发布时间:2022-12-01 17:09:52
序言:写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁,我们为您精选了8篇的生物材料论文样本,期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发,请尽情阅读。
关键词: 湖南省高校 生物工程专业 本科毕业论文(设计) 改进建议
为了促进高等学校加强教学管理,重视毕业论文(设计)指导,提高教学质量,湖南省教育厅高等教育处2010年底组织了对全省普通高校2010届本科毕业生毕业论文(设计)的抽查工作,抽查对象包括来自湖南省19所高校(含二级学院)的普通全日制生物工程专业。我作为评审专家之一,参加了这次毕业论文(设计)的抽查工作。从各高校提交的10名学生的毕业论文(设计)原件和反映教师对论文写作的指导及评阅、评分等情况的相关材料,以及学校关于毕业论文(设计)教学环节的相关规定等各方面总体来看,各高校对学生的毕业环节工作非常重视,对毕业论文(设计)都制定了较为完整的工作手册或规范要求,毕业生文档材料齐全,成绩评定基本合理;部分学校还有详细的指导老师指导记录;有的学校除毕业论文正式稿以外,还留有教师批改痕迹的修改稿;有的学校还备有学生毕业论文(设计)的光盘电子稿;中南大学的送检材料中甚至有英文撰写的毕业论文,等等。但是,通过抽查也发现了一些在今后工作中需要认真加以解决的问题,对此我进行了一定的总结,并且提出了一些改进建议,供同行参考。
1?郾湖南省高校生物工程专业本科毕业论文(设计)文档中存在的主要问题
1.1毕业论文(设计)的选题方面
生物工程专业隶属工科办学专业,属于以工为主、以理为辅、工理管结合的复合型专业,培养掌握现代生物学和生物技术基本科学原理、基本技能、工艺技术过程和工程设计等基本理论,能在生物技术与工程领域从事产业化工程设计、生产、管理和新技术研究、新产品开发的工程技术人才。因此,学校应该安排一定比例的生物工程专业学生开展毕业设计工作,然而,在检查中我们发现19所学校中仅有中南大学等3所提交的材料中显示有进行毕业设计的学生。同时,生物工程专业在办学的学科定位上,应该既有别于生物科学专业,又不同于生物技术专业。然而,在提交的毕业论文中,我们发现部分地方院校存在对上述3个专业定位认识不清的现象,论文选题除了存在过于简单的一般性问题以外,甚至存在脱离生物工程专业培养要求的原则性问题,例如某校学生的毕业论文内容竟然是教学实验室保存的蛙类标本的比较研究,又如某校学生的毕业论文内容是关于该校学生膳食结构的问卷调查分析,等等。
1.2指导老师对毕业论文(设计)指导工作方面
上述毕业论文选题方面存在的一些问题与指导老师的素质及工作态度有着直接的关系。指导老师应当在学生开展毕业环节工作的整个过程中都对学生起到重要的引导和教育作用。一些地方院校教师由于承担的各类科研项目少,科研和教学经费不足,再加上招生规模大,未能做到一人一题,某高校甚至出现了同一名教师指导的三名学生同题的现象,更为恶劣的是三名学生论文中仅有的一张凝胶电泳实验结果图也是相同的。指导老师对学生毕业论文(设计)的指导不仅仅体现在选题方面,还体现在对学生开展毕业论文(设计)工作的全程监控方面。尽管有些学校非常重视学生毕业环节的质量监控,专门绘制了教师指导学生的记录表格,要求教师对于每次的指导情况进行包括时间、地点、内容等方面的详细记录,但是,从材料中我们也发现存在少数教师在毕业论文(设计)前期和中期对学生无指导、在毕业答辩前突击多次指导的现象,实际上没有实现对学生毕业环节全程指导和监控。
1.3学生毕业论文(设计)的质量方面
学生毕业论文(设计)的质量,是本次抽查的重点之一。学生是做好毕业论文(设计)工作的主体,因此学生对待毕业环节的态度是影响毕业设计(论文)质量的决定性因素。虽然各高校对于毕业设计(论文)的内容及规范都有具体要求,但是在抽查的毕业论文(设计)材料中仍然存在一些不合学校规范的地方,除了前面提到的论文选题不恰当以外,还有论文中研究背景介绍(即综述部分)篇幅大而正文部分篇幅小、内容空洞、存在东拼西凑的现象、论文字数未能达到学校规定的要求、设计图纸绘制及标注不规范等问题。
1.4毕业论文(设计)的成绩评定方面
毕业论文(设计)答辩与成绩评定是毕业论文(设计)工作的一个重要环节,各院校均制定了一套评定标准,并且大多数院校都实行指导老师评阅、评阅老师审阅和论文(设计)答辩三重打分评定,一般采用五级记分制(优、良、中、及格和不及格),成绩要求呈正态分布,优秀比例一般控制在10%―15%。但是,在抽查中我们发现各高校评分普遍存在偏高的现象。另外,在评语撰写方面,许多学校的评语均采用通用性语句对学生毕业论文(设计)完成过程、论文撰写质量及答辩效果等方面进行描述,如该生实验工作积极主动、论文书写规范、答辩中回答问题思路清晰等,缺乏对学生具体工作的个性化评价。
2?郾改进毕业论文(设计)工作的建议
2.1加强毕业论文(设计)的选题工作
选题是开展本科毕业设计(论文)工作的第一个重要环节。原则上,选题应避免过大或过小、过易或过难。学生进入毕业环节前,各院校应根据生物工程专业人才培养的要求、教学实验室规模及师资队伍情况,确定分别开展毕业论文和毕业设计的学生人数,公开征集专业教师甚至学生自己的论文(设计)题目并进行认真审查和可行性分析。然后将获得批准的题目及相关指导老师情况向学生公布,让学生根据自己将来的发展方向选择要做的题目及相关指导老师,并在师生双向选择的基础上进行适当微调。这样既可以避免选题不符合生物工程专业培养目标的情况发生,又可以兼顾学生的兴趣和志向,保证毕业设计(论文)后续工作的顺利开展。
2.2加强指导老师队伍的建设
指导老师在本科毕业论文(设计)工作中的作用是多方面的,其中包括选题和拟定毕业设计任务书、对学生开展毕业论文(设计)工作进行指导和监督、对学生撰写的毕业论文(设计)材料进行修改及成绩评定等,因此,对指导老师的综合素质要求是比较高的。指导老师对学生毕业论文(设计)质量的影响存在主客观因素。客观因素是部分院校的生物工程专业师资队伍结构不合理,缺乏具有工程方面知识背景的教师,造成无法开展毕业设计,只能开展毕业论文工作。主观因素则是有些指导老师对本科毕业论文(设计)不够重视,认为在短短几个月时间里学生做不出什么成果,不愿意花费精力对本科生进行认真指导。因此,各院校一方面应当根据自身师资队伍结构现状,适当引进能够指导毕业设计的工程技术人才,适应生物工程专业本科生的培养要求,另一方面应当强化制度管理,明确指导老师的职责,杜绝毕业环节教学事故的发生,同时制定适当的奖励措施,调动指导老师的积极性。
2.3引导学生正确对待毕业论文(设计)工作
毕业论文(设计)一般都安排在大学四年的最后一个学期,不仅时间较短,而且往往受到学生考研复试、求职应聘等诸多因素的影响。从抽查的结果来看,大多数学生都能以端正的学习态度对待毕业论文(设计)工作,但也有一定数量的学生对毕业论文(设计)不够重视或不太负责任。指导老师应当加强对学生的教育和引导,提高学生对于毕业论文(设计)的主观能动性,使他们意识到本科毕业论文(设计)可能是他们当中的大多数人走上工作岗位前最后一项标志性作业,也是对自己四年所学知识进行总结和提高的一次难得机会。另外,还应当鼓励学生到生物工程相关企业或者科研院所完成毕业论文(设计)工作,通过真题真做,促进学生学以致用,增强他们的事业心和成就感,同时也为学生开辟就业的绿色通道。
2.4完善成绩评定机制
毕业论文(设计)的成绩评定应当做到全面、客观、公开和公正,一般应由以下三部分组成,即指导老师从学生开展毕业工作中的表现等方面给予的考核成绩,论文(设计)评阅教师从学生的毕业论文(设计)材料的撰写质量方面给予的书面材料成绩,以及答辩委员会教师对学生毕业现场答辩表现给予的打分成绩。只有这样,才能从众多毕业论文(设计)中评定出真正优秀的代表作品,在使应届毕业生心悦诚服的同时,对于下一届毕业生以积极的态度面对即将到来的毕业环节也有辐射示范作用。另外,教师在撰写评审意见时应当注意:既然学生的毕业论文(设计)是一人一题,毕业答辩时回答的问题也各有不同,对学生的评语当然应该具有针对性,切忌使用过多俗话、套话等没有实质性内容的通用性语句,这也是对学生历经数月完成毕业论文(设计)工作的一种尊重与肯定。
3?郾结语
湖南省许多高校的生物工程专业属于新办专业,都处于积累办学经验的起步阶段,正因如此,湖南省教育厅高等教育处选择了生物工程专业作为2010年的重点抽查对象,对毕业论文(设计)开展了抽查工作。虽然评审专家的评审意见已由省教育厅高等教育处反馈给了各高校,但我觉得毕业环节当中发现的这些问题可能具有普遍性,因此将参加抽查工作的心得体会撰写成文,供国内其他兄弟院校生物工程专业的教学同行参考,希望共同促进我国生物工程专业人才培养质量的提高,满足新时期的生物工程产业对人才的需求。
参考文献:
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[3]惠明.高校毕业论文教学中存在的问题及分析――以河南工业大学生物工程专业为例[J].河南工业大学学报(社会科学版),2009,5,(3):147-149.
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本书一共收集了16篇论文,分成三个部分。第一部分人体监测,包括5篇论文:1.将生物学与电子线路相连接:量化与性能度测;2.用于神经信号记录的全集成系统:技术前景及低噪声前端设计;3.用于神经肌肉模拟的无线神经记录微系统的超大规模集成电路;4.使用无线电频率技术的健康保健装置;5.用于可植入医学应用的低功率数字集成系统的设计考虑。第二部分生物传感器与电子线路,包括6篇论文:6.基于亲和力的生物传感器:随机建模和品质因素;7.基于标准CMOS及微电子机械系统(MEMS)工艺的制造实例;8.用于芯片实验室应用的CMOS电容性生物接口;9.用于定点护理及远程医学应用的无透镜成像细胞仪及诊断学;10.用于生物微流体学实时监测与控制的高级技术;11.使用电化学生物传感器的干细胞培养过程的监测。第三部分新兴技术,包括5篇论文:12.建立用于培养细胞与有机物的接口:从靠机械装置维持生命的甲壳虫到合成生物学;13.用于阵列式单细胞生物学的技术;14.微流体学系统中细菌鞭毛发动机的应用;15.应用基于CMOS技术的遗传因子注射和操纵;16.低成本诊断学:射频设计师的方法。
本书编辑是一位在无线通讯、医学成像、半导体器件和纳米电子方面知名的新兴技术国际专家,他管理着一个初创公司――Redlen技术公司的研发部门,他同时也是CMOS新兴技术公司的执行主任。他曾在国际性专业杂志及会议上发表过100多篇论文,在各种国际场合中被邀请作为演讲者,他拥有美国、加拿大、法国、德国和日本授予的18项国际专利。
本书可用作电气工程、微电子学、CMOS线路设计及生物医学器件专业研究生课程的补充材料。
胡光华,
退休高工
(原中国科学院物理学研究所)
本科毕业论文写作规范和要求
(试行稿)
为提高南开大学生命科学学院本科毕业论文的质量和水平,遵循学校对本科毕业论文的有关规定,参照国内外生命科学研究论文的书写格式与要求,特制定生命科学学院本科毕业论文写作规范和要求。
一、毕业论文格式
毕业论文结构一般由封面、中英文内容摘要及关键词、目录、正文、附录、参考文献、致谢等组成。为了加强并体现本科毕业论文的过程管理,论文在用A4纸打印、编排装订成册时,其格式顺序应依次为:(1)封面(2)关于南开大
学本科生毕业论文的声明(3)中英文内容摘要及关键词(4)目录(5)正文(6)附录(7)参考文献(8)致谢(9)毕业论文题目审批表(10)毕业论文中期检查表(11)毕业论文指导教师评语及打分表(12)毕业论文答辩记录及打分表。
(1)~(8)必须由学生独立写作完成,并由指导教师负责指导和审查。
(9)~(11)必须由学生和指导教师在规定时间内,通过院办公网的“本科毕业设计管理系统”在线填写提交、审阅。
(12)在学生完成答辩后3日内,由各系答辩委员会主任或秘书在线填写提交。
(9)~(12)由教学办公室负责统一审查。
学生应在在答辩前一周将毕业论文(1)~(8)项打印成册(1本),送交答辩委员会秘书,由答辩委员审阅。学生应在完成答辩后3日内,将定稿后的毕业论文(电子文档word版)通过院办公网在线提交,同时送交一份纸质版到院教学办公室。
二、毕业论文写作规范与要求
1.封面
使用教务处统一制作的封面,修双学位学生第二学位论文使用专用封面(可在教务处主页下载)。
2.题目
毕业论文题目写在封面上。中文题目要概括、明了,一般20个字以内,用4号字宋体书写。英文题目(选用Times New Roman,4号字)要与中文题目相对应,词汇和语法使用准确。如果题目中有英文编写符号,在正文中要阐明其中英文全名称。
3.中英文摘要
中文摘要应用精练语言简要说明毕业论文用何种实验材料和技术方法,最终取得什么样的研究结果,其结果有何创新点和特色,该研究成果有何学术价值或开放应用价值,一般不超过300字。英文摘要应与中文摘要相对应,词汇和语法使用正确。
“摘要”两字间空两格、四号字、黑体、居中书写。“Abstract”为四号Times New Roman、黑体、居中书写。中文摘要的内容用小四号字、宋体书写;英文摘要的内容用小四号Times New Roman书写。
4.关键词
关键词是论文的文献检索标识,是表达论文主题概念的自然语言词汇。论文的关键词应从其题名、层次标题和正文中选出来的,能反映论文主题概念的词或词组,一般为3—5个。
“关键词”三字顶行、小四号、黑体书写。列出的词用小四号宋体书写,各关键词之间要有分号;英文字体为小四号Times New Roman书写。
5.目录
“目录”二字间空两格、三号字、黑体,居中书写。目录的各章、节名称要简明扼要,其中每章题目采用小三号宋体字,每节题目采用四号宋体字书写。要注明各章节起始页码,题目和页码之间用“????”连接。
6.正文
正文是毕业论文的主体与核心部分。为使毕业论文研究内容丰富、充实并保证其质量和水平,生命科学学院本科毕业论文的正文部分一般不少于8000字(包括图表在内,附录除外)。
生命科学学院本科毕业论文的正文部分,必须按生命科学期刊杂志上公开发表的科学研究论文的格式与要求书写。其正文部分一般应包括以下几部分内容:
一、前言和文献综述
其主要内容:根据中、外文参考文献,简要综述论文题目的国内外研究进展和趋势;在国内外最新研究成果的基础上,确定自己的深入研究内容与新的研究方向;并指出研究的重点和难点;阐明论文研究的重要性,必要性和可行性;阐明了论文研究成果的学术意义和开发应用价值。
二、材料与方法
材料部分主要阐明:在论文研究中,使用何种生物实验材料;使用的主要化学试剂和生物制剂;使用的主要仪器设备等。
方法部分主要阐明:在论文研究中,使用哪些研究或测试、分析技术与方法;要绘制清晰,明了的研究过程与研究方法流程图。
三、实验数据与结果
论文题目的最终研究结果,是以实验数据、图、表的形式来表示的。所以数据要尽量丰富、充实且真实、可信,并要经过数理统计方法进行数
据处理。实验结果要明确,且论据充分可靠,论证有力。
四、讨论与分析
要对实验数据、实验结果进行分析、讨论,从中总结出规律性的东西,或发现新现象,新规律,从而升华为研究成果,并对研究成果做出价值判断。即使失败的研究结果,也要分析、讨论失败的原因,使之成为后人吸取教训的“成果”。对难以做出判断的实验结果或实验现象,也要阐明自己的学术看法。实验结果讨论与分析是考察学生学识功力的重要内容,学生一定要有独立的学术观点或见解。
毕业论文正文部分要求主题明确,层次清晰,内容充实,结果可信,文字精练流畅。毕业论文正文数字标题书写顺序依次为:一、(一)1. (1) ①;第一级标题用小三号黑体字书写,第二级标题用四号黑体字书写,第三级及以下标题与正文字号一致并用黑体字书写。正文用小四号、宋体书写,行间距为1.5倍行距。
在正文中,凡是引用参考文献中的学术观点、实验技术或方法、统计数字、计算公式等前人成果的,一定要在相关位置进行参考文献注释,以注明出处。注
[1][1,2][3~释采用参考文献序数的阿拉伯数字,编在右上角,如XXX,又如XXX或XXX
5]。在正文中,按先后顺序编注参考文献序号进行注释。
在正文中,凡用简要文字能讲清楚的内容尽量用文字叙述,否则,用图表表达。但是,图表必须具有自明性,避免重复,制作规范:
①线图要精绘,照片要清晰、反差适中、黑白分明。正文中的插图应放在适当的位置,其下方写图题、图注,电镜照片应在图题后面注明放大倍数。
②表格设计要注意表述内容的逻辑性和准确性。论文表格一律使用三线表(表头线和表格起、止线)。
③图表中量和单位的比值表示数值,即物理量符号(斜体)与单位(正体)之间用斜线隔开。
④图和表随文排,即先见文字后见图和表。
5.附录
是否需要附录可根据毕业论文情况而定。附录应单起一页,内容一般包括正文中不便列出的冗长公式推导、符号说明(含缩写)、计算机程序。若同学在校期间有正式公开发表的学术论文目录、申请获授权的专利信息等均可列在附录中。“附录”二字间空两格、四号字、黑体、居中。附录内容用小四号、宋体。
6.参考文献
参考文献只列出作者直接阅读过或在正文中被引用过的文献资料,本专业教科书一般不能作为参考文献。参考文献一般不应少于15篇,其中外文文献占不少于8篇,并且要求至少8篇中、外文文献资料在正文中被引用。
参考文献应根据《中国高校自然科学学报编排规范》的要求书写,并按顺序编码制,作者只写到第三位,余者写“等”,英文作者超过3人写“et al”(斜体)。
几种主要参考文献著录表的格式为:
连续出版物:作者.文题.刊名,年,卷号(期号):起~止页码
专(译)著:作者.书名(译音).出版地:出版者,出版年,起~止页码 论 文 集:作者.文题.编者.文集名.出版地:出版者,出版年,起~止页码
学位论文:作者.文题.博士:[或硕士学位论文].授予单位,授予年
专利:申请者.专利名.国家.专利文献种类.专利号,授权日期
技术标准:单位.技术标准代号.技术标准名称.出版地:出版者,出版日期
举例如下:
参考文献(四号、黑体、顶格书写)
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标准出版社,1994-11-01.
以上序号用中扩号,与文字之间空两格。如果需要两行的,第二行文字要位于序号的后边,与第一行文字对齐。中文的用五号宋体,英文的用五号Times New Roman字体,英文刊物名称用斜体书写。
7. 致谢
致谢是对指导教师辛勤劳动和各方帮助的肯定与感谢,学生可根据需要撰写。“致谢”二字中间空两格、四号字、黑体、居中书写。致谢内容限1页,采用小四号宋体书写。
三、打印要求
除表格中的签字处需由指导教师手写签字外,其他文字一律采取Word字或与Word兼容处理软件打印, A4纸张,页边距采取默认形式(上下2.54cm,左右3.17cm,页眉1.5cm,页脚1.75cm),行间距为1.5倍行距);字符间距为默认值(缩放100%,间距:标准)。
附:
㈠论文中计量单位的表示方法
①时间:日用d;小时用h;分钟用min;秒用s等表示。
②溶液浓度:用mol/L,不用M(克分子浓度)和N(当量浓度)等非许用单位表示。
③旋转速度:用r/min,不用rpm。
④蒸汽压力:用Pa或kPa、MPa表示。
⑤光密度:用OD(斜体)表示,如OD600。
⑥生物大分子的分子量:蛋白质用D或kD,核酸用bp或kb表示。
⑦图表中数值得物理量和单位:物理量符号采用斜体,单位用正体并用括号括起,例如:t(h)(表示时间,单位是小时)。
⑧带数值的计量单位:计量单位不能省略,跟数字之间加一空格(℃和%除外),
例如:20 cm×0.3 cm,不能写成20×0.3 cm;3℃~5℃不可写成3~5;3%~6%不可写成3~6%等。
㈡论文中统计学符号书写规则
①统计学符号一般用斜体。
②样本的算术平均数用英文小写x,不用大写X,也不用Mean。
③标准差用英文小写s,不用SD。
④标准误用英文小写sx-,不用S E。
⑤t检验用英文小写t。
⑥F检验用英文大写F。
⑦卡方检验用希文小写χ2。
⑧相关系数用英文小写r。
⑨样本数用英文小写n。
⑩概率用英文大写P。
㈢论文中阿拉伯数字的使用
①凡是可以使用阿拉伯数字且很得体的地方均应使用阿拉伯数字。
②世纪、年代、年、月、日、时刻必须使用阿拉伯数字,年份必须用全称。 ③凡处在计量单位和计数单位前面的数字,包括9以下的各位数字,除个别特例外,均应使用阿拉伯数字。
④不是表示科学计量和有统计意义数字的一位数可以用汉字,例如:一本教材,两种商品等。
⑤4位以上(含4位)的数字,采用三位分节法,节和节之间开1/4格的间距。 如:20 000
㈣正体与斜体
①物种的学名:动物、植物、菌株的属名、种名(包括亚种、变种)用拉丁文斜体。属首字母大写,其余小写,属以上用拉丁文正体。病毒一律用正体,首字母大写。
②限制性内切酶:前3个字母用斜体,后面的字母和编码正体平排,例如:BamHI、EcoRI、MspI、Sau3AI等。
③氨基酸和碱基的英文名称缩写:氨基酸缩写用前3个字母表示时,仅第一个字母大写,其余小写,正体。如Gly、His等;碱基缩写只用第一个字母大写正体表示,如A、T、G、C。
⑤基因符号用大写斜体表示,小写斜体表示突变体。
⑥蛋白质名称的英文缩写一律要用正体,全部大写或首字母大写。
青岛科技大学化学与分子工程学院的前身是1988年成立的应化系。2001年3月更名为化学与分子工程学院,经过20多年的建设,现已形成以应用化学学科为支撑,多学科协调发展的办学特色,初步发展成为以理工为主的教学研究型学院。罗细亮这次获得资助也意义非凡,不仅展示了青岛科技大学在化学研究方面的实力,而且给青岛科技大学带来了一股青春助力科研的新浪潮。
开启电分析化学之路
1995年,罗细亮高考失利,面对高出分数线仅一分的高考成绩,他很是纠结。一心向往的上海交通大学肯定是无望了,摆在他面前的,只有两条路:要么复读,要么去青岛化工学院(现为青岛科技大学)应用化学系报到。思量再三,罗细亮选择了后者,进入算不上一级学府的青岛化工学院。这样的决定对于当时那些建议罗细亮复读的人来说也许不是最好的选择,但是对于如今的罗细亮来说却是他当年最正确的选择。
青岛化工学院是最早有硕士点的高校之一,可以继续深造。从大一报到之日起,罗细亮的目标就是深造,他要靠自己的力量改变人生轨迹。
学校并没有让罗细亮失望,他到校后发现,学校里的教授们教学水平很高,很重视学生的动手能力,实验课时十分充足。不仅如此,青岛化工学院的老师们对学生们一向要求严格,罗细亮还记得,当时他的毕业设计把实验做坏了,为此挨了老师的不少批评,直到他把实验做得完美,才过了老师的那一关。“正是因为我在学校时打下了扎实的基础,所以日后,当我在南京大学读博士及国外做博士后时,我的动手能力比其他名校来的学生甚至还要强。”罗细亮回忆道。
大学四年的学习生活很快就过去了,罗细亮不忘初衷,决定考研,这次没有犹豫,没有怀疑,他直接考取了本校研究生,跟随当时的校长、知名的学者焦奎教授,开始从事电分析化学的研究。2002年,硕士研究生学习结束后,他听取导师的建议考取了南京大学攻读博士,师从著名的分析化学家陈洪渊教授。从此,罗细亮牢牢的把握着自己的人生轨迹。
接下来的2005~2011年间,罗细亮先后在爱尔兰都柏林城市大学国家传感器研究中心、美国亚利桑那州立大学生物设计研究院及匹兹堡大学生物工程系从事博士后研究。2011年2月获欧盟玛丽居里学者,同年3月被美国匹兹堡大学聘为研究助理教授。
正当罗细亮在国外的发展顺风顺水的时候,他接到了母校青岛科技大学抛来的橄榄枝,希望他回母校工作,并申请山东省的泰山学者特聘教授。饮水思源,不可忘本,罗细亮当机立断,放弃了即将到手的绿卡,辞去了国外的工作,带着妻子和一双儿女,毅然回到了祖国,回到了青岛科技大学。
享受科研之趣
科研路上总是层峦叠嶂,没有尽头。作为科研人,如果没有点执著的劲头,就意味着终有一天你会在某一个山头前停滞不前。而对罗细亮来说,他热爱科研,享受科研的乐趣,在科研的路上,执著地翻过一坐又一坐高山。
在南京大学读博士期间,罗细亮在导师陈洪渊院士和徐静娟教授的指导下,开创了利用电沉积壳聚糖固定生物识别分子制备生物传感器的方法。
在制备生物传感器的过程中,最关键的步骤是生物识别分子的固定。实现生物识别分子简便、有效的固定,而又同时尽可能地保持其活性,一直是世界上众多科学家孜孜以求的目标。利用生物聚合物壳聚糖的电沉积特性和良好的生物相容性,罗细亮率先提出了通过电化学沉积壳聚糖,用于同时或依次固定纳米材料和生物识别分子制备生物传感器的方法。通过这种方法制备生物传感器,简单有效且条件温和,普遍能够得到理想的结果。该方法提出后在国际上广受关注,目前已经被中、美、日和欧洲等30多个国家和地区的科学家们所广泛借鉴和采用,成为了比较有代表性的生物分子固定化和生物传感器制备方法之一。基于这一研究成果发表的3篇主要研究论文至今已被他人引用超过500次。尤其值得指出的是,美国一流大学马里兰大学Gregory Payne教授领导的研究组,在他们发表的20余篇高水平论文里,高度评价了罗细亮的研究工作,明确表示罗细亮的研究工作是这方面最早的相关报道。2007年,罗细亮的博士学位论文在被相继评为南京大学优秀博士学位论文和江苏省优秀博士学位论文之后,又获得全国百篇优秀博士学位论文提名奖。
科研永不止步
罗细亮并没有就此止步,为了进一步提升自己的科研水平,2005年,罗细亮申请了国外的博士后,先后赴爱尔兰都柏林城市大学和美国亚利桑那州立大学,跟随爱尔兰皇家科学院院士Malcolm Smyth教授和世界著名分析化学家Joseph Wang教授,在分析化学领域深造。2008年,考虑到生物化学与分析化学的结合日益紧密,而自己又缺乏生物的研究背景,为了拓展自己的研究方向,罗细亮又申请去了美国匹兹堡大学生物工程系,使自己的研究从化学和材料拓展到生物领域,有利于实现不同学科的相互交叉。
博士后研究期间,罗细亮在化学、材料和生物这几个学科的交叉领域,开展了一系列研究,并取得了丰硕的研究成果。其中比较突出的贡献是,构建了新颖的药物释放体系,在国际上率先实现了利用碳纳米管内腔来储存和可控释放药物。
碳纳米管是目前国际上研究的热点,由于它特殊的物理化学性质,其在药物可控递送和释放方面的应用研究广受关注。理论上,碳纳米管的内腔是储存药物的理想纳米胶囊,但是如何实现药物在碳纳米管内的储存和释放,一直是个没有解决的难题。罗细亮的研究实现了利用碳纳米管的内管来装载药物。储存的药物,通过简便的电化学刺激就能够以可控的方式释放出来,而且进一步的细胞实验证实由此释放出来的药物仍然保持有药物活性。这是首次报道利用碳纳米管的内管来装载并可控释放保持有活性的药物,研究结果发表在本领域顶尖期刊生物材料上,并被美国能源部的能源技术国家实验室作为新闻报道,认为这项技术将有效促进神经控制可植入装置的发展。
罗细亮还发展了新颖的可控合成单根导电聚合物纳米线的方法,并研制了超灵敏的单根纳米线生物传感器。
利用单根纳米线来构建具有优异性能的纳米装置或器件,是目前世界上众多科学家所努力的前沿方向,但是单根纳米线在可控合成尤其是操控上的困难极大阻碍了这方面研究的进展。罗细亮制备了具有高度选择性和灵敏度的纳米生物传感器,其检测限低于1皮克每毫升,远远优越于其他类似的生物传感器。由于该传感器从合成到检测都采用可控的电化学技术,非常适合进一步研制超灵敏、集成化的纳米传感系统。
2011年,对于35岁的罗细亮来说,是非常特别的一年。当年2月,罗细亮获得欧盟第七框架计划国际合作项目的资助,成为英国牛津大学化学系的高级玛丽居里学者;3月,罗细亮被美国匹兹堡大学聘为研究助理教授,进入大学的教员系列;8月,罗细亮被山东省人民政府选聘为泰山学者特聘教授。不同的机遇,在短时间内集中出现,通常会让人难以取舍。然而罗细亮没有过多的犹豫,他选择了回国发展。要为祖国贡献自己的微薄力量,是他很早就形成了的一个朴素的观念。
2011年9月,罗细亮离开美国匹兹堡大学,回到了母校青岛科技大学。环境和条件的改变,不可避免会影响到自己的科研,为了把不利影响降到最小,罗细亮付出了几倍于别人的辛劳。他克服种种困难,从零开始组建自己的科研团队,建设自己的实验室,培养自己的研究生。同时,利用与国外的联系,罗细亮积极开展对外的合作交流,及时掌握国内外的研究动态。回国后的3年时间里,罗细亮基本上没有完整的节假日。3年过去,罗细亮自己的实验室和研究团队已经初具规模,逐步地发展壮大,并在生化分析领域开展了比较有影响的研究工作。尤其重要的是,罗细亮首次构建了基于电化学阻抗技术的抗污染生物传感器,推进了可在复杂生物体系中直接测定的实用型传感器件的发展。
在实际生物样品中以免标记的方法直接检测蛋白质,一直是国际上的研究热点,但是由于生物样品中其它成分的污染和干扰,多数生物传感器只能在缓冲溶液或高倍数稀释的样品中使用。罗细亮研发的生物传感器,既可以方便地固定生物识别分子,又可以有效防止蛋白质的非特异性吸附。结合非法拉第型电化学阻抗检测技术的高灵敏度,该生物传感器可以对血液中的胰岛素进行直接检测而基本上不受污染和干扰。该生物传感器的检测结果与医院的报告结果偏差相对很小,在疾病标志物的临床检测等方面显示出极大的优越性。相关研究结果发表在分析化学领域的权威期刊美国分析化学上。罗细亮的这一抗污染生物传感器方面的研究结果,发表后很快就受到美国著名的分析化学家James F. Rusling教授的关注,他在为美国分析化学撰写的前瞻性评述论文中认为,该成果有望解决众多生物传感器所面临的非特异性吸附的难题。
1 材料选取与情境设置
1.1 材料选取关注生产生活实际
统计2009~2013年高考福建理综卷生物选考题的材料背景和情景来源,整理成表1。
选修模块关注生产生活实际,重视学生对现代生物科技的理解。2009年~2013年高考福建省理综卷生物选考题联系生产生活,与生物科技进展密切相关。背景材料来源广泛,涉及农业生产、医疗健康、畜牧养殖等方面,充分体现选考题材料联系实际的特点。选考题以转基因抗病香蕉、重组人红细胞生成素、产前基因诊断、癌症基因治疗、猪克隆技术为情境,在考查考生现代生物科技知识的同时,引导考生关注生物技术在实践上的应用,提高其生物科学素养。
新课程高考背景材料不再单一地来源于中学教材上的内容,而是从大学教材、科技进展、科技论文等处获取丰富的材料信息,呈现全新的试题背景。近五年来,高考福建省理综卷生物选考题背景材料大都来自公开发表的生物科技论文。例如,2010年试题材料选自“红细胞生成素(EPO)在中国仓鼠卵巢细胞(CHO)中稳定表达”;2012年试题材料选自“Let-7a表达质粒的构建及其对肺癌A549细胞k-Ras蛋白表达的抑制作用”;2013年试题材料选自“猪体细胞克隆胚胎体外发育过程中的凋亡规律”。以科技论文作为命题素材保证了试题的科学性、权威性和公平性,不仅体现高考能力立意,同时还提高了命题效率和命题质量。
1.2 情境设置图文结合
如何使背景材料清晰表达且不失科学性,符合高考纸笔测试要求,是试题命制的一个关注点。2009年~2013年高考福建省生物选考题均以“文字+图示”的方式呈现生物科技复杂的过程,所采用的图示为技术路线图或过程图,充分反映出《现代生物科技专题》模块工程技术的特色。选修模块3所涉及的情境注重工程技术和操作流程,所需设备、材料较多,操作过程较为繁琐,有时一项研究会涵盖基因工程、细胞工程和胚胎工程等工程领域,若单纯以文字的形式呈现背景材料无疑会增加考生阅读负担,影响考生正常应试思维,降低考试信度。若试题将大量的有效信息蕴含于图示中,可以保证提供充分、清晰明了的试题信息。
2 知识分布与能力要求
2009~2013高考福建理综卷生物选考题重视考查考生将所学现代生物科技知识应用于解决实际问题的能力。现将2009~2013年选考题知识分布与能力要求整理成表2。
2.1 强调主干知识的考查
统计2009年~2013年选考题分值比例发现,近五年来,选考题关注考生对生物学核心概念的掌握,并且基因工程知识占选考题总分的60%,细胞工程占24%,胚胎工程占12%。高考试题表现为侧重考查基因工程,兼顾考查细胞工程、胚胎工程的命题特征。
选修模块3包含五大专题:基因工程、细胞工程、胚胎工程、生物技术的安全性和伦理问题、生态工程,近五年选考题只涉及到基因工程、细胞工程和胚胎工程。基因工程、细胞工程和胚胎工程是《现代生物科技专题》的基础和重点,在现代生物科技中发挥着重要作用,是进一步开展现代生物科技研究的前提。其中,构建表达载体、PCR扩增技术等知识在基因工程的考查中占了较大比例。构建表达载体和PCR技术是基因工程的核心,应用也相当广泛,以这两者为重点进行考查,反映出选考题强调主干知识考查的特点。值得注意的是《现代生物科技专题》中所介绍的生物科技有些需要在必修模块知识的基础上展开。因此,选考题的知识考查有时会涉及必修模块内容。例如,2011年选考题对电泳带谱图的分析涉及必修模块2的电泳知识。
2.2 能力要求逐年提高
《普通高等学校招生全国统一考试大纲》对高考生物提出了四种能力的考查要求:理解能力、实验与探究能力、获取信息能力和综合运用能力。总体上看,近五年选考题注重考查理解能力、获取信息能力,能力要求较为简单,能力考查层级不高。但从纵向来看,选考题能力要求逐年提高。
例如,2012年选考题第(3)小题:“肺癌细胞增殖受到抑制,可能是由于细胞中 (RASmRNA/RAS蛋白)含量减少引起的”。该小题重点考查理解能力和获取信息能力,需要考生在理解基因工程应用的基础上,“能从课外材料中提取有效的生物学信息,解决生物学问题”,获取信息能力层级较高。
再如,2013年选考题第(2)小题:“从基因组数据库中查询Bcl-2 mRNA的核苷酸序列,以便根据这一序列设计合成 用于PCR扩增,PCR过程第一轮循环的模板是 。”该小题重点考查理解能力,试题背景材料和题中所涉及基因工程知识的广度、深度较往年均有所提高,要求考生能深入理解基因工程的具体原理及过程。
根据裘伯川等对理解能力在理科综合能力中所处关系的研究发现,理解能力是构建理科综合能力的核心,同时也是解决问题的基础和关键因素。分析近五年高考福建生物卷选考试题,不难发现每一道试题都涉及理解能力的应用。获取信息能力是学生自主学习和可持续发展的基础,对培养学生的信息素养、获得终身学习能力具有重要意义。选考题材料来源新颖多样、信息呈现简洁直观有助于获取信息能力的考查,试题重视考查考生在新情境下,利用已有生物学知识发现、鉴别并运用获得的信息解决实际问题的能力。
3 问题设计与难度控制
3.1 问题设计严谨、灵活
问题设计是高考命题的关键一环,基于能力立意的问题设计应有助于考生启发思维,促进问题的解决。现从问题结构、问题表述和问题内容三方面,总结近五年高考福建生物卷选考题问题设计的特点:
① 选考题围绕考查的知识内容,以填空题的形式将试题情境引伸出5个具体的小问题,每个问题分值均为2分。
② 选考题在保证客观严谨的前提下,善于运用文字提示表述问题,体现问题设计的灵活性。例如,2011年选考题第(3)题:“据此判断胎儿为 (正常/患者/携带者)”;2012年选考题第(2)题:“MstⅡ是一种 酶”。这类问题表述限定了作答方向,问题指向明确。③ 问题内容与背景材料、知识考查密切相关。选考题或围绕新情境下的问题核心,延伸出多个知识点设计问题,考查考生对知识的理解能力;或通过隐藏生物技术流程中的部分操作步骤设计问题,考查考生获取信息能力。
3.2 难度控制相对合理
1、各国竞相出台纳米科技发展战略和计划
由于纳米技术对国家未来经济、社会发展及国防安全具有重要意义,世界各国(地区)纷纷将纳米技术的研发作为21世纪技术创新的主要驱动器,相继制定了发展战略和计划,以发表和推进本国纳米科技的发展。目前,世界上已有50多个国家制定了国家级的纳米技术计划。一些国家虽然没有专项的纳米技术计划,但其他计划中也往往包含了纳米技术相关的研发。
(1)发达国家和地区雄心勃勃
为了抢占纳米科技的先机,美国早在2000年就率先制定了国家级的纳米技术计划(NNI),其宗旨是整合联邦各机构的力量,加强其在开展纳米尺度的科学、工程和技术开发工作方面的协调。2003年11月,美国国会又通过了《21世纪纳米技术研究开发法案》,这标志着纳米技术已成为联邦的重大研发计划,从基础研究、应用研究到研究中心、基础设施的建立以及人才的培养等全面展开。
日本政府将纳米技术视为“日本经济复兴”的关键。第二期科学技术基本计划将生命科学、信息通信、环境技术和纳米技术作为4大重点研发领域,并制定了多项措施确保这些领域所需战略资源(人才、资金、设备)的落实。之后,日本科技界较为彻底地贯彻了这一方针,积极推进从基础性到实用性的研发,同时跨省厅重点推进能有效促进经济发展和加强国际竞争力的研发。
欧盟在2002—2007年实施的第六个框架计划也对纳米技术给予了空前的重视。该计划将纳米技术作为一个最优先的领域,有13亿欧元专门用于纳米技术和纳米科学、以知识为基础的多功能材料、新生产工艺和设备等方面的研究。欧盟委员会还力图制定欧洲的纳米技术战略,目前,已确定了促进欧洲纳米技术发展的5个关键措施:增加研发投入,形成势头;加强研发基础设施;从质和量方面扩大人才资源;重视工业创新,将知识转化为产品和服务;考虑社会因素,趋利避险。另外,包括德国、法国、爱尔兰和英国在内的多数欧盟国家还制定了各自的纳米技术研发计划。
(2)新兴工业化经济体瞄准先机
意识到纳米技术将会给人类社会带来巨大的影响,韩国、中国台湾等新兴工业化经济体,为了保持竞争优势,也纷纷制定纳米科技发展战略。韩国政府2001年制定了《促进纳米技术10年计划》,2002年颁布了新的《促进纳米技术开发法》,随后的2003年又颁布了《纳米技术开发实施规则》。韩国政府的政策目标是融合信息技术、生物技术和纳米技术3个主要技术领域,以提升前沿技术和基础技术的水平;到2010年10年计划结束时,韩国纳米技术研发要达到与美国和日本等领先国家的水平,进入世界前5位的行列。
中国台湾自1999年开始,相继制定了《纳米材料尖端研究计划》、《纳米科技研究计划》,这些计划以人才和核心设施建设为基础,以追求“学术卓越”和“纳米科技产业化”为目标,意在引领台湾知识经济的发展,建立产业竞争优势。
(3)发展中大国奋力赶超
综合国力和科技实力较强的发展中国家为了迎头赶上发达国家纳米科技发展的势头,也制定了自己的纳米科技发展战略。中国政府在2001年7月就了《国家纳米科技发展纲要》,并先后建立了国家纳米科技发表协调委员会、国家纳米科学中心和纳米技术专门委员会。目前正在制定中的国家中长期科技发展纲要将明确中国纳米科技发展的路线图,确定中国在目前和中长期的研发任务,以便在国家层面上进行发表与协调,集中力量、发挥优势,争取在几个方面取得重要突破。鉴于未来最有可能的技术浪潮是纳米技术,南非科技部正在制定一项国家纳米技术战略,可望在2005年度执行。印度政府也通过加大对从事材料科学研究的科研机构和项目的支持力度,加强材料科学中具有广泛应用前景的纳米技术的研究和开发。
2、纳米科技研发投入一路攀升
纳米科技已在国际间形成研发热潮,现在无论是富裕的工业化大国还是渴望富裕的工业化中国家,都在对纳米科学、技术与工程投入巨额资金,而且投资迅速增加。据欧盟2004年5月的一份报告称,在过去10年里,世界公共投资从1997年的约4亿欧元增加到了目前的30亿欧元以上。私人的纳米技术研究资金估计为20亿欧元。这说明,全球对纳米技术研发的年投资已达50亿欧元。
美国的公共纳米技术投资最多。在过去4年内,联邦政府的纳米技术研发经费从2000年的2.2亿美元增加到2003年的7.5亿美元,2005年将增加到9.82亿美元。更重要的是,根据《21世纪纳米技术研究开发法》,在2005~2008财年联邦政府将对纳米技术计划投入37亿美元,而且这还不包括国防部及其他部门将用于纳米研发的经费。
日本目前是仅次于美国的第二大纳米技术投资国。日本早在20世纪80年代就开始支持纳米科学研究,近年来纳米科技投入迅速增长,从2001年的4亿美元激增至2003年的近8亿美元,而2004年还将增长20%。
在欧洲,根据第六个框架计划,欧盟对纳米技术的资助每年约达7.5亿美元,有些人估计可达9.15亿美元。另有一些人估计,欧盟各国和欧盟对纳米研究的总投资可能两倍于美国,甚至更高。
中国期望今后5年内中央政府的纳米技术研究支出达到2.4亿美元左右;另外,地方政府也将支出2.4亿~3.6亿美元。中国台湾计划从2002~2007年在纳米技术相关领域中投资6亿美元,每年稳中有增,平均每年达1亿美元。韩国每年的纳米技术投入预计约为1.45亿美元,而新加坡则达3.7亿美元左右。
就纳米科技人均公共支出而言,欧盟25国为2.4欧元,美国为3.7欧元,日本为6.2欧元。按照计划,美国2006年的纳米技术研发公共投资增加到人均5欧元,日本2004年增加到8欧元,因此欧盟与美日之间的差距有增大之势。公共纳米投资占GDP的比例是:欧盟为0.01%,美国为0.01%,日本为0.02%。
另外,据致力于纳米技术行业研究的美国鲁克斯资讯公司2004年的一份年度报告称,很多私营企业对纳米技术的投资也快速增加。美国的公司在这一领域的投入约为17亿美元,占全球私营机构38亿美元纳米技术投资的46%。亚洲的企业将投资14亿美元,占36%。欧洲的私营机构将投资6.5亿美元,占17%。由于投资的快速增长,纳米技术的创新时代必将到来。
3、世界各国纳米科技发展各有千秋
各纳米科技强国比较而言,美国虽具有一定的优势,但现在尚无确定的赢家和输家。
(1)在纳米科技论文方面日、德、中三国不相上下
根据中国科技信息研究所进行的纳米论文统计结果,2000—2002年,共有40370篇纳米研究论文被《2000—2002年科学引文索引(SCI)》收录。纳米研究论文数量逐年增长,且增长幅度较大,2001年和2002年的增长率分别达到了30.22%和18.26%。
2000—2002年纳米研究论文,美国以较大的优势领先于其他国家,3年累计论文数超过10000篇,几乎占全部论文产出的30%。日本(12.76%)、德国(11.28%)、中国(10.64%)和法国(7.89%)位居其后,它们各自的论文总数都超过了3000篇。而且以上5国2000—2002年每年的纳米论文产出大都超过了1000篇,是纳米研究最活跃的国家,也是纳米研究实力最强的国家。中国的增长幅度最为突出,2000年中国纳米论文比例还落后德国2个多百分点,到2002年已经超过德国,位居世界第三位,与日本接近。
在上述5国之后,英国、俄罗斯、意大利、韩国、西班牙发表的论文数也较多,各国3年累计论文总数都超过了1000篇,且每年的论文数排位都可以进入前10名。这5个国家可以列为纳米研究较活跃的国家。
另外,如果欧盟各国作为一个整体,其论文量则超过36%,高于美国的29.46%。(2)在申请纳米技术发明专利方面美国独占鳌头
据统计:美国专利商标局2000—2002年共受理2236项关于纳米技术的专利。其中最多的国家是美国(1454项),其次是日本(368项)和德国(118项)。由于专利数据来源美国专利商标局,所以美国的专利数量非常多,所占比例超过了60%。日本和德国分别以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英国、韩国、加拿大、法国和中国台湾的专利数也较多,所占比例都超过了1%。
专利反映了研究成果实用化的能力。多数国家纳米论文数与专利数所占比例的反差较大,在论文数最多的20个国家和地区中,专利数所占比例超过论文数所占比例的国家和地区只有美国、日本和中国台湾。这说明,很多国家和地区在纳米技术研究上具备一定的实力,但比较侧重于基础研究,而实用化能力较弱。
(3)就整体而言纳米科技大国各有所长
美国纳米技术的应用研究在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪等领域快速发展。随着纳米技术在癌症诊断和生物分子追踪中的应用,目前美国纳米研究热点已逐步转向医学领域。医学纳米技术已经被列为美国国家的优先科研计划。在纳米医学方面,纳米传感器可在实验室条件下对多种癌症进行早期诊断,而且,已能在实验室条件下对前列腺癌、直肠癌等多种癌症进行早期诊断。2004年,美国国立卫生研究院癌症研究所专门出台了一项《癌症纳米技术计划》,目的是将纳米技术、癌症研究与分子生物医学相结合,实现2015年消除癌症死亡和痛苦的目标;利用纳米颗粒追踪活性物质在生物体内的活动也是一个研究热门,这对于研究艾滋病病毒、癌细胞等在人体内的活动情况非常有用,还可以用来检测药物对病毒的作用效果。利用纳米颗粒追踪病毒的研究也已有成果,未来5~10年有望商业化。
虽然医学纳米技术正成为纳米科技的新热点,纳米技术在半导体芯片领域的应用仍然引人关注。美国科研人员正在加紧纳米级半导体材料晶体管的应用研究,期望突破传统的极限,让芯片体积更小、速度更快。纳米颗粒的自组装技术是这一领域中最受关注的地方。不少科学家试图利用化学反应来合成纳米颗粒,并按照一定规则排列这些颗粒,使其成为体积小而运算快的芯片。这种技术本来有望取代传统光刻法制造芯片的技术。在光学新材料方面,目前已有可控直径5纳米到几百纳米、可控长度达到几百微米的纳米导线。
日本纳米技术的研究开发实力强大,某些方面处于世界领先水平,但尚未脱离基础和应用研究阶段,距离实用化还有相当一段路要走。在纳米技术的研发上,日本最重视的是应用研究,尤其是纳米新材料研究。除了碳纳米管外,日本开发出多种不同结构的纳米材料,如纳米链、中空微粒、多层螺旋状结构、富勒结构套富勒结构、纳米管套富勒结构、酒杯叠酒杯状结构等。
在制造方法上,日本不断改进电弧放电法、化学气相合成法和激光烧蚀法等现有方法,同时积极开发新的制造技术,特别是批量生产技术。细川公司展出的低温连续烧结设备引起关注。它能以每小时数千克的速度制造粒径在数十纳米的单一和复合的超微粒材料。东丽和三菱化学公司应用大学开发的新技术能把制造碳纳米材料的成本减至原来的1/10,两三年内即可进入批量生产阶段。
日本高度重视开发检测和加工技术。目前广泛应用的扫描隧道显微镜、原子力显微镜、近场光学显微镜等的性能不断提高,并涌现了诸如数字式显微镜、内藏高级照相机显微镜、超高真空扫描型原子力显微镜等新产品。科学家村田和广成功开发出亚微米喷墨印刷装置,能应用于纳米领域,在硅、玻璃、金属和有机高分子等多种材料的基板上印制细微电路,是世界最高水平。
日本企业、大学和研究机构积极在信息技术、生物技术等领域内为纳米技术寻找用武之地,如制造单个电子晶体管、分子电子元件等更细微、更高性能的元器件和量子计算机,解析分子、蛋白质及基因的结构等。不过,这些研究大都处于探索阶段,成果为数不多。
欧盟在纳米科学方面颇具实力,特别是在光学和光电材料、有机电子学和光电学、磁性材料、仿生材料、纳米生物材料、超导体、复合材料、医学材料、智能材料等方面的研究能力较强。
中国在纳米材料及其应用、扫描隧道显微镜分析和单原子操纵等方面研究较多,主要以金属和无机非金属纳米材料为主,约占80%,高分子和化学合成材料也是一个重要方面,而在纳米电子学、纳米器件和纳米生物医学研究方面与发达国家有明显差距。
4、纳米技术产业化步伐加快
目前,纳米技术产业化尚处于初期阶段,但展示了巨大的商业前景。据统计:2004年全球纳米技术的年产值已经达到500亿美元,2010年将达到14400亿美元。为此,各纳米技术强国为了尽快实现纳米技术的产业化,都在加紧采取措施,促进产业化进程。
美国国家科研项目管理部门的管理者们认为,美国大公司自身的纳米技术基础研究不足,导致美国在该领域的开发应用缺乏动力,因此,尝试建立一个由多所大学与大企业组成的研究中心,希望借此使纳米技术的基础研究和应用开发紧密结合在一起。美国联邦政府与加利福尼亚州政府一起斥巨资在洛杉矾地区建立一个“纳米科技成果转化中心”,以便及时有效地将纳米科技领域的基础研究成果应用于产业界。该中心的主要工作有两项:一是进行纳米技术基础研究;二是与大企业合作,使最新基础研究成果尽快实现产业化。其研究领域涉及纳米计算、纳米通讯、纳米机械和纳米电路等许多方面,其中不少研究成果将被率先应用于美国国防工业。
美国的一些大公司也正在认真探索利用纳米技术改进其产品和工艺的潜力。IBM、惠普、英特尔等一些IT公司有可能在中期内取得突破,并生产出商业产品。一个由专业、商业和学术组织组成的网络在迅速扩大,其目的是共享信息,促进联系,加速纳米技术应用。
日本企业界也加强了对纳米技术的投入。关西地区已有近百家企业与16所大学及国立科研机构联合,不久前又建立了“关西纳米技术推进会议”,以大力促进本地区纳米技术的研发和产业化进程;东丽、三菱、富士通等大公司更是纷纷斥巨资建立纳米技术研究所,试图将纳米技术融合进各自从事的产业中。
欧盟于2003年建立纳米技术工业平台,推动纳米技术在欧盟成员国的应用。欧盟委员会指出:建立纳米技术工业平台的目的是使工程师、材料学家、医疗研究人员、生物学家、物理学家和化学家能够协同作战,把纳米技术应用到信息技术、化妆品、化学产品和运输领域,生产出更清洁、更安全、更持久和更“聪明”的产品,同时减少能源消耗和垃圾。欧盟希望通过建立纳米技术工业平台和增加纳米技术研究投资使其在纳米技术方面尽快赶上美国。