17 病理学常用技术的原理及应用

第一篇：17 病理学常用技术的原理及应用

第十七章病理学常用技术的原理及应用

第一节大体与组织和细胞病理学技术(一)大体观察

主要运用肉眼或辅以放大镜、量尺和磅秤等工具．对大体标本的病变性状(形状、大小、重量、色泽、质地、界限、表面及切面形态、与周围组织和器官的关系等)进行细致地剖检、观察、测量、取材和记录，必要时可摄影留作资料。大体观察不仅是病理医师的基本功和正确病理诊断的第一步。也是医学生学习病理学的主要方法之一。(二)组织病理学观察

将肉眼确定为病变的组织取材后，以福尔马林(fOmlahn，甲醛)溶液固定和石蜡包埋制成切片，经不同的方法染色后用光学显微镜观察。通过分析、综合病变特点，作出疾病的病理诊断。组织切片最常用的染色方法是苏木素一伊红(}~ematoxylin antl eosin，HE)染色。迄今，这种传统的方法仍然是诊断和研究疾病最基本和最常用的方法。若仍不能做出诊断或需要进一步研究时，则可辅以一些特殊染色、免疫组化和其他观察技术。(三)细胞病理学观察

通过采集病变处的细胞，涂片染色后进行观察、诊断。细胞的来源可以是运用各种采集器在口腔、食管、鼻咽部、女性生殖道等病变部位直接采集的脱落细胞，也可以是自然分泌物(如痰、乳腺溢液、前列腺液)、体液(胸腹腔积液、心包积液和脑积液)及排泄物(如尿)中的细胞，以及通过内镜采集的细胞或用细针直接穿刺病变部位(如乳腺、甲状腺、前列腺、淋巴结、胰腺、肝、肾等)，即细针穿刺(fine neecUe aspiI-ation，FNlA)所吸取的细胞。细胞学检查除了用于病人外，还用于肿瘤的普查。该方法设备简单，操作简便，病人痛苦少易于接受，但最后确定是否为恶性病变尚需进一步经活检证实。此外，细胞学检查还可用于对激素水平的测定(如阴道脱落细胞涂片)及为细胞培养和DNA提取’等提供标本。

第二节 组织化学与免疫组织化学技术(一)组织化学(histochemistry)一般称为特殊染色，通过应用某些能与组织或细胞的化学成分进行特异性结合的显色试剂．定位地显示病变组织、细胞的特殊化学成分(如蛋白质、酶类、核酸、糖类、脂类等)，同时又能保存组织原有的形态改变，达到形态与代谢的结合。如用过碘酸schiff反应(PAS)显示细胞内糖原的变化；用苏丹Ⅲ染色显示细胞内的脂肪滴等。在肿瘤的诊断和鉴别诊断中也可用特殊染色方法。如用PAS染色可区别骨Ewing肉瘤和恶性淋巴瘤，前者含有糖原而呈阳性，后者不含糖原呈阴性；用磷钨酸苏木素(PTAH)染色可显示横纹肌肉瘤中瘤细胞胞质内的横纹。

(二)免疫组织化学与免疫细胞化学(irrlmLJnohistochem‘lst吖and imrTlUrlOCytOCrlelTlistry)免疫组织化学(免疫组化)和免疫细胞化学是利用抗原抗体的特异性结合反应来检测和定位组织或细胞中的某种化学物质的一种技术，由免疫学和传统的组织化学相结合而形成。免疫组化染色技术不仅有较高的敏感性和特异性，同时具有将形态学改变与功能、代谢变化结合起来，直接在组织切片、细胞涂片或培养细胞爬片上原位确定某些蛋白质或多肽类物质的存在的特点，并可精确到亚细胞结构水平，结合电子计算机图像分析技术或激光扫描共聚焦显微技术等，可对被检测物质进行定量分析。

1．免疫组化染色方法和检测系统 免疫组化染色方法有很多，按标记物的性质可分为荧光法(荧光素标记)、酶法(辣根过氧化物酶，碱性磷酸酶等)、免疫金银及铁标记技术等：按染色步骤可分为直接法(又称一步法)和间接法(二步、三步或多步法)；按结合方式可分为抗原一抗体结合，如PAP法和标记的葡聚糖聚合物(1abeled dextran polymer’，LDP)法．以及亲和连接，如ABC法、标记的链亲和素一生物素(1abeled streptavidin—biotin．LSAB)法等，其中LSAB法和LDP法是最常使用的方法。两步LDP法即Envision法．具有省时、操作简便、受内源性生物素干扰少等优点，但成本高于LSAB法。免疫组化染色常用的检测显示系统见表17—1。最常用的检测显示系统是辣根过氧化物酶(HRP)一二甲基联苯胺(DAB)系统，阳性信号呈棕色细颗粒状。2．免疫组化染色的反应结果和质量控制 免疫组化中常见的抗原表达模式有以下几种(图17—1)：①细胞膜线性阳性反应，大多数淋巴细胞分化抗原定位于细胞膜，如c1920、CD3等的标记呈细胞膜线性阳性反应；②细胞质的阳性反应，根据抗原的亚细胞结构定位不同，又有数种表现形式，如细胞角蛋白(cytoker。atin，cK)以及一些中间丝蛋白(vimentirl)。主要分布在近细胞膜处的胞质内；cDl5和cD30等抗体的染色呈胞质内局限性点状阳性反应；bcl一2蛋白等定位于线粒体的抗原常表现为细胞质内弥漫性阳性反应；③细胞核阳性反应，如I(i一67、雌激素受体(ER．)蛋白、孕激素受体(PR)蛋白等。有些抗体可同时出现细胞质和细胞膜的阳性表达，如EMA可呈细胞膜阳性和胞质内弥漫性阳性反应，cDl5和(]D30抗体可同时呈细胞膜阳性和胞质内点状阳性反应等。

影响免疫组化染色质量的因素很多，在实验过程中应注意组织的取材和固定，选择高质量的商品化抗体，恰当地选择和使用封闭和抗原修复手段，规范技术操作，合理设立对照等。假阴性反应见于组织内待测抗原已被分解破坏，或抗原含量过低，或固定剂使用不当，抗体质量不佳或稀释度不当等；反之，由于抗体与非待检抗原发生交叉反应，或组织对抗体的非特异性吸附以及内源性过氧化酶(endogenous per’oxidase)未被阻断等则可出现假阳性结果。这些都可能造成判断的失误。

3．免疫组化染色技术的应用 随着大量商品化的单克隆和多克隆抗体的出现。配套试剂盒的使用及方法学的不断完善，使免疫组化染色已经成为医学基础研究和临床病理诊断中应用最为广泛的病理技术手段之一。免疫组化技术可用于各种蛋白质或肽类物质表达水平的检测、细胞属性的判定、淋巴细胞的免疫表型分析、细胞增殖和凋亡的研究、激素受体和耐药基因蛋白表达的检测，以及细胞周期和信号转导的研究等。目前。免疫组化染色已经成为病理诊断中必不可少的检测手段。下述的非放射性原位杂交、原位PcR和原位末端标记DNA片段等技术也是在免疫组化染色技术的基础上发展起来的。

第三节 电子显微镜技术

1931年德国的Knoll和R。tska研制成功了世界上第一台电子显微镜，通过由电子束和电子透镜组合成的电子光学系统的多极放大后，可以将微小物体放大成像，极大地提高了分辨率。普通光学显微镜的分辨极限是0．2斗m，而目前最好的电镜的分辨率可达0．14nm，有效放大倍数为100万倍。透射电子显微镜(translm‘SSl‘On electron micr，oscope，TEM)是最早、最广泛应用于医学领域的一种电镜，之后又相继诞生了扫描电镜、超高压电镜等。电子显微镜和光学显微镜的基本原理相同，不同的是光镜的照明源是可见光，而电镜是以电子束为光源。电镜的透镜不是玻璃而是轴对称的电场或磁场。电镜技术使病理学对疾病的认识从组织、细胞水平深入到细胞内超微结构水平，观察到了细胞膜、细胞器和细胞核的细微结构及其病理变化，大大开阔了人们的视野，并由此产生了亚细胞结构病理学(刚hcelhalat’stnlcture pathology)，又称超微结构病理学(ultrastr．uCtural pathology)。

由于电镜的分辨率高，因此电镜样本的处理和超薄切片的制作技术比光镜制片更为精细和复杂．但基本过程相似，仍包括组织取材、固定、脱水、浸透、包埋、切片和染色等。电镜样本的制备与常规病理制片不同之处有：①要求组织新鲜，选择有代表性的区域进行小块多点取材；②双重组织固定，常用的化学固定剂有锇酸、醛类固定剂和高锰酸钾等；③环氧树脂包埋；④半薄切片经染色进行组织定位后再切制超薄切片；⑤重金属盐如醋酸铀或枸橼酸铅等染色。

电镜技术在生命科学领域可用于胚胎及组织发生学方面的观察和研究，如通过电镜可以了解肿瘤间质新生血管芽的发生和形态特点(图17—

2、图17—3)；在临床上可用于多种疾病亚细胞结构病变的观察和诊断，特别是肾小球疾病及肌病的诊断；疑难肿瘤的组织来源和细胞属性判定。如一些去分化、低分化或多向分化肿瘤的诊断和鉴别诊断。随着电镜技术的，不断发展以及与其他方法的综合使用，还出现了免疫电镜技术、电镜细胞化学技术、电镜图像分析技术及全息显微技术等。但电镜技术也有其局限性，如设备昂贵、样本制作较复杂；样本取材少。观察范围有限，有时还可能会遗漏信息：当用于辅助肿瘤的病理诊断时，只能判定肿瘤的组织或细胞的来源，不能确定肿瘤的良恶性。

第四节 显微切割技术" 显傲切割术(nLICI·odissection)是20世纪90年代初发展起来的一门新技术，它能够从组织切片或细胞涂片上的任一区域内切割下几百个、几十个同类细胞，甚至单个细胞(图17—4)。再进行如PcR、PcR—SS(：P及比较基因组杂交等有关的分子水平的研究。

用于显微切割的组织切片可以是冷冻切片、石蜡包埋的组织切片或细胞涂片。切片的厚度可为4～10斗m，冷冻切片需经甲醛或乙醇固定。另外，用于显微切割的组织切片还必须染色，以便于进行目标细胞群或单一细胞的定位。染色可以用普通方法，如甲基绿、核固红、瑞氏染液或苏木素等，也可用免疫组化染色，如要切割霍奇金淋巴瘤组织切片上的R—S细胞时，可用cDl5或cD30单克隆抗体染色进行靶细胞示踪。显微切割的方法有手工操作法和激光捕获显微切割法。激光捕获显微切割(1asel‘capture microdissection，LcM)技术的基本原理是：将组织切片放在倒置显微镜的载物台上，并在切片表面覆盖一层乙烯乙酸乙烯酯(ethylene vinyl acetate；EVA)薄膜。激光束从切片的上方垂直照射下来。使其光路与显微镜聚光器的光路共轴，光斑恰好落在显微镜视野中心，即要切割的区域。该区的．EVA膜揭起来，与之相连的细胞也随之被完好地从切片上切割下来。将带有细胞的。EVA膜放入试管内经蛋白酶消化使细胞与膜分开，同时也将细胞裂解，获得待提取物质．如DNA、RNA和蛋白质等。

显微切割术的特点是可从构成复杂的组织中获得某一特定的同类细胞群或单个细胞。尤其适用于肿瘤的分子生物学研究，如肿瘤的克隆性分析、肿瘤发生和演进过程中各阶段细胞基因改变的比较研究以及肿瘤细胞内某些酶活性的定量检测等。该技术的不足之处是手工操作法的技术难度大；用LCM虽然操作简便，耗时少，取材准确，但需特殊的设备，激光器造价高。

第五节 激光扫描共聚焦显微技术

激光扫描共聚焦显微镜(1aser scanning confocal microscope，LSCM)是近代生物医学图像分析仪器研究最重要的成就之一，它是将光学显微镜、激光扫描技术和计算机图像处理技术相结合而形成的高技术设备。其主要部件有激光器、扫描头、显微镜和计算机等。共聚焦成像利用照明点与探测点共轭这一特性，可有效抑制同一聚焦平面上非测量点的杂散荧光及来自样品的非焦平面荧光，从而获得普通光学显微镜无法达到的分辨率。同时具有深度识别能力(最大深度一般为200～4()0仙m)及纵向分辨率，因而能看到较厚生物样本中的细节。(一)LSCM的主要功能

LscM的主要功能有：①细胞、组织光学切片：利用计算机及图像处理系统对组织、细胞及亚细胞结构进行断层扫描，该功能也被形象地称为“细胞CT”或“显微CT”(图17—5)；②三维立体空间结构重建；③对活细胞的长时间观察；④细胞内酸碱度及细胞离子的定量测定；⑤荧光漂白恢复技术(1]uol·eSCeDCe recovery after-photcIbleachinR．FRAP)：它利用高强度脉冲式激光照射细胞的某一区域，造成该区域荧光分子的漂白．而该区域周围的非漂白荧光分子将以一定速率向受照射区扩散，Ls(2M可直接对其扩散速率进行监测。FRAP可用于细胞间通讯、细胞骨架的构成、生物膜结构和大分子组装等的研究；⑥细胞间通讯的研究；⑦细胞膜流动件测定和光活化技术等。

(二)LSCM对样本的要求及其局限性

用于LscM的样本最好是培养细胞样本，如培养细胞涂片或细胞爬片，也可以是冷冻组织切片．石蜡包埋组织切片不适用于该技术。LscM主要使用直接或间接免疫荧光染色和荧光原位杂交技术。荧光标记的探针或抗体的质量将直接影响实验的结果。

第六节核酸原位杂交技术

原位杂交(in situ hVbridizacion，IsH)是核酸分子杂交的一部分，是将组织化学与分子生物学技术相结合以检测和定位核酸的技术。它是用标记了的已知序列的核苷酸片段作为探针(probe)，通过杂交直接在组织切片、细胞涂片或培养细胞爬片上检测和定位某一特定靶DNA或RNA的存在。IsH的生物化学基础是DNA变性、复性和碱基互补配对结合。根据所选用的探针和待检测靶序列的不同，有I)NA—DNA杂交、DNA—RNA杂交和RNA—RNA杂交。

(一)探针的选择和标记

用于原位杂交的探针有双链cDNA探针、单链cDNA探针、单链cRNA探针以及合成的寡核苷酸探针等。一般而言，探针的长度以50～30(3bp为宜，用于染色体原位杂交的探针可为1．2～1．5kb。探针标记物有放射性和非放射性之分，前者如放射性核素，H、。ss、印等，这类探针的敏感性高，但有半衰期及放射性污染，成本高且耗时等缺陷，故其使用受到限制；非放射性探针标记物有荧光素、地高辛和生物素等．尽管其敏感性不如放射性标记探针，但因其性能稳定、操作简便、成本低和耗时短等长处，正越来越广泛地得到应用。双链cDNA探针的标记可用缺口平移法或随机引物法；单链cRNA探针可通过转录进行标记；合成的寡核苷酸探针可用5’末端标记法，即加尾标记法。(二)原位杂交的主要程序

原位杂交的实验材料可以是常规石蜡包埋组织切片、冷冻组织切片、细胞涂片和培养细胞爬片等。主要程序包括杂交前准备、预处理、杂交、杂交后处理一清洗和杂交体的检测等。操作中应注意的问题有：①对DNA—RNA杂交和RNA—RNA杂交．需进行灭活RNA酶处理，包括用0．5％o的二乙基焦碳酸盐(diethylpyrocal-bonate，【)EPC)水配制有关试剂和160～180℃烘烤实验用器皿等；当使用双链cDNA探针和(或)待测靶序列是DNA时，需进行变性处理使DNA解链；②杂交温度应低于杂交体的解链温度(Tm)25~(2左右；③对照实验：原位杂交远较免疫组化染色复杂，影响因素颇多，故对照实验必不可少，有组织对照、探针对照、杂交反应体系对照和检测系统的对照等，可根据具体情况选用。

(三)荧光原位杂交(flLlorescence in situ hVbr_dization。FISH)可以用直接法或间接法进行FIsH。直接法FIsH是以荧光素直接标记已知DNA探针，所检测的靶序列为DNA。间接法：FISt{是以非荧光标记物标记已知DNA探针．再桥连一个荧光标记的抗体。用于FIsH的探针有不同的类型，如重复序列探针、位点特异性探针和全染色体探针等，目前已有大量商品化的荧光标记探针，使F：[St{技术得到越来越广泛的应用。FIsH的实验材料可以是问期细胞、分裂中期的染色体，也可以是冷冻或石蜡切片组织(图17—6)。

(四)原位杂交技术的应用

原位杂交可应用于：①细胞特异性mR．NA转录的定位．如基因图谱、基因表达和基因组进化的研究；②受感染组织中病毒DNA／RNA的检测和定位，如EB病毒mRNA、人类乳头状瘤病毒DNA(图17—7)和巨细胞病毒DNA的检测；③癌基因、抑癌基因及各种功能基因在转录水平的表达及其变化的检测；④基因在染色体上的定位；⑤染色体变化的检测，如染色体数量异常和染色体易位等：⑥分裂间期细胞遗传学的研究，如遗传病的产前诊断和某些遗传病基因携带者的确定，某些肿瘤的诊断等。原位杂交与免疫组化染色技术相比较．IHc使用的是抗体．其检测对象是抗原，机制是抗原一抗体的特异性结合，是蛋白质表达水平的检测；IsH使用的是探针．遵循碱基互补配对的原则，与待检测的靶序列结合，是DNA或转录(mRNA)水平的检测。两者均有较高的敏感性和特异性，但IsH更容易受到外界因素的影响。

第七节原位多聚酶链式反应技术

原位多聚酶链式反应技术是多聚酶链式反应(polymerase chain reactl’orl，PcR)技术的一部分。PCR．是在体外经酶促反应将某一特定DNA序列进行高效、快速扩增，它可将单一拷贝或低拷贝的待测核酸以指数的形式扩增而达到常规方法可检测的水平，但不能进行组织学定位。原位PcR(in situ PcR)技术是将PcR的高效扩增与原位杂交的细胞及组织学定位相结合，在冷冻切片或石蜡包埋组织切片、细胞涂片或培养细胞爬片上检测和定位核酸的技术。

(一)原位PCR技术方法

原位PcR技术有直接法原位PcR、间接法原位PcR、原位反转录PcR(in situ re—vel_se transcl’iption—PcR，in Sl‘ttl RT—PcR)和原位再生式序列复制反应(self—sLtstained se—quence replication reactl‘orl，3SP．．)等方法，其中应用相对较为广泛的是间接法原位PcR。其主要程序有：组织固定、预处理(如蛋白酶K和RNA酶消化)、原位扩增及扩增产物的原位杂交和检测等。由于使用原位杂交技术对扩增产物进行检测，使该方法的特异性较直接法原位PCIR．．高。

(二)原位PCR技术的应用及存在的问题

原位PcR技术可对低拷贝的内源性基因进行检测和定位，在完整的细胞样本上能检测出单一拷贝的DNA序列，可用于基因突变、基因重排等的研究和观察。还可用于外源性基因的检测和定位，如对各种感染性疾病病原的基因检测，如EB病毒、人乳头状瘤病毒、肝炎病毒、巨细胞病毒和人免疫缺陷病毒基因组及结核杆菌、麻风杆菌基因的检测等，在临床上还可用于对接受了基因治疗的患者体内导入基因的检测等。

从理论上说，原位PcR是一个较完美的技术，兼具较高的敏感性和基因的细胞内定位功能，但目前该技术方法还欠完善，主要表现在以下几个方面：①特异性不高，尤其是假阳性问题。可能产生假阳性的原因有引物扩增序列的弥散、引物与模板的错配等。为提高其检测结果的特异性，必须设计严格的实验对照，包括已知阳性和阴性对照、引物对照、PcR反应体系对照以及用DNA酶和RNA酶处理后样本的阴性对照等；②技术操作复杂，影响因素过多；③需要特殊的设备，即原位PcR仪，价格昂贵，加之技术方法上存在的问题等，短时间内还难以在国内大面积推广使用，但有一定的潜在应用前景。

第八节流式细胞技术

流式细胞技术(now cytomerc、r，FCM)是利用流式细胞仪进行的一种单细胞定量分析和分选的技术。流式细胞技术是免疫细胞化学技术、激光和电子计算机科学等综合利用的技术。(一)流式细胞仪的基本结构和工作原理 ．

流式细胞仪由三部分构成：①传感系统，包括样本递送系统、样品池、监测系统、电子传感器和激光源等；②计算机系统；③电路、光路和水路系统，有电源、光学传导和滤片、鞘液循环和回收部分等。流式细胞仪的工作原理是使悬浮在液体中分散的经荧光标记的细胞或微粒在稳定的液流推动装置作用下，依次通过样品池，流速可达9米／秒，同时由荧光探测器捕获荧光信号并转换成分别代表前向散射角、侧向散射角和不同荧光强度的电脉冲信号，经计算机处理形成相应的点图、直方图和假i维结构图像进行分析(图17—8)。(二)样本制备的基本原则

用于FcM的样本是单细胞悬液。可以是血液、悬浮细胞培养液和各种体液，如胸水、腹水、脑脊液，新鲜实体瘤或石蜡包埋组织的单细胞悬液等。样本制备基本原则是：①保持各种体液和悬浮细胞样本新鲜，尽快完成样本的制备和检测；②针对不同的细胞样本进行适当的洗涤、酶消化或EDTA处理，以清除杂质，使黏附的细胞彼此分离而成单细胞状态；③对新鲜实体瘤组织可选用或联合使用酶消化法、机械打散法和化学分散法来获得有足够细胞数量的单细胞悬液。常用的酶有胃蛋白酶、胰蛋白酶和胶原酶等；④对石蜡包埋组织应先切成若干40～50斗m厚的石蜡切片，经二甲苯脱蜡至水化，再选用前述方法制备单细胞悬液：⑤单细胞悬液的细胞数应不少于10‘。(三)流式细胞术的应用

流式细胞仪具有精密、准确、快速和高分辨力等特性，具体表现在以下几个方面：①其测定细胞内DNA的变异系数最小，一般在2％以下；②能准确地进行DNA倍体分析：③借助于荧光染料进行细胞内蛋白质和核酸的定量研究；④快速进行细胞分选和细胞收集。流式细胞术在医学基础研究和临床检测中有多方面的应用，如外周血细胞的免疫表型测定和定量分析；某一特定细胞群的筛选和细胞收集；细胞多药耐药基因的检测；癌基因和抑癌基因的检测：细胞凋亡的定量研究；细胞毒功能检测以及细胞内某些蛋白质和核酸的定量分析等。应注意的是单细胞悬液样本的质量直接影响FcM检测结果，一般而言，新鲜细胞或组织样本优于已固定的组织样本。

第九节 图像分析技术

病理图像分析包括定性和定量两个方面，以往受技术所限，常规病理形态学观察基本上是定性的。缺乏精确的更为客观的定量标准和方法。图像分析技术(inaage analysis，IA)的出现弥补了这个缺点。随着电子计算机技术的发展，形态定量技术已从二维空问向三维空间发展。在肿瘤病理学方面，图像分析技术主要用于核形态参数的测定(如核直径、周长、面积、体积等)、肿瘤的组织病理学分级和预后判断等，也可用于DNA倍体的测定和显色反应(如免疫组化)的定量等。

第十节 比较基因组杂交技术

比较基因组杂交(comparative genomic：hybridization，cGH)是近年来发展起来的一种分子细胞学技术，它通过单一的一次杂交可对某一肿瘤全基因组的染色体拷贝数量的变化进行检查。其基本原理是：用不同的荧光染料分别标记肿瘤组织DNA和正常细胞或组织的DNA，制成探针，并与正常人的分裂中期染色体进行共杂交，通过检测染色体上显示的肿瘤组织与正常对照组织不同的荧光强度，来反映整个肿瘤基因组DNA表达状况的变化，再借助于图像分析技术可对染色体拷贝数量的变化进行定量研究(图17—9)。

CGf{技术的优点是：①实验所需样本DNA量较少，做单一的一次杂交即可检查肿瘤全基因组的染色体拷贝数量的变化；②该方法不仅适用于外周血、培养细胞和新鲜组织样本的研究，还可用于甲醛固定石蜡包埋组织样本的研究，也可用于因DNA量过少而经PcR扩增的样本研究。尽管cGH是研究DNA拷贝数量变化的有力工具，但也有其局限性：一是用CGt{技术所能检测到的最小的DNA扩增或缺失是3～5Mb，故对于低水平的19NA扩增和小片段的缺失就会漏检；二是在染色体的拷贝数量无变化时，cGH技术不能检测出平行染色体的易位。

第十一节 生物芯片技术

生物芯片技术(1~iochip techniclue)是近年来发展起来的生物医学高新技术，包括基因芯片、蛋白质芯片和组织芯片等。(一)基因芯片(geRe chip)基因芯片又称I)NA芯片(DNA chip)，是指固着在固相载体上的高密度的DNA微点阵。即将大量靶基因或寡核苷酸片段有序、高密度地(点与点间距一般小于5 0【)¨m)排列在如硅片、玻璃片、聚丙烯或尼龙膜等载体上，形成基因芯片。一套完整的基因芯片分析系统包括芯片阵列仪、激光扫描仪、计算机及生物信息软件处理系统等。1．基因芯片的分类和工作原理按基因芯片的功能用途可将其分为三类：表达谱基因芯片、诊断芯片和检测芯片，表达谱基因芯片主要用于基因功能的研究；后两者可用于遗传病、代谢性疾病和某些肿瘤的诊断、病原微生物的检测等。基因芯片检测的基本原理(图17—10)是：用不同的荧光染料通过逆转录反应将不同组织的mR_NA分别标记制成探针，将探针混合后与芯片上的DNA片段进行杂交、洗涤，然后用特有的荧光波长扫描芯片，得到这些基因在不同组织或细胞中的表达谱图片，再通过计算机分析出这些基因在不同组织的表达差异。

2．基因芯片的应用 基因芯片技术可用于生命科学研究的各个领域，在基础研究方面有基因表达谱分析、肿瘤基因分型、基因突变的检测、新基因的寻找、遗传作图和重测序等；在临床上可用于抗生素和抗肿瘤药物的筛选和疾病的诊断等方面。利用基因芯片技术，人们可以大规模、高通量地对成千上万个基因同时进行研究，从而解决了传统的核酸印迹杂交技术操作复杂、自动化程度低、检测效率低等问题。通过设计不同的探针阵列和使用特定的分析方法使该技术具有广阔的应用前景。应用基因芯片技术要求实验材料是从新鲜组织或培养细胞中提取的mRNA，对外周血或培养细胞样本的研究相对容易．对实体瘤的研究受到一定限制。

(二)蛋白质芯片

蛋白质芯片(protein chip)又称蛋白质微阵列(protein microarray)，它是继基因芯片之后发展起来的对基因功能产物表达水平进行检测的技术。蛋白质芯片也是在一个载体上高密度地点布不同种类的蛋白质，再用荧光标记的已知抗体或配体与待测样本中的抗体或配体一起与芯片上的蛋白质竞争结合，利用荧光扫描仪测定芯片上各点阵的荧光强度，再经计算机分析计算出待测样本结果。随着蛋白质芯片制作技术的不断完善。检测容量已达一万三千多个点，并实现了整个过程全自动化检测，具有高效率、低成本的特点，尤其适合于蛋白表达的大规模、多种类筛查，并能用于受体一配体、多种感染因素的筛查和肿瘤的诊断。

(三)组织芯片

组织芯片(tl。SSl】e chip)又称组织微阵列(t1‘SSLle micrOaIT』ay)是由Kononen等在1998年首次提出这一概念。组织芯片是将数十个至数百个小的组织片整齐地排列在某一载体上(通常是载玻片)而成的微缩组织切片。组织芯片的制作流程主要包括组织筛选和定位、阵列蜡块的制作和切片等步骤r冈17—

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组织芯片的特点是体积小、信息含量大，并可根据不同的需求进行组合制成各种组织芯片，能高效、快速和低消耗地进行各种组织学的原位研究和观察，如形态学、免疫组织化学、原位杂交和原位PcR等，并有较好的内对照及实验条件的可比性。在科研工作中可单独应用或与基因芯片联合应用，用于基因及其蛋白表达产物的分析和基因功能的研究；用于基因探针的筛选和抗体等生物制剂的鉴定；组织芯片还可作为组织学和病理学实习教材、外科病理学微缩图谱等。

第十二节 生物信息学技术

生物信息学(t)ioirl~oImadcs)是一门研究生物系统中信息现象的新兴的交叉学科．涉及生物学、数学、物理学、计算机科学和信息科学等多个领域。随着生物科学和技术的不断发展和基因组研究的不断深入，生物分子数据迅速增长，数据量巨大，其中既有生物分子序列的信息，又有结构和功能的信息；既有生命本质信息(如基因)，又有生命表象信息(如基因表达信息)，并且数据之间存在着密切的联系。生物信息学以计算机、网络为工具，以数据库为载体，利用数学和信息科学的理论、方法和技术研究生物大分子，建立各种计算模型，对实验生物学中产生的大量生物学数据进行收集、存储、集成、查询、处理及分析，揭示蕴含在这些数据中的丰富内涵，发现生物分子信息的组织规律，从而掌握复杂的生命现象包括生命起源、生物进化以及细胞、器官和个体的发生、发育、病变、衰亡的规律和时空联系。20世纪90年代，在人类基因组计划的推动下。生物信息学得以迅猛发展。人类基因组计划产生的生物分子数据是生物信息学的源泉．而人类基因组计划所需要解决的问题则是生物信息学发展的动力。

生物信息学的研究范畴是以基因组DNA序列的信息分析作为源头，分析基因组结陶，寻找或发现新基因，分析基因调控信息，并在此基础上研究基因的功能，模拟和预测蛋白质的空间结构，分析蛋白质的性质以及蛋白质结构与功能之问的关系，为基于靶分子结构的药物分子设计和蛋白质分子改性设计提供依据。当前，生物信息学已在理论生物学领域占据了核心地位。’

生物信息学的主要任务是研究生物分子数据的获取、存储和查询，发展数据分析方法．主要包括三个方面：①生物信息的收集、存储、管理与提供：建立生物信息数据库是生物信息学的重要内容，提供数据查询、搜索、筛选和序列比对，并为信息分析和数据挖掘打下基础。目前，分子生物学的三大核心数据库——GenBank核酸序列数据库、SWISS—PROT蛋白质序列数据库和PDB生物大分子结构数据库，不仅已成为全世界分子生物学和医学研究人员获取生物分子序列、结构和其他信息的基本来源，而且是发表自己序列或结构测定结果的重要媒体；②生物学数据的处理和分析：如基因组序列分析、基因表达数据的分析与处理。通过数据分析，发现数据之间的关系，认识数据的本质，并在此基础上．了解基因与疾病的关系，了解疾病产生的机制，为疾病的诊断和治疗提供依据。帮助确定新药的作用靶点和作用方式，设计新的药物分子，为进一步的研究和应用打下基础；③生物学数据的有效利用：开发研制管理分析数据的新工具和实用软件，为生物信息学的具体应用服务。如与大规模基因表达谱分析相关的算法和软件研究，基因表达调控网络的研究．与基因组信息相关的核酸、蛋白质空间结构的预测和模拟，以及蛋白质功能预测的研奔等一牛物分子信．息处理流程见．图17—12。

随着现代生物技术的进展，特别是生物芯片技术、蛋白质二维凝胶电泳技术和质谱技术、蛋白质结构测定技术的快速发展，这类新形式的生物学实验数据的信息挖掘已纳人生物信息学的研究范畴，从而大大扩展了生物信息学的工作内容。后基因组时代的生物信息学技术籽为基因组功能预测、透视基因相互作用及其机制、利用生物分子的信息参与创新药物的设计、生物学虚拟实验模型的构建等提供强大的技术支撑。

第二篇：最佳答案电化学传感器技术及原理应用

最佳答案电化学传感器技术及原理应用

基本原理

化学传感器主要由两部分组成：识别系统；传导或转换系统。

识别系统反待测物的某一化学参数（常常是浓度）与传导系统连结起来。它主要具有两种功能：选择性地与待测物发生作用，反所测得的化学参数转化成传导系统可以产生响应的信号。分子识别系统是决定整个化学传感器的关键因素。因此，化学传感器研究的主要问题就是分子识别系统的选择以及如何反分子识别系统与合适的传导系统相连续。化学传感器的传导系统接受识别系统响应信号，并通过电极、光纤或质量敏感元件将响应信号以电压、电流或光强度等的变化形式，传送到电子系统进行放大或进行转换输出，最终使识别系统的响应信号转变为人们所能用作分析的信号，检测出样品中待测物的量。

化学传感器在环境与卫生监测中的应用

（一）空气检验

1、湿度传感器 湿度是空气环境的一个重要指标，空气的湿度与人体蒸发热之间有着密切关系，高温高湿时，由于人体水分蒸发困难而感到闷热，低温高湿时，人体散热过程剧烈，容易引起感冒和冻伤。人体最适宜的气温是18~22℃，相对湿度为35%～65%RH。

在环境与卫生监测中，常用于湿球温湿度计、手摇湿温度计和通风湿温度计等仪器测定空气湿度。近年来，大量文献报道用传感器测定空气湿度。用于测定相对湿度的涂覆压电石英晶体用传感器,通过光刻和化学蚀刻技术制成小型石英夺电晶体,在AT切割的10MHZ石英晶体上涂有4种物质,对湿度具有较高的质量敏感性.该晶体是振荡电路中的共振器,其频率随质量变化,选择适当涂层,该传感器可用于测定不同气体的相对湿度.该传感器的灵敏度、响应线性、响应时间、选择性、滞后现象和使用寿命等孝怪癖于涂层化学物质的性质。1986年，德国ErbenUwe[提出了一种测定湿度用的传感器，并获得专利。该传感器采用以硅为基体的金属-绝缘体-半导体（MIS）型结构。在MIS型结构中涂有二氧化硅和敏湿层，敏湿层的材料包含有金属氧化物、氧化物以及低极性组分的聚合物。敏湿材料的吸水量与每湿材料的相对介电常数的变化有关，该传感器可用准表态和支态两种方法进行测定，不过前者比后者更为方便省力，在空气调节系统、建筑工地和日常生活环境中都能监测、控制和调节湿度。

我国科技工作者采用最新研制的氧化钽薄膜湿敏电容，推出一种稳定性好，调节十分方便的通用湿度控制器。这种传感器可用于恒湿箱、计算机房、防湿机等许多场合的空气湿度监测，是一种性能价格比很高的通用型湿度传感器，有人利用磷酸盐涂膜的感湿性研制出性能十分可靠的湿度传感器。它的主要电极为不锈钢线材，直径0.4~1.0mm，表层涂有磷酸薄膜，在膜上再旋绕一层镀金丝作为主电极的对置电极，两电极间仅仅相隔一层20~50um厚的涂膜，距离大大小于一般的湿度传感器，响应速度得到提高，改变磷酸盐涂膜，又能制成特性不同的多种感湿元件。传感器工作期间，由于磷酸盐涂膜表面吸附水分而产生的离子在电极间来回运动，致使传导发生变化，从而显示感湿性。若对传感器元件加以交流负荷，则可借检测阻抗的变化测定出空气湿度。该传感器何种小，可封闭在注射器针关内，利用针尖可插入狭窄的被测处，使用方便，检测迅速，还可用于露点测定。

现在日本制造销售湿度传感器及湿度测量控制仪器的公司已超过30家。温度传感器数量大，品种多，使用的感湿材料有电解质陶瓷和有机高分子膜等，范围甚广，大部分检测精度高，结构简单，具有超小型化和集成化的特点。

2、氧化氮传感器 氧化氮是氮的各种氧化物所组成的气体混合物的总称，常以NOX表示。在氧化氮中，不同形式的氧化氮化学稳定性不同，空气中常风的是化学性质相对稳定的一氧化氮和二氧化氮，它们在卫生学上的意义显得较其它形式氧化氮更为重要。在环境分析中，氧化氮一般指一氧化氮二氧化氮。

我国监测氧化氮的标准方法是盐酸萘乙二胺比色法，方法灵敏度为0.25ug/5ml,方法转换系数受吸收液组成、二氧化氮浓度、采气速度、吸收管结构、共存离子及温度等多种因素的影响，目前沿末完全统一。传感器测定是近年发慌起来的新方法。

文献报道，用交指型栅极电极场效应晶体管的微电子集成电路与化学活性电子束蒸镀酞花青铜薄膜相结合，获得了新型气体敏感微传感器，可选择性检测mg/m3级二氧化氮和二惜内基甲基膦酸盐（DIMP）。它利用电压脉冲激发传感器，测量时域和频域响应，测定的峰形与归一化差分傅立叶变换频谱有关，能清晰地区分二氧化氮和DIMP的响应，每个峰面积可以相应地反应出传感器对特定气体浓度的灵敏度，科技人员研究了工作频率600MHZ的高频表面声波（SAW）气敏装置。该装置包括三个分离的SAW延迟线，它们是振荡电路的频率测定元件，在其表面涂了一层有机膜，作为气体吸附剂，该膜为1~15nm厚酞花青铅膜或由可溶酞花青铁衍生物组成的LB(Langmuir-Blodgett)膜。在吸附过程中，薄膜质量增加，引起表面波速的降低，随即引起振荡频率的降低，达到测定二氧化氮浓度的目的。

锡在高于熔点的温度下沉积，而镉在室温下沉积，利用加热蒸镀新方法可制得掺有1%~6%镉的二氧化锡薄膜。在520℃下缓慢氧化该膜，便形成了二氧化锡和氧化镉的多晶体，薄膜表面对低浓度氧化氮和二氧化氮有吸附。在300℃条件下，该膜对10g/m3的一氧化氮和二氧化氮具有最高灵敏度，按电导率相对变化百分比计，其值分别为10000%和400%，相同条件下，对空气中0.01%的一氧化碳、甲烷、丁烷和氢气的灵敏度都在300%以下，这种基于掺镉二氧化锡薄膜组成的传感器，对氧化氮和二氧化氮的测定不仅灵敏度高，而且具有很好的选择性。半导体本花青膜的电导率对电子受体气体具有极佳的灵敏度，这一特点给人们提供了制造廉价、低能耗、体积小的二氧化氮传感器系统的理论基础。但是，这种膜用于传感器也有一缺点，如响应慢，在潮湿条件下，响应呈可逆地降低等。为此，WilsonA等人研制了一种微处理控制传感系统。该系统通过控制取样和传感器操作条件，获得可再现的动力学过程，从而把上述缺点带来的影响降低到了最低点。

3、硫化氢气体传感器 硫化氢是一种无色、具有特殊腐蛋臭味的可燃气体，具有刺激性和窒息性，对人体有较大危害。目前大多用比色法和气相色谱法测定空气中硫化氢。

对含量常常低至mg/m3级的空气污染物进行测定是气体传感器的一项主要应用，但在短时期内半导体气体传感器还不能满足监测某些污染气体灵敏度和选择性要求。他提出利用掺银薄膜传感器监测实验室和城市空气中的硫化氢。该传感器阵列由四个传感器构成，通过基于库化滴定的通用分析装置和半导体气体传感器阵列的信号，同时记录二氧化硫和硫化氢浓度，实践表明，在150℃下以恒温方式盍的掺银薄膜传感器用于监测城市空气中的硫化氢含量，效果良好。Yomogoe N对半导体气体传感器进行了改进和研究，克服了它检测硫化氢等气体的不足之处。他通过控制能影响接收和转换功能的基本因素，改进了二氧化锡半导体气体传感器的传感性能。他发现，转换功能与元件的微观结构密切相关，如与二氧化锡的粒度大小（D）和表面空间电荷层的厚度（L）相关。当D≤2L时，传感器的灵敏度大幅度提高。在二氧化锡表面引入其它受体，极大地改善了传感器的受体功能，特别是用银和钯作助催化剂，在空气中形成的氧化物与二所化锡表面相互作用，产生缺电子实质问题电荷，大大提高了检测气体的灵敏度。用CaO-SnO2元件能十分灵敏地检测空气中的硫化氢。

4、二氧化硫传感器 二氧化硫是污染空气的主要物质之一，检测空气中二氧化硫尝试是空气检验的一项经常性工作。应用传感器监测二氧化硫。从缩短检测时间到降低检出限，都显示出极大的优越性。

利用固体聚合物作离子交换膜，膜的一边含对电极和参比电极的内部电解液，另一边插入铂电极，组成一种二氧化硫传感器。该传感器安装在流通池中，在0.65V下氧化二氧化硫。批示出二氧化硫的量。该传感装置电流灵敏度高。响应时间短，稳定性好，本底噪音低，线性范围达0.2mmol/L，检出限为8*10-6mmol/L，信噪比为3。该传感器不仅可以测定空气中的二氧化硫，还可用于测定低电导率液体中的二氧化硫。有机改性硅酸盐薄膜二氧化硫气体传感器的气敏涂层是利用溶胶工艺和自旋技术制作的，对二氧化硫的测定具有良好的重现性和可逆性，响应时间不到20S，对其它气体的交感小，受温度和湿度影响小。中国科学院长春应用化学研究所薛祚霖等人研制成功一种检测范围宽广的小型二氧化硫浓度传感器，利用它可以装配成何种小、重量轻、价格便宜的拾式二氧化硫气体浓度检测仪器。它可用于现场直接检测二氧化硫气体的浓度，不需要单独采样。该传感器采用控制电们电解原理，待测气体在传感器的工作电极上一定控制电位下发生氧化反应，当电位控制足够正且电极的催化活性足够高时，氧化反应进行得很快，过程的总速度由二氧化硫扩散步骤所决定，产生的信号电流与二氧化硫浓度成正比。这一传感器响应快速，响应时间小于30S。在宽广的二氧化硫浓度范围内，具有良好线性关系，线性误差<±2%，响应关系的直线通过坐标原点。因此可以采用一点法标定传感器。正确选择催剂和控制电位，可避免大多数气体物质的干扰，而且不需要干扰气过滤器，既改善了传感器的性能，又简化了仪器的结构。该传感器用188g/m3二氧化硫气体，测定偏差<2%。低浓度标准气体标定的传感器用来测定高浓度气体，能获得如此准确的结果，可见其检测准确度是令人满意的.

第三篇：酶技术原理与应用

酶法提取原理

摘要：简要介绍了酶法提取的基本原理、特点及提取速率的影响因素，结合酶法在提取有效成分中的应用实例和与其他技术的联用，对酶法在中药提取领域的前景进行展望。

关键词：酶法；中药提取；综述

中药是中华民族灿烂文明中一朵盛开的奇葩，有着几千年的悠久历史。中药成分复杂且很多贵重有效成分含量很低，因此中药开发中的关键工序即为如何有效地提取中药中的有效成分。传统提取方法如煎煮、回流、浸渍、渗漉法，存在着周期长、工序多、提取率不高等缺点。酶作为一种生物催化剂，在中药提取中，对中草药细胞壁的有效成分进行分解破坏，从而降低传质阻力，提高提取率；可改变中药目标产物的生理生化性能，优化产物效用，并且酶法提取操作简单，条件温和，环保无毒，现已将其用于中药提取过程。本文就酶法的提取技术及其应用进展方面进行综述。

1酶法提取的基本原理

大多数中药为植物性草药，中药材中的有效成分多存在于植物细胞的细胞质中。在中药提取过程中，溶剂需要克服来自细胞壁及细胞间质的传质阻力。细胞壁是由纤维素、半纤维素、果胶质等物质构成的致密结构，选用合适的酶(如纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶)对中药材进行预处理，能分解构成细胞壁的纤维素、半纤维素及果胶，从而破坏细胞壁的结构，产生局部的坍塌、溶解、疏松，减少溶剂提取时来自细胞壁和细胞间质的阻力，加快有效成分溶出细胞的速率，提高提取效率，缩短提取时间[1]。

而且，在中药提取中酶法可作用于目标产物，改善目标产物的理化性质，提高其在提取溶剂中的溶解度，减少溶剂的用量，降低成本；也可改善目标产物的生理生化功能，从而提高其效用。

2酶法提取的特点

2.1反应条件温和，产物不易变性

酶法提取主要采用酶破坏细胞壁结构，具有反应条件温和、选择性高的特点，而酶的专一性可避免对底物外物质的破坏。在提取热稳定性差或含量较少的化学成分时，优势更为明显。杨云龙等[2]用酶法提取洋葱中黄酮类化合物，采用酶解法来处理洋葱皮，避免了因高温对黄酮类化合物结构的破坏，提高了黄酮类化合物的提取率。

2.2提高提取率，缩短提取时间

酶法预处理减少了中药材中有效成分的溶出及溶剂提取时的传质阻力，缩短了提取时间，提高了提取率，具有很大的应用价值。张文森[3]使用复合酶法提取茉莉花中有效成分，相比较传统的水提取，提取温度由85～90℃降至50℃，提取时间由3h降至1h，提取率由55%～60%升至65%～70%。

2.3降低成本，环保节能

酶法是绿色高效的植物提取技术，可利用相关的酶制剂来提高提取物的极性，从而减少有机溶剂的使用，降低成本。

2.4优化有效组分

酶法不仅可以应用在中药材的提取过程，也可对中药提取物进行酶法处理，优化有效组分，提高目标产物的药用价值。肖连冬使用碱性蛋白酶对啤酒糟麦芽蛋白进行水解，在最佳酶解条件下，麦芽蛋白的起泡性、溶解性和乳化性分别达到167%、22.68%和13.8%，比未改性前的麦芽蛋白分别提高了735%、247%和27.8%。

[4]

2.5工艺简单可行

酶法提取在原工艺条件上仅增加了1个操作单元，反应条件温和易获得，不需要对原有工艺设备进行过多的改变，对反应设备的要求较低，操作简单。姚晓琳等

[5]在研究酶法提取柑橘黄酮时，与原有醇提工艺相比，仅在乙醇浸取提取步骤前增加了一个步骤——适量酶液酶解提取。总黄酮提取率可达2.67±0.06%，提取率大幅提高。

3酶法提取的影响因素

3.1药材颗粒度

为利于酶解，需对药材进行预处理。如用粉碎机作预处理，粉碎颗粒越细，越易悬浮在酶解液中，增加有效面积而易被酶水解，加快水解速度。但粉碎过细，吸附作用过强，反而会影响扩散作用。因此通常在提取前适当粉碎，可提高酶解效率。

3.2提取溶剂

酶法提取的关键，是选择适当的溶剂。溶剂选择适当，就可以比较顺利地将需要的成分提取出来，并且可溶解较多的有效成分。选择溶剂主要注意以下3点：(1)溶剂对有效成分溶解度大，对杂质溶解度小；(2)溶剂不能与中药的成分起化学变化；(3)溶剂要经济、易得、使用安全等。现在工业生产及实验室主要采用水、乙醇等作为提取的溶剂。

3.3温度及pH

温度增高，分子运动加快，溶解、扩散速度也加快，有利于有效成分的提出，所以热提常比冷提效率高。但温度过高，有些有效成分被破坏，酶的活性降低，甚至失活，同时杂质的溶出也增多。故一般加热不超过60℃，最高不超过100℃。过高或过低的pH都会导致酶失活，pH不仅影响酶立体构象，也影响底物解离状态。在最适宜的pH下进行提取，效率最高。

3.4酶解时间

有效成分的提取率通常随提取时间的延长而增加，直到药材细胞内外有效成分的浓度达到平衡为止。所以不必无限制地延长提取时间，一般用水加热提取以每次0.5～1h为宜，用乙醇加热提取每次以1h为宜。

3.5酶的用量

随着酶的浓度的升高，与底物的接触面积增大，酶解反应速率增大。但当酶的浓度达到过饱和时，底物浓度相对较低，酶与底物竞争，会对酶产生抑制作用，酶得不到充分利用，造成浪费。

4酶法提取在中药领域的应用实例

4.1酶法作用于植物细胞壁

植物细胞壁及细胞间质中的纤维素、半纤维素、果胶等具有大分子结构的物质是中药提取中传质的主要阻力来源。所以采用酶法提取，分解破坏植物细胞的细胞壁，多采用纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶。

(1)纤维素酶。纤维素是由β-D-葡萄糖以1,4-β葡萄糖苷键连接，用纤维素酶酶解可以破坏β-D-葡萄糖苷键，使细胞壁破坏，有利于对有效成分的提取。项雷文等[6]通过正交实验法研究了纤维素酶法提取杭白菊中总黄酮的主要工艺参数(酶添加量、酶解时间、酶解温度和pH)对总黄酮提取率的影响。得到纤维素酶法提取的最佳条件为：酶添加量0.5%、酶解时间2.5h、酶解温度55℃、pH5.0，此条件下总黄酮提取率比对照组提高了19.2%。

(2)果胶酶。果胶酶是作用于果胶复合物的酶的总称。果胶酶有两种：果胶甲酯酶和多聚半乳糖醛酸酶。周向荣等[7]利用盐渍藠头提取其风味物质，考查了pH值、温度、加热时间、商品果胶酶添加量对盐渍藠头中蒜素提取效果的影响。在果胶酶同原料比为0.6%～1.2%，pH3.4、温度50℃、提取时间2～4h的条件下，蒜素的提取率可达到较高水平(0.21～0.27g/100ML)，且出汁效果较好(90%～92%)，固形物含量较高(19.2～19.8Brix)，能较好地保持藠头特有的香气。

(3)半纤维素酶。戴瑜等[8]研究了半纤维素酶法提取杜仲叶中主要有效成分，即苯丙素类的绿原酸(CHA)，通过单因素试验、正交试验和方差分析确定了半纤维素酶法提取杜仲叶中绿原酸的最佳操作条件。结果表明：加入996U／g半纤维素酶0.45%、pH4.0、温度40℃，得率最高可达38.01mg／g。

(4)复合酶。采用两种或两种以上的酶按一定比例进行组合，进行中药提取，可以较大地加快提取速率，提高提取率。吴国卿等[9]研究了复合酶法提取野木瓜汁的工艺。以野木瓜为原料，采用复合酶法提取野木瓜汁。确定了果胶酶与纤维素酶的最佳添加比例为1︰6。复合酶提取野木瓜汁的最佳酶解工艺条件为：复合酶添加量1.0%，酶解温度45℃，pH4.0，酶解时间2.5h，在此最佳条件下，野木瓜出汁率可达56.7%，比空白样的出汁率13.7%高出43.0%。

4.2酶法作用于目标产物

对于有效成分中立体结构大的物质，可使用葡萄糖苷酶、转苷酶、淀粉酶等进行分解糖苷键等，改变理化性质，增大极性，减少有机溶剂的用量，降低成本，且改变生理生化性质，提高效用。

(1)转苷酶。许明淑等[10]在提取银杏叶黄酮时，使用Suhong475转苷酶和糖基配体对银杏叶进行处理，提高黄酮苷元、黄酮苷的极性，进而在30%乙醇溶剂中提取。此时的提取率相当于60%乙醇提取条件下的提取率。郁军等[11]使用淀粉酶和环糊精转糖苷酶(cGTase)处理甜菊糖作用于甜菊糖苷，破坏了甜菊苷的结构，与未用酶法处理过的甜菊糖相比较，有效地改善了甜菊糖的后苦味。

(2)葡萄糖苷酶。殷涌光等[12]从松针中提取松针黄酮，即8-葡萄糖苷酶松针总黄酮(PNF)，使用葡萄糖苷酶酶解PNF，酶解温度40℃，酶添加量1／1000，底物质量浓度0.6g／L，酶解时间5h，经过修饰后的PNF对自由基清除率、羟基自由基清除率、超氧阴离子清除率及对铁离子的还原能力都有明显地提高。

(3)复合酶。两种以上的酶的应用，既可以对植物细胞壁进行作用，也可以对有效成分进行优化。董捷等[13]在研究油菜花粉萌发孔通透性时采用了复合酶法中温淀粉酶和复合纤维素酶的组合。结果表明：用中温淀粉酶和复合纤维素酶处理花粉后，每克花粉上清液中可溶性糖含量最高可达到(0.365±0.017g)，与空白相比提高了53%。

5酶法提取技术与其他技术的联用

某些中药采用酶法提取时收率明显提高，具有较大的应用潜力，但该技术同时也存在着一定的局限性。酶法的最佳反应条件需要严格控制，条件微小的波动，也有可能引起酶活性的大大下降。实验中的酶有可能会与实验中其他的化学物质发生反应，会影响反应速率和产物的纯度。故实验室或工业生产中，多采用酶法与其他技术的联合进行中药提取，可扬长补短，发挥协同作用，提高有效成分的提取效率。

5.1酶法协同超声波

赵玉等[14]采用复合酶法协同超声波提取南瓜水溶性多糖，试验将两种独立的提取方法进行协同作用，考察协同作用对提取效果的影响，并与单一超声波法、复合酶解法相比较。原料经复合酶酶解处理，超声10min后，多糖提取率为25.94%，提取率明显高于单一使用超声波、复合酶法的提取。

5.2酶法协同超高压提取

超声波在使用时，在破碎细胞的同时，会引起温度急剧上升，费用较高。而超高压提取可在低温条件下应用，不会引起温度的剧烈变化，不会引起酶的活性降低，在热敏物质的提取中应用将会更为广泛。奚海燕等[15]在超高压辅助酶法提取大米蛋白的研究中，首先在400MPa下对大米进行预处理，后加碱性蛋白酶量1.4%，温度58℃，pH8.3，时间4h及液固比9︰1进行处理，大米蛋白质的提取率为78.72%，而只用碱性蛋白酶进行处理的提取率为70%，提取率提高显著。

5.3酶法协同微波提取

与传统的溶剂提取法相比，微波法批处理量较大，萃取效率高、省时，而且选择性较好，可提高萃取效率和产品纯度。王文平等[16]首次采用微波辅助酶法提取薏苡仁粗多糖，并对提取工艺进行了探讨。在单因素试验的基础上，采用正交试验优化其工艺，得到的最佳提取工艺为：微波功率560W，料液比1︰30，提取时间4min，提取得率达22.61%。

6酶法提取技术的应用前景

酶法强化中药提取由于反应特异性强、条件温和易获得、提取时间短、提取率高、绿色节能等已引起广泛的关注，必将成为中药开发的重要手段，具有较大的应用潜力，且随着对酶法技术的不断研究，酶法与其他技术如超声波、超高压、微波等技术的联用也将成为中药提取的另一个热点研究方向

第四篇：组织病理学技术

组织病理学技术

一．实验综述

组织病理学切片技术是融解剖学、组织胚胎学及技术、病理学及技术和临床于一体的综合性课程。是一门新兴的学科。在当今不断发展、变革的社会中，在学科相互融合，知识相互渗透，技术不断发展、概念不断更新的时代，在时代要求综合素质人才辈出的今天，组织病理学切片技术的兴起尤为必要和重要。主要任务是：使学生获得和掌握学会观察人体重要器官的解剖学特征、组织学结构、病理学变化并联系相关功能，从而在形态上观察、机能上分析、综合上判断和科学上研究疾病。同时联系病变器官的代谢和机能的改变，探讨疾病的病因、发病机制以及病理变化与临床表现的内在联系和相互的关系。为由基础走向临床打下坚实的基础。二．实验目的

1.掌握病理组织切片的基本制作过程步骤 2.掌握病变器官的代谢和机能的改变

3.明白病理组织切片制作过程中的注意事项

4.了解病理切片的制作程序及仪器的操作和注意事项 二．实验材料

1.实验材料：手术盘、镊子、手术刀、石蜡、小鼠病理组织、纱布、烧杯、脱水机、塑料包埋盒、水浴锅、切片机、染色机、载玻片、盖玻片、铅笔、标签 2.实验试剂：福尔马林、酒精（50%、55%、70%、75%、80%、85%、95%、无水浓度）、二甲苯、苏木素、盐酸酒精、伊红染液、树胶 四．实验步骤

（一）取材

从尸体解剖材料或临床手术切除的待检材料上选取供作切片标本的病理组织切块，称为取材。

1.取材要全面具有代表性，能显示病变的发展过程。为此要选取病变显著的区域和可疑灶，在统一组织块中最好包括病灶及其周围的健康组织，并应包含该器官的主要结构部分。较大而重要的病变可从病灶中心到外周的不同部位取材，以反映病变各阶段的形态学变化。

2.取材时要尽量保持组织的自然状态与完整性，避免认为变化。为此，切取组织块的剪刀要锋利，切取时勿使组织受挤压、拉扯胡揉搓。

3.组织块的大小要适当，通常其长、宽、厚以1.5×1×0.4cm为宜，必要时可增大到2×1.5×0.5cm，以便于固定液迅速浸透。尸体剖检时采取病理组织块可切得稍大些，待固定几小时后在家以修整，切到适当的大小。4.对于特殊病灶要做适当标记。5.注意避免类似的组织块混淆。6.制片的组织块，越新鲜越好。

7.接受送检标本时，须依据送检单详细检查送检物。

（二）固定和固定液

将组织浸在固定液内，使细胞组织内的物质成为不溶性，让固有形态和结构得以保存叫作固定。固定是为了保持组织、细胞与生活时的形态相似。1.本次试验的固定液为：10%福尔马林液（实验室常用固定液）

福尔马林 100ml 自来水 900ml 2.固定时的注意事项

（1）.固定组织时固定液用量要充分，液量勿少于组织块总体积的4倍。（2）.勿使组织块之间粘连。

（3）.将被检病例的畜别、编号、剖检号等信息写于标签上贴好。（4）.组织固定要尽可能恰当地掌握时间。时间过短过长都不好，根据组织大小而定，一般数小时到数天。

（三）冲洗

组织固定后，通常用流水冲洗12~24小时，以洗净固定液，停止固定作用，避免组织固定，而影响制片效果，是时组织经过冲洗也可改变硬度。

（四）脱水

将组织内的水分彻底去除，称为脱水。常用脱水剂为酒精。70%酒精 2小时

85%酒精 1.5~2小时 95%酒精(1)1.5~2小时 95%酒精(2)1.5~2小时

无水酒精(1)1.5~2小时

无水酒精(2)1.5~2小时

（五）透明

透明是指组织脱水后，通过透明剂的作用而脱去酒精使组织透明，并使石蜡抑郁渗入组织的过程。二甲苯能溶于酒精，又可溶解石蜡，是最常用的透明剂。但不宜时间过长，会使组织收缩、硬化变脆。

1:1酒精二甲苯 此液为过渡液，时间要求不严格 二甲苯(1)0.25-0.5小时 二甲苯(2)0.25-0.5小时

（六）浸蜡

组织经过透明作用后移入熔化的石蜡中浸渍，使石蜡充分渗透到组织内，起填充作用，称为浸蜡。浸蜡后的组织硬度均匀适中，可是切片完整。

浸蜡过程与时间：

1:1二甲苯石蜡 1小时 1:2二甲苯石蜡 1小时

石蜡(1)1.5小时

石蜡(2)1.5小时

（七）包埋

石蜡包埋，是将饱浸石蜡的组织块的过程。

方法：将包埋用蜡倾注于包埋容器内，用镊子夹取浸透石蜡的组织块，将其平整切面向下平置于包埋容器底部，并用镊子轻轻压平，待石蜡凝固后检查蜡块内是否有气泡，如有气泡需重新包埋。注意事项：

1.包埋时注意组织块切面，必须将平整切面向下平置于包埋容器底部 2.包埋用蜡的熔点须与浸蜡时石蜡(2)的熔点一致 3.包埋盒大小须与组织块大小适宜 4.包埋完毕，及时写清标本编号

（八）切片及附贴 1.切片 制作石蜡切片多用轮转式切片机。蜡块、切片刀准备好后，即可开始切片。(1).将蜡块放于持物台上，调节切片机，式切片刀接近蜡块。(2).炫动调节器，使厚度为10-20微米。

(3)启动切片机并观察蜡块被切削情况，至组织全面完整切平后，再将调节器调至所需厚度指标。一般石蜡切片的厚度为5-7微米为宜。转动切片机时用力要均匀，使切片完整、厚薄均匀，能连续成带。

(4)切片切出后，随即用洁净毛笔轻轻挑起，使之牵引成带，放入水浴锅内展片。2.贴片

贴片是指将菲薄的切片贴敷于载玻片的过程。用洁净的载玻片将漂浮于水浴锅表面的切片轻轻挑起，使切片附于载玻片上。

（九）染色

染色是用一种以上的染料浸染组织切片，使组织细胞中的不同物质，因着色性能不同而染成不同色彩，从而便于在显微镜下观察。染色的步骤：

1.脱蜡：将干燥的切片一次通过下列溶液。(1).二甲苯(1)5-20min(2).二甲苯(2)5-20min，进行彻底脱蜡(3).1:1二甲苯酒精 1-2min，为国度溶液(4).无水酒精 2min(5).95%酒精 2min(6).85%酒精 2min(7).75%酒精 2min(8).55%酒精 2min 2.染色：将经过脱蜡的切片，移入染色液中进行染色。(1).苏木素液 5min(2).蒸馏水洗 片刻

(3).盐酸酒精分化 1-5S（切片进入些液作2-3次提取即可）(4).自来水洗 10-20min，此时切片逐渐呈现鲜蓝色，这一步起反蓝作用，使细胞核更清晰。

(5).50%酒精 2min(6).70%酒精 2min(7).85%酒精 2min(8).95%酒精 2min(9).0.5%伊红酒精浸液 1-2min 3.脱水、透明：伊红染色之后，切片一次通过下列溶液，洗去伊红浮色，并进行脱水透明。

(1).95%酒精(1)洗去多余伊红染液

(2).95%酒精(2)脱去伊红浮色，切片进行此液后反复提取，直到无浮色脱下为止

(3).无水酒精(1)4-5min(4).无水酒精(2)4-5min,彻底脱水(5).二甲苯(1)10-20min(6).二甲苯(2)10-20min充分透明

（十）封固 封固是指切片上滴加封固和盖玻片，以利于观察和保存。

将完全透明的切片从二甲苯液中取出，擦去切片以外载玻片上的二甲苯，用粗细适度的玻璃棒滴加树胶一滴于切片一端，随即将盖玻片一端与树胶接触稍稍前推，并与载玻片成30度角，徐徐下落，将切片封盖，盖玻片加盖之前，需在酒精灯火焰上稍加烘烤，以去潮气，然后将烘烤面向上加盖。操作要迅速准确，勿使切片在空气中暴露太久，以防二甲苯挥发切片干燥。

（十一）镜检

先用低倍镜（x10）观察，找到合适的病变观察部位;再用高倍镜(x40)观察,观察具体的病变特征和病理变化。五.实验结果

经过显微镜的观察得到小鼠肝组织病变与肾组织病变图如下： 1.肝组织病变图

2.肾组织病变图

六．实验讨论及分析

通过实习不仅加深对理论知识的理解和认证，而且掌握基本病理过程的形态表现及主要疾病时的形态改变；在正确理解和掌握病理学基本理论的基础上学习病理学的观察方法，理论联系实际，使病理与临床有机结合，形态和功能密切联系，提高分析问题和解决问题的能力，并培养学生的创新能力和实践能力，为其以后的临床学习打下坚实的基础。

下面是切片时碰到的问题的原因及可能处理的方法：(1)组织发脆：一般 是脱水、透明、浸蜡时间过长、温度过高，并与组织本身质地也有关，在切片时，边切边用嘴向蜡片吹气，可能会好些。(2)切片卷起，可能是刀不锋利，或刀锋在另一面，或刀角 度过大，切片太厚等等。(3)蜡片弯曲：可能是刀锋不均，切片刀未磨直，切片刀与蜡块不平行。(4)透明、浸蜡时间过长、温度过高，并与组织本身质地也有关(5)厚薄不均：可 能是刀、刀座及蜡块未夹紧，组织太硬，或切片机主轴太向前，或切片机已磨损。(6)切片出现裂痕：可能是刀有缺口，石蜡内有杂质，组织内有钙化、骨片或有线结, 也可能会有 棉纸纤维等。

第五篇：激光切割技术的原理及应用

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激光切割技术的原理及应用

1.激光切割技术简介.......................................................................2 1.1激光切割技术概述................................................................2 1.2激光切割技术的原理............................................................4 1.3激光切割技术的发展历史....................................................5 2.激光切割的特点.............................................................................6 2.1激光切割的总体特点............................................................6 2.2 CO2激光切割技术的特点.....................................................7 2.3半导体激光切割机................................................................8 2.4光纤激光切割机....................................................................8 3.激光切割技术的应用及发展前景.............................................10 3.1激光切割技术的市场现状..................................................10 3.2激光切割技术的应用..........................................................12 结论..................................................................................................13

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激光切割技术的原理及应用

材料12A文修曜

摘要

激光加工技术是一种先进制造技术，而激光切割是激光加工应用领域的一部分，激光切割是当前世界上先进的切割工艺。由于它具备精密制造、柔性切割、异型加工、一次成形、速度快、效率高等优点，所以在工业生产中解决了许多常规方法无法解决的难题。激光能切割大多数金属材料和非金属材料。

Abstract

The laser processing technology is a kind of advanced manufacturing technology, and laser cutting is part of the laser processing applications, laser cutting is the current advanced cutting technology in the world.Because it has flexible cutting, stone processing, precision manufacturing, a forming, fast speed, higher efficiency, so in industrial production solved many conventional methods cannot solve the problem.Can laser cutting most of the metal materials and nonmetal materials.关键词：激光切割的原理；激光切割的分类及特点；激光切割技术的应用

1.激光切割技术简介

1.1激光切割技术概述

激光切割是激光加工行业中最重要的一项应用技术。它占整个激光加工业的70%以上。激光切割与其他切割方法相比，最大区别是它具有高速、高精度及高适应性的特点。同时还具有割缝细、热影响区小、切割面质量好、切割时无噪声、切割过程容易实现自动化控制等优点。激光切割板材时，不需要模具，可以替代 2 辽宁科技大学学生论文

一些需要采用复杂大型模具的冲切加工方法，能大大缩短生产周期和降低成本。因此，目前激光切割已广泛地应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门中。

激光切割主要是CO2激光切割,激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化,并使CO2激光束与材料沿一定轨迹作相对运动,从而形成一定状的切缝。激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。

激光束聚焦成很小的光点其最小直径可小于0.1mm，使焦点处达到很高的功率密度可超过106W／cm2)。这时光束输入（由光能转换）的热量远远超过被材料反射、传导或扩散部分，材料很快加热至汽化湿度，蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄（如0.1mm左右）的切缝。切边热影响很小，基本没有工件变形。

切割过程中还添加与被切材料相适合的辅助气体。钢切割时得用氧作为辅助气体与溶融金属产生放热化学反应氧化材料，同时帮助吹走割缝内的熔渣。切割聚丙烯一类塑料使用压缩空气，棉、纸等易燃材料切割使用惰性气体。进入喷嘴的辅助气体还能冷却聚焦透镜，防止烟尘进入透镜座内污染镜片并导致镜片过热。

大多数有机与无机都可以用激光切割。在工业制造占有分量很重的金属加工业，许多金属材料，不管它具有什么样的硬度，都可进形无变形切割。当然，对高反射率材料，如金、银、铜和铝合金，它们也是好的传热导体，因此激光切割很困难，甚至不能切割。

激光切割无毛刺，皱折、精度高，优于等离子切割。对许多机电制造行业来说，由于微机程序的现代化激光切割系统能方便切割不同形状与尺寸的工件，它往往比冲切、模压工艺更被优先选用；尽管它加工速度慢于模冲，但它没有模具消耗，无需修理模具，还节约更换模具时间，从而节省加工费用，降低产品成本，所以从总体上讲在经济上更为合算。

另一方面，从如何使模具适应工件设计尺寸和形状变化角度看，激光切割也 3 辽宁科技大学学生论文

可发挥其精确、重现性好的优势。作为层叠模具的优先制造手段，由于不需要高级模具制作工，激光切割运转费用也并不昂贵，因此还能显著地降低模具制造费用。激光切割模具还带来的附加好处是模具切边会产生一个浅硬化层，提高模具运行中的耐磨性。激光切割的无接触特点给圆锯片切割成形带来无应力优势，由此提高了使用寿命。

1.2激光切割技术的原理

在激光束能量作用下（氧助切割机制下，还要加上喷氧气与到达燃点的金属发生放热反应放出的热量），材料表面被迅速（ms范围）加热到几千乃至上万度（℃）而熔化或汽化，随着汽化物逸出和熔融物体被辅助高压气体（氧气或氮气等惰性气体）吹走，切缝便产生了。脉冲激光适用于金属材料,连续激光适用于非金属材料,后者是激光切割技术的重要应用领域。

激光切割是利用高功率密度的激光束扫描过材料表面，在极短时间内将材料加热到几千至上万摄氏度，使材料熔化或气化，再用高压气体将熔化或气化物质从切缝中吹走，达到切割材料的目的。

该技术采用激光束照射到钢板表面时释放的能量来使不锈钢熔化并蒸发。激光源一般用二氧化碳激光束，工作功率为500～2500瓦。该功率的水平比许多家用电暖气所需要的功率还低，但是，通过透镜和反射镜，激光束聚集在很小的区域。能量的高度集中能够进行迅速局部加热，使不锈钢蒸发。此外，由于能量非常集中，所以，仅有少量热传到钢材的其它部分，所造成的变形很小或没有变形。利用激光可以非常准确地切割复杂形状的坯料，所切割的坯料不必再作进一步的处理。

激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。从二十世纪七十年代以来随着CO2激光器及数控技术的不断完善和发展，目前已成为工业上板材切割的一种先进的加工方法。在五、六十年代作为板材下料切割的主要方法中：对于中厚板采用氧乙炔火焰切割；对于薄板采用剪床下料，成形复杂零件大批量的采用冲压，单件的采用振动剪。七十年代后，为了改善和提高火焰切割的切口质量，又推广了氧乙烷精 辽宁科技大学学生论文

密火焰切割和等离子切割。为了减少大型冲压模具的制造周期，又发展了数控步冲与电加工技术。各种切割下料方法都有其有缺点，在工业生产中有一定的适用范围。

1.3激光切割技术的发展历史

激光切割是激光加工行业中最量要的一项应用技术,由于具有诸多特点,已广泛地应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门。近年来，激光切割技术发展很快，国际上每年都以20％～30％的速度增长。我国自1985年以来，更以每年25％以上的速度增长。由于我国激光工业基础较差，激光加工技术的应用尚不普遍，激光加工整体水平与先进国家相比仍有较大差距，相信随着激光加工技术的不断进步，这些障碍和不足会得到解决。激光切割技术必将成为21世纪不可缺少的重要的钣金加工手段。激光切割加工广阔的应用市场，加上现代科学技术的迅猛发展，使得国内外科技工作者对激光切割加工技术进行不断探入的研究，推动着激光切割技术不断创新，激光切割技术的发展方向如下：

(1)伴随着激光器向大功率发展以及采用高性能的CNC及伺服系统,使用高功率的激光切割可获得高的加工速度,同时减小热影响区和热畸变;所能够切割的材料板厚也格进一步地提高，高功率激光可以通过使用Q 开关或加载脉冲波，从而使低功率激光器产生出高功率激光。

(2)根据激光切割工艺参数的影响情况，改进加工工艺，如：增加辅助气体对切割熔渣的吹力；加入造渣剂提高熔体的流动性；增加辅助能源，并改善能量之间的耦合；以及改用吸收率更高的激光切割。

(3)激光切割将向高度自动化、智能化方向发展。将CAD/CAPP/CAM[4]以及人工智能运用于激光切割，研制出高度自动化的多功能激光加工系统。

(4)根据加工速度自适应地控制激光功率和激光模式或建立工艺数据库和专家自适应控制系统使得激光切割整机性能普遍提高。以数据库为系统核心，面向通用化CAPP开发工具，对激光切割工艺设计所涉及的各类数据进行分析，建立相适应的数据库结构。

(5)向多功能的激光加工中心发展，将激光切割、激光焊接以及热处理等各 辽宁科技大学学生论文

道工序后的质量反馈集成在一起，充分发挥激光加工的整体优势。

(6)随着Internet和WEB技术的发展，建立基于WEB的网络数据库，采用模糊推理机制和人工神经网络来自动确定激光切割工艺参数，并且能够远程异地访问和控别激光切割过程成了不可避免的趋势。

(7)三维高精度大型数控激光切割机及其切割工艺技术，为了满足汽车和航空等工业的立体工件切割的需要，三维激光切割机正向高效率、高精度、多功能和高适应性方向民展，激光切割机器人的应用范围将会愈来愈大。激光切割正向着激光切割单元FMC、无人化和自动化方向发展。

2.激光切割的特点

2.1激光切割的总体特点

激光加工作为一种全新的加工方法，以其加工精确、快捷、操作简单、自动化程度高等优点，在皮革、纺织服装行业内逐渐得到广泛的应用。镭射激光切割机与传统的切割方式相比不仅价格低,消耗低.并且因为激光加工对工件没有机械压力,所以切割出来产品的效果,精度以及切割速度都非常良好.并且还具有操作安全,维修简单等特点.可连续24小时工作。用镭射激光机切割出来的无尘布无纺布边不发黄,自动收边不散边,不变形，不会发硬,尺寸一致且精确；可切割任意复杂形状；效率高、成本低，电脑设计图形,可切割任意形状任各种大小的花边。开发速度快：由于激光和计算机技术的结合，用户只要在计算机上设计，即可实现激光雕刻输出并且可随时变换雕刻,可边设计边出产品。

激光切割是用聚焦镜将激光束聚焦在材料表面，使材料熔化,同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料,并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动,从而形成一定外形的切缝。

1．精度高：定位精度0.05mm，重复定位精度0.02 mm 2．切缝窄：激光束聚焦成很小的光点，使焦点处达到很高的功率密度，材料很快加热至气化程度，蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。切口宽度一般为0.10～0.20mm。

3．切割面光滑：切割面无毛刺，切口表面粗糙度一般控制在Ra12.5以内。辽宁科技大学学生论文

4．速度快：切割速度可达50m/min，最大定位速度可达70m/min，比线切割的速度快很多。

5．切割质量好：无接触切割，切边受热影响很小，基本没有工件热变形，完全避免材料冲剪时形成的塌边，切缝一般不需要二次加工。

6．不损伤工件：激光切割头不会与材料表面相接触，保证不划伤工件。7．不受被切材料的硬度影响：激光可以对布料，橡皮等柔软材质进行加工，不管什么样的硬度，都可以进行无变形切割。

8．不受工件外形的影响：激光加工柔性好，可以加工任意图形，可以切割管材及其它异型材。

9．可以对非金属进行切割加工：如塑料、木材、PVC、皮革、纺织品、有机玻璃等。

10．节约模具投资：激光加工不需模具，没有模具消耗，无须修理模具，节约更换模具时间，从而节省了加工费用，降低了生产成本，尤其适合大件产品的加工。

2.2 CO2激光切割技术的特点

1.切割质量好

切口宽度窄（一般为0.1--0.5mm）、精度高（一般孔中心距误差0.1--0.4mm，轮廓尺寸误差0.1--0.5mm）、切口表面粗糙度好（一般Ra为12.5--25μm），切缝一般不需要再加工即可焊接。2.切割速度快

例如采用2KW激光功率，8mm厚的碳钢切割速度为1.6m/min；2mm厚的不锈钢切割速度为3.5m/min，热影响区小，变形极小。3.清洁、安全、无污染

大大改善了操作人员的工作环境。当然就精度和切口表面粗糙度而言，CO2激光切割不可能超过电加工；就切割厚度而言难以达到火焰和等离子切割的水平。但是就以上显著的优点足以证明：CO2激光切割已经和正在取代一部分传统的切割工艺方法，特别是各种非金属材料的切割。它是发展迅速，应用日益广泛的一种先进加工方法。

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2.3半导体激光切割机

1简介

半导体激光切割机采用半导体泵浦激光器，半导体泵浦激光器是近年来国际上发展最快，应用较广的新型激光器。该类型的激光器利用输出固定波长的半导体激光器代替了传统的氪灯或氙灯来对激光晶体进行泵浦，从而取得了崭新的发展，被称为第二代的激光器。这是一种高效率、长寿命、光束质量高、稳定性好、结构紧凑小型化的第二代新型固体激光器，目前在空间通讯，光纤通信，大气研究，环境科学，医疗器械，光学图象处理，激光打印机等高科技领域有着独具特色的应用前景。

2特点

1、采用半导体泵浦源和德国高速标记振镜头，光电转化效率高、光束质量好。

2、采用全数字化激光标记和独特的激光选模及深雕技术，确保了设备具有极高的稳定性、精确性和友好的操作性。并可选配自动测焦和调焦系统，满足精确切割和多样化打标需求。

3、周到的防护设计：缺水保护，激光谐振腔光路和激光腔腔体双重密封，防潮装置，防长出光装置。

4、多样的外围装置设计：自动上、下料系统，旋转标记转台，排风除尘系统，激光防护罩及灯光警示装置。

5、光路预览功能，焦点指示功能：在激光的光轴上叠加了可见红光，用于指示激光束的位置，实现对打标范围的预览。增加了指示对焦红光，直观方便的实现了对焦功能。

半导体激光切割机GDBEC-130250，选用进口半导体泵浦源和德国高速标记振镜头，光电转化效率高，光束质量好，可在金属、非金属等各类固性材料上进行精确、快速的打标和划线，并可根据加工材料厚度，调整激光焦距，确保加工的最佳效果。适用于各类普通金属及合金（铁、铜、铝、镁、锌等所有金属）、稀有金属及合金（金、银、钛）、金属氧化物、ABS料（电器用品外壳、日用品）、油墨（透光按键、印刷制品），环氧树脂（电子元件的封装、绝缘层）等材料。

2.4光纤激光切割机

1简介 辽宁科技大学学生论文

光纤激光切割机是利用光纤激光发生器作为光源的激光切割机。光纤激光器是国际上新发展的一种新型光纤激光器输出高能量密度的激光束，并聚集在工件表面上，使工件上被超细焦点光斑照射的区域瞬间熔化和气化，通过数控机械系统移动光斑照射位置而实现自动切割。同体积庞大的气体激光器和固体激光器相比具有明显的优势，已逐渐发展成为高精度激光加工、激光雷达系统、空间技术、激光医学等领域中的重要候选者。

光纤激光切割机它既可做平面切割,也可做斜角切割加工,且边缘整齐、平滑,适用于金属板等高精度的切割加工，同时加上机械臂可以进行三维切割代替原本进口的五轴激光。比起普通二氧化碳激光切割机更节省空间和气体消耗量，光电转化率高，是节能环保的新产品，也是世界上领先技术产品之一。2光纤激光切割机较CO2激光切割机的优势：

1）卓越的光束质量：聚焦光斑更小，切割线条更精细，工作效率更高，加工质量更好；

2）极高的切割速度：是同等功率CO2激光切割机的2倍；

3）极高的稳定性：采用世界顶级的进口光纤激光器，性能稳定，关键部件使用寿命可达10万小时；

4）极高的电光转换效率：光纤激光切割机光电转换效率达30%左右，是CO2激光切割机高3倍，节能环保；

5）极低的使用成本：整机耗电量仅为同类CO2激光切割机的20-30%； 6）极低的维护成本：无激光器工作气体；光纤传输，无需反射镜片；可节约大量维护成本；

7）产品操作维护方便：光纤传输，无需调整光路；

8）超强的柔性导光效果：体积小巧，结构紧凑，易于柔性加工要求。

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当然了，与二氧化碳激光切割机相比，光纤的切割范围相对狭窄。因为波长的原因，其只能切金属材料，对非金属不容易被其吸收，从而影响其切割范围。3与YAG激光切割机相比的优势：

1）切割速度：光纤激光切割机的速度是YAG的4-5倍，适用于大量加工与生产

2）使用成本：光纤激光切割机的使用成本比YAG固体激光切割更少 3）光电转换效率：光纤激光切割机的光电转换效率是YAG的10倍左右 相应的光纤激光器的价格较高，所以光纤激光切割机价高比之YAG激光切割机要高出不少，但比二氧化碳激光切割机要低很多。但其性比价确实三者中最高的。

3.激光切割技术的应用及发展前景

激光切割的应用领域非常广泛, 比如汽车行业、计算机、电气机壳、各种金属零件和特殊材料的切割、圆形锯片、压克力、弹簧垫片、2mm以下的电子机件用铜板、一些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钦合金等等。近年来, 激光切割的新应用层出不穷, 令人耳目一新。

3.1激光切割技术的市场现状

我国激光产业的发展，虽然是一个初步发展，但在国际科技带领下已经完成了飞跃的发展，并且比同等质量有一个高阶段的突出。以激光切割机来讲，市场的需求高达千万，为广阔的市场添加了新的生机。自从60年代第一台激光设备的诞生和应用开始，我国就有多位专家在激光行业付出了努力，并达到了国际一个微小的差值。在激光行业的发展同时，激光成套工业设备也进入了生产的市场，摆脱了长期依靠国外的局面，解决了国内激光行业的尴尬局面。

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国内经济的飞速发展，成为激光市场的高产业支柱，并且可以达到每年20%以上的增长速，成为全球激光市场的一个新起点，根据专家预测，国内的激光市场仍处于高速的增长阶段，在未来可以在进行翻倍的增加，来最大的扩充激光切割设备的市场，填补国内空白，将国内高端激光设备摆脱受困的状态，成为国际上的顶梁柱。目前国内的激光产业主要在深圳、武汉两地聚集，其中深圳是国内的重要销售市场，并且以多年的发展经验，领先了其他区域。

激光切割指采用激光发射性光束在产品上面打孔，根据水平移动来对应产生的缝隙称为激光切割，激光可以在多产品材料上面切割，如亚克力、刀模板、布料、皮革等行业都能运用激光进行切割，因此激光切割是一种在多行业切割的新型方案。对于这样一种新型的切割方法，相对于传统切割有着什么样的优势呢，下面光博士带您分析下。

激光是利用物质激发产生光，这种光带有强烈的温度，在接触材料时候，能够迅速的在材料表面融化，形成打孔，根据对位对点的移动形成了切割，因此这样的一种切割方法相对于传统的切割方法，缝隙更小，更能够省去大部分材料，然而根据切割效果来定义分析，根据激光进行切割的材料，其切割效果能够满意，精准度又高，这是继承了激光的优势，也是普通切割方式不能够媲美的。

相对于传统切割方式中，激光切割更易懂、易学、在商家需求的加工效果，速度方面都有着绝对的优势，因此相信在未来的切割方式选择中，激光切割机将是大众的需求。

激光切割加工是指采用激光设备来给产品进行加工，这种模式是针对那种初入激光行业，并且小型的加工户，然而这种模式在现今的社会都不提倡了，因为激光设备的价格不再是那种高高在上的设备了，完美的技术发展，优良的加工精细，使得现今的激光设备不再是那样的昂贵，因为它们的设备有针对行业性的，这样能够省去了以往那种高贵的大功率设备加工，现今的小功率设备也能进行加工了，这让这些想购买激光切割机的加工不在需要借用他人的设备进行加工了，激光切割加工模式逐渐被取代了，这是必然性。

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下面分析下激光切割市场以及加工效果，在激光切割市场，凡事了解一点的都清楚，激光切割能够加工多行业，然而需要购买加工多行业的设备，价格是不菲的，然而如果购买的是单行业，如刀模激光切割机、皮革激光切割机等，这些针对行业的设备，价格就不是那样昂贵了，这就是未来的市场，在其加工效果方面，单行业的加工效果，肯定针对单行业其功能是最好的，能够满足此行业的要求，这些在这些行业设备介绍中，光博士有提到，因此在如果想采用激光切割加工的商户们，不妨去尝试着使用激光切割设备直接自己购买进行加工，这样能够帮助你实现以及解决很多的问题！

3.2激光切割技术的应用

大多数激光切割机都由数控程序进行控制操作或做成切割机器人。激光切割作为一种精密的加工方法，几乎可以切割所有的材料，包括薄金属板的二维切割或三维切割。

在汽车制造领域，小汽车顶窗等空间曲线的切割技术都已经获得广泛应用。德国大众汽车公司用功率为500W的激光器切割形状复杂的车身薄板及各种曲面件。在航空航天领域，激光切割技术主要用于特种航空材料的切割，如钛合金、铝合金、镍合金、铬合金、不锈钢、氧化铍、复合材料、塑料、陶瓷及石英等。用激光切割加工的航空航天零部件有发动机火焰筒、钛合金薄壁机匣、飞机框架、钛合金蒙皮、机翼长桁、尾翼壁板、直升机主旋翼、航天飞机陶瓷隔热瓦等。

激光切割成形技术在非金属材料领域也有着较为广泛的应用。不仅可以切割硬度高、脆性大的材料，如氮化硅、陶瓷、石英等；还能切割加工柔性材料，如布料、纸张、塑料板、橡胶等，如用激光进行服装剪裁，可节约衣料10%～12%，提高功效3倍以上。

从技术经济角度不宜制造模具的金属钣金件，特别是轮廓形状复杂，批量不大,一般厚度；12mm的低碳钢、；6mm厚的不锈钢，以节省制造模具的成本与周期。已采用的典型产品有：自动电梯结构件、升降电梯面板、机床及粮食机械外罩、各种电气柜、开关柜、纺织机械零件、工程机械结构件、大电机硅钢片等。辽宁科技大学学生论文

装饰、广告、服务行业用的不锈钢（一般厚度3mm）或非金属材料（一般厚度20mm）的图案、标记、字体等。如艺术照相册的图案，公司、单位、宾馆、商场的标记，车站、码头、公共场所的中英文字体。

要求均匀切缝的特殊零件。最广泛应用的典型零件是包装印刷行业用的模切版，它要求在20mm厚的木模板上切出缝宽为0.7~0.8mm的槽，然后在槽中镶嵌刀片。使用时装在模切机上，切下各种已印刷好图形的包装盒。国内近几年来应用的一个新领域是石油筛缝管。为了挡住泥沙进入抽油泵，在壁厚为6~9mm的合金钢管上切出0.3mm宽的均匀切缝，起割穿孔处小孔直径不能大于0.3mm，切割技术难度大，已有不少单位投入生产。

国外除上述应用外，还在不断扩展其应用领域。

⑴采用三维激光切割系统或配置工业机器人，切割空间曲线，开发各种三维切割软件，以加快从画图到切割零件的过程。

⑵为了提高生产效率，研究开发各种专用切割系统，材料输送系统，直线电机驱动系统等，如今切割系统的切割速度已超过100m/min。

⑶为扩展工程机械、造船工业等的应用，切割低碳钢厚度已超过30mm，并特别注意研究用氮气切割低碳钢的工艺技术，以提高切割厚板的切口质量。因此在中国扩大CO2激光切割的工业应用领域，解决新的应用中一些技术难题仍然是工程技术人员的重要课题。

结论

激光从提出到变为现实的发展史用了几十年，从初生到今天无处不再又是几十年，激光及应用实际上是随着社会需求的进步而得以发展。激光的出现和发展又带动了光学，实验等学科的发展。从社会角度看，激光的产生改变了人们的生活，使之更加方便快捷。随着科技的发展，激光技术必将得到更加广泛的应用于我们世界的各个方面，使人类的科技不断进步。我也坚信，我国的激光技术也将会达到世界领先的水平，为我国各行各业的发展提供有利的条件！

参考文献

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