3D打印技术及其在地学信息领域应用进展

第一篇：3D打印技术及其在地学信息领域应用进展

3D打印技术及其在地学信息领域应用进展

作 者：缪谨励、刘文斐

单 位：中国地质调查局发展研究中心、国土资

源部地质信息技术重点实验室

地 址：北京市西城区阜外大街45号院 邮 编:100037

摘 要： 3D打印在三维建模方面是一种革命性的进步技术。在地质建模方面可以应用3D打印技术将地理信息数据打印成实体模型。例如地质模型、地形地貌模型、地理信息系统模型、房地产3D沙盘模型。3D打印技术在地质新方面的应用在日益发展。关键词：3D打印、三维建模、实体模型

3D打印技术近年来得到普遍关注。目前，国外3D打印技术在各领域的应用已取得明显进展，而在国内，3D打印技术还没有得到全面应用。就地学信息领域而言，仅在个别部门得到初步应用。

一、3D打印技术简介

（一）发展历史

3D打印技术最早诞生于1986年美国人查尔斯.豪尔（Charles W.Hull）申请的专利。作为3DSystems公司的创始人，查尔斯.豪尔推出了第一款工业化的3D打印设备。80年代末期，出现了熔融层积成型技术（FDM）与选择性激光烧结（SLS），并于1992年售出了第一台基于熔融沉积成型技术的3D打印设备。同年，DTM公司也将选择性激光烧结技术生产的产品推向市场。1993年，美国麻省理工学院启动研究“三维打印技术”，并于1995年推出了第一款产品。随后，一款具有里程碑意义的3D打印机产品--Spectrum Z510于2005年推出，这是第一款能够实现高分辨率彩色3D打印的设备。此后，世界上推出了几十种不同的3D打印制造工艺方法，其成本也逐年降低。

（二）工作原理

3D打印技术的工作原理与传统的喷墨打印技术基本相似，均为基于原料喷射堆叠成型技术。3D打印的主要流程：应用计算机软件设计三维模型蓝图，通过电脑辅助设计技术（CAD）完成一系列的数据切片，然后将这些切片信息发送至3D打印机，对描述打印对象相关属性 的数据文件（如STL文件或者CAD文件）进行快速处理，最后用液化、粉末化或丝化的薄层材料逐层连续地进行堆叠，每层材料只有0.1mm-0.2mm厚，层与层之间通过特殊的液体粘合剂进行粘合，并完成固结，直至“打印”出成型的固态实体模型。

（三）优缺点

3D打印技术在三维模型的模拟方面取得了革命性进步。由于3D打印不需要生产线，既节省了模具制作时间，缩短了生产周期，又减少了前期模型各部件设计及粘合的成本消耗，同时也在一定程度上减少了材料的浪费。另外，3D打印技术具有一次成型，快速个性化定制等特点，在小批量、多品种的生产中占有优势。充分利用3D打印机，消除修改磨具的制作成本消耗，能够使开发成本节约10倍以上，同时缩短产品开发周期至1/3，同时在制作的过程中无需考虑工具的路径和脱模的方式。

3D数字可视化技术能够成功地将真实环境下的目标对象呈现于虚拟环境之下。而3D打印技术制作的三维实体物理模型能够辅助用户更好地理解目标对象在现实世界中不同维度下的形态。事实上，3D打印技术在舒适度、基于目标对象特征的探索、分析和实现大规模讨论的可行性简易程度、以及对用户专业素质的要求等方面明显优于3D数字可视化技术。

然而，3D打印技术还存在一些技术难点，如3D打印数据、粉末材料和液体粘合剂的准备过程复杂，3D打印机易用性差等问题。STL格式数据输入的过程很难实现用户可视化，并且处理后输出的数据还需进行一系列用户不可见的不规则数据自动化清理过程。由于3D打印产业不断发展带来的社会安全和知识产权保护等问题，也可能影响3D打印技术的发展进程。

（四）工艺分类

目前，比较成熟的主流3D打印技术有十余种，其中SLA快速成型技术是目前应用最广、精度最高的快速成型方法。每种技术都有其各自的优势和劣势。还有一些不常用的技术,如多喷嘴建模系统、V Flash Printer、Desktop Factory、DLP激光成型技术、UV紫外线成型技术、实体磨削固化（SGC）、数码堆叠成型技术（DBL）、三维焊接（3DW）、直接铸壳成型技术（DSPC）、直接金属成型技术（DMD）等工艺方法。

二、3D打印技术的应用现状

3D打印在制造业已经悄然兴起，随着3D打印技术社会需求量的逐年增加，3D打印机的价格逐年降低。截至2010年初，中国3D打印设备使用量占亚洲总额的30.4%，占世界总额的3%。

（a）（b）

图 1（a）美国佛罗里达州迈阿密的The Realization Group 多维可视化服务公司采用ZPrinter 310 Plus 制作了这款28 英寸高的迈阿密“The Met”建筑物模型，所用时间和成本为传统建筑模型制作方法的四分之一。（b）南非德班千禧塔(F.A.D Publishers)以及南非斯坦陵布什大学学生使用ZPrinter 310打印机根据实际工程参数制作的千禧塔三维模型。

3D打印技术在许多领域均有涉及。生物化学医疗方面，3D打印技术可以将CT 和MRI 扫描数据转化成三维模型，以供学术和临床用途，包括手术方案的制定、医学假肢或生物体植入物的设计，还有比较新兴的“三维细胞打印”和“仿生定制”等，使活细胞打印有可能在未来成为现实。3D打印技术还可打印化学反应容器，可产生新的化学化合物。3D打印技术可以复制无法翻模、不适于翻模、以及局部残缺的文物，对于重建古生物化石、考古学复原文化古迹和珍贵艺术品意义重大。由于3D打印技术可用于复杂形状、尺寸微细、特殊性能的零部件和构件制造，对于结构复杂、成本高昂的航空航天零件，一旦出现瑕疵或缺损，只能整体更换，可能造成数十万、上百万元损失。而通过3D打印技术，可以用同一材料将缺损部位修补成完整形状，修复后的性能不受影响，大大节约了时间和资金。另外，美国航空航天局（NASA）正在研究食物3D打印机，目的是研发新的方式来生产营养食品，并可在漫长的航天任务中进行储存。3D打印成型的建筑项目模型能让建筑设计师从创造性和空间感方面考虑问题，有助于与负责按设计施工的工程师之间进行良好的沟通。3D模型也可用于各学科的教学和科研。在北美的一些中学、普通高校和军事院校，3D打印机已经被应用于

教学和科研，其中以麻省理工学院尤为领先。同时，位于南非的斯坦陵布什大学工业工程系也验证了3D打印技术在教育领域的价值。3D打印技术在资源、能源开采领域也逐渐得到推广。中国石化工程技术人员首创的“礁滩相储层开发精细描述技术”，将3D打印技术制作的地下储层精细的三维地质模型，应用于普光天然气田的钻井设计，钻井成功率达100%，从而解决了世界难题。

三、3D打印技术在地学信息领域的应用

（一）基于地理信息数据制作各种三维实体模型

3D打印技术能够准确地区分土地、水体、建筑物和其它地形特征，特别是复制一个复杂的等比例自然地形结构或城市构造，使3D打印技术在地学信息技术领域的应用深度逐渐增加。对于大面积的地理结构图，可将地理模型分段处理，逐块打印，最终拼接到一起。应用3D打印技术可以将地理信息数据打印成多种实体模型：

1.地质模型：辅助工程人员了解不同地层在水平和垂直方向上的属性特征、矿体特性、地下水概况和各深度的蓄水层构造。

2.地形地貌模型：提高了商谈复杂解决方案的效率。

3.地理信息系统模型：迅速、高质量地呈现乡村、城市、地形地图。4.房地产3D沙盘模型：不仅外观精细准确，内部结构也符合标准比例尺。

（a）（b）

图 2（a）应用3D打印技术生成的描述地形和地下地质情况的3D模型；（b）应用3D打印技术在水晶玻璃中生成的洞穴几何形状及根据地震数据生成的彩色3D模型

（二）应用3D打印技术呈现GIS图层的技术难点

通过3D打印技术呈现GIS数据的技术仍处于起步阶段，存在一定的技术难题，主要包括：

1.需要将大量不同种类的地理空间数据格式转换成STL文件格式。

2.减少在DEM数据转换为STL文件格式过程中的数据丢失。STL格式文件是目前3D打印机识别的几种文件格式之一。研究人员正在通过使用各种软件和方法分几个阶段获取3D STL格式的数据。已经成功的一种是将DEM ASCII XYZ直接转换成3D STL 数据。

3.3D打印技术本质上并不是一个廉价的技术手段，因此在制作实体三维物理模型时，一定要估算打印材料的使用量。

4.3D打印技术可以制作高精度、高分辨率的实体模型，但同时也可能丢失一部分细节特征。模型打印过程中，材质层堆叠的宽度将决定打印的分辨率，以及模型壁的最小厚度极限值。

5.用户需要提前准备好3D数字模型用于3D打印数据输入。

6.原始GIS数据被打印成3D模型后，数据的属性被整合压缩。但是有时研究人员需要研究数据的个别属性，需要重新返回平面地图--参考初始平面形态。

（三）3D打印技术与虚拟三维城市模型(CityGML)的联系

空间数据的可视化进程经历了一系列发展阶段。起初，仅能应用2D纸质地图以固定比例的非交互式的静态模式，对现实事物进行二维展示。随着信息技术的问世，这些2D地图可以被扫描至计算机，生成可根据需求进行适度缩放的非交互式数字2D图像，而虚拟世界的比例尺寸概念成为当时的技术挑战。随着地理空间信息技术的提出，附加相应非空间属性的交互式2D数据得以生成。GIS技术的进一步发展，成功创建了交互式3D数据和附加相应属性的虚拟模型。紧接着，三维建模功能迎来了一系列快速的进步和技术革新，在此基础上提出了3D模拟漫游概念，并应用相关软件生成动态视频。随后，随着硬件的进步，3D打印机的问世很大程度上缩短了三维实体物理模型的生成时间，使之前不可能实现的目标对象制作过程变得简单易行。

CityGML是一种用于虚拟三维城市模型数据交换与存储的格式,是开放地理空间信息联盟OGC认可的标准。与其它3D矢量格式相比，CityGML是表达现实世界的通用拓扑模型。对于特定的领域，CityGML也可以在保存语义互操作性的前提下提供拓展机制来丰富具有识别功能的数据。目标应用领域明确包括了城市和景观规划、建筑设计、旅游和休闲活动、三维地籍图，可采用5个连续的分辨率等级（LOD0-LOD4），打印精度从≤0.2 m至≤5 m不等。现阶段许多城市都根据CityGML建立了3D城市模型，如德国的柏林市和荷兰的阿珀尔多伦市。

四、3D打印技术在地学空间信息领域应用的发展趋势

当前，3D打印技术在地学空间信息领域的应用主要朝着三个新方向发展：

1.3D打印技术生成的房地产3D沙盘模型，不仅外观细节精确，分辨率较高，内部结构也符合标准比例尺，从而极大地提升规划和设计的参考价值。随着国内有关3D打印产业政策的舆论呼声日渐高涨，房地产领域在应用3D打印技术向消费者和规划设计人员进行展示的标准化问题会获得新进展，国家科技部的相关负责人已经表示，将会制定有关的3D打印行业规范及相关政策。

2.3D地质沙盘也有助于对建筑地基、地下空间构造、隧道等地质数据集成的理解。应用3D打印技术可快速生成三维地质矿产模型，帮助地质和矿山开发人员了解地质矿体情况。3D打印技术在一些技术较发达的国家的地学研究领域已有实践，在地下矿床油气田结构可视化、地质研究、野外环境分析、矿产资源能源开采以及军事指挥中，均有了许多成熟的应用。

3.地理空间信息科学研究需要更高三维精细度的3D模型。目前，全球最为流行的专业3D打印机是Zprinter系列产品，这种型号的打印机可以很好地兼容地理空间信息模型的输出，并支持全彩打印，从而将地质结构的三维实体特性清晰细致地展现出来，其效率很高。

世界著名商业建筑设计公司Jerde 在波兰华沙“Zlote Tarasy”项目的波状玻璃屋顶设计以及加利福尼亚州“Morongo 娱乐场耀眼天蓬”设计时，其效率呈“指数式”提升。麻省理工学院也将Z Corp.3D打印机应用于教学和科研中。不仅提升了学生教育体验的效益，同时也完善了建筑设计等相关专业的尖端课程，增强了与世界顶级研究机构及重点实验室的紧密联系。国内的一些测绘装备类企业，也积极在为国内的3D打印技术提供着硬件、软件技术和精准测绘数据上的支持，可以清晰地打印出高标准的模型。

3D打印技术被视为地学信息技术领域最大众化的发展方向。英国Terrainator.com地图平台是一家打印3D地图工艺产品的网站。用户可以在网站提供的地图中，按照一定的比例尺圈定区域，提交给地图平台，系统会自动生成三维地形结构图。网站会根据该区域的版图面积、地形复杂程度和一些定制化的要求为用户打印出三维地形模型。目前，该地图平台仅支持美国大部分地区、加拿大西部、英国及欧洲少数国家的部分地区。除此之外，美国网站Landprint.com则是一个明码标价出售3D地理模型和地形模型的公司，主要出售夏威夷群岛、世界著名山峰、著名国家公园和月球陨石坑四个类型的3D模型，比如圣海伦斯火山的3D地形模型可卖到195美元的高价。同样，该公司也提供3D地形定制化服务，满足客户的特殊需求。

3D打印技术在地学信息领域应用日趋广泛，并且技术上已经日臻完善，必将在地质调查三维模拟和地质勘查三维模型成果输出方面发挥重要作用。

(转自中国勘测联合网：www.xiexiebang.com 技术百科)

第二篇：无线通信技术在消防领域的应用

无线通信技术在消防领域的应用

【摘要】 科学技术不断地发展，对于人们的生活和工作方式都有着很大的影响，其中最具有代表性的就是无线通信技术，该技术诞生至今已经具有很长发展时间，并且在我国的众多领域都有着十分广泛的应用。本文就是对无线通信技术在我国消防领域中的应用进行深入分析，希望相关的人员能够明确无线通信技术对于现代消防的重要性，不断的加强研究力度和应用程度，使得我国的消防水平不断发展到一个新的高度。

【关键词】 无线通信技术 消防领域 应用

经常可以在电视和报纸相关报道中看到有关火灾事故的报道，我国火灾事故发生的概率都在持续的上涨，追求其根本原因就是因为我国的众多区域存在的高危单位并没有建立科学的、系统的、完善的消防监管体系。目前，我国已经全面的步入了4G通信时代，无线通信技术不断的发展，对于我国的各个领域也发起了巨大的冲击，在我国的消防领域中应用无线通信技术对于提升消防水平，控制火灾造成的危害有着不可忽视的影响力，下面就对相关问题进行详细的阐述。

一、无线通信主要方式

无线通信技术有很多种，将无线通信技术可以概括性的分为三种，第一种是微波通信，第二种是短波通信，第三种是移动数据通信。微波通信就是应用微波作为信息传输媒介的无线通信技术。微波的波长在一米到一毫米之间，微波无线通信能够承载的信息量很大，因为，微波无线通信具有较宽的频带，这样就可以囊括大量的语言信息数据、文字信息数据、图像信息数据等。因为，微波无线通信具有很高的频率，所以，通信受外界不良因素的影响存在一定的抗干扰能力，所以，微波无线通信具有较高的质量，同时，对于信息数据的传送也较为稳定、可靠。微波无线通信技术与其它的波度较长的通信技术相比较，能够见面环境因素对于通信技术应用的限制，无线通信技术的应用具有很强的适用性，而且建设应用的资金花费较少，后期的维护工作也较为简单，施工程序也并不是十分的复杂，微波无线通信技术的应用非常的广泛[1]。短波无线通讯技术，波长在五十米到十米之间，主要应用于距离较远的通讯，是远程通信的重要方式。但是该通信技术容易受到外界不良因素的影响，所以短波无线通信技术的可靠性和信息数据传输的稳定性还需要进一步的提升。当然短波通信技术也存在着一定的优点，短波无线通信技术具有的抗毁坏能力和短波无线通信技术具有的自主通信能力是其它技术无法媲美的。移动数据通信就是应用目前最为先进和前沿的4G等公众无线移动通信网络，最终建立一个较为完善的移动数据通信系统，该无线通信技术的应用也是人们生活中最为常见的。

二、无线通信技术在消防灭火救援工作中的应用前景

2.1灾害现场与指挥中心的无线数据联网

因为，消防中的灭火救援工作开展有着很多的不确定因素，一些偶然事件发生的概率很高，以往的通信网络和通信技术不能够满足现阶段灭火救援活动开展的指挥需求。当灾情爆发时，不能够在极短的时间内将指挥中心转移到火灾事故现场，对于火灾救援活动的开展有着十分不利的影响。目前，火灾救援活动要求事故现场能够与相应的指挥中心建立良好的联系，帮助指挥中心下达一些重要的信息数据，同时，也使得火灾现场的众多信息数据，包括文字信息数据、图像信息数据等等及时的反馈给指挥中心。无线通信技术能够帮助指挥中心将火灾现场的图纸资料及时的传递给灭火救援现场的指挥人员，因为，在建筑中会存在大量的人员，在火灾爆发时，建筑会处于高度的危险状态中，同时，因为建筑结构十分的复杂，相应的消防工作人员救援活动的开展具有很大的风险性。如果在火灾爆发时能够将图纸资料及时的传递给火灾现场的指挥人员，其中包括建筑的平面图、建筑的结构图纸等等，将这些数据信息转变为电子地图，通过无线通信技术传递给指挥人员，对于灭火救援活动的开展有着积极的促进作用，能够将风险性有效的降低[2]。

2.2传输灾害现场的无线实时图像

新时期我国无线通信技术发展的速度很快，同时对于解决我国火灾事故现场的数据采集和信息传输问题提供了先进的技术保障。我国很多地方的指挥中心都是以图像信息传输为主的，将无线通信图像传输系统应用到消防领域，对于提升我国的消防水平有着不可忽视的影响作用。通过无线通信图像传输系统，火灾事故指挥中心可以实时的了解火灾事故现场的实际图像，并且能够针对现场的实际变化对于救援活动进行适当的调整。而且通过无线通信图像传输系统可以良好的解决图像信息的传递问题，保证了火灾事故现场图像信息的收集和传输，能够有效的提升对于突发性火灾事故的应急处理水平，能够对灾情进行有效的控制。

结语：无线通信技术的发展对于我国的各个领域都发起了巨大的冲击，对于我国的消防领域更是如此。随着无线通信技术在我国消防领域中的应用，使得以往我国消防领域存在的众多无法解决的问题迎刃而解，对于提升我国的消防水平有着不可忽视的影响，相应的工作人员应当不断地加强研究力度，增强应用程度，将无线通信技术具有的优势在我国的消防领域中更加全面的发挥出来。

参 考 文 献

[1]刘莉琳.试论无线通信技术的发展[J].黑龙江科技信息.2013年19期

[2]刘振清，陈虎.对消防安全技术应用和研究的思考[J].硅谷.2015年2期

第三篇：冷冻干燥技术在制药领域的应用

摘要：随着社会经济的发展和人民物质生活水平的日益提高，人们对身体健康也提出了新要求。药品作为保障人类身体健康的重要成分，如何保证药效的稳定性、药物的高质性深受业内人士的重视。冷冻干燥技术作为目前药品生产中最为关键的环节，其在药物生产稳定方面深受业内人士的关注。本文主要对冷冻干燥技术概念、原理、特点进行分析，着重探讨了其未来发展和应用前景，旨在为同行工作提供参考。

关键词：冷冻干燥技术；制药工艺；应用情况

新世纪，物质生活不断丰富、生活节奏的不断加快使得人们对生活质量也提出了新要求，这也促使了人类对健康认识的全面。制药工艺的改革力度的不断深入，无论是生产技术还是生产理念，都出现了巨大的转变。基于这种社会发展形势，冷冻干燥技术在制药领域引起了人们的高度重视，并形成了一个涉及范围广、工作效率高的工作方式。药品冷冻技术在应用中是集制冷、真空技术为一体的综合性技术，但在工作中，由于冷冻干燥技术的应用容易受到外界环境的干扰，为此必须要提前进行严格的改革和设计，促使这门技术在应用中朝着理想、可靠的方向发展。

一、冷冻干燥技术概述

冷冻干燥技术是一种在低温条件下对产品进行干燥处理的一种工艺，其具备着常规干燥条件下不可比拟的工作优势。这种干燥技术最早出现于十九世纪世纪初期，是在食品加工领域应用较多的一种，直至上个世纪后期才在制药领域得到使用。这种技术的出现对于制药生产而言可谓是一个质的飞跃，对制药行业的发展有着极大的推动和促进作用。

1、冷冻干燥技术概念

为了生存，人类每天都需要摄取食物中所含有的水分；为了生存，人类保存食物、药物必须要除去水分，为了更好的生存，人类很多生活资料必须要彻底的去除水分。在这种时代背景下，我们便会发现干燥技术是一个多么重要的工作。干燥技术是保证物质不致腐败和变质的主要方法之一，是目前社会生产领域中最为常见的工作。冷冻干燥技术作为一项干燥新技术，在近年来的社会发展中得到了广泛的应用，尤其是在食品生产、药品生产和农副业加工等领域中，更是成为产品保鲜、保质的主要手段。所谓的冷冻干燥技术也被人们广泛的称之为动感技术，是温度在0℃以下进行水分去除的一种技术。

2、特点

在现阶段的社会发展中，干燥技术的应用不断深入，这也使得干燥技术的使用方法得到了极大的优化和改进。冷冻干燥技术作为一种工作新技术，其主要的特点表现在以下几个方面：

2.1、冷冻干燥法通常都是在低温条件下进行的，其在应用的过程中热敏性的物质在高温干燥条件下容易产生性能变化，而采用冷冻干燥方法则有效的避免了这一问题的产生。

2.2、冷冻干制品药液在冻结前进行分装，剂量十分准确，同时在制药生产中对于药品的生产优势也较为明显。

2.3、冷冻干燥过程中避免了化学、物理和霉菌等相关变化模式，其需要确保制品的物理性质不变。因此在应用之中采用冷冻干燥方法进行处理，这对于提升药品稳定性十分有效。

2.4、冷冻干燥方法的选用有助于药品稳定性。在药品生产中，冻结条件下的药性经济危机稳定，避免了药物失衡而产生的药效流失。这种方法的应用中，药物在在干燥之后，虽然其体积一定程度上缩小、变化，但是其颜色和形状以及成分基本不变，避免了浓缩现象的产生。

2.5、在冷冻干燥技术的应用中，干燥后的材料多呈现出疏松多孔的工作方式，一般都成海绵状，这种状态之下的复水性能好、溶解度较为迅速，物料在水中溶解的时候其冰晶的形态出现较多，即容易融入无机盐等相关的物料之中，避免了一般干燥无机盐随着水分表面浅议而出现变化以及硬化模式。

二、冷冻干燥技术工作原理及发展现状

在科学技术大力发展的新时代，健康越来越被人们重视。但是，要想达到良好的健康状态，就必须要更加有效的进行疾病治疗、疾病预防，减轻患者痛苦和药物所产生的副作用，在这种时代背景下，我们必须要大力发展制药新技术，这样使得冷冻技术出现受到人们的重视。

1、工作原理

药品的冷冻干燥技术的应用是一个从药品的准备、预冻、升华乃至吸收干燥、密封为一体的工作环节，其在工作中主要的工作原理是在低温作用下，将药品中的溶液迅速冻结，进而在真空的条件下进行升华干燥，同时出去在这个时候所产生的冰晶问题，再通过分解作用来去除药品中存在的水分，最终得到干燥的药品。

2、冷冻干燥技术的发展现状

在目前的制药生产工作中，冷冻干燥技术的应用极为广泛，尤其是在国内的西药制取中，更是得到了深入的使用。但是就目前的应用现状而言，由于受到各种因素的影响，使得其中还存在着诸多的问题，这些问题主要表现在以下方面：

2.1、药品准备环节

药品的成份都将会影响到冷冻干燥的效果。药液的生物活性度、药液共熔点以及药液中的液体和固体的比例都是进行药品冻干加工的重要参考指标。为保证新产品的冻干能顺利进行，制药企业应重视药品冻干加工研究，通过热分析法测定药品共熔点，还可以通过冻干实验记录下不同成份的药液对冻干过程中各项指标的不同要求，积极进行冻干效果对比，寻求最佳解决方案。

2.2、药液预冻环节

预冻是冷冻干燥技术中重要环节，预冻的目的是要固化自由水和物化结合水，并保证产品的主要性能稳定、物质结构合理。若药液预冻没有做好，产品冻结不实，会影响所产生的冰晶的形态和大小，并进一步影响药品制作后期的干燥速率及质量。

三、冷冻干燥技术的应用优势 药液在冻干前分装，分装方便！准确！可实现连续化； 处理条件温和，在低温低压下干燥，有利于热敏物质保持活性，可避免高温高压下的分解变性，以实现蛋白质不会变性； 含水量低，冻干产品含水量一般在1%～3%，同时在真空，甚至可在通n2保护情况下干燥和保存，产品不易被氧化，有利于长途运输和长期保存； 产品外观优良，为多孔疏松结构且颜色基本不变，复水性好，冻干药品能迅速吸水还原成冻干前状态。

四、结语

通过冷冻干燥技术制备药品，能最大限度地避免药品产生变性或失去生物活力，已在医药领域得到广泛地应用。但因药品制备过程中的复杂性和冷冻干燥技术的综合性，在药品冷冻干燥过程会产生多种应力，容易使药品发生不同程度的变性，而且冻干法本身也存在速率低、时间长、能耗高和设备投资大等缺点。因此，制药企业应结合生产实践，在确保质量的基础上，就如何实现节能降耗、降低生产成本等问题进行深入研究，进一步优化和改进冷冻干燥技术。

第四篇：聚乙烯醇在药学领域的应用进展

聚乙烯醇在药学领域的应用进展

摘要：聚乙烯醇（简称PVA）是一种水溶性高分子聚合物,一般为无毒材料,具有良好的生物相容性,目前在药学方面的应用主要集中在膜剂、凝胶剂以及药物缓控释给药系统。本篇综述主要介绍了聚乙烯醇的性能及其在巴布膏剂、膜剂、凝胶剂、骨架材料等方面的应用，并适当展望了其在渗透泵型控释制剂、PVA溶胀控释系统、微球微囊等各个方面的应用前景。除此以外，列举或引用了一些国内外相关的研究成果和结论,最终指出聚乙烯醇在药学领域的发展方向和趋势。关键词：聚乙烯醇；药学；应用；进展 1 概述

随着高分子材料科学和现代药学的相互渗透, 高分子材料作为药物控制释放载体的应用已成为最热门的研究方向之一

[1]，其中聚乙烯醇就是这方面最为重要的一个高分子化合物。聚乙烯醇通常由聚醋酸乙烯在甲醇、乙醇或乙酸甲酯等溶剂中进行醇解制得。醇解度为98%-100%为完全醇解聚乙烯醇。聚乙烯醇是一种良好的成膜和凝胶材料，广泛用于凝胶剂、透皮制剂、涂膜剂、膜剂中，也可作为巴布膏剂的基质，同样是理想的助悬剂、增稠剂，是片剂粘合剂和重要的缓释控释骨架材料，且以其无毒无味, 对皮肤无刺激性, 不会引起皮肤过敏的较好安全性越来越引起人们的重视。性能

PVA具有合成方便、安全低毒、产品质量易于控制、价格便宜、使用方便等特点。因此,PVA是具有再次开发潜力的优良药用辅料。主要具有以下性能： 2.1溶解性

PVA的亲水性极强，可溶于热水或冷水中。水温越高则溶解度越大,但几乎不溶于有机溶剂。除此以外，PVA溶解性与其相对分子质量、醇解度和聚合度有关一般情况下，相对分子质量越大，结晶性越强，水溶性越差，但水溶液的粘度相应增加。通常情况下，谈及对PVA溶解性的影响,醇解度要大于聚合度，而醇解度在87%-89%之间的水溶性较好，醇解度越高，溶解所需温度越高。总体而言,部分醇解和低聚合度的PVA溶解极快，而完全醇解和高聚合度的PVA则溶解较慢。PVA溶解过程是分阶段进行的,即:亲和润湿-溶胀-无限溶胀-溶解。2.2水溶液性质及混溶性

PVA水溶液为非牛顿流体，当聚乙烯醇的浓度增加时，溶液黏度急剧上升；当温度升高，黏度下降。与此同时，PVA水溶液具有一定的表面活性。一般规律：醇解度越低，残存的乙酰基越多，表面张力越低，乳化能力也相对越强。PVA水溶液可与多种水溶性聚合物混合，其中与部分聚合物混合可形成凝胶，例如硼砂或硼酸水溶液与PVA水溶液混合时可发生不可逆的凝胶化现象。2.3成膜性

PVA 具有良好的成膜性能。将一定质量的聚乙烯醇放入去离子水中,在90℃溶解 后降温至室温,过滤、脱泡,然加入一定浓度的戊二醛水溶液和一定当量浓度的硫酸少许作催化剂,搅拌均匀,静止脱泡后的涂膜液在洁净的聚四氟乙烯板上成膜。用红外灯光照，交联一段时间。最后,将膜从聚四氟乙烯板上揭下,在170℃短时间热处理后,即得交联聚乙烯醇膜

[2]

。膜的机械性能优良, 膜的拉伸强度随聚合度、醇解度升高而增强，另外，加入甘油、多元醇等可以起到增塑作用从而进一步改善膜的柔韧性。聚乙烯醇薄膜是一种水溶性薄膜, 具有极好的吸湿性、阻氧性（干燥条件下），也可耐有机溶剂和耐油性, 且可生物降解,不污染环境[3]。

2.4其它

PVA为结晶性聚合物，玻璃化转变温度约为85℃，且聚乙烯醇与亲水性的纤维素有很好的粘接力，一般情况下,聚合度、醇解度越高,粘接强度越强

[4]

。热裂解实验表明，PVA聚合度越低,重量减少越快;醇解度越高,分解时间越短。安全性试验证明PVA一般为无毒材料，浓度高达10%时对皮肤和眼睛无刺激性,日本和美国等已批准其作为一种安全的外用辅料，较多用于医药和食品工业。应用

综上所述，PVA各方面性能优良,在医药制剂中可作为口服制剂、局部用制剂、经皮给药制剂的辅料，也可用于制作微型胶囊的囊材、膜剂和涂膜剂的成膜材料等,应用效果良好。3.1在巴布膏剂中的应用 目前我国对中药巴布膏剂的研究还不够深入，以PVA为基质的巴布膏剂产品不多,但也有了一些文献报道。研究表明，巴布膏剂的粘合剂中，聚乙烯醇与聚乙烯吡咯烷酮对巴布膏皮肤黏附性有明显的改善

[5]

。此外，因为巴布膏剂是以水溶性高分子化合物或亲水性物质为基质,所以聚乙烯醇也可作巴布膏剂的骨架(载体)材料,承载药物,防止药物逸散。例如五倍子巴布剂,主要基质的配比为PVA∶PVP(聚乙烯吡咯烷酮)∶填充剂=2∶1.5∶2,制得的五倍子巴布剂粘性、剥离性、稳定性均良好,临床使用方便,无刺激与致敏性。其他如杏钱巴布剂、五行散、巴布剂等,也选用了PVA作为主要基质。随着对巴布膏剂研究的不断深入,相信PVA在巴布膏剂中会得到更广泛的应用。3.2用作膜剂的成膜材料

PVA是一种良好的成膜材料，广泛用于膜剂、涂膜剂中。膜剂是药物溶解或混悬于合成材料(如PVA)或天然材料(如明胶)中,经涂膜干燥、分剂量而制成的一种含药薄膜。例如以替硝唑和中药紫草、当归提取物为主要成分, PVA17-88及CMC-Na 为成膜材料制成的口腔膜剂,其涂膜性、膜韧性均适宜, 成品不翻卷、不易脱落。有实验表明:聚乙烯醇的成膜性好于其他的成膜材料，成膜材料形成的骨架不溶解，从而延长了膜剂在口腔中的停留时间, 也起到缓释药物的作用。其他如芦荟膜剂、丹皮酚口腔药膜、双黄连膜剂等也选用了PVA作成膜材料。涂膜剂, 为采用有机溶剂溶解成膜材料(如火棉胶)或采用其他成膜材料与药物制成的一种外用剂型。中药涂膜剂是近年来中药制剂领域中研制开发的一种新剂型,其特点是:制备工艺简单；使用时涂于患处,形成药膜保护创面,且耐磨性能良好,不易脱落；不需包扎,容易洗脱而不污染衣服,患者乐于接受。膜的形成减少了皮肤表面水分的蒸发,以促进药物透过角质层缓慢释放,更好地发挥治疗作用

[6]

。涂膜剂的成膜材料种类很多,应用较广泛的是PVA类,国内一般使用的PVA型号为05-88,17-88,124等3种规格。复方喜树碱涂膜剂是以PVA和羧甲基纤维素钠(CMC-Na)为成膜材料制成的。以PVA05-88为成膜材料制备的土槿皮涂膜剂,性质稳定,涂在皮肤上能迅速成膜,膜片不易脱落,且PVA可直接与中药醇提液以任意比例混合。涂膜剂不仅应用于外科,还为“内病外治”开辟了一条新途径。3.3在凝胶型制剂中作基质

聚乙烯醇是一种良好的凝胶材料，广泛用于凝胶剂的制备中。凝胶又名胶冻,其基质是由天然或合成的水溶性高分子物质组成。凝胶按照分散相介质的不同而分为水凝胶、醇凝胶和气凝胶等。高分子水凝胶是线性高分子链通过交联形成三维网状结构, 再经过大量溶剂溶胀形成的一种胶态物质

[7]，而水凝胶基质可增加皮肤角质层的水合程度，促进药物的皮肤渗透。又因为它是由水溶性分子经过交联后形成的，能够在水中溶胀并且保持大量水分而不溶解的胶态物质。所以除了具备一般水凝胶的性能外, 还凭借低毒性、机械性能良好、吸水量大和生物相容性好等优点备受人们青睐。凝胶用于药物制剂,可以延长药物与病灶部位的接触时间,有利于提高药物的利用度；当凝胶材料与水或消化液接触时,形成凝胶屏障而具有控释作用。当凝胶材料与水或消化液接触时,形成凝胶屏障而具有控释作用。PVA是水溶性和吸水易溶胀的聚合物,且升高温度对PVA膜的遇水溶胀起到一定促进作用[8]。在37℃下,水解度为96(mol)%和97.5(mol)% PVA,其体积膨胀率可达到500%,且它的膨胀能受溶胀控制剂的抑制，因此,可将其制成溶胀控释给药系统。该控释系统的释药速率由药片中PVA的含量、溶胀控制剂的含量、药片的包覆膜的组分和包封情况决定。在药物释放的开始阶段,药物的释放速率由膜的渗透性决定,当膜因PVA溶胀而胀破后,药物的释放速率由PVA基质控制。另外，可以采用互穿网络技术合成互穿网络水凝胶IPN(HPCHS-PVA）。经研究表明，互穿网络水凝胶具有良好的pH及温度敏感性,并且对模型药物利巴韦林具有良好的控制释放作用,有可能作为载体用于药物释放的智能控制。采用CMC-Na 和PVA-124 作为混合型亲水性凝胶基质制得的丹皮酚凝胶,涂展性好、凝胶与皮肤表面能很好地藕合、能形成弹性膜、使用舒适、药物稳定性好并有缓释作用。以明胶、琼脂、淀粉、CMC-Na等制成的凝胶型制剂,一般均有成品成型性差或韧弹性不够等缺点,而用聚乙烯醇凝胶作为载体,制备的止咳祛痰贴膏(咳泰),具有优良的成型性、脱模性、充填性、韧弹性等优点,聚乙烯醇凝胶可望成为凝胶型制剂的优良载体。3.4片剂的骨架材料

PVA因其综合性能优良，也被经常用来制作部分片剂的骨架材料，其在缓释、控释药物方面有显著的表现。近几年以来，人们利用热、反复冷冻以及醛化等交联手段相继制备不溶性PVA凝胶，反复研究了其在药物控制释放、经皮吸收等方面的机理，虽然研究还不够深入具体，但已经为聚乙烯醇在药学领域的缓释控释应用开辟了极为广泛的前景，也为解决胰岛素不能口服给药等一系列的难题提供了技术条件，相信不久的将来，PVA骨架的应用将是一大热门。3.5其他剂型

PVA是较理想的助悬剂、增黏剂以及增稠剂，在各种眼用制剂中应用广泛，浓度在0.25%-3.0%范围内，可以起到润滑剂、保护剂的作用，显著延长药物与眼组织的接触时间。此外，通过聚乙烯醇中活泼氢-OH的反应活性，通过共价键或离子键的方式，将药物分子紧紧结合到聚乙烯醇的侧链上，制得高分子-药物结合物，增强代谢，降低毒副作用。同时，也可用于软膏、糊剂、发型胶。因为PVA无毒且具有优良的粘接性能,在药物制剂的生产和研究中,也常被用来作片剂的粘合剂。据报道，适量的硼砂作为交联剂对于聚乙烯醇粘合剂和聚乙烯醇缩甲醛粘合剂具有很强的增稠作用,并可使这类粘合剂的粘合力大大增加4 展望

目前, 应用于制剂领域的PVA规格不多,PVA在药学领域的应用,也还主要集中在某些外用剂型。但是随着研究的进一步深入与拓展,以及医学尤其是药学领域剂型、药效需求不断提高不断发展。

4.1在渗透泵型控释制剂中的应用

我们可以利用渗透压原理制备口服渗透泵片和渗透植入剂,它们均基本符合在患者体内零级恒速释放药物的要求,也是迄今为止,控释制剂中最为理想的一种[11]

[10]

[9]

。，PVA在药学现代化的应用渠道也会随之不断翻新。美国在1970年已有商品名为OROS的渗透泵片剂上市。除药物外,组成渗透泵片的材料还需要半透膜包衣材料等。选择适宜规格的PVA,使其本身无活性、在胃肠液中不溶解、易成膜、对水有渗透性但不能透过离子或药物,即能作为渗透泵片的优良的半透膜包衣材料。对合成药的渗透泵型控释制剂,国内外已有较多研究。4.2制备载药微球

我们可以采用乳化聚合法制备的5-氟尿嘧啶(5-Fu)PVA微球。此外,在酸催化条件下，可以利用不同浓度的戊二醛来制备不同交联密度PVA 载药微球。这样，就可以通过改变交联密度来达到控制微球释药速率的目的。这种微球成球性良好,表面光滑,无豁连,具有良好的分散性和单分散性。随着PVA浓度增大,其豁度增大,微球粒度增大；PVA浓度越高,微球粒径均方差越大,微球单分散性变差

[11]

。尽管药学领域PVA微球技术尚不成熟，但是合成药物PVA微球的制备研究,为制备PVA 微球提供了可借鉴的经验。4.3制备载药微胶囊

微胶囊是指把分散的固体物质、液滴或气体完全包封在一层致密膜中形成微胶囊,使进入体内的药片在胃或肠中适时发生最佳疗效,避免服用一些水溶性药物后过早发生作用。通常致密膜是由天然或合成高分子材料制成 ,作为药物载体材料的PVA就是一类常用的致密膜材料4.4制备PVA溶胀控释系统

鉴于PVA为吸水易溶胀的特点,可将制成溶胀控释给药系统。这种控释系统的释药速率由药片中PVA的含量、溶胀控制剂的含量、药片的包覆膜的组分和包封情况决定。在药物释放的开始阶段, 药物的释放速率由膜的渗透性决定,当膜因PVA溶胀而胀破后,药物的释放速率由PVA基质控制，且与浓度梯度有一定关系。值得注意的是，该给药系统几乎以零级恒速释放药物溶液；给药一段时间之后,药物即能达到迅速释放的效果；且从实验数据看来，在患者体内可显示并维持长效而平稳的血药浓度。这就意味着PVA溶胀控释系统极有可能成为长效型制剂。从这个角度来看，PVA溶胀控释给药系统无疑为制备现代化药物剂型开辟了新的道路。5结束语

经过短短几十年的研究,聚乙烯醇在药学领域的应用已经得到了相当大的发展。目前看来，也已经成为世界上产量最大的水溶性聚合物

[16]

[12]。

。而且，也得益于PVA制造技术的不断革新,其应用领逐渐从药学领域开始扩展到食品领域，正在越来越多、越来越广泛地服务于广大人民。但归根结底PVA还是在药学领域的应用前景更引人注目，令人格外期待。

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——瓶子

第五篇：生物识别技术在社保领域的应用

生物识别技术在社保领域的应用

摘 要近几年来，伴随着经济体制改革，劳动力跨地区就业、退休人员异地籍养老、医保异地报销等问题越来越严重，给我国人力资源社会保障事业的顺利开展增加了一定的难度。生物识别技术作为一种新型的身份识别技术，能够准确的对参保人的真实信息进行核对，进一步推动了人力资源社会保障事业的健康发展。本文将针对生物识别技术在社保领域中的应用进行研究。

【关键词】生物识别技术 社保领域 应用研究

随着时代的不断进步，人力资源社会保障事业在社会中地位逐渐提升，为现代人的生活、工作提供了一定的保障，广大群众对人力资源社会保障服务的要求也在不断提高。生物识别技术在社保领域中的应用能够有效进行申报人的真实身份识别，打破了传统身份认证手段技术落后的困境，为人力资源社会保障业务的开展提供了更加安全、可靠的技术支持。生物识别技术的相关概述

1.1 生物识别技术的介绍

生物识别技术是一种先进的身份识别技术，能够通过人脸、静脉、指纹、声音等生物信息来确定个人的真实身份。不同自然人的生物特征作为重要的信息储存在生物识别系统中进行统一管理，能够高效的为各个险种及网上业务办理提供身份认证服务。社保卡系统的稳定运行就是建立在生物识别技术基础之上的，合理的使用生物识别技术建立社保系统平台，在发放社保卡的过程中对参保人的生物特征信息进行收集，并且将其生物特征信息保存在生物识别系统中相对应的位置，建立生物特征信息库，为自然人的养老、医疗、工伤、生育各个险种以及网上业务办理提供真实可靠的数据参考。

1.2 生物识别技术的建设

1.2.1 构建生物识别身份认证平台

参保人在办理社保的同时，工作人员会对能够证实其身份的生物特征信息进行采集、抽取和审核，确保参保人身份信息准确无误之后，将其生物特征信息进行集中储存，为日后利用生物识别技术进行参保人身份识别提供数据支持。社保部门构建生物识别身份认证平台，并且定期将各基层社保机构采集到的参保人生物特征上传到生物识别身份认证平台中进行集中储存，确保对参保人生物特征信息的有效管理，通过社保卡实现生物识别身份认证平台中信息数据的共享，最大限度的发挥出生物识别技术在社保领域中的作用。

1.2.2 设计养老保险身份认证子系统

养老保险身份认证子系统是社保系统中的重要组成部分，主要利用生物识别技术为养老保险身份认证子系统提供人脸识别和指纹识别双重身份认证服务，利用储存的参保人的生物特征信息，为参保人身份信息的安全性提供基本保障，这样社保机构就能够随时随地进行参保人身份信息的查阅，为社保机构的日常工作提供了很大的便利，方便职能部门对参保相关数据进行统计分析。

1.2.3 硬件设施的合理配置

生物识别技术在社保领域的使用需要多种配套硬件设备的支持，社保部门利用购置先进的人脸识别仪和指纹识别仪，通过对参保人生物特征的准确采集与识别来进行其真实身份的认证。

1.3 生物识别技术的实现

生物识别技术的实现要对参保人的生物特征信息进行采集，主要分为人脸模板数据信息采集、指纹模板数据信息采集和其他生物特征模板数据信息采集。社保部门会将采集到的人脸数据信息与公安数据进行对比，将信息一致的数据直接传送到生物识别特征数据库中，将信息不一致的数据下发到相对应的社保机构，再一次进行参保人身份信息的核对。指纹数据信息的采集主要是在办理社保业务或者进行身份认证的时候，通过多种方式进行参保人指纹信息的采集。目前比较常见的其他生物特征数据信息的采集是指利用二代身份证照片作为社保卡照片，通过高质量的二代身份证照片进行参保人身份信息的核对。生物识别技术在社保领域的应用

2.1 社保领取资格认证

人力资源社会保障中包含的业务种类非常丰富，并且不同类型的险种每年所需要办理的业务也不尽相同。像是养老保险、新农保等业务要求每年进行资格认证的领取，传统的认证模式比较繁琐，需要参保人到社保经办机构现场进行认证，或者提交参保人的生存证明来确定其身份信息。这种认证方式不仅会浪费参保人的时间，还在一定程度上降低了人力资源社会保障部门的工作效率。生物识别技术的应用能够有效改善这种传统认证方式存在的弊端，通过对参保人生物特征的识别来确定其身份信息，参保人可以在社保经办机构、家里、网吧等多种场所随时随地进行身份认证，为社保部门和参保人都提供了很大的方便。

2.2 网上自助业务申报

随着科学技术的飞速发展，互联网在现代人日常生活、工作中的应用越来越广泛，逐渐成为现代社会发展过程中不可或缺的重要组成部分，社保领域网上自助业务申报的实现也成为信息时代的必然发展趋势。参保人员可以使用电脑或手机等移动客户端进行相关社保业务的申报和办理，在填写完申报人相关信息之后，会采用生物识别技术对申报人的相关信息进行审核与认证，进一步对申报人的真实信息进行识别，?_保相关信息的准确无误之后，才能够完成申报材料的报批。

2.3 社保自助业务终端身份认证

参保者在使用自助业务终端查询信息的时候，自助业务终端会利用生物识别技术对参保者的身份进行认证，确保参保者身份信息准确无误之后，才会为参保者提供信息查询、业务申报等服务，为人力资源社会保障事业中的信息安全和社保基金安全提供基本保障。

2.4 医保智能就医监控

医保管理部门构建医保智能就医监控系统，当参保人使用社保卡在医保定点医疗就够就医购药时，利用生物识别技术对参保人的真实身份进行认证，确认参保人身份信息无误后，方可允许参保人享受医保待遇，可以有效地防范虚假冒名住院、骗取医保基金等行为。结论

综上分析可知，人力资源社会保障事业是现代社会发展中的重要组成部分，尤其是在信息时代的背景下，加强社保领域与生物识别技术的结合是非常必要的。社保部门可以利用生物识别技术进行参保人身份的认证与识别，为参保人提供更加优质、便利的服务。同时利用生物识别技术构建生物特征信息数据库，对参保人的生物特征信息进行统一管理，有利于实现信息共享和设备通用，进一步推动了人力资源社会保障事业的可持续发展。

参考文献

[1]陈虹.基于指静脉识别技术的社保系统的研究与实现[D].北京工业大学，2012.[2]樊山水.生物识别在社保领域的应用――以河南超锐贸易有限公司为例[J].人才资源开发，2015（07）：45-46.作者单位

锦州市人力资源和社会保障信息中心 辽宁省锦州市 121000