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【關(guān)鍵詞】超聲波 PID 控制系統(tǒng) 性能指標(biāo)
1 PID控制器簡(jiǎn)介
近些年來(lái),無(wú)人機(jī)在人們的生活中扮演著越來(lái)越重要的角色。無(wú)人機(jī)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自主飛行任務(wù)的關(guān)鍵在于無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng),其不僅包括傳感器控制器等的硬件平臺(tái),而且還包括內(nèi)部所采用的控制算法,其中控制算法是整個(gè)無(wú)人機(jī)控制的核心,在飛行控制系統(tǒng)中占據(jù)主導(dǎo)地位。
四旋翼飛行器是一個(gè)欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),可以通過(guò)四個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)四旋翼飛行姿態(tài)的控制。欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為一類很復(fù)雜的非線性系統(tǒng),對(duì)于這種系統(tǒng)的控制有一定難度。對(duì)于欠驅(qū)動(dòng)、非線性的系統(tǒng)的研究方法有很多,這些控制方法分為PID控制、反步控制、滑??刂埔约耙恍┲悄芸刂品椒?。本文對(duì)四旋翼飛行器采用的控制方法是雙環(huán)PID控制,這種控制既具備經(jīng)典PID控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,又考慮了系統(tǒng)遇到外部干擾時(shí)候的情況。
PID控制器的原理很簡(jiǎn)單,就是將系統(tǒng)的實(shí)際輸出量與目標(biāo)輸入量做差得到誤差,之后系統(tǒng)對(duì)誤差信號(hào)做比例,積分和微分運(yùn)算并對(duì)這三部分的信號(hào)量求和作為系統(tǒng)的控制信號(hào)。常規(guī)的PID控制器由比例單元(P)、積分單元(I)、微分單元(D)構(gòu)成。
2 超聲波傳感器在無(wú)人機(jī)中的應(yīng)用
超聲波測(cè)距是最簡(jiǎn)單的感知系統(tǒng),例如生活中常見(jiàn)的汽車倒車?yán)走_(dá),在Parrot等無(wú)人機(jī)上被人熟知。其基本原理是測(cè)量超聲波的飛行時(shí)間,通過(guò)公式d=vt/2測(cè)量相關(guān)距離。具體是通過(guò)壓電或靜電變送器產(chǎn)生一個(gè)頻率在幾十kHz的超聲波脈沖組成波包,系統(tǒng)檢測(cè)高于某閾值的反向聲波,檢測(cè)到后使用測(cè)量到的飛行時(shí)間計(jì)算出距離。由于超聲傳感器的成本低、實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單、精度高、技術(shù)成熟,在無(wú)人機(jī)定高控制系統(tǒng)中有很好的應(yīng)用。
3 高度控制器模型建立
在四旋翼飛行器閉環(huán)控制系統(tǒng)中,創(chuàng)建串聯(lián)的速度/位置反饋控制系統(tǒng),在這個(gè)模型中,會(huì)考慮俯仰通道,滾轉(zhuǎn)通道,以及高度控制。為了做控制器的設(shè)計(jì),我們還需要使用估計(jì)出來(lái)的線性模型模型調(diào)節(jié)PID。在這里,我們只考慮四旋翼飛行器的高度控制。四旋翼飛行器的高度控制我們采用PI控制器,四旋翼飛行器物理模型建好后,通過(guò)Matlab軟件中的SimMechanics仿真部分對(duì)四旋翼飛行器控制系統(tǒng)的高度控制進(jìn)行仿真。
利用MATLAB軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模如圖1。
首先設(shè)定kp=ki=1,采樣時(shí)間sample time 0.01s,給一個(gè)階躍信做系統(tǒng)辨識(shí),在t=6s的時(shí)候,輸入一個(gè)階躍信號(hào),這個(gè)階躍信號(hào)的偏移量為1,6s時(shí)階躍信號(hào)的高度A為0.5,從辨識(shí)對(duì)象的輸出與我們對(duì)被控對(duì)象的了解,可以看出被控對(duì)象為一個(gè)二階系統(tǒng),且?guī)б粋€(gè)零點(diǎn)。
可以得到被控對(duì)象的辨識(shí),被控對(duì)象的輸入信號(hào),需要不斷的迭代試湊法,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化后得到系統(tǒng)最優(yōu)參數(shù)為K=8.533,tw=3.36,tz=0.9613,§=0.9。得到Simulation dada inspector曲線如圖2。
綠色曲線是我們期望的信號(hào),結(jié)合仿真曲線圖各個(gè)曲線的性能指標(biāo),我們可以看出淺綠色線的響應(yīng)時(shí)間與上升時(shí)間最短,但是它有很大的震蕩性,超調(diào)與魯棒性都最差,而黃色曲線雖然響應(yīng)時(shí)間和上升時(shí)間比較慢,但是超調(diào)量與魯棒性最好,因此,我們選用黃色曲線為我們的最優(yōu)參數(shù)曲線,即選取kp=3.137,ki=2.331。
4 結(jié)論
本文介紹了用超聲波模塊幫助四旋翼飛行器實(shí)現(xiàn)定高的功能,首先對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,對(duì)定高控制器進(jìn)行建模,之后用MATLAB中的simulink進(jìn)行仿真,對(duì)PID進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié),通過(guò)大量的仿真實(shí)驗(yàn)以及得到的波形曲線,分析其性能指標(biāo),得到我們最滿意的一組,即符合我們要求的響應(yīng)曲線。
關(guān)鍵詞:農(nóng)業(yè)生物技術(shù);植物新品種;轉(zhuǎn)基因
科學(xué)技術(shù)對(duì)人類發(fā)展所起的進(jìn)步作用是顯而易見(jiàn)的,但人們對(duì)生物技術(shù)與植物新品種的期望與我們面對(duì)的現(xiàn)實(shí)迫使我們?cè)俅嗡伎伎茖W(xué)技術(shù)“雙刃劍”及其法律規(guī)制問(wèn)題。生物技術(shù)將為最終解決食物、能源、資源、環(huán)境等影響人類生存的重大問(wèn)題發(fā)揮越來(lái)越大的作用。充分發(fā)揮生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的積極作用,對(duì)加速我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的根本性轉(zhuǎn)變,促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。但生物技術(shù)在諸多方面異于傳統(tǒng)技術(shù),讓傳統(tǒng)法律制度備感為難。強(qiáng)化抑或淡化生物技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)現(xiàn)與發(fā)明頗具爭(zhēng)議;尤其是轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品的商業(yè)化生產(chǎn)。在世界范圍內(nèi)引起了激烈的爭(zhēng)論。爭(zhēng)論最初只涉及轉(zhuǎn)基因技術(shù)的安全性問(wèn)題,后來(lái)又蔓延到了社會(huì)、政治和倫理等領(lǐng)域,并由此引發(fā)出了一系列相關(guān)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)問(wèn)題。以至于許多國(guó)家紛紛修改現(xiàn)有的規(guī)章、法規(guī),或進(jìn)行政策的相應(yīng)調(diào)整,甚至重新立法,以迎接新技術(shù)帶來(lái)的挑戰(zhàn)。由技術(shù)創(chuàng)新而引發(fā)的市場(chǎng)失靈,以及各利益相關(guān)者之間的沖突等經(jīng)濟(jì)和社會(huì)問(wèn)題,給技術(shù)創(chuàng)新蒙上了一層濃濃的陰霾。至此。迫切需要政府履行其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)管理的職能??傊?,世界各國(guó)一方面強(qiáng)化農(nóng)業(yè)生物技術(shù)成果的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù):另一方面加強(qiáng)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的管制,各國(guó)開(kāi)始針對(duì)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因技術(shù)及其產(chǎn)品的安全性管制。形成了保護(hù)與管制并存的農(nóng)業(yè)生物技術(shù)立法局面,這對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)立法有著重要的啟發(fā)。
1 生物技術(shù)的內(nèi)涵
生物技術(shù)是匈牙利工程師Karl Ereky于1917年提出的。近年來(lái),各國(guó)對(duì)生物技術(shù)的內(nèi)涵有了較統(tǒng)一的界定。美國(guó)商務(wù)部把生物技術(shù)定義為用生物體或者它們的細(xì)胞、亞細(xì)胞或者分子成分來(lái)生產(chǎn)產(chǎn)品或者修飾攜帶特定性的植物、動(dòng)物和微生物的技術(shù)。包含基因重組技術(shù)、分子生物學(xué)和其他領(lǐng)域發(fā)展出來(lái)的治療疾病的方法、動(dòng)物和植物馴化技術(shù)、發(fā)酵技術(shù)、生物信息學(xué)技術(shù)等。日本特許廳也有類似的生物技術(shù)定義,不僅包括發(fā)酵、雜交在內(nèi)的老生物技術(shù),還包括基因工程為代表的新生物技術(shù)。
在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域運(yùn)用的生物技術(shù)被稱為“農(nóng)業(yè)生物技術(shù)”,是農(nóng)業(yè)科學(xué)與生物技術(shù)相結(jié)合而形成的綜合性邊緣科學(xué)。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生物技術(shù)是20世紀(jì)70年代以基因工程和細(xì)胞工程為主的生物技術(shù),通過(guò)在細(xì)胞和分子水平上對(duì)基因進(jìn)行操作,打破物種間遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移交換的天然屏障,定向地改變生物的某些性狀。主要限于植物新品種、轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物兩大領(lǐng)域。吳漢東教授把農(nóng)業(yè)生物技術(shù)直接集中在轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物領(lǐng)域,認(rèn)為“農(nóng)業(yè)生物技術(shù)很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)的是轉(zhuǎn)基因動(dòng)物和植物”。
2 歐美立法經(jīng)驗(yàn)
2.1 歐盟農(nóng)業(yè)生物技術(shù)立法經(jīng)驗(yàn)
2.1.1 植物新品種
20世紀(jì)50年代,荷蘭和德國(guó)先后建立了植物新品種保護(hù)制度,并促進(jìn)《國(guó)際植物新品種保護(hù)公約》形成,在世界范圍內(nèi)肯定給予植物新品種育種者以知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù);植物育種技術(shù)進(jìn)步迫使公約不斷修改。1978年修改的文本規(guī)定聯(lián)盟各成員國(guó)可通過(guò)授予專門保護(hù)權(quán)利或?qū)@麢?quán),承認(rèn)本公約規(guī)定的育種者的權(quán)利。1991年的文本對(duì)成員采用何種方式以及以一種或兩種方法保護(hù)植物品種未作任何規(guī)定,實(shí)際上為用專利方式或同時(shí)兼用專門方式保護(hù)發(fā)了“通行證”。其保護(hù)水平接近專利方式,進(jìn)一步強(qiáng)化保護(hù)商業(yè)育種者利益,對(duì)于農(nóng)民權(quán)利加以限制,植物育種發(fā)達(dá)國(guó)家力推的UPOV方式。保護(hù)水準(zhǔn)更高。
以歐盟為代表的國(guó)家力推將知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)納入世界貿(mào)易體系,形成“與貿(mào)易有關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)協(xié)定”。對(duì)成員國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)設(shè)立最低保護(hù)標(biāo)準(zhǔn),如果達(dá)不到該標(biāo)準(zhǔn),將受到貿(mào)易制裁。協(xié)定第27條第3項(xiàng)(b)規(guī)定:WTO成員國(guó)應(yīng)當(dāng)以專利或有效的專門制度,或兩種制度結(jié)合,給植物新品種提供有效保護(hù)。
2.1.2 轉(zhuǎn)基因技術(shù)
歐盟對(duì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性規(guī)制可追溯到1990年的關(guān)于轉(zhuǎn)基因微生物的封閉利用的第90/219/EEC號(hào)指令。其后,頒布了系列關(guān)于轉(zhuǎn)基因生物環(huán)境釋放、食品零售商必須在標(biāo)簽上標(biāo)明是否含有轉(zhuǎn)基因成分、對(duì)具有高度風(fēng)險(xiǎn)的生物技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)禁止其進(jìn)行市場(chǎng)開(kāi)發(fā)、其他轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的運(yùn)輸和銷售要使用專門的包裝和標(biāo)志、關(guān)于含有轉(zhuǎn)基因成分的添加劑和調(diào)味劑的食品和食品成分、對(duì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的上市后強(qiáng)制性監(jiān)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)管理等問(wèn)題的規(guī)定。
歐盟在轉(zhuǎn)基因方面的立法具有3個(gè)特點(diǎn):管理機(jī)構(gòu)多重化、管理態(tài)度嚴(yán)格化、管理模式縱深化。
2.2 美國(guó)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)立法經(jīng)驗(yàn)
2.2.1 植物新品種
美國(guó)1790年的《專利法》認(rèn)為生命形式的生物體是自然界的產(chǎn)物,屬于“發(fā)現(xiàn)物”之列而不授予專利。1930年的《植物專利法》。打破了植物繁殖者和工業(yè)發(fā)明者之間的藩籬,擴(kuò)充了專利物質(zhì)的定義。是第一個(gè)以專利形式保護(hù)植物新品種權(quán)的。雖然在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下,農(nóng)業(yè)品種主要通過(guò)有性繁殖獲得。但在刺激農(nóng)業(yè)新品種的創(chuàng)新和發(fā)展上起到了不可替代的作用,成為美國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展政策的分水嶺。
隨著農(nóng)業(yè)科技的深化發(fā)展,美國(guó)受到歐共體和日本等影響,頒布了《植物新品種保護(hù)法》,對(duì)以有性繁殖方法培育的植物新品種、野生植物、自然生長(zhǎng)的植物和其他植物品種進(jìn)行保護(hù),并由美國(guó)農(nóng)業(yè)部植物品種保護(hù)辦公室負(fù)責(zé)審查。反映了對(duì)于植物新品種保護(hù)的社會(huì)需求,順應(yīng)了全球?qū)τ谥参镄缕贩N的立法潮流,體現(xiàn)了“陽(yáng)光之下的任何人造之物都可以獲得專利”的哲學(xué)理念,形成了專利法保護(hù)和專門法保護(hù)植物新品種的雙重格局。
2.2.2 轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品
美國(guó)是最早展開(kāi)生物技術(shù)安全研究和立法的國(guó)家。1976年美國(guó)頒布了《重組DNA分子研究總則》,1986年又頒布了《生物技術(shù)管理協(xié)調(diào)框架》。轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物安全是生物安全的重要課題之一。迄今為止,美國(guó)尚未針對(duì)轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物安全進(jìn)行專門立法,只是在2002年5月,《轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物和動(dòng)物農(nóng)民保護(hù)法案》、《轉(zhuǎn)基因食品知情權(quán)法案》、《轉(zhuǎn)基因生物責(zé)任法案》被提交國(guó)會(huì)討論,內(nèi)容涉及可能因轉(zhuǎn)基因種子、植物在經(jīng)濟(jì)上受到危害的農(nóng)民提供保護(hù),標(biāo)識(shí)制度,針對(duì)轉(zhuǎn)基因生物造成的損害確定相應(yīng)的責(zé)任。
美國(guó)在轉(zhuǎn)基因方面的立法也具有3個(gè)特點(diǎn):管理機(jī)構(gòu)多重化、管理態(tài)度寬松化、管理模式水平化。
3 我國(guó)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的保護(hù)現(xiàn)狀
3.1 我國(guó)植物新品種的保護(hù)現(xiàn)狀
根據(jù)《專利法》第25條,不論是用傳統(tǒng)的生物學(xué)方法培育的植物新品種,還是通過(guò)基因工程的DNA重組技術(shù)或現(xiàn)代雜交技術(shù)得到的轉(zhuǎn)基因新植物,都不給予專利保護(hù)。只保護(hù)育種方法,但育種方法卻很難得到有效保護(hù),效果并不盡如人意。“這些雜交制種方法即使獲得了專利權(quán),專利權(quán)人還是擔(dān)心一旦出售父母本,別人很容易利用父母本去繁殖銷售種子,而人民法院甚至包括專利權(quán)人很難判斷他人繁殖銷售的種子就是依專利方法生產(chǎn)的。盡管修改后的專利法規(guī)定,方法專利可延伸到依該方法直接制得的產(chǎn)品,但對(duì)植物品種來(lái)說(shuō),仍不能得到有效保護(hù)。對(duì)于雜交種。他人可以只用專利權(quán)人培育出的親本與其它親本生產(chǎn)雜交種,而不一定非要按照方法專利所保護(hù)的生產(chǎn)技術(shù)去操作,從而達(dá)到既不侵權(quán),又可無(wú)償使用他人成果的目的”。只是對(duì)于符合條件的植物新品種,植物育種者可以通過(guò)《植物新品種保護(hù)條例》進(jìn)行保護(hù),取得植物新品種權(quán)。這種保護(hù)方式降低了植物新品種的保護(hù)門檻,與歐美等國(guó)的保護(hù)力度存在差距。
3.2 農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因技術(shù)規(guī)制立法現(xiàn)狀
隨著人們對(duì)轉(zhuǎn)基因作物的關(guān)注和重視。有關(guān)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全的專門立法取得了可喜的成績(jī)。頒布了農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理法規(guī)。以促進(jìn)中國(guó)轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)研究,保障人體健康和動(dòng)植物、微生物安全,推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新?!斑@些立法從適用范圍、主管機(jī)關(guān)和協(xié)調(diào)機(jī)制、安全評(píng)價(jià)制度、安全措施制度、標(biāo)識(shí)制度、報(bào)告制度、許可制度、資料存檔制度、監(jiān)督檢查制度、應(yīng)急處理制度、法律責(zé)任制度等方面,就農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理做出了規(guī)定”。標(biāo)志著我國(guó)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理逐步進(jìn)入法制化、規(guī)范化的軌道。
我國(guó)在農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因立法上具有如下特點(diǎn)。
3.2.1 法律、法規(guī)方面
①立法層級(jí)低,停留在行政法規(guī)、規(guī)章的層面上。效力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于法律,影響了執(zhí)法力度,影響了其功能的發(fā)揮。②我國(guó)還缺乏一部全面、專門、完整的生物安全方面的法律。
3.2.2 管理方面
①管理制度不完善。綜合性專門立法的缺乏反應(yīng)到管理制度上,出現(xiàn)了諸如我國(guó)的轉(zhuǎn)基因食品多頭管理,部門之間的法律法規(guī)存在沖突的現(xiàn)象。②轉(zhuǎn)基因植物生物安全評(píng)價(jià)體系滯后。管理法規(guī)運(yùn)作機(jī)制薄弱。③必要內(nèi)容欠缺?!袄?,《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理?xiàng)l例》規(guī)定的轉(zhuǎn)基因食品僅包括轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品的直接加工食品,但不包括使用轉(zhuǎn)基因生物原料加工的食品。該《條例》中沒(méi)有規(guī)定對(duì)這類食品應(yīng)當(dāng)如何管理。此外,法律責(zé)任規(guī)定的缺失也屢見(jiàn)不鮮”。
4 建 議
4.1 順應(yīng)植物新品種保護(hù)的立法趨勢(shì)
關(guān)于植物新品種的立法保護(hù)模式,既有單軌制的專門立法保護(hù),又有雙軌制的保護(hù)模式,UPOV的雙重保護(hù)正在成為一種趨勢(shì)。伴隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展,與國(guó)際植物新品種保護(hù)制度接軌成為不二選擇,早在2000年修訂專利法時(shí)就有學(xué)者提倡應(yīng)當(dāng)對(duì)植物新品種進(jìn)行專利保護(hù)。
4.2 有選擇性的雙軌制保護(hù)模式
西方國(guó)家對(duì)植物新品種的保護(hù)模式主要有兩種模式,一種是單軌制,即采用專門法進(jìn)行保護(hù);另一種是雙軌制,即專利法+專門法進(jìn)行保護(hù),我國(guó)目前采用的是專門法的單軌制模式,可以有選擇性地采用雙軌制保護(hù)模式,把部分植物新品種專利列入專利法,拓寬專利權(quán)的保護(hù)范圍。
4.3 建立健全的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品法律法規(guī)體系
提高目前的法規(guī)的效力層次,制定統(tǒng)一完整專門的生物技術(shù)安全法,稱作《生物安全法》,明確生物技術(shù)安全法的目的、原則,保障生物技術(shù)的健康發(fā)展,堅(jiān)持協(xié)調(diào)、促進(jìn)原則與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防原則;建立基本的法律制度對(duì)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)進(jìn)行規(guī)制;確立以國(guó)務(wù)院生物技術(shù)安全管理委員會(huì)為最高管理機(jī)關(guān)的生物技術(shù)安全管理體系。
摘要:生物技術(shù)作為創(chuàng)造未來(lái)文明的五大新技術(shù)之一,正日益受到世界各國(guó)的加倍重視。本文闡述了生物技術(shù)的的定義,論述了生物技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞:生物技術(shù) 發(fā)展現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢(shì)
1.前言
我國(guó)的生化工程學(xué)科是在20世紀(jì)80年代初開(kāi)始建立的,20多年來(lái)我國(guó)經(jīng)歷了將化工技術(shù)用生物技術(shù)和融合生物技術(shù)知識(shí)發(fā)展生化工程的2個(gè)階段。[1]生物技術(shù)服務(wù)的領(lǐng)域主要包括醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、食品、化工、冶金、能源等方面。在與人類健康有關(guān)的重要領(lǐng)域,已能設(shè)計(jì)和制造臟器、診斷試劑以及治療藥物;在農(nóng)業(yè)上,能夠制造獸藥,培養(yǎng)植物細(xì)胞、利用基因工程和細(xì)胞工程技術(shù)獲得抗病毒、抗蟲(chóng)、抗除萎劑、抗凍、抗旱、抗鹽、保鮮、高蛋白、高養(yǎng)分的植物新品種和良種家禽、家畜;在化工方面,生產(chǎn)氨基酸、生物大分子及基本有機(jī)化工產(chǎn)品,如乙醇、丁醇、丙酮等,利用基因工程技術(shù)和細(xì)胞融合得到高產(chǎn)工程菌,為化工生產(chǎn)提供高效、低成本的新途徑;另外在“三廢”處理、低品位金屬提取、生物能源、煤的氣化和液化等方面都有不同進(jìn)展。這些技術(shù)的豐富交叉引起了世界各國(guó)的強(qiáng)烈興趣,生物技術(shù)商品化的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)到來(lái)。
2.生物技術(shù)定義
所謂生物技術(shù),即為應(yīng)用生命科學(xué)研究成果,以人們意志設(shè)計(jì),對(duì)生物或生物的成分進(jìn)行改造和利用的技術(shù)?,F(xiàn)代生物技術(shù)綜合分子生物學(xué)、生物化學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、胚胎學(xué)、免疫學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、信息學(xué)、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科技術(shù),可用于研究生命活動(dòng)的規(guī)律和提品為社會(huì)服務(wù)等。20世紀(jì)30年代生物技術(shù)以發(fā)酵產(chǎn)品為主干,40年代抗生素工業(yè)成為生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè),50年代氨基酸發(fā)酵和60年代酶制劑工程相繼出現(xiàn),到70年代DNA重組技術(shù)使生物技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,并與信息技術(shù)、材料技術(shù)及能源技術(shù)共同構(gòu)成了人類新的技術(shù)革命的基礎(chǔ)。[2]
生物技術(shù)是現(xiàn)代生物學(xué)發(fā)展及其與相關(guān)學(xué)科交差融和的產(chǎn)物,其核心是以DNA重組技術(shù)為中心的基因工程,還包括微生物工程、生化工程、細(xì)胞工程及生物制品等領(lǐng)域。
3.生物技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
近些年來(lái),以基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程為代表的現(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展迅猛,并日益影響和改變著人們的生產(chǎn)和生活方式。所謂生物技術(shù)(Biotechnology)是指“用活的生物體(或生物體的物質(zhì))來(lái)改進(jìn)產(chǎn)品、改良植物和動(dòng)物,或?yàn)樘厥庥猛径囵B(yǎng)微生物的技術(shù)”。生物工程則是生物技術(shù)的統(tǒng)稱,是指運(yùn)用生物化學(xué)、分子生物學(xué)、微生物學(xué)、遺傳學(xué)等原理與生化工程相結(jié)合,來(lái)改造或重新創(chuàng)造設(shè)計(jì)細(xì)胞的遺傳物質(zhì)、培育出新品種,以工業(yè)規(guī)模利用現(xiàn)有生物體系,以生物化學(xué)過(guò)程來(lái)制造工業(yè)產(chǎn)品。簡(jiǎn)言之,就是將活的生物體、生命體系或生命過(guò)程產(chǎn)業(yè)化的過(guò)程。
生物工程包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程、生物電子工程、生物反應(yīng)器、滅菌技術(shù)以及新興的蛋白質(zhì)工程等,其中,基因工程是現(xiàn)代生物工程的核心?;蚬こ蹋ɑ蚍Q遺傳工程、基因重組技術(shù))就是將不同生物的基因在體外剪切組合,并和載體(質(zhì)粒、噬菌體、病毒)的DNA連接,然后轉(zhuǎn)入微生物或細(xì)胞內(nèi),進(jìn)行克隆,并使轉(zhuǎn)入的基因在細(xì)胞或微生物內(nèi)表達(dá),產(chǎn)生所需要的蛋白質(zhì)。目前,有60%以上的生物技術(shù)成果集中應(yīng)用于醫(yī)藥產(chǎn)業(yè),用以開(kāi)發(fā)特色新藥或?qū)鹘y(tǒng)醫(yī)藥進(jìn)行改良,由此引起了醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的重大變革,生物制藥也得以迅速發(fā)展。生物制藥就是把生物工程技術(shù)應(yīng)用到藥物制造領(lǐng)域的過(guò)程,其中最為主要的是基因工程方法。即利用克隆技術(shù)和組織培養(yǎng)技術(shù),對(duì)DNA進(jìn)行切割、插入、連接和重組,從而獲得生物醫(yī)藥制品。生物藥品是以微生物、寄生蟲(chóng)、動(dòng)物毒素、生物組織為起始材料,采用生物學(xué)工藝或分離純化技術(shù)制備,并以生物學(xué)技術(shù)和分析技術(shù)控制中間產(chǎn)物和成品質(zhì)量而制成的生物活化制劑,包括菌苗、疫苗、毒素、類毒素、血清、血液制品、免疫制劑、細(xì)胞因子、抗原、單克隆抗體及基因工程產(chǎn)品(DNA重組產(chǎn)品、體外診斷試劑)等。目前,人類已研制開(kāi)發(fā)并進(jìn)入臨床應(yīng)用階段的生物藥品,根據(jù)其用途不同可分為三大類:基因工程藥物、生物疫苗和生物診斷試劑。這些產(chǎn)品在診斷、預(yù)防、控制乃至消滅傳染病,保護(hù)人類健康中,發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。
鑒于世界上技術(shù)先進(jìn),經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)生物技術(shù)的高度重視,面對(duì)世界新技術(shù)革命的挑戰(zhàn),我國(guó)“863”高科技發(fā)展計(jì)劃把發(fā)展生物技術(shù)放在首位,結(jié)合我國(guó)國(guó)情,以解決發(fā)展我國(guó)農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥中存在的關(guān)鍵技術(shù)為重點(diǎn),確定了三個(gè)主題:一是高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)抗逆的動(dòng)植物新品種、二是新型藥物、疫苗和基因治療、三是蛋白質(zhì)工程。
4.生物技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
4.1生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的發(fā)展趨勢(shì)
充分利用我國(guó)豐富的和特有的遺傳資源,分離克隆有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基因和基因工程品種已刻不容緩,以期在以“基因”為核心的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)中取得主動(dòng)。實(shí)現(xiàn)單基因生物抗逆向持久性抗逆、生物性抗逆向非生物性抗逆的轉(zhuǎn)移。重視轉(zhuǎn)基因植物的環(huán)境安全性評(píng)估,借鑒國(guó)外的成功經(jīng)驗(yàn),防止轉(zhuǎn)基因植物危害的發(fā)生與蔓延。隨著基因組時(shí)代向后基因組時(shí)代的過(guò)渡,研究重心已經(jīng)從揭示生命的所有遺傳信息轉(zhuǎn)移到整體水平上對(duì)生物功能的研究。因此,在整體水平上研究細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的組成及其活動(dòng)規(guī)律的蛋白質(zhì)學(xué)的發(fā)展和成熟,必將與基因組研究互相補(bǔ)充,給農(nóng)業(yè)生物技術(shù)帶來(lái)革命性改變。建立一支專門的農(nóng)業(yè)生物技術(shù)隊(duì)伍,尤其是基因工程專業(yè)隊(duì)伍,杜絕一哄而上,避免人財(cái)物的無(wú)謂浪費(fèi),把有限的資金用在刀刃上。
4.2生物技術(shù)在環(huán)境中的發(fā)展趨勢(shì)
在污染的處理過(guò)程中,傳統(tǒng)的物理或化學(xué)處理方法常伴隨二次污染,且運(yùn)行費(fèi)用高,處理問(wèn)題單一而微生物對(duì)各類污染物均有較強(qiáng)、較快的適應(yīng)性,并可將其作為代謝底物降解和轉(zhuǎn)化因此,生物處理具有效果好、運(yùn)行費(fèi)用低、無(wú)二次污染等優(yōu)勢(shì),是保障可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)最有力的技術(shù)措施。[3]
生物技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)將朝著傳統(tǒng)技術(shù)的改良、與其他污染處理手段相結(jié)合和與現(xiàn)代高新技術(shù)相結(jié)合等方向發(fā)展,研究高效快速的工藝流程。
4.3生物技術(shù)在工業(yè)中的發(fā)展趨勢(shì)
工業(yè)生物技術(shù)的新崛起有兩個(gè)巨大的推動(dòng)力,即社會(huì)強(qiáng)烈需求和生物技術(shù)的進(jìn)步。人類社會(huì)發(fā)展迫切需要解決的問(wèn)題是資源、能源、人口、環(huán)境問(wèn)題.隨著生物技術(shù)突破性進(jìn)展,使得人類可以設(shè)計(jì)和構(gòu)建新一代的工業(yè)生物技術(shù),可高效快速地將各類可再生生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為新的資源和能源。工業(yè)生物技術(shù)在生物能源、生物材料以及生物質(zhì)資源化方面發(fā)揮著重要作用。[4]其中生物能源、生物材料、生物質(zhì)資源化等都是現(xiàn)在以及將來(lái)發(fā)展的重中之重。
4.結(jié)語(yǔ)
生物技術(shù)是2l世紀(jì)改變?nèi)藗兩罘绞阶钪匾目萍际侄?。發(fā)展生物技術(shù),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,將為國(guó)民經(jīng)濟(jì)培育新的增長(zhǎng)點(diǎn)。大力發(fā)展生物技術(shù)和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè),需要有高水平的專業(yè)技術(shù)人才,只有高水平的專業(yè)技術(shù)人才才能掌握現(xiàn)代生物技術(shù),為實(shí)現(xiàn)和發(fā)展生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn):
[1]歐陽(yáng)藩.生物技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展戰(zhàn)略[J].現(xiàn)代化工,2004(6):1-7.
[2]瞿禮嘉,顧紅雅,胡蘋等.現(xiàn)代生物技術(shù)導(dǎo)論[M].北京:高等教育出版社,1998.
現(xiàn)在,經(jīng)過(guò)幾個(gè)世紀(jì)的孕育發(fā)展,生物技術(shù)已進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展階段??萍疾肯嚓P(guān)負(fù)責(zé)人日前表示,生物技術(shù)是我國(guó)發(fā)展最快、潛力最大、與國(guó)外差距最小的領(lǐng)域之一??梢?jiàn),生物技術(shù)的發(fā)展勢(shì)頭之迅猛在產(chǎn)業(yè)發(fā)展史上是罕見(jiàn)的。人們已認(rèn)識(shí)到生物技術(shù)已逐步成為當(dāng)今高新技術(shù)群體中最富有活力的領(lǐng)域之一,并與信息技術(shù)、納米技術(shù)、新材料等其他高技術(shù)相互結(jié)合,正在全球范圍內(nèi)形成增值產(chǎn)業(yè)鏈,它的新概念和方法正帶動(dòng)農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品、能源、化工、環(huán)保等多領(lǐng)域技術(shù)的共同進(jìn)步。發(fā)展生物技術(shù)對(duì)解決當(dāng)今人類社會(huì)面臨的糧食、能源、資源、環(huán)境和健康等許多重大問(wèn)題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。更重要的是,利用好生物技術(shù),能夠有力的提升一個(gè)國(guó)家的生物安全?,F(xiàn)代研究已經(jīng)證明,生物技術(shù)的危害遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于核武器,因此生物安全已經(jīng)成為國(guó)家安全的關(guān)鍵點(diǎn)。
2007年1月29日,全國(guó)科技工作會(huì)議在北京召開(kāi),科技部部長(zhǎng)徐冠華在會(huì)上明確指出:“十五”期間,一批關(guān)乎經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重大技術(shù)被攻克。在生物技術(shù)領(lǐng)域中,尤其在超級(jí)稻育種技術(shù)、新藥創(chuàng)制等領(lǐng)域取得了重大突破;超級(jí)稻育種技術(shù)繼續(xù)保持世界領(lǐng)先; “863”計(jì)劃共有15個(gè)品種獲得一類新藥證書(shū),109個(gè)新藥品種進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。他還表示,科技部將在今年年內(nèi)正式啟動(dòng)實(shí)施若干項(xiàng)重大專項(xiàng)。在確保國(guó)家重大專項(xiàng)實(shí)施的基礎(chǔ)上,在重大醫(yī)療器械設(shè)備、海洋資源與環(huán)境等領(lǐng)域?qū)嵤┲攸c(diǎn)專項(xiàng)。會(huì)上還提出了2007年科技工作的新亮點(diǎn),將在綜合交叉和重要科學(xué)前沿領(lǐng)域進(jìn)行重點(diǎn)部署,組織實(shí)施干細(xì)胞、蛋白質(zhì)、生殖與發(fā)育等科學(xué)研究計(jì)劃,并在蛋白質(zhì)科學(xué)等領(lǐng)域籌建10個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。
在21世紀(jì)的今天,世界各國(guó)都在由政府牽頭,大力發(fā)展本國(guó)生物工程技術(shù)產(chǎn)業(yè)。發(fā)達(dá)國(guó)家均將生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)列為戰(zhàn)略高技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。面對(duì)生物技術(shù)不斷取得突破所帶來(lái)的發(fā)展機(jī)遇,我國(guó)政府也高度重視,在“十五”高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中,生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)被列入國(guó)家十二大高新技術(shù)工程,在國(guó)家“863”技術(shù)和科技攻關(guān)計(jì)劃的支持和推動(dòng)下,國(guó)內(nèi)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)向著國(guó)際化方向邁步。
由此可見(jiàn),我國(guó)生物技術(shù)與產(chǎn)業(yè)已經(jīng)開(kāi)始從跟蹤仿制到自主創(chuàng)新的轉(zhuǎn)變,從實(shí)驗(yàn)室探索到產(chǎn)業(yè)化的轉(zhuǎn)變,從單項(xiàng)技術(shù)突破到整體協(xié)調(diào)發(fā)展的轉(zhuǎn)變。生物技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)大幅度提高人類的健康水平,并可以引起醫(yī)藥的第四次革命浪潮。
轉(zhuǎn)基因新藥將進(jìn)入臨床試驗(yàn)
項(xiàng)目簡(jiǎn)介:轉(zhuǎn)基因動(dòng)物是利用細(xì)胞分裂,染色體倍增原理,通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法,將人或哺乳動(dòng)物的某種功能基因?qū)氩溉閯?dòng)物的受精卵(或早期胚胎細(xì)胞)里,使導(dǎo)入的基因能夠與受精卵的染色體DNA整合在一起。隨著細(xì)胞分裂染色體倍增而倍增,使動(dòng)物體內(nèi)的每一個(gè)細(xì)胞都帶有導(dǎo)入的基因,并能夠?qū)⑵浞€(wěn)定地遺傳到下一代的同類動(dòng)物。其不僅徹底將基因的培育工作從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到動(dòng)物體內(nèi),還能通過(guò)動(dòng)物自身的繁衍生殖。
項(xiàng)目負(fù)責(zé):醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)專家曾溢滔院士。
項(xiàng)目進(jìn)展:在未來(lái)5~10年內(nèi),轉(zhuǎn)基因新藥在我國(guó)就能進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段,開(kāi)始引領(lǐng)新一代醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)。
意義:應(yīng)用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器技術(shù)制造藥物是一種可以獲得巨額經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)的新型產(chǎn)業(yè)。
基因工程乙肝疫苗研究
工程簡(jiǎn)介:近年來(lái)乙肝疫苗占據(jù)了主導(dǎo)地位,在生物制藥領(lǐng)域,乙肝疫苗在市場(chǎng)上是巨頭。
目前,乙肝新疫苗保護(hù)的靶對(duì)象正逐漸擴(kuò)展為慢性肝病患者和肝炎病毒攜帶者,國(guó)外在單一抗原HBV疫苗基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了多種抗原疫苗,臨床表明預(yù)防甲肝、乙肝有效率在98%以上,因此合并有S抗原的Bio-Hep-B和Hepagene有望能替代現(xiàn)在廣為使用的重組疫苗;預(yù)測(cè)到2010年,相繼問(wèn)世的疫苗將占HBV疫苗市場(chǎng)的20%,DNA疫苗、口服植物性疫苗、聯(lián)合疫苗、治療性乙肝疫苗有望成為新的熱點(diǎn)。尤其是治療性乙肝疫苗與現(xiàn)有抗HBV藥物聯(lián)合應(yīng)用,將是肝炎新療法之一,在這一方面,江蘇復(fù)旦悅達(dá)生物技術(shù)擁有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的乙肝治療性疫苗已完成臨床研究,商品名為乙克。
工程負(fù)責(zé):江蘇復(fù)旦悅達(dá)生物技術(shù)公司
進(jìn)展與意義:目前乙肝疫苗尚在研究中。它是21世紀(jì)最具前景的疫苗品種,中國(guó)疫苗市場(chǎng)目前處在起步階段,從市場(chǎng)規(guī)模到消費(fèi)觀念均有較大的發(fā)展空間。
糖尿病及各種疾病臨床營(yíng)養(yǎng)支持治療學(xué)研究
簡(jiǎn)介:該系統(tǒng)根據(jù)各種計(jì)算公式與方法設(shè)計(jì)診療方案,并利用計(jì)算機(jī)完成各種運(yùn)算,綜合中醫(yī)飲食療養(yǎng)學(xué)及現(xiàn)代營(yíng)養(yǎng)學(xué)之所長(zhǎng),能夠?qū)嵤?duì)患者終生飲食治療的科學(xué)指導(dǎo),有力支持藥物治療及體育療法,有利于控制糖尿病的發(fā)展,預(yù)防各種并發(fā)癥的出現(xiàn)。
飲食療法雖然是糖尿病治療諸多環(huán)節(jié)中最重要、最基礎(chǔ)的措施,但是由于以往常用的飲食療法存在公式復(fù)雜、計(jì)算繁瑣、食譜固定、適用性差,因此不容易滿足患者飲食習(xí)慣的需求,致使患者飲食治療不到位,血糖控制不理想,不得不加大藥物的劑量,一方面增加了潛在的藥物副作用對(duì)人體的傷害,另一方面使患者背負(fù)了更大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。 “糖尿病及各種疾病的臨床營(yíng)養(yǎng)支持治療系統(tǒng)”在設(shè)計(jì)思想中,充分考慮了融合中西醫(yī)特色,旨在取長(zhǎng)補(bǔ)短,以提高糖尿病飲食治療的效果。力求達(dá)到畫(huà)面清晰、操作簡(jiǎn)單、使用方便。由于該系統(tǒng)設(shè)計(jì)良好的人機(jī)對(duì)話平臺(tái)界面,最終的結(jié)果均需通過(guò)人機(jī)交流來(lái)決定,能為每一位患者提供更人性化、個(gè)體化的科學(xué)、合理、全面的膳食指導(dǎo),不僅能夠充分尊重個(gè)人的飲食習(xí)慣,而且大大加強(qiáng)飲食療法的可操作性。
突破:本系統(tǒng)根據(jù)中醫(yī)藥學(xué)的特殊需要設(shè)計(jì)完成了中醫(yī)飲食療養(yǎng)庫(kù)。在中醫(yī)食物療養(yǎng)庫(kù)的文字錄入程序中,實(shí)現(xiàn)了中文智能識(shí)別的快速、批量、準(zhǔn)確的目標(biāo),同時(shí)利用模糊識(shí)別的方法檢索查詢中文信息,在完整保留古代資料的前提下,一方面最大限度地減少漢字?jǐn)?shù)據(jù)冗余,另一方面大大提高了檢索的精度及廣度。
意義:“糖尿病及各種疾病的臨床營(yíng)養(yǎng)支持治療系統(tǒng)”的開(kāi)發(fā)成功,為上述問(wèn)題的解決,搭建了一個(gè)簡(jiǎn)易的中文工作平臺(tái)。并具有極強(qiáng)的計(jì)算、統(tǒng)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)及打印功能,更有利于該項(xiàng)成果的迅速推廣應(yīng)用。
生物芯片檢測(cè)儀
簡(jiǎn)介:該設(shè)備是上海裕隆生物科技有限公司開(kāi)發(fā)的用于生物芯片反應(yīng)結(jié)果檢測(cè)的自動(dòng)化儀器,采用了光機(jī)電一體化技術(shù),能夠全自動(dòng)攝取、處理、分析、打印生物芯片檢測(cè)結(jié)果,采用了自動(dòng)找點(diǎn)技術(shù),智能性高,具有掃描范圍大、掃描速度快、靈敏度高、信噪比高、全自動(dòng)定位圖像分析技術(shù)、全自動(dòng)數(shù)據(jù)分析處理、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn),適用于利用化學(xué)發(fā)光原理的生物芯片反應(yīng)結(jié)果的檢測(cè)。
進(jìn)展:目前該項(xiàng)目處于中期階段。
意義:可用于科學(xué)研究、教學(xué)實(shí)習(xí)以及臨床檢驗(yàn)等多個(gè)領(lǐng)域,市場(chǎng)面向醫(yī)院、體檢中心、血站等醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)和科研院所。
生物芯片進(jìn)行骨髓分析處理技術(shù)
技術(shù)簡(jiǎn)介:一種利用生物芯片對(duì)骨髓進(jìn)行分析處理的技術(shù), 是把多個(gè)捐獻(xiàn)者的基因樣本采集到一張生物芯片上,同時(shí)進(jìn)行分析處理。而以往的技術(shù)一次只能對(duì)一個(gè)樣本分析處理。這種用于骨髓分型的生物芯片,只有手指大小,僅一張就可以存儲(chǔ)上萬(wàn)個(gè)人的白細(xì)胞抗原基因。據(jù)介紹,對(duì)人類白細(xì)胞抗原基因進(jìn)行分型是進(jìn)行器官移植和骨髓移植的前提,在我國(guó),這種技術(shù)長(zhǎng)期依賴進(jìn)口,價(jià)格很高。每進(jìn)行一份骨髓分型,就要支付500元費(fèi)用。
技術(shù)進(jìn)展:據(jù)介紹,目前美國(guó)骨髓庫(kù)數(shù)量接近600萬(wàn)人份,而中國(guó)只有36萬(wàn)人份,難以滿足患者的成功配型需要。如果要達(dá)到美國(guó)現(xiàn)在的水平,用通用的技術(shù)至少要20年,而采用生物芯片技術(shù),時(shí)間可以節(jié)省一半,費(fèi)用將節(jié)省1/3。
意義:日前由生物芯片北京國(guó)家工程研究中心研制成功,這在全球尚屬首次,它可以大大提高骨髓分型的速度和準(zhǔn)確度。
生物特征識(shí)別核心技術(shù)研究
技術(shù)簡(jiǎn)介:該課題是在人臉檢測(cè)、面部特征提取、人臉識(shí)別與確認(rèn)等核心算法、關(guān)鍵問(wèn)題解決方案、應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的成就。在課題組完成的二十余種算法中,大部分是獨(dú)立提出的,有一部分是對(duì)現(xiàn)有算法的優(yōu)化和改進(jìn),而且成果已獲得實(shí)質(zhì)性應(yīng)用。在指紋識(shí)別方面,提出了混合模型的定義和復(fù)有理多項(xiàng)式的方向圖模型等一種新的基于模型的指紋奇異點(diǎn)求取方法,并首次提出了斷紋的概念,在相關(guān)成果的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了一個(gè)用于門禁的指紋識(shí)別系統(tǒng)。在掌紋識(shí)別、在線簽名認(rèn)證和多生物特征融合方面,獨(dú)創(chuàng)地給出了皺紋的定義,并設(shè)計(jì)了一種新穎的方向圖計(jì)算方法來(lái)準(zhǔn)確的計(jì)算點(diǎn)的方向。完成了由皺紋點(diǎn)到皺紋的折線段描述。實(shí)現(xiàn)了一種融合人臉和指紋的身份認(rèn)證系統(tǒng)。
技術(shù)突破:在基于人臉重心模板的實(shí)時(shí)人臉檢測(cè)、基于自適應(yīng)樣本重采樣技術(shù)的實(shí)時(shí)人臉檢測(cè)、基于遺傳算法的學(xué)習(xí)集擴(kuò)展方法、結(jié)合人臉圖像加光技術(shù)的特定人臉子空間人臉識(shí)別、基于變換域子空間判別分析的人臉識(shí)別與確認(rèn)、基于球面諧波的光照估計(jì)和光照補(bǔ)償策略、基于3D重建的姿態(tài)校正方法、誤配準(zhǔn)災(zāi)難問(wèn)題研究、基于AdaBoost的人臉識(shí)別方法、基于多分量統(tǒng)計(jì)子空間判別分析等研究方面達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。生物特征識(shí)別技術(shù)在國(guó)家機(jī)關(guān)及社會(huì)安防領(lǐng)域具有廣泛而特殊的用途。
技術(shù)進(jìn)展:該項(xiàng)目處于中期階段。
意義:研究成果整體處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平。
高強(qiáng)度淺封堵技術(shù)研究
技術(shù)簡(jiǎn)介:隨著人們對(duì)微觀力學(xué)和宏觀力學(xué)的研究,提出了通過(guò)緊密堆積理論和材料顆粒大小分布來(lái)提高材料的宏觀力學(xué)性能的技術(shù)思路,通過(guò)調(diào)節(jié)混合物固相的不同顆粒尺寸分布,進(jìn)行級(jí)配和加工,使堵劑體系含有多種尺寸顆粒,實(shí)現(xiàn)良好的孔隙充填和混合物的緊密堆積,即單位體積堵劑中含有更多固相,從而得到高性能的堵劑。新型高強(qiáng)度堵劑主要由主劑、減輕劑、增強(qiáng)劑以及相配套的分散劑、懸浮劑等外加劑組成,采用減輕劑、增強(qiáng)劑兩種材料復(fù)配使用,既滿足了密度指標(biāo)的要求,又保證了漿體的沉降穩(wěn)定性?,F(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)施工需要配制出密度1.3 g/cm3~1.9g/cm3,適應(yīng)溫度為室溫~150℃的堵劑。
成果分析具體如下:1.研制出高強(qiáng)度堵劑的主體配方并分析了堵劑各組分的變化對(duì)堵劑性能的影響。 2.通過(guò)巖芯試驗(yàn)表明堵劑對(duì)不同滲透率巖芯都具有很強(qiáng)的堵塞能力,滲透率在20μm2左右的巖芯的堵塞率達(dá)98%以上,10μm2左右?guī)r芯(長(zhǎng)度為24cm)突破壓力在10MPa以上。 3.進(jìn)行了8口井的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),成功率100%,累計(jì)增油5000余噸,創(chuàng)產(chǎn)值200多萬(wàn)元,取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益?,F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明其對(duì)高滲透層(或大孔道)具有非常強(qiáng)的封堵作用,可用于注水井調(diào)剖施工及油井堵水施工。 4.高強(qiáng)度堵劑具有較強(qiáng)的自然選擇性能,能夠優(yōu)先進(jìn)入高滲透層(或大孔道)、帶并形成有效封堵。 5.高強(qiáng)度堵劑具有較廣的適應(yīng)性,可用于砂巖、灰?guī)r等不同地址特征條件下的調(diào)剖堵水施工。
技術(shù)進(jìn)展:目前處于中期階段,該項(xiàng)目經(jīng)過(guò)一年的研究工作,取得了顯著成果,達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。
“中科紅”海灣扇貝繁育
簡(jiǎn)介:“中科紅”海灣扇貝是在張福綏院士引進(jìn)海灣扇貝的基礎(chǔ)上,突破構(gòu)建海灣扇貝自交系和雜交系的技術(shù)障礙,構(gòu)建了“殼色-生長(zhǎng)”育種模式,培育出橘紅殼色、性狀優(yōu)勢(shì)明顯的海灣扇貝新品種,其生長(zhǎng)速度較海灣扇貝常規(guī)養(yǎng)殖對(duì)象提高 15.6%,成活率提高 19.2%。同時(shí)也創(chuàng)立了貝類家系育種新途徑,構(gòu)建了新的育種模式。
專家介紹,對(duì)繁育的“中科紅”海灣扇貝苗種數(shù)量和規(guī)格都進(jìn)行了隨機(jī)取樣測(cè)量,并采用目測(cè)法對(duì)殼色純度進(jìn)行了檢驗(yàn)。檢驗(yàn)測(cè)量結(jié)果顯示:“中科紅”海灣扇貝苗種數(shù)量2544萬(wàn)粒,平均個(gè)體殼高2.6±0.5 mm,最大個(gè)體殼高3.5mm,最小個(gè)體殼高1.5 mm。紅殼色個(gè)體比例達(dá)92%以上。
目前國(guó)內(nèi)外對(duì)創(chuàng)新型人才的定義尚未統(tǒng)一,現(xiàn)有研究主要從以下三個(gè)角度來(lái)對(duì)創(chuàng)新型人才加以解釋:從創(chuàng)新型人才本身的綜合素質(zhì)加以定義,從創(chuàng)新型人才的價(jià)值加以定義,綜合創(chuàng)新型人才的素質(zhì)和價(jià)值加以定義。通俗講,創(chuàng)新型人才,就是具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的人才,通常表現(xiàn)出靈活、開(kāi)放、好奇的個(gè)性,具有精力充沛、堅(jiān)持不懈、注意力集中、想像力豐富以及富于冒險(xiǎn)精神等特征。現(xiàn)有的大學(xué)生科技創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)施辦法對(duì)于培養(yǎng)和提高大學(xué)生科技創(chuàng)新意識(shí)和能力都發(fā)揮了較好的作用,但還存在一定缺陷。
1.1理論研究滯后,缺少完善的評(píng)價(jià)模式
目前,創(chuàng)新型人才和創(chuàng)新能力受到了廣泛關(guān)注,但創(chuàng)新能力的界定和內(nèi)涵尚未取得一致的認(rèn)識(shí)。特別是創(chuàng)新能力是一種綜合能力的體現(xiàn),不同專業(yè)人才所需具備要素構(gòu)成不完全相同。鄧成超等認(rèn)為大學(xué)生創(chuàng)新能力主要由創(chuàng)新思維、創(chuàng)新學(xué)習(xí)和創(chuàng)新操作構(gòu)成。胥群從心理層面指出創(chuàng)新能力包含創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技能和創(chuàng)新情感。紀(jì)延光等則認(rèn)為大學(xué)生創(chuàng)新能力有基礎(chǔ)要素、創(chuàng)新要素、協(xié)作要素三大組成要素。金琴將創(chuàng)新能力分成了創(chuàng)新學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新知識(shí)基礎(chǔ)、創(chuàng)新思維能力和創(chuàng)新技能4個(gè)指標(biāo)。而針對(duì)不同專業(yè)更有不同的內(nèi)涵界定。但目前任何一種研究尚局限于理論探索階段,尚沒(méi)有成為一致認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn),可操作性不足。另一方面,我國(guó)高等教育規(guī)模龐大,專業(yè)種類繁多,辦學(xué)層次、辦學(xué)歷史、辦學(xué)水平差異很大,采用統(tǒng)一的評(píng)價(jià)模式自然不能滿足客觀需要。對(duì)于生物技術(shù)這種理工結(jié)合、理論與實(shí)踐兼顧,辦學(xué)歷史不長(zhǎng),學(xué)科仍處于不斷快速發(fā)展之中的專業(yè),相關(guān)研究更顯不足。
1.2評(píng)價(jià)形式單一,評(píng)價(jià)內(nèi)容片面
長(zhǎng)期以來(lái),我國(guó)對(duì)學(xué)生總體水平和素質(zhì)的評(píng)價(jià)大多局限于閉卷考試,對(duì)人才的培養(yǎng)多以考試成績(jī)?yōu)槲ㄒ粯?biāo)準(zhǔn),評(píng)價(jià)形式單一,這種從小學(xué)延續(xù)至大學(xué)的評(píng)價(jià)模式桎梏了大多數(shù)人的創(chuàng)新性和主觀能動(dòng)性。近年來(lái),許多高校逐步改變了對(duì)大學(xué)生以分?jǐn)?shù)作為唯一標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)體系。開(kāi)始從課外活動(dòng)、科學(xué)研究參與、校外暑期實(shí)踐、參與科技競(jìng)賽活動(dòng)、獲獎(jiǎng)以及人文藝術(shù)修養(yǎng)等方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),為更客觀全面評(píng)價(jià)創(chuàng)新型人才提供了一些有益和可操作的經(jīng)驗(yàn)。但總體講,評(píng)價(jià)內(nèi)容仍未脫離以分?jǐn)?shù)為絕對(duì)主體的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),上述活動(dòng)在執(zhí)行中仍面臨參與人數(shù)少、敷衍應(yīng)付、不具有強(qiáng)制性的尷尬?,F(xiàn)有評(píng)價(jià)內(nèi)容多體現(xiàn)出對(duì)知識(shí)的掌握程度。
1.3評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)缺陷,重結(jié)果輕過(guò)程
現(xiàn)有評(píng)價(jià)體系中,過(guò)于強(qiáng)調(diào)考試的作用,看重的是最終評(píng)價(jià),往往以一次考核來(lái)評(píng)定學(xué)生的優(yōu)劣。這種應(yīng)試化傾向的大學(xué)生學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)體系導(dǎo)致大學(xué)生主體性的喪失,而培養(yǎng)創(chuàng)新能力的關(guān)鍵就在于提升人的主體性。此外,評(píng)價(jià)的主體是任課老師、評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)是分?jǐn)?shù),而對(duì)于過(guò)程和課外往往是忽視的。創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)是一個(gè)長(zhǎng)期的動(dòng)態(tài)過(guò)程,每個(gè)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力亦是動(dòng)態(tài)發(fā)展和不斷積累的,且由于人的興趣愛(ài)好、特長(zhǎng)不同,創(chuàng)新能力體現(xiàn)的方面亦會(huì)有所差別,而現(xiàn)有評(píng)價(jià)機(jī)制往往缺少對(duì)創(chuàng)新能力的動(dòng)態(tài)把握,不能在教學(xué)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)創(chuàng)新能力的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià),不能切實(shí)發(fā)揮教學(xué)評(píng)價(jià)體系的導(dǎo)向和激勵(lì)作用,制約了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
2生物技術(shù)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)評(píng)價(jià)體系對(duì)策分析
2.1從共性和多樣性角度界定創(chuàng)新型人才評(píng)價(jià)的內(nèi)涵
在創(chuàng)新型人才評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)上,既要堅(jiān)持人的共性發(fā)展原則,又要突出人的個(gè)性特質(zhì)。在創(chuàng)新性人才評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)上,既要具備創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技能等能力建設(shè),又不能忽視精神層面、培養(yǎng)手段科學(xué)性、培養(yǎng)環(huán)境建設(shè)等多方面的要素。同時(shí),專業(yè)、學(xué)科的差異使得這一內(nèi)涵應(yīng)具備專業(yè)所需要的特有標(biāo)準(zhǔn),文科、理科、工科,以及本科教育、研究生教育及職業(yè)教育所蘊(yùn)含的創(chuàng)新能力要求呈現(xiàn)出多樣性。如生物類專業(yè)中生物技術(shù)和生物工程則應(yīng)有所區(qū)別,生物技術(shù)側(cè)重的是科學(xué)開(kāi)發(fā)的創(chuàng)新,目前我國(guó)生物技術(shù)企業(yè)最需要就是研究開(kāi)發(fā)型人才,占此類人才需求的58.3%,但“重理論、輕實(shí)踐”培養(yǎng)出的生物技術(shù)人才應(yīng)用性又較低,導(dǎo)致企業(yè)招不到合適人才與生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生就業(yè)困難并存。生物工程人才應(yīng)側(cè)重的是工程技術(shù)設(shè)計(jì)、工藝流程的掌握與改進(jìn)、技術(shù)開(kāi)發(fā)等方面。因此,專業(yè)特點(diǎn)應(yīng)在創(chuàng)新型人才的評(píng)價(jià)體系中得到體現(xiàn)。
2.2改革傳統(tǒng)課程考核評(píng)價(jià)方法
目前,在大多數(shù)課程考核中同樣體現(xiàn)出評(píng)價(jià)體系結(jié)構(gòu)的局限性:閉卷考試多,開(kāi)卷考試少,題型客觀題多,主觀發(fā)揮題型、思維題型量少;上課內(nèi)容和實(shí)踐內(nèi)容陳舊、教學(xué)內(nèi)容方式不夠靈活、探究少;學(xué)生參與少、動(dòng)腦機(jī)會(huì)少。傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和考核方式不需要太多的靈活運(yùn)用和平時(shí)知識(shí)積累,許多同學(xué)通過(guò)短暫的突擊就能應(yīng)付考試過(guò)關(guān)。因此,我們?cè)诮虒W(xué)中增加提問(wèn)探究環(huán)節(jié),考試環(huán)節(jié)增加主觀題型、提高了無(wú)統(tǒng)一答案的試題比例,甚至在部分課程增加了學(xué)生自己查找資料、制作幻燈片和上臺(tái)講課的環(huán)節(jié),收到了較好的教學(xué)效果,調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性。近年來(lái)生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生在各種創(chuàng)新競(jìng)賽和社會(huì)調(diào)研活動(dòng)中成績(jī)不俗:如《賽克(cycle)生態(tài)農(nóng)業(yè)科技有限公司創(chuàng)業(yè)計(jì)劃書(shū)》獲第七屆“挑戰(zhàn)杯”中國(guó)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競(jìng)賽榮獲金獎(jiǎng);“規(guī)?;i場(chǎng)糞便污水生物處理及資源化工藝”獲第一屆全國(guó)大學(xué)生節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。
2.3完善實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系提高學(xué)生創(chuàng)新能力
實(shí)踐教學(xué)作為生物技術(shù)專業(yè)教學(xué)體系的一個(gè)重要組成部分,包含了校內(nèi)實(shí)驗(yàn)性教學(xué)環(huán)節(jié),以及畢業(yè)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、參與科研活動(dòng)、參加學(xué)術(shù)講座活動(dòng)、申請(qǐng)承擔(dān)研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃等彈性較大的其他實(shí)踐活動(dòng)?,F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)實(shí)踐質(zhì)量評(píng)價(jià)體系大多以實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)習(xí)報(bào)告為依據(jù),沒(méi)有細(xì)化的評(píng)價(jià)指標(biāo),忽視了教師教學(xué)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)效果等情況的評(píng)價(jià)。而一個(gè)良好的實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)體系對(duì)調(diào)動(dòng)教師的創(chuàng)新性和學(xué)生的積極性至關(guān)重要。因此,建立涵蓋實(shí)驗(yàn)教師教學(xué)質(zhì)量、實(shí)驗(yàn)效果信息反饋和合理實(shí)驗(yàn)成績(jī)構(gòu)成的評(píng)價(jià)體系將有利于提高實(shí)驗(yàn)實(shí)踐在創(chuàng)新思維培養(yǎng)、創(chuàng)新能力鍛煉中的主導(dǎo)地位。一個(gè)良好的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)體系應(yīng)包含合理的教學(xué)內(nèi)容、貫穿全過(guò)程的量化指標(biāo),有利于強(qiáng)化教師的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)和責(zé)任意識(shí),引導(dǎo)教師開(kāi)展教學(xué)創(chuàng)新研究。實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系在提高學(xué)生創(chuàng)新能力,提高人才培養(yǎng)質(zhì)量方面的研究已有一定報(bào)道,并且收到了比較好的效果。郭風(fēng)法將實(shí)驗(yàn)課教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)分為教學(xué)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和學(xué)生情況等五個(gè)方面,每一方面包含若干評(píng)價(jià)指標(biāo)。我們通過(guò)設(shè)置配套的教學(xué)與科研緊密結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,完善管理措施,將實(shí)驗(yàn)教學(xué)從基拙性向研究綜合性、開(kāi)放性推進(jìn),特別是與企業(yè)緊密合作,顯著提高了學(xué)生的研發(fā)能力。近2年獲得湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)2項(xiàng),校級(jí)大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)及創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目3項(xiàng),學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力得到明顯提升,一批學(xué)生進(jìn)入中國(guó)科學(xué)院、上海交通大學(xué)、廈門大學(xué)等單位攻讀碩士研究生,表現(xiàn)出較好的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>
2.4建立覆蓋學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)機(jī)制
生物學(xué)科 生物醫(yī)學(xué)工程 生物技術(shù) 生物學(xué)論文 生物教學(xué) 生物科學(xué)論文 生物科技論文 生物醫(yī)藥論文 生物化學(xué) 生物統(tǒng)計(jì)論文 紀(jì)律教育問(wèn)題 新時(shí)代教育價(jià)值觀