：132-134.

③ 王琦，张思锐.仪器分析课程教学与实验改革[J].大学化学，2006.21（2）：22-24.

④ 刘静，尚永辉，刘建波，张萍.提高仪器分析实验教学质量，培养创新型人才[J].实验科学与技术，2010.l18（3）：79-82.