生物技术研究热点(收集5篇)

生物技术研究热点篇1

[关键词]中药药性；寒热属性；生物效应；药理网络；模式识别

[收稿日期]2014-03-18

[基金项目]国家自然科学基金青年基金项目（30902003）

[通信作者]吕爱平，Tel：（010）64067611，Fax：（010）84032881，E-mail：

[作者简介]姜淼，副研究员，从事中药药性分类研究、中医证候分类研究、中西医结合临床基础研究工作，Tel：（010）64014411-2397，E-mail：

1中药寒热药性研究的重要性及学科发展趋向

中药药性理论作为中药理论体系的基础与核心，是中药学最重要的学术特征，也是中药区别于其他植物类药物的关键，其科学基础的发现是中药现代化发展的先决条件[1-2]。然而，由于药性理论的特殊性和复杂性，其研究已成为制约中药现代化、国际化发展的重要瓶颈[3-4]。寒热药性作为中药性能的核心要素，是目前药性研究的主要切入点，在药性理论中具有基础与核心地位。目前这一领域较为公认的问题可以概括成3个方面：①寒热药性科学内涵的现代科技语言诠释、表征；②寒热药性评价方法/指标体系的构建；③现代中药寒热药性理论构建及临床应用[1]。3个关键问题之中，前2个问题紧密关联、互为基础，只有在对寒热药性的科学内涵做出科学诠释的基础上，才可能构建其评价方法和指标体系；构建了科学准确的评价方法与指标体系，对于寒热药性的科学内涵诠释也提供了依据和思路，二者共为现代寒热药性理论构建及指导临床应用的前提。

因而，在当前科研体系下，基于传统药性的哲学认知，建立科学、可靠的寒热药性分类模型，是解决寒热药性诸多关键问题的重要命题和必要的切入点，不仅能够推进药性理论自身发展，还能够用于厘清药性混淆品种的寒热属性从而更好指导其应用、扩展药性理论应用范畴为中药引入其他植物药新资源，丰富中药学科内容，因而具有深远而重大的意义。

2基于物质基础研究药物寒热属性分类研究面对的挑战

从物质基础讨论中药寒热属性的思路一直受到研究者们的重视，从化学成分入手寻找中药四性物质基础的方法在20世纪末即成为研究热点，研究方法包括化学分析[5]、文本挖掘[6]、实验研究等多种手段[7-9]；也有学者提出将化学成分概念与系统观点整合研究的框架[10]或方法[11]。然而受限于中药成分的复杂性，大部分结论难以避免局限性和片面性[12]。作者所在项目组应用化学生物学技术，构建了基于药物所含成分的化学结构片段谱的寒热属性分类模型，分类准确性在验证集中可达90%，高于目前世界上现有的应用化学结构判定药物寒热属性的最好报道（81%）[13]。由于模型是基于现有的分子化学片段结构全集构建，较好避免了仅针对某一或某几种主要化学成分研究带来的片面性问题；然而仍然存在2个问题限制了模型的扩展应用：首先，化学结构谱的模型是定性而非定量化的模型，无法解决痕量成分带来较大生物学效应等特殊量效关系情况；第二，分类准确性受限于对目标药物化学成分信息的收集全面程度，如果某一药物的化学成分信息缺失或不准确，分类结果将受到较大影响。同时，越来越多的研究者认识到，药物寒热属性作为药物作用于机体后效应表达的一种高度概括，必然与药物的生物效应紧密相关；因而从生物效应角度区分中药寒热属性，是寒热药性分类模型构建的最重要的、也是必经的方向。

3从生物学效应角度研究寒热属性分类的必要性

近年来，在中医药“系统观”、“整体观”思想的指引下，多位中药研究者将生物热力学[14-15]、数据挖掘[16-17]、网络药理学[18-20]、化学物质组学[10]等现代科技和理念引入药性理论研究，取得了阶段性成果。例如创新性地开发冷热板示差法应用于寒热药性研究，能够客观真实地反映药物甚至复方寒热药性的差异，且与传统中医药理论对应[1，14-15]。基于这些研究，多个中药研究优势团队在学科交叉融合的基础上，提出了寒热药性理论研究的基本假说：“药性是中药的特征组分作用于机体的共性靶标而产生的生物效应的高度概括；药性功效科学内涵可以通过共性效应（群）-共性靶标（群）-特征组分（群）加以表征”[1]。指出药性的主要元素包括3个方面[21]，除了物质基础，还包括生物效应、网络靶标，生物学效应在药性判定中的作用受到更高度的重视[22]。

然而，单纯基于某方面功能的药性研究，取得过一些可观的成果，如发现寒热药性与大脑不同部位单胺类神经递质的关系[23]、与抑制脂肪酸合成酶能力关系[24]、与线粒体能量代谢关系[25]等；但因结论多局限于所涉及的个别药物，忽视药性构成因素间的整体联系，难以进行客观化的生物学表征，缺乏能够推论于其他药物的原理性结果，结论不具有普适性，不能从理论层面对于药性原理做出解释，也无法满足当前“系统医学”、“整体医学”、“网络医学”理念下的药物寒热属性生物学效应系统化表征的要求。因而，融合现代多学科方法构建中药药性内涵的合理表征方法，揭示药性的“效应、物质、靶标”三要素现代科学本质，是当前寒热药性研究中的紧迫任务与重中之重。

4基于生物学效应的药物寒热属性分类研究策略

4.1网络药理学背景下的药物寒热属性分类研究随着各种高通量组学技术的不断发展、可处理数据量的几何级数式增加、计算方法与能力的迅猛突破，现代医药学研究也进入了“信息时代”，为研究者提供了全面、系统地探索疾病、证候、疗效、预后等复杂命题的契机[18]。研究技术的进步必然引发研究策略的升级，系统生物学技术的产生，和被认为是“下一代药物研究模式”的网络药理学[26]概念的出现，使得从生物学效应角度为切入点、全面分析中药寒热属性的差异机制成为可能[27]。其优势在于能够用系统与网络的思维来理解中药寒热属性体系中整体生物学效应的复杂性，使得从“小尺度”的分子层面阐释“大尺度”的抽象药性概念成为可能，从而能够发挥寒热药性理论的特色、拓展其应用范畴，通过对其他植物药赋予寒热属性从而将其扩展纳入到中药领域，丰富中药资源。因而，如何将中药药性理论研究与网络药理学方法有机结合，应用网络药理学方法构建中药寒热属性的分类模型，是目前药性研究中最值得“挑战”的问题。

4.2各种“组学”技术支持下的中药寒/热性矢量药理网络构建与分析应用生物网络、药理网络分析技术开展中医证候、中药方剂复杂体系研究工作，已有一系列探索取得了令人关注的成果[18]，目前已建立了基于网络大规模预测致病基因、药物靶标的方法[28-29]；融合基因表达谱芯片与文献数据的生物分子网络构建方法[30-32]；以及在网络靶标计算框架下评价药物功能的方法[28]、识别生物分子网络关键环节等方法[33]，在方剂配伍规律、发现药效物质、中医方剂-证候关联机制等方面均有成功的实践应用[34-35]。特别是通过寒、热证候生物分子网络的构建，发现寒热方剂对寒热证患者的治疗作用的生物学基础在于逆转神经内分泌免疫分子介导的能量代谢、免疫应答网络失衡，即调控集体物质流-能量流-信息转换流（代谢）平衡[28]，为揭示寒热证候内在机制提供了重要依据，也为寒热药性的研究提供了有力的参考和技术基础。

然而，药物的寒热属性研究不同于一般的病、证、方剂研究，具有其特殊性。首先，寒热药性的概念作为大尺度概念，具有高度概括性和抽象性，在临床上与证对应，而不局限于某个病种，也不针对某种特殊的体质，这导致了临床试验和动物实验研究设计的难度。同时，脱离了“疾病”概念的单纯证候网络也是难以构建的，因而从药-证网络对应关系角度来解析药性机制难以实现；而局限于某种疾病来对药性进行研究，又难以得出具有普适性的结论。其次，寒与热在理论中具有对立统一的哲学关系，这一关系投射到分子网络中，造成二者紧密关联、难以区分的结果，本项目组依托前一个自然科学基金项目，全面收集文献数据，根据所选典型寒、热性药物的成分所对应的活性靶蛋白，构建了典型寒、热性中药的药理网络，并且进行了网络分析，结果表明寒性药物和热性药物共享大部分靶标分子，仅有相对很小部分特异性分子靶标，表明单纯依据文献数据，没有具体的寒、热药物作用的方向性和强度信息，很难区分药物的寒、热属性。

因而，寒性药物和热性药物具有传统意义上“相反”的生物学效应，却又具有绝大部分共同的分子靶标，这一现象提示，在寒、热性药物的药理网络中加入药物的作用方向和作用强度信息，构建定性定量的矢量性药理网络，是以网络药理学技术判定药物寒热属性分类的研究的关键步骤，而近年来广泛应用的“组学”技术正可以为这一关键步骤提供技术方法。

代谢组学（metabonomics）是20世纪90年代中期发展起来的一门新兴学科，是一种研究生物体系中代谢物组的技术和方法，强调把生物体作为一个完整系统来研究，通过测定代谢物组成变化，来认识和反映生物体代谢网络在疾病和药物作用下的变化规律。代谢组学能用反映整体的代谢物图直接刻画出动态情况下的生理和生化状态及变化过程[36]，与中医学的整体观、动态观一致，适于复杂的中医药系统研究[37-38]。蛋白质组学（蛋白芯片）[39]技术的研究对象是蛋白质，其原理是对固相载体进行特殊的化学处理，再将已知的蛋白分子产物固定其上，根据这些生物分子的特性，捕获能与之特异性结合的待测蛋白，可为获得重要生命信息（如某蛋白组分在体内表达水平生物学功能、与其他分子的相互调控关系等）提供有力的技术支持，且具有高通量的验证能力，可以定量研究。有效运用代谢组学与蛋白质组学检测技术，从整体、动态角度评价机体在特定药物干预下的状态，定性定量提取网络靶标扰动的方向、强度信息，可以为构建寒、热性药物的矢量药理网络提供关键信息。

4.3多学科背景下的药物寒热属性分类模型构建通过矢量药理网络分析方法发现寒、热性药物的生物效应差异后，还需要对这些高维度的复杂数据进行处理，构建能够直接应用的、具有实用性的模型工具，使研究成果便于应用推广，才能达到应用模型厘清药性混淆品种的寒热属性、甚至将药性理论扩展应用于其他种类药物而扩展中药学资源的目标。

模式识别属于人工智能范畴，发展于20世纪50年代初期，是一个涉及多领域的交叉学科，包括统计学、计算机科学、信号处理、心理学和生理学等等，已广泛应用于自然科学和社会科学的各个领域[40]。其研究内容主要集中在2个方面：生物体是如何感知对象的，以及如何用计算机实现给定任务下的模式识别的理论和方法。模式识别问题是面向多维数据的、按照数据表达的特征将其分类的理论[41]，通过对具体事物进行观测得到的有时间和空间分布的信息，模式所属的类别或同一类模式的总体称为模式类（或简称为类）。“模式识别”是在某些一定量度或观测基础上把待测模式分到各自的模式类中去，其技术在医药领域已经有过诸多成功应用的范例。

模式识别中公认最好4种的分类方法包括模板匹配法、统计模式识别、句法或结构模式识别和神经网络[42-43]。基于现代生物信息学证据的中药寒热属性模式识别过程属于从中药的现代生物信息学研究范式空间（包括生物活性靶蛋白、生物活性通道等参数）向其传统药性研究范式空间（寒热属性）的映射，其本质上属于对事物或现象的不同认识角度之间的映射。因而，选择模式识别技术，对于复杂的数百维生物学效应参数进行处理，建立算法，建立这些参数与寒热属性范式空间之间的映射，是使基于矢量药理网络分类中药寒热属性的研究成果得到更大限度便捷性、实用性与可推广性的优化选择。

5小结

综上，药物寒热属性是作为药物的特征成分作用于机体的共性靶标而产生的生物效应的高度概括，寒与热具有对立统一的特征规律，共享大部分生物靶标而生物效应呈现相反的方向；这种性能特点，可以通过定性定量的矢量药理网络分析来进行区分，并应用现代人工智能技术构建相关模型，达到应用生物效应参数识别药物寒热属性的目的，从而厘清药性混淆品种的寒热属性，有望为药物寒热属性的判定提供科学方法，也为拓展中药新资源提供策略；同时也将丰富中药理论，推进药性理论应用范畴和现代化进程。

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Acold/heatpropertyclassificationstrategybasedon

bio-effectsofherbalmedicines

JIANGMiao，LVAi-ping

（InstituteofBasicResearchInClinicalMedicine，ChinaAcademyofTraditionalChineseMedicine，Beijing100700，China）

[Abstract]ThepropertytheoryofChineseherbalmedicine（CHM）isregardedasthecoreandbasicofChinesemedicaltheory，however，theunderlyingmechanismofthepropertiesinCHMsremainsunclear，whichimpedesabarrierforthemodernizationofChineseherbalmedicine.ThepropertiesofCHMareoftencategorizedintocoldandheataccordingtothetheoryofChinesemedicine，whichareessentialtoguidetheclinicalapplicationofCHMs.Thereisanurgentdemandtobuildacold/heatpropertyclassificationmodeltofacilitatethepropertytheoryofChineseherbalmedicine，aswellastoclarifythecontroversialpropertiesofsomeherbs.Basedonpreviousstudiesonthecold/heatpropertiesofCHM，inthispaper，wedescribedanovelstrategyonbuildingacold/heatpropertyclassificationmodelbasedonherbalbio-effect.Theinterdisciplinarycooperationofsystemsbiology，pharmacologicalnetwork，andpatternrecognitiontechniquemightlightenthestudyoncold/heatpropertytheory，provideascientificmodelfordeterminationthecold/heatpropertyofherbalmedicines，andanewstrategyforexpandingtheChineseherbalmedicineresourcesaswell.

生物技术研究热点篇2

本文介绍了微波技术在毛纺行业应用的意义，描述了微波干燥技术在纺织领域尤其是在毛纺行业中应用的国内外研究现状，同时总结了目前微波干燥技术在毛纺行业的应用研究的不足，为微波烘干技术在毛纺行业推广，指导毛纺企业合理利用微波干燥技术，提供思路。

关键词：微波干燥；毛纺；影响；推广

微波是指频率为300MHz～300GHz的电磁波，具有一般电磁波的共性，主要应用于通信、雷达导航、广播等领域。工业常用的微波频率分布在915MHz和2450MHz两个中心频率段。微波加热速度快，没有热量损失和织物污染问题。微波具有热效应和非热效应，内外同时加热，可使织物在短时间内达到内外同热的效果。因此，微波技术是纺织加工领域一个新的研究方向。

1微波技术在毛纺行业应用的意义

在毛纺行业，每年有大量的羊毛纤维羊毛衫需要染色、后整理，涉及大量的烘干生产工序。当前主要还是在沿用传统电热风干加热烘干方法生产，不仅存在着巨大的能量浪费，同时还由于传统加热方法耗时长、加热效率低、加热不均等，大大延长了毛纺织品的加工出货时间，导致企业在瞬息万变的市场竞争中处在被动地位。一种效率高、低能耗的新型微波加热烘干技术逐渐应用在纺织行业，采用高效节能微波干燥方法既节能、省时、环保，又符合当前低碳节能环保经济和社会发展的要求，也有利于企业提高生产效率，取得市场竞争的主动权，是解决传统加热干燥方法存在的固有问题的有效途径。虽然目前微波干燥技术已经开始应用于纺织品前处理、染色、后整理等去水烘干领域，但由于微波烘干对羊毛纤维性能的破坏及色泽影响，所以至今在毛纺行业内没有推广应用。因此将微波技术应用到羊毛织物的染整加工中，将大大缩短羊毛织物染整加工时间，提高生产效率，降低生产成本，同时减少污水排放，实现节水节能。

2微波干燥技术在纺织领域的研究进展

微波干燥技术的应用和理论研究出现于上世纪60年代，在近几十年又得到了进一步的发展。微波加热处理技术是一种节能高效的热能技术，微波处理纺织材料正是微波技术与纺织领域相结合而开辟出来的新领域。尽管微波处理技术发展较早，但是关于微波对纤维作用的研究，大多数国家主要从事其应用方面的研究。例如：上世纪70年代美国学者Simth-RB，Minaee-B[1]曾做过微波对纱线的热作用的论述；MuruganR[2]等人于2007年发表的文章StudyonthepossibilityofreductionindyeingtimeusingmicrowaveovenDyeingTechnique中讲到微波在纺织染整加工中的应用及机理的研究；Armandb[3]等人在MicrowavedryingofFRcottonfabrics中做了纯棉织物的微波干燥研究，而关于微波与纤维相互作用的微观机理方面的研究少有报道，因而目前仍然没有一套完备理论对微波与含水纤维素纤维的相互作用进行描述，对于微波处理后的纤维素纤维结构与性能的研究也未见系统的文献报道。

我国微波干燥技术研究起步较晚，与国外相比有一定的差距，但也取得了许多研究成果。2006年东北大学的杜春林[4]做了“织物真空微波干燥的实验”研究，对微波干燥技术做了详尽的阐述和实际应用说明，却没有涉及到微波对织物的影响的研究。东华大学的赵雪[5]等人做了“微波在纺织染整加工中的机理研究”，对微波在纺织印染领域中的应用研究进行了综述，并具体对微波在调整纤维结构、纤维接枝改性、染色、后整理等方面应用的机理进行了重点评述。2010年，方营[6]系统地阐述了微波在现代纺织工业中的应用，包括在纺织品前处理、染色、印花、后整理中的应用，并对微波技术在其他方面的应用及发展前景进行展望，也只是就微波在纺织领域的应用进行了综述。童孟良[7]利用微波干燥亚麻纱管的工艺，探讨了微波处理时间、微波功率对亚麻纱管脱水率的影响，还对工业微波干燥机的干燥能力进行了考察，并将试验结果与传统烘箱干燥后的亚麻纱色差和强度进行了比较。结果表明：利用微波处理干燥亚麻纱管是可行的，与传统烘箱干燥对比，微波干燥所得亚麻纱的色差小，强度高。苏州大学邹利云[8]对微波处理后的真丝结构及其性能进行了研究。结果表明：经过微波处理之后，桑蚕丝的强力会减小，其断裂伸长在微波短时间处理后会有上升，随后由于受到强力的影响，伸长又有所下降；柞蚕丝由于其强力总体上呈上升趋势，再加上湿热收缩，所以其断裂伸长亦是上升的。微波处理之后，桑蚕丝的急弹性和弹性变形在总体上是上升的，而柞蚕丝的急弹性和弹性变形在总体上呈下降的趋势，但短时间处理后弹性是上升的。在微波短时间处理后，柞蚕丝、桑蚕丝都会产生结晶化的趋向，而长时间微波处理后，会使得纤维的结晶化趋向遭到破坏。微波处理3min后，桑蚕丝的链段取向度提高。

3微波干燥技术在毛纺行业的应用研究

纺织品的加热和干燥多采用热风、蒸汽、电热等方法，能量均通过传导或对流传递到纺织品内部。而微波处理可直接作用在纺织材料内部，并且水分吸收微波的能力为常规纺织材料的数百倍。

微波干燥技术在毛纺行业中，如羊毛，用普通的加热方法，热量渗透到绝缘体内部比较困难，能效低，羊毛纤维容易变黄；同时，由于毛条容易缠结，致使羊毛损伤，长度变短。而用微波加热，能有效地克服上述缺点，加热迅速均匀，能效高，不容易出现局部过热泛黄现象，毛条光泽好。由于羊毛纤维能充分伸展，相互缠结少，能有效地减少因毛条长度缩短而造成的经济损失。精梳时落毛也少，减少浪费。再如蚕茧微波干燥，丝胶的溶解率增加，生丝洁净好，解舒有提高的倾向。此外，棉花进仓以前，用频率915MHz的微波处理到60℃维持1.5min～2min，既可起到干燥的作用，又可将虫子全部杀死，毛织物也常用微波消毒、杀菌。

2009年，赵雪[9]等人讨论了微波辐射对不同含湿量羊毛织物断裂强力、撕破强力、结晶度、白度、表面微观结构的影响，结果表明：不同含湿量羊毛织物经过微波处理后断裂强力和撕破强力总的变化趋势都是在短时间内先提高，然后经过微波长时间辐射后再下降，常态织物断裂强力的变化总体呈上升趋势。干态织物和常态织物在微波辐射60min后结晶度增加。湿态织物在微波辐射5min后结晶度提高，但在辐射60min后结晶度相对于原样呈下降趋势。微波处理20min后白度明显下降，织物开始泛黄，湿态织物的泛黄随微波辐射时间的增加比干态织物和常态织物严重。微波辐射120min后，干态织物的表面微观结构相对于原样基本没有改变，但常态和湿态羊毛织物的表面微观结构有所改变，羊毛鳞片出现裂痕。

2010年，赵雪[10]等人又讨论了微波技术处理羊毛后对其染色性能及表观得色量的影响，研究了处理后羊毛织物的染色动力学。结果表明：采用微波对羊毛织物进行预处理可以提高兰纳素活性染料和派拉丁1：1金属络合染料对羊毛染色的表观得色量、上染率、固着率和总固着率，并且随着微波预处理时间的增加，羊毛染色织物表观得色量总的趋势也逐渐提高。微波处理羊毛的最佳条件为功率400W，时间3分钟。羊毛织物经微波处理后，初染速率有所提高，达到染色平衡时织物的表观得色量也有所提高。微波处理可以明显提高羊毛织物的染色性能。

以上国内外文献表明，微波干燥技术逐渐应用在纺织行业，但对于羊毛方面的应用研究尚处在起步阶段，尤其是微波对羊毛纤维的作用机理还有待于进一步研究。为使微波干燥技术更好地为纺织行业，尤其是毛纺织行业服务，有必要将微波技术对羊毛纤维的结构与性能的影响进行研究，得到高效节能微波加热干燥处理的最佳试验参数，从而为微波处理技术的实际应用提供理论基础，指导生产，在毛纺行业推广应用。

4结论

羊毛纤维及其制品作为一种高档纺织品，具有弹性、柔韧性、较好的吸湿性能和保暖性能，市场需求量大，产品种类丰富，在纺织行业中占有重要地位，其生产加工过程中需要大量的烘干干燥处理，因此将高效节能微波加热干燥技术广泛应用到毛纺织加工企业中，将大大缩短毛纺织品的加工出货时间，提高企业生产效率，降低生产成本，同时减少污水排放，实现节水节能。

根据上文中所述微波干燥技术在毛纺行业的应用研究现状可以发现，目前相关方面的研究还存在以下不足：

微波对毛纤维的作用机理的研究还不够深入；

微波技术在毛纤维、纱线和织物等烘干过程的最佳试验参数还未有进一步研究；

微波烘干技术对羊毛纤维的结构与性能的影响有一些研究，但不够深入和完善，而且对其他毛类纤维诸如兔毛、骆驼绒等纤维的研究几乎没有；

除了毛纤维外，微波烘干技术对毛纱和毛织物结构与性能的影响方面的研究也还不够完善。

由此可见，微波干燥技术在毛纺行业的应用方面的研究还比较缺乏，希望本文能为相关研究者提供一个研究思路。目前微波干燥技术在我国毛纺行业中并未得到广泛应用，希望本文能为微波干燥技术在毛纺行业的推广应用起到一定的作用。同时，笔者相信，微波干燥技术应用于毛纺行业的干燥过程是未来的发展趋势，随着微波干燥技术的发展与应用，毛纺行业也能随之提高效率、降低成本，真正实现高效、节能、环保的目的。

参考文献：

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[4]杜春林.织物真空微波干燥的实验研究[C].辽宁：东北大学.2006.

[5]赵雪，何瑾馨，展义臻.微波在纺织染整加工中的机理研究[J].现代纺织技术，2009（3）：73-76.

[6]方营.微波技术在现代纺织工业中的应用[J].山东纺织科技，2010（1）：45-47.

[7]童盂良.微波干燥在亚麻纺织工业的应用[J].化纤与纺织技术，2006（1）：21-23.

[8]邹利云，陈宇岳，盛家镛，等.微波辐照后的真丝纤维结构及其性能研究[J].丝绸，2001（4）：8-10.

[9]赵雪，何瑾馨，展义臻.微波辐照后的羊毛织物结构及性能研究[J].印染助剂，2009，26（11）：35-38.

生物技术研究热点篇3

化学工程技术是一种用于研究化学产品的管理、制造、设计和开发的综合性技术，在化学生产中通过应用各种化学工程技术，可以有效提高化学生产质量和生产效率，加强化学工程技术在化学生产中的应用研究，推动化学生产行业的快速发展。本文分析了化学生产中化学工程技术的应用，阐述了化学工程技术在化学生产中的应用发展建议，以供参考。

关键词：

化学工程技术；化学生产；有效应用

化学工业一直是推动我国国民经济发展的支柱产业，在化学生产中通过不断创新和优化化学工程技术，降低能源和原材料消耗，保障产品质量，提高化学生产效率，所以化学工程技术在化学生产中的应用具有非常重要的现实意义，在未来发展过程中应加大对化学工程技术的研究，进一步提高化学生产效益。

1化学生产中化学工程技术的应用

1.1超临界流体技术超临界流体是一种处于气态和液体之间状态、压力和温度都位于临界点周围的液体，其具有液体和气体的双重特性，具有气体的压缩性和高扩散能力，又具有液体的良好溶解能力，其粘度几乎等于气体，密度几乎等于液体，其扩散性能处于气体和液体之间。在化学生产中运用超临界流体技术，运用超临界流体的特性，改变化学反应特征，优化传热系数和传质系数，合理控制压力和温度，可以有效降低化学生产的能耗。另外，超临界液体技术在加工无机物材料、复合材料、高分子材料中发挥着重要作用，最常见的技术方法包括以下几种：其一，抗溶剂法，在制备超临界流体有机物和爆炸性物质时主要应用抗溶剂法；其二，压缩抗溶剂法，这种方法主要用于加工微球类或者微孔类物质，在聚合物和药物分子共沉中应用广泛，技术方法比较简单成熟；其三，快速膨胀法，用于制备固体颗粒状化学产品。超临界技术不仅应用在材料制备方面，而且还被广泛地莹莹在化学分析中，例如，色谱技术和超临界技术的相互结合，和气象色谱相比，这种色谱研究方法更加准确、高效，并且超临界液体色谱比液相色谱更加准确。

1.2传热技术近年来，相关研究人员对于强化传热和微细尺度传热的研究越来越多，在传热学中微细尺度传热是一个独立的专业学科，其主要探索和研究时间尺度、空间尺度的传热学规律，重点包含微重力传热传质、相变传热、热辐射、热传导。对流传热等内容。当前，我国的传热技术研究主要是集中在数值模拟、实验研究和机理研究三方面。在化学生产中应用传热技术，可以通过改进和优化换热器设备，有效提升换热的持续放热能力和传热效率，从而提高化学生产水平。并且微细尺度传热和强化传热技术在微型热管、集成电子设备、微米、纳米等领域中应用广泛，相关技术成果已经比较成熟，对于化学工业应加强传热技术和化学生产的配合研究，充分发挥传热技术的应用优势，有效提高化学生产效率。

1.3绿色化学反应技术在绿色食品生产中绿色化学反应技术发挥着非常重要的作用，当前我国积极倡导可持续发展和节能减排理念，人们的绿色生态环保意识越来越高，绿色食品主要是指绿色没有受到污染侵害的食品，这种食品最主要的特点是营养价值高、品质优良、卫生安全指标高，是未来发展过程中的新兴产业。绿色食品加工生产过程中对于化肥和农药的使用量有着严格限制，而且还需要提高农作物产量，保障食品营养价值，降低成本，所以绿色产品生产经常面临量和质的矛盾。现代化生物化学通过充分利用基因工程技术和绿色化学反应技术，保障食品安全，增加农作物产量，确保食品营养。具体应用如下：其一，在农作物生长过程中，运用生物化学技术，减少污染农作物和污染环境的氮肥使用量，运用固氨来替代氮肥，通过应用生物化学技术，不需要施加氮肥，也可以保障农作物的正常生长发育，不仅节约了种植成本，而且有效提高了农作物的质量和产量；其二，当农作物出现病虫害时，运用生物化学技术，特别是基因工程技术，在主要农作物上转移各种病虫害基因，减少化学杀虫剂使用量，提高农作物产量，提高抗病虫害能力。

2化学工程技术在化学生产中的应用发展建议

2.1培养化学技术人才化学技术人员对于推动化学工程技术的发展有着重要意义，因此我国应重视化学技术人才的培养，不仅要加强理论知识学习，还应强化钻研创新精神，积累丰富的实践经验，全面提高化学工程技术科研水平和综合素质。

2.2进一步提高化学工程技术水平我国化学工程技术面临着滴状冷凝的难题，在未来发展过程中应加大对化学工程技术的研究，重点解决这个问题，推动传热技术在航空航天、石油化工、动力、机械等领域的应用，进一步提高化学工程技术水平。

3结语

在化学生产中应用化学工程技术有助于促进化学工业的快速发展，应积极优化各种化学工程技术应用，培养大量化学工程技术人才，提高经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]侯海霞,柯杨,王胜壁.解析化学工程技术在化学生产中的应用[J].山东工业技术,2015,14:91.

[2]裘炎,王杲.探析化学工程技术在化学生产中的应用[J].化工管理,2015,20:90.

生物技术研究热点篇4

论文摘要：本文阐述了国内外微波真空干燥的研究现状，重点分析了各种微波干燥，并分析了微波真空于燥技术的几个问题。

1.序言

微波是指频率为300MHz～300GHz、波长为lmm～lm的电磁波。它的干燥原理是：微波发生器将微波辐射到待干燥的物料上，当微波射人物料内部时，使物料内的水等极性分子按微波频率作同步旋转和摆动；水等极性分子高速旋转的结果，使物料内部瞬时产生摩擦热，导致物料内部和表面同时升温，使大量的水分子从物料中蒸发逸出，从而达到干燥的目的。

微波真空干燥是随微波干燥技术发展起来的一项新的组合干燥技术。它不仅具有干燥速度快、时问短、物料温度低、色香味及营养成分保留好等优点，而且参数容易控制，能干燥多种不同类型的物料。目前我国虽有一些单位正在进行研究，但其技术性能还需要完善，在机理和工艺方面也还有很多问题需要深化和研究。

2.国内外研究现状

早在上世纪80年代，美国、加拿大、英国和德国就开始研究微波真空干燥技术，主要集中在美国的威斯康辛大学、加利福尼亚大学，加拿大的BritisC0lumbia大学，德国的Karlsruhe大学，英国的QueenUniversity，希腊的国立科技大学，法国的Albi研究所等。研究的内容涉及微波真空干燥机理、传热传质微波真空干燥模拟、微波真空干燥能耗与工艺以及各种不同类型物料(香蕉，萝卜片，果胶，土豆，浆果等)的微波真空干燥操作等。

国内目前的研究单位有江南大学食品学院、东北大学、大连水产大学、中国农业大学、浙江大学、上海工程技术大学、华南理工大学、华南农业大学、天津轻工大学、上海辰灿轻工机械公司、四川大学食品学院食品科学与工程系、南京三乐微波技术有限公司等。

江南大学食品学院进行了甘蓝的微波真空和热风联合干燥试验。试验结果表明：微波真空联合干燥缩短干燥时问48％，提高了营养成分和叶绿素的保存率，改善了干燥品质。

大连水产大学张国琛进行了扇贝柱的微波-真空-联合干燥，试验研究了微波功率、真空度，微波炉启闭比、预处理盐水浓度和扇贝大小对干燥效果的影响，建立了扇贝微波真空干燥的动力学模型。

3.微波组合干燥技术

组合干燥是一种具有广阔发展前景的干燥技术，它可以发挥各种干燥工艺的长处，克服各自缺点，借长补短，达到高效率、低能耗、优品质的干燥目的。由于微波干燥是一种完全不同于其它干燥方式的干燥技术，所以它也是与其它干燥方式组合最多的一种干燥技术，同时也是当前国际上研究最多的一种干燥技术。以下是几种较常见的组合方式。

3.1微波热风组合干燥(也称微波对流干燥)

在与微波组合的干燥方法中，微波热风组合干燥是研究最多的一种。由于热风干燥时间长、质量差，故不适合干燥热敏性物料；采用热风微波组合干燥可以克服上述缺点。此外，微波干燥的成本与热风干燥相比还是很高，单纯微波干燥是不经济的。热风干燥对物料来说是从表面向内干燥，温度梯度与水分转移的方向相反，而微波干燥是从内部加热，温度梯度与水分转移的方向相同，二者结合，可以达到既缩短干燥时间又降低成本的目的。微波与热风干燥可以有三种结合方式。

3.1.1.在临界含水率处加入微波

当干燥从恒速段进入降速段(即物料含水率达到临界水分)时将微波能引入干燥器，使物料内部产生热量和蒸汽压，使水分扩散至物料的表面并被排除，这时利用微波会非常显著地提高干燥速度。

3.1.2.在干燥器的终端加入微波

单一的干燥系统在接近干燥终了时效率最低去除几个百分点的水分往往需要很长的时间，利用微波可以显著减少干燥时间。

3.1.3.在最初预热阶段加入微波

在干燥前物料含水率较高，可以先用微波将物料加热到蒸发温度，然后用普通热风干燥，去除表面水分，干燥时间可以缩短。

3.2.微波真空组合干燥

微波虽然具有加热速度快、干燥时间短、选择性好、能源利用率高和便于控制等优点，但单纯使用微波进行食品干燥，容易产生由于过热引起的烧伤现象和食品边缘焦化、结壳和硬化等现象；上述现象多半是由于温度过高和干燥过快引起的。采用真空可以降低水的蒸发温度，使物料在较低的温度下快速蒸发，同时还可避免氧化，因而改善了干燥品质。在医药、食品和化工领域有很多热敏性物料需要低温快速干燥，因此，将微波技术与真空技术相结合就成为一项极具发展前景和实用价值的新技术。从国内外有关微波干燥的研究现状来看，微波真空组合干燥也是目前发展较快的一种组合干燥技术。

3.2.1.脉冲间歇式微波真空干燥

微波干燥虽有许多优点，但经常会发生局部过热、表面硬化、颜色不正和加热不均匀等现象；此外，能量效率不高也是一个缺点。产生这些现象的原因之一就是热质传递控制不当，解决的方法之一是采用脉冲方式输入微波能，即短时间的微波加热和较长时间的间断。试验证明：当物料干燥到临界水分以后，连续施加微波能并不能加速水分的蒸发；采用间歇干燥的方法，不仅可以节省能量、提高干燥效率，还可以改善干后物料的品质。脉冲间歇式微波真空干燥技术是Edh0lm于1933年提出的。采用这种技术的特点是使物料中的水分和温度在间歇阶段能够均衡再分配，减少水分梯度，这将有利于提高下阶段的干燥速率。

试验还表明，脉冲微波干燥时，微波接通时间越长、断开时间越短，物料温度越高。因此，通过调节脉冲比或真空度可以改变物料的温度。

3.2.2.变功率微波真空干燥

加拿大食品工程研究所ChristeneH．等进行了萝卜片的变功率微波真空干燥，微波的频率为2450MHz，微波功率4kW可调，真空度为13.3kPa，萝卜片的终水分为10％，微波谐振腔为圆筒形，直径350mm，长度500mm，采用的干燥工艺为：干燥开始后的最初19min微波功率为3kW，中间4min为1kW，最后10min为0.5kW。试验过程研究了颜色、复水性、密度和胡萝卜素、维生素含量等质量指标。结果表明：如果综合考虑，微波真空干燥的性能甚至优于真空冷冻干燥。美国加利福尼亚大学研制的微波真空干燥设备谐振腔是一个长12.2m的不锈钢圆筒，中间有输送带，沿长度方向分为三个干燥区，第一干燥区的微波功率较大，真空度为1.33～3.99kPa，第二、第三干燥区的微波功率递减。说明变功率微波真空干燥是一个研究方向。

3.2.3.微波热风和真空组合干燥技术

Maskan利用微波和热风组合方式干燥猕猴桃，发现干后猕猴桃的收缩率(76％)小于单纯的微波干燥(85％)，而且颜色也有很大改善。Szab0利用热风+微波+热风的组合方式进行蘑菇的干燥试验，发现能改善干后蘑菇的品质。大连水产大学的研究表明，热风干燥扇贝具有较小的收缩率Durance利用微波真空与热风组合干燥西红柿，发现西红柿的复水率有所改善。由此可见，微波真空干燥与热风干燥具有一定的互补性。近些年，在高含水率和热敏性物料的干燥中，微波真空和热风的组合干燥也逐步得到了应用。

4.几个值得探讨的问题

4.1.关于物料的尺寸和形状

微波干燥的物料种类繁多，成分和状态也各不相同，按形状分有液状、糊状、浆状、粒状、片状、粉状；按类型分有蔬菜、水果、谷物、药品、水产品和农副产品；就尺寸而言可以小到菜籽，大到人参、蘑菇。微波干燥的研究表明，物料的大小、形状、数量、水分和在微波炉谐振腔中的位置对干燥效果均有一定影响。Dr0uzas用微波进行干燥果胶试验时，用五个料盘放在炉内五个不同的位置，发现干燥速率有明显区别。因此微波干燥应根据物料的特性(介电特性热物理特性、含水率和形状、大小)选择干燥工艺和参数，其原则如下：

①微波功率应与干燥的物料量相匹配。

②待干燥的物料其大小和含水率应尽可能均匀一致。

③考虑微波的穿透深度，大块物料最好先处理成小的粒状或片状。

④粉状物料如果堆积在一起时应看成是一个整体。

⑤小粒物料所用的微波功率(w/g)可以适当减小。

⑥对于热敏性物料可以适当加大真空度或减小微波功率。

4.2.关于真空度

从蒸汽特性表可知，真空度越高，水的沸点温度越低，水分越容易蒸发。但是在微波真空干燥时，并不是真空度越高越好，真空度增高，能耗加大，干燥成本加，而且会产生击穿放电现象。当微波频率为2450MHz时，真空度2～7kPa已经足够了，其相应的水分汽化温度是20℃和40℃。对于热敏性物料，要求物料的温度低，所以真空度就要高一些。法国Pere教授进行了不同真空条件下的微波真空干燥试验，试验表明，在相同的条件下真空度从1kPa增加到7kPa时，各单位采用的真空度数值有很大的差别，说明对于微波真空干燥中真空度的合理选择尚需进一步研究探讨。

5.注意事项

采用微波真空干燥时，有一些问题需要注意：

①微波能被金属反射，干燥物料和测试传感器中不可混入金属。

②待干燥物料的大小和形状应基本接近。

③微波干燥设备不可空载运行。

④微波可以穿透玻璃和聚合物而不损失能量。

⑤微波炉内的物料应分散布置而不要堆积。

⑥干燥过程中物料最好能够运动。

参考文献：

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[2]张国琛，毛志怀，等．微波真空干燥扇贝柱的物理特性研究[J]．农工学报，2004(6)．

[3]汤大卫，张天使，等微波真空干燥技术的运用与前景[J].医药工程设计，2000，(5)．

生物技术研究热点篇5

关键词:化学工程裂解

0引言

近年来,以分析裂解为主的反向工程技术发展极为迅速,其优越性在于:①可以了解橡胶制品的组成、结构以及各个体系的作用机理,从而优化配方提高制品的性能,指导新制品的研制开发;②可以分析废旧橡胶制品的成分、结构,从而了解老化降解机理,为废旧橡胶制品的再利用提供依据。

1分析裂解原理

是指将样品放在严格控制的环境中加热,使之迅速裂解成易挥发的分子碎片,并用其他联用装置分离和鉴定这些裂解碎片,从而推断样品的组成、结构和性质。联用装置最普遍的是色谱仪和质谱仪,故分析裂解是裂解质谱和裂解色谱的总称。

1.1裂解质谱裂解质谱即将热裂解产生的碎片送入质谱分析仪中,由谱图分析裂解产物。裂解质谱具有所需样品量小、可从碎裂方式分析分子结构、可鉴定混合物等优点。故裂解质谱是最早也是最广泛应用于合成和天然高分子结构分析的质谱技术,典型应用包括:均聚物结构的确认;异构体高分子的区别;共聚物的组成和序列分布分析;高分子混合物的分析;高分子中挥发性添加剂的鉴定及添加剂对高分子性能影响的研究和高分子的热分解机理研究等。裂解质谱技术包括直接裂解质谱、闪蒸裂解质谱和裂解色谱质谱。

1.2裂解色谱是将试样放在严格控制的条件下,经过热裂解形成小分子碎片,而后用直接或间接方法送进气相色谱仪中进行分离测定。不同的高分子材料有不同的特征谱图,因此未知样品谱图与标准特征谱图对照分析,即可对未知样品进行定性、定量分析。本方法可以发挥气相色谱法的快速、灵敏度高、分离效能高的优点,且样品用量少,对含有复杂填充剂的硫化胶,通常可不必经过复杂的分离手续,即可直接进样裂解分析。主要用于聚合物的鉴定、组成分析、结构表征以及降解研究等方面。高分辨裂解气相色谱和裂解同时衍生化技术是近年分析裂解技术的重要进展,其大大推动了裂解色谱在各个领域中的应用。裂解质谱与裂解色谱相比在定性分析制品方面占有绝对优势,但定量分析较为困难,而裂解色谱则可定量分析。综合裂解质谱和裂解色谱各自的优点,两种技术的联用可对橡胶制品进行广泛的推广。

2分析裂解技术的应用

橡胶制品由于相对分子质量大,难溶、难熔且难以挥发,用通常的分析技术难以分析他们的组成。分析裂解技术可以结合化学方法并与其他仪器分析法如红外、核磁等联用,对橡胶制品进行深入、系统的分析,是提供制品分子结构、组成信息唯一而有效的方法。

2.1废旧橡胶分析橡胶工业发展的同时废旧橡胶的产量也与日俱增,这不仅造成了环境污染,还浪费了大量资

源,回收利用废旧橡胶制品已成为一个重大的社会问题。

回收利用废旧橡胶制品首先要对其组成结构给以分析。景治中等人曾用热裂解色谱2质谱技术对硅橡胶边角废料及次品进行分析,确定了两种酸碱化合物的组成,高温橡胶的酸催化裂解产物主要是环状化合物,室温橡胶的酸催化裂解产物中有环状和链状两类化合物,从而为硅橡胶废料利用提供了理论依据。邱清华等运用裂解质谱及其他辅助技术对胶粉进行了研究,结果表明,胶粉含胶率为49161%,填料质量分数为50139%,其中炭黑质量分数为29128%,为胶粉的利用提供了理论依据。孙玉珍采用色质连用仪对氟橡胶二段硫化挥发物进行了研究,确定挥发物及组分来源,对环境保护有很重要的意义。对废旧橡胶制品的组成结构分析,可以了解其废旧原因,探讨其废旧机理,以便在制品的配方设计或工艺设计中加以改善,从而提高制品的使用寿命。Cardina利用分析裂解色谱技术研究了轮胎胎面胶废旧后成粒子状的原因是空气粉尘对其破坏作用,但空气粉尘对不同胶种的破坏作用不同,由此,我们可以优化耐用胎面胶配方。

2.2热解机理的研究研究高分子的热分解过程和热分解机理,必须详细了解热分解产物的组成和分布,尤其是各种大分子量的低聚体分解产物,往往能反映高分子的初级分解过程。研究表明,热分解不是随机的,而是有选择性的特征反应。大多数情况下,只有一种简单反应导致了橡胶的热解过程。典型的热分解反应有:①解聚反应,最终得到单体;②支链取代即简单分子的消除,还伴有分子链的改造;③环化至较低分子量化合物;④氢转换,伴随含不饱和基团的开链碎片的生成。烃类橡胶的热解多数是自由基降解反应,裂解产物的形成遵循自由基降解反应的规律,因此可利用此规律帮助分析裂解产物的谱图,也可以用分析获得的产物结构进行自由基反应机理的研究。其他仪器剖析技术由于设备装置原因或制样较为困难,不便于对裂解机理进行研究。而分析裂解技术采用特殊的装置,不需对样品进行处理,在分析橡胶及其制品时,通过热裂解形成的小分子碎片通常是单体、二聚体及链断裂的分解产物,可用于橡胶的初级热解机理的研究。在绝大多数情况下,使用该技术均能给出明确无误的橡胶初级热解产物信息,从而得到聚合物初级热反应机理。Radhakr2ishnan,Ramarao利用裂解色谱分别讨论了聚环戊二烯和聚丁二烯橡胶的裂解产物及机理。国内有关学者已研究过多种橡胶,包括CR、NR及BR等,获得了各种橡胶的特征信息,并从理论方面讨论了各种橡胶的裂解机理。黄玮等使用裂解色谱2质谱连用仪对甲基乙烯基硅橡胶泡沫进行了研究,结果表明,辐射导致的裂解机制与热裂解机制有相同之处,并对其裂解机理进行了讨论。