生物实验现状分析及实验技术改进与创新

生物实验现状分析及实验技术改进与创新

曹亮亮

身份证号码：360428199602273710

摘要：随着科技的不断发展，新材料是经济社会发展的物质基础，高新技术和高精尖产业发展的先导。发达国家高度重视新材料研发和产业化发展，提出了一系列旨在加速新材料发展的研究计划，推动了大数据、人工智能（AI）技术在材料领域的应用，逐步构建了新材料研发智能化技术体系，正在形成有利于智能化关键技术研发与应用的科技、社会、市场生态。未来5~10年，新材料研发智能化将成为材料领域主要的发展模式，相应关键技术发展程度、基础设施与支撑平台建设水平、多学科交叉的复合型人才培养质量，将决定新材料领域原始科技创新能力，对高新技术发展产生深远影响。

关键词：生物实验；现状分析；实验技术；改进与创新

引言

当前，随着科学技术的高速发展，生物医疗、生命科学、生物技术、基因工程、食品医药等领域都取得了大量的科研成果。科研成功的背后离不开实验动物的“功劳”。动物实验在药品研发、疾病的病理、生理及机理研究等方面发挥巨大的推进作用，但是在现实的动物实验中，存在动物实验的必要性、合理性及动物的伦理问题，成为学界争议的热点。一门医学课程，只是注重专业知识和技能的传授，而忽视人文精神的培育，则很难培养出德高望重、技艺超群的高素质医药人才。医学课程作为一门应用学科，在当今医学和生命科学发展中都离不开实验，不可避免遇到各种生物伦理学问题。

1生物力学实验

生物力学实验研究通过实验研究生物组织的力学特性，血管生物力学是生物力学的重要研究内容，早期具有代表性的是世界“生物力学之父”冯元桢先生提出的血管力学性能实验研究。健康年轻个体血管壁的力学性质主要取决于中膜，随着年龄增加，钙化的内膜在血管壁固体力学中的作用越来越重要，血管生物力学特征发生了改变。血管生物力学研究最基础的力学研究方法是力学测试，其中拉伸实验应用最为广泛。拉伸实验作为一种简单有效的方法，有助于量化动脉壁的机械响应，从而更好地理解这些组织的病理生理力学性能，因此被广泛应用于研究动脉相关力学问题。拉伸实验被认为是一种力学性能测定的标准方法，在其过程中要通过数字图像相关法对拉伸过程的图像进行分析，从而进一步计算物体的全程位移以及应力应变情况。

2新材料研发智能化技术国际研究进展

2.1材料智能计算设计技术及软件

随着材料计算理论及相应算法的发展、计算机算力的提升，材料计算已经贯穿新材料研发的整个流程，成为新材料理性设计的重要手段和基础技术；支持材料物理和化学机制探索，建立材料成分–结构–性能之间的构效关系；支持材料成分筛选、结构设计、工艺优化，提高发现新材料的效率；支持材料性能优化、寿命预测，加速产品研发迭代并促进工程化应用。材料计算模拟与AI融合，提高了材料计算在新材料研发过程中的贡献度，相应研究范围持续拓宽，从解释实验、预测实验发展到替代实验，研究对象趋向多尺度、复杂和真实体系，应用范围从新材料研发链扩展到生产链、应用链。

2.2数据驱动的材料研发与数字孪生

以材料大数据为基础、AI为核心的新材料研发智能化，孕育着材料科技和产业的变革，成为颠覆性前沿技术。多个国家从抢占未来科技制高点的角度，前瞻布局材料数据基础设施建设，积极研发材料AI核心软件。针对材料数据多源、多模态、多粒度、多维度的特点，研究材料数据存储技术、数据交换标准与协议、云资源管理技术等。应用非关系型数据库技术，提升材料数据存储系统的可扩展性，便于数据的个性化表达、高效存储及检索。基于自然语言处理算法实现机器的语义知识理解，直接从科技等文本语言中获取材料知识，支持新材料预测和发现。

2.3材料研发智能化平台和基础设施

建设网络化协同的材料研发智能化平台、基础设施等条件，是新材料研发智能化技术发展、规模化应用的直接需求。以美国材料基因组计划为例，实施初期（2011年）拟建15个创新平台，2015年扩大到45个，多个领域的科研机构、企业等参与创新平台建设；在自然科学基金会的支持下，建设界面材料分析发现、二维晶体材料、生物高分子材料、聚糖材料等智能化创新平台，革新材料制备/加工、表征/评价、理论/建模/仿真等研发模式及支撑条件，形成工具、代码、样本、数据、技术共享的良好生态。

3生物实验现状分析及实验技术改进与创新

3.1有效开展设备的期间核查

期间核查的目的是保障设备性能的稳定性，从而保障试验结果的公正性，新条款增加对生物安全柜的期间核查要求。根据生物安全柜的检定规程来看，全量开展生物安全柜的核查工作涉及的主要性能参数有照度、噪声、风速、烟雾测试、尘埃粒子等，这些参数的监测也需要相应的辅助设备，对于设备不能全量满足的实验室，在制定和评价期间核查规程时，可着重最有效反映设备性能的参数来进行管控，如风速和尘埃粒子，这2项测试结果对安全柜内部的环境有着最直接的影响，同时也是评价相应滤芯更换的重要数据来源，因此在期间核查时，可对性能指示性比较强的参数制定核查规程，以维持设备的性能稳定。

3.2重视设备的管理应用

用好影响试验结果的设施设备生物类试验的开展依托的设备主要分为4种类别：环境保障类、器具消杀类、称量类和温度控制类。环境保障类，除去整体试验环境的空调系统外，在具体的试验过程中用到层流台、超净工作台和生物安全柜等维持环境的设备，在使用和维护的过程中要注重设备的清洁保养，除每次试验开展前后的日常清洁外，还应结合具体的使用情况对设备的线路、进出风口、顶灯、滤网等进行维护保养，以保障设备性能的持续性和稳定性。器具消杀类，主要涉及干热灭菌和湿热灭菌。湿热灭菌类的设备主要以压力容器为主，在日常的使用、维护和保养过程中，除日常的清洁维护保养外，应重点关注灭菌效能和容器本身的安全性。

3.3空调风机系统的运维

生物类实验室对环境温湿度及洁净度等有着明确的要求，因此日常工作的开展过程中，为保障环境条件满足试验要求，需控制多个环境参数。除常规的清洁维护外，应重点关注环境中悬浮粒子和沉降菌的变化情况，在整个系统运行有序的情况下，这2个参数是能满足实验室的洁净等级要求。出现异常变化时，除清洁带来的影响外，应重点考虑风机的过滤系统，依次排查压差、初效、中效、高效及进风口和出风口等位置，并根据实际使用情况更换相应的配套设施。

结语

实验是生物学科形成和发展的“港湾”，同时是探索生命活动规律的基本手段。生物也是生命体，生物实验中应该有伦理的要求，实验为医学研究做出了巨大的牺牲，医学生应在实验生物前及过程中充分尊重实验生物，正确认识和对待实验生物的生命，尊重生命而不是亵渎生命。因此，在生物实验中融入伦理学教育非常重要。虽然，我国在生物伦理学方面的实践要落后于西方国家，但是近些年来科学研究领域普遍开始关注生物伦理问题，呼吁推动发展生物伦理的号召越发高涨，总体发展的趋势在不断改进中。生物实验室的安全和有效运行需要软件资料和硬件设备的共同提升而得以实现，同时在体系运行的全过程中，人员更是各流程环节的关键核心。同时也对国家的顶层设计给出导向性意见，未来能否实现从有到优、由量转质的蜕变，还需要在探索实践总结的基础上，强化融创性研究，为推动经济社会的高质量发展持续攻坚。

参考文献

[1]裴云飞,柴海燕,孙衍波,等.食品药品检验机构生物安全实验室设施设备运行维护管理探讨[J].中国药师,2022,25(6):1064-1067,1081.

[2]黄先菊．医学伦理学教育与药理学专业的结合[J]．中国医学伦理学，2005，（01）:38-39．