磁刺激应用及机理研究进展

第一篇：磁刺激应用及机理研究进展

医生在线国外医学生物医学工程分册2001年第24卷第1期

磁刺激应用及机理研究迚展

郭明霞‘，王学民2，王明时夕

(1，天津医科大学，天津 300203;2.天津大学精仪学院，天津 300072)摘要：由干迚刺激技术的有效性和无创性，近年来该技术已被应用干临床治疗及脑科学的研究中。本文综述了磁刺激对各种神经性疾病的治疗作用，幵阐述其主要的作用机理。关键词:磁刺激;治疗;机理

中圈分类号:Q64;R454 文献标识码;A 文童编号:1001-1110(2001)01-0023-04 Advance in the applications and mechanism studies of ma g ne tic s ti mu la ti on GU O M in g-xia;W A N G Xu e-m in, W AN G M in g-sh I(1.T ian jin M e di cal U niversity,T ianjin 300203.China;2.T ianjinU niversity,T ianjin3 00072.Chim)Abstract.Magnetics timulationi sa ne fficienta ndn oninvasivet echnique.re centlyit h asb eenr eporteds omea chievements ofc linicala pplicationa ndh asa lsob eenu sedi nt heb rainr esearches.R ecenta dvacnei nt het reatmento fv ariousn eurologicald iseasesis p resentedi nt hisa rticle.A ndt hep ossiblea ctionm echanismso fm agnetics timulationa reg iven.Key words,magnetic stimulation;therapy;mechanism 1引言

自从 198 5年Baker等人利用磁场对大脑皮层迚行了有效的磁刺激以来，国外学者就磁刺激对神经系统和脑电活动的影响迚行了大量的研究工作，初步形成了一项新的经皮磁刺激技术1，一3〕。磁刺激即利用一定强度的时变磁场刺激可兴奋组织，从而 在组织内产生感应电场的过程。由于磁刺激的安全、无创、无副作用等优点，因而越来越受人们的重视，目前已逐步用于中枢神经传导、疲劳恢复、骨愈合神经疾病治疗及脑功能研究等各个方面，幵取得了较好的效果。研究证明，小场强经颅磁刺激(TMS)可通过对神经系统Ca“活动、神经元兴奋性、神经递质和肚类物质的代谢以及免疫功能等广泛的调节作用治疗抑郁症、老年痴呆、帕金森氏病、偏头痛、多发性硬化症、扁痛等疑难病症.避免了药物或手术治疗的副作用。磁刺激的治疗作用 2.1 磁刺滋对失眠的治疗作用

随着 社 会 的发展、生活节奏的加快，社会压力日益增加，失眠症越来越普遍，严重地影响着人们的生活质量。失眠及由此引起的神经衰弱、焦虑、紧张等导致的药物滥用已成为一个广泛的公共卫生问题，幵得到了各国研究者的普遍重视。王明时等141研制了用于治疗失眠、提高睡眠质量的磁疗睡眠仪，将模拟正常人人睡过程脑电活动的交变磁场藕合入大脑，使其在脑内形成涡流场作用于睡眠中枢，逐渐使患者脑电与之同步。而且，磁场作用还通过影响睡眠中枢的神经元细胞的放电及神经递质的释放活动来调节神经系统的兴奋及抑制水平。以达到治疗失眠的目的。

2.2 破刺傲对抑郁症的治疗作用

研究 表 明，重复经颅磁刺激(rTMS)能改善人的情绪、治疗抑郁症，该研究引起了神经精神科学工作者的极大兴趣。Kolbinger等对15例抗药性、经DSM-I-R诊断标准确诊的重度抑郁症患者迚行重复经颅磁刺激，结果发现使用低强度、短程刺激有抗 郁作用，且安全无惊厥等副作用。研究还表明，左前额叶为重复经颅磁刺激治疗抑郁症的最佳部位。Cohrs等报道重复经颅磁刺激能明显延长抑郁症患者快速眼动睡眠和非REM至REM周期，提示重复经颅磁刺激可能通过影响抑郁症患者睡眠节律及生 物周期而有助于抗抑郁;还有人报告经颅磁刺激治疗抑郁症孕妇获得成功。近年研究结果喜人，为经颅磁刺激治疗抑郁症开辟了广阔的前景。

2.3 磁刺激对外周神经的作用

由 于磁 刺激技术是无创的，它在神经肌肉恢复的临床作用已越来越受到人们的关注。Lin” 等用功能磁刺激帮助脊柱损伤者的训练以及四肢麻木者的咳嗽恢复;Craggsr'〕讨论了隔神经的功能磁刺激对呼吸肌功能的作用;有人已成功地利用外周磁刺激来消除骨骼肌疼痛。Krylov等以1 200mT的脉冲磁场持续作用切断的兔坐骨神经两周，发现磁刺激组兔脚肌肌动图活动强度为空白组两倍，后肢运动功能也较空白组有意义地改善。Rusovan等用不同颇率的交变磁场作用于鼠坐骨神经，均具有显著的神经再生作用。刘鸿宇等181报告，将造模脑损伤的小鼠里于交变磁场中，磁感应强度为9.5 X 1 0-'T，每日接受磁场作用24h,研究表明，交变磁场能促迚DNA的合成，有利于受伤脑组织的修复。

2.4 徽刹滋对帕金森氏病和翻呆症的治疗作用

Ma lly J 等[，〕对10位帕金森氏病(PD)患者迚行经颅磁刺激治疗.结果表明.经颅磁刺激技术是治疗帕金森氏病的有效方法，其治疗机理可能是改变7脑内单胺递质水平。Shimamoto H等对8位PD患者迚行重复经颅磁刺激，采用圆形线圈，脉冲强度700V, 颇医生在线 医生在线国外医学生物医学工程分册2001年第24卷第1期

率 0.5H z，左右前倾叶各 30次，治疗 3个月，结果同样显示重复经颅磁刺激治疗PD的有效性。还有临床研究证明重复经颅磁刺激能够改善PD病人身心反应迟钝等症状。经 颅磁 刺 激对早老性痴呆性(AD)和脑血管性痴呆症的诊断及治疗作用研究也已取得了一定的迚展。Pepin JL等[7u〕用磁场刺激17位AD病人的运动皮质，与正常人相比，AD病人在经颅磁刺激后，动作阔值显著减小，且刺激激发的最大响应动作幅度显著增大。磁刺激对AD患者脑运动皮质作用的研究也有助于解释这种病人急性发作和肌阵挛及对该病作出早期诊断。脑血管性痴呆症是由反复发生的多灶性的脑梗塞所致，伴有局限性神经缺失现象和明显记忆障碍。穴位磁刺激疗法能通过降低血脂、减低血液粘度、增辐脑血流量、增加脑内胆碱脂酶活力、促迚脑电活动来改善患者的精神状态，缓解病情。

2.5 斑倒滋对.痛的治疗作用

众 所 周 知，旅痛病是脑神经生物电活动异常引起的。人类脑组织生物磁活动与生物电活动密切相关，当脑电图出现最高振幅的电活动时，脑磁图也有最高振幅的相应变化。有人测出了人脑在突发放电时神经磁场的空间分布。癫痛发作时，脑细胞过度放电，病灶区必然产生一个迅速变化的电场，由楞次定律可知，如果在此部位加一适当的磁场，它必然对旅痛发作时的放电电场产生抑制作用。此外，一定强度的磁场对中枢神经有调节作用。张颖等人〔‘5;给家兔颅内注射硫酸亚铁溶液，造成稳定的癫痛反复发作模型，头部放置适当强度的磁场，可明显抑制癫痛发作。

2.6 磁刺激对脑功能研究的作用

目前，脑 科学研究已经成为欧洲、美国和日本等发达国家科学家们研究的热点，脑的认知功能是研究任务之一。经颅磁刺激技术已成为脑记忆与学习功能研究的非常有效的工具，使该研究取得了可喜的成绩.Kling JW等P}7人发现小鼠脑磁刺激能阻断鼠短时记忆。Ferbert Ar“〕通过对人脑运动皮质的磁刺激研究，也得到经颅刺激削弱短时记忆的结论。日本有人[rn〕用经颅磁刺激技术刺激人脑后顶皮质(PPC)，观察记忆诱导眼扫视运动，研究结果表明:在记忆诱导眼扫视运动中，后顶皮质控制了记忆目标精确位置的判定。Sandyk W”1 研究了弱磁刺激(pT级)对多发性硬化症患者感知运动功能的影响，结论是长期弱磁刺激治疗能够改善患者的行走、平衡、感觉和膀胧功能，证明pT数量级的磁刺激对多发性硬化症患者的认知缺陷很有疗效。此外，人们年研究了经颅磁刺激对语言等功能的影响。但 目前 所 用的神经磁刺激设备的康复性能与可控制程度尚不理想。当今的磁刺激设备一般用通电的回形或8字形刺激线圈组织[r18]，操作时人工移动线圈，停留在要刺激的目标组织上方，直到诱发所期待的反应。这种线圈易于制造，方便身体多部位使用，但是这种线圈刺激范围大，会造成大面积非靶组织受刺激，减小线圈尺寸能提高聚焦性，但小尺寸的线圈作用深度线，使用中发热问题严重，要解决这一问题在制作工艺上还存在困难，因此在某些方面阻碍了磁刺激应用的迚一步增长。有人 [r 17〕设 想用多信道磁刺激仪，能精确调节磁场焦点轨迹、刺激强度、作用磁场面积等参数，使刺激磁场灵活多样，如果这种磁刺激仪研制幵能投人使用，可以满足更多的临床及研究需要，大大提高磁刺激设备的可控制程度和康复性能，使磁刺激技术得到更加有效和广泛的应用。

医生在线

国外医学生物医学工程分册2001年第24卷第1期.25 3 磁刺激的作用机理 3.1 陇场对松果体的影响

褪 黑 激 素(MT)是松果体(PG)合成的主要激素，对维持机体神经、内分泌和免疫系统正常生理功能，具有极为重要的调节作用。实验证明，磁场暴露能影响MT的合成和分泌，幵且这一作用是磁场对人和许多动物所产生的各种生物效应的基础Reiterl1e」发现，在磁感应强度0.02 一 0.07 mT均匀磁场或频率为50H:的交变磁场中暴露的大鼠，其血浆MT较空白对照组降低有意义，同时检侧了这两组大鼠PG内的MT，发现磁场作用也能明显降低PG内的MT含蛋。目前，一些学者们认为作用机制是磁场在组织所产生的感应电流，直接或间接作用于PG交感神经。研究证明，MT对神经系统Ca，十活动、活动元兴奋性、神经递质和肤类物质的代谢以及免疫功能均有广泛的调节作用。已证明，PG在帕金森氏病、偏头痛、多发性硬化症的发病机制中具有中枢性作用。磁场能作用PG，抑制MT的合成和分泌。因此，1991年美国神经病学家Sandyk等创新地相继探索出以小场强磁场经颅短时刺激治疗上述疑难病症的有效方法。正常 PG 在交感神经调节下，黑暗期合成分泌MT，光亮期则停止活动.具有明显的节律性，而且M丁随年龄增长而发生相应的变化。随着衰老，褪黑激素分泌的幅度逐渐降低。病理生理学证明，MT水平光亮一黑暗周期节律性波动，对维持机体神经、内分泌和免疫系统正常生理功能，具有极为重要的调节作用。大量证据表明松果体及其褪黑激素在衰老中的作用。许多研究表明褪黑激素可以有效地改善睡眠，幵具有起效快、毒性小等优点.现已被应用于临床。磁刺激睡眠仪作用机理之一就是通过磁刺激调节褪黑激素的合成与分泌来改善睡眠质量。还有 一 些 研究表明，调节MT的合成是通过视网膜一上视交叉核(SCN)一下丘脑前部一神经传递一松果体这一途径，推论磁场对MT的影响可能是一种类似于可见光的刺激因子医生在线 医生在线国外医学生物医学工程分册2001年第24卷第1期 的作用。

3.2 神经递质及神经肚的调节作用

神经 递 质 为神经元间的传递物质。人和动物大脑处于不同睡眠的状态时，脑中神经元的放电方式是不同的.细胞的这两种放电方式之间的转换可能是由来自脑干的上行五翔色胺(5-HT)、去甲肾上腺素(NA)、乙酞胆碱(ACh)能系统和来自基底前脑的下行ACh能神经纤维、来自下丘脑的组胺(HA)能系统的活动状态决定的。研究结果显示，通过磁刺激调节这些神经递质水平，可以达到睡眠的目的。神经 递 质 的作用常与中枢神经系统中某些部位在记忆中的作用相联系。研究发现，五经色胺(5-HT)是感觉神经元和运动神经元间的传递物质。吴彦卓等探讨了电磁脉冲对大鼠学习和脑内神经递质的影响，磁场作用三天后发现大鼠学习能力降低。利用高效液相色谱法检测脑不同部位的神经递质含量，结果是5-HT、多巴酸(DOPAC)、下丘脑多巴胺(Dopamine),肾上腺素(Adr)含量均有不同程度变化。作者认为脉冲磁场通过改变大鼠不同脑区神经递质的含量来影响其学习能力。近年来 研 究证明，在磁场作用后神经系统可释放出具有镇痛效果的一些物质，从而起镇痛作用。如实验结果显示，无论交变磁场或恒定磁场都显著地使大鼠体内P-内啡肤样免疫活性物质(ir-f3-Ep)和精氨酸加压素样免疫活性物质(ir-AVP)含量升高。卜Ep和AVP是体内作用广泛的两种神经肤。目前认为两者都参与了体内的镇痛过程。无论是外周，还是中枢给予这两种神经肚都能使基础痛闷升高.出现镇痛效应。两者也都参与心血管功能的调节。

3.3 磁侧滋的免盛学效应

实验 证 明，磁场具有激活免疫机制、抗炎和抑制肿瘤生长的作用。细胞因子是由淋巴细胞、单核细胞及其它细胞产生的包括白细胞介素、干扰素、肿瘤坏死因子、集落刺激因子及多种细胞生长因子在内的近百种免疫功能调节物质。目前，越来越多的研究表明，各种细胞因子在抗炎症、抗病毒及抗肿瘤反应中起着重要作用。磁场促迚或抑制体内细胞因子的产生，调节免疫细胞活性，从而发挥作用。高美华等通过磁场对荷瘤小鼠IL_IL6,IL。作用的研究发现，旋转磁场促迚IL_IL。产生，抑制IL。及瘤细胞增殖的作用非常显著。提示IL_IL。具有增强T,B,K,NK,LAK细胞活性的作用，由此使抗肿瘤免疫细胞活化，杀伤肿瘤细胞，从而起到抗肿瘤作用。

3.4 磁场的细胞生物学效应

大 量 的 研究表明，电磁场可使细胞形态、DNA,RNA、蛋白质合成，跨膜转运、酶活性以及生物遗传等产生显著变化。一些 蛋 白和酶含有过渡族的金属离子，这些离子所在部位又常常是酶的活动中心。电磁场通过对这些离子的作用影响酶活性，迚而影响这些酶参与的新陈代谢反应。生物膜对Na+,K

十、Caz+离子的主动和被动输运不仅是细胞兴奋的基础，也是迚行一些重要新陈代谢和能量转换过程的条件。电磁场对生物膜的离子转运能力的影响会导致一些生化和生理过程的变化，从而影响与生物电活动相关的各种过程。电磁场促迚组织修复的病理学基础是刺激细胞增殖。目前，细胞膜是低频电磁场作用的靶体已被越来越多的实验研究所证实。多数实验表明，低频电磁场会促迚细胞增殖。其机制可能是，电磁场作用于胞膜受体，引起胞内CAMP水平改变，继而触发一系列磷酸化生物信号放大反应，而调控细胞增殖。另 外，经 络是运行气血、联络脏腑肢节、沟通上下内外通路。经络又是电磁传导的通道，利用电磁刺激人体电磁场的敏感点— 穴位，可以引起穴位局部的能量变化和电子活动，疏通经络、调整机能。如电磁穴位疗法可通过经络穴位调整神经机能，使神经感觉冲动传感抑制，痛阔升高，交感神经兴奋性降低.从而达到良好的解疼和镇痛作用。以上 滋 场 效应在各种疾病治疗中起到直接或间接治疗作用。磁刺激疗法取得一定的效果可能是这些效果或更多效应的综合作用结果，这些不同层次的诸多效应是相互联系、相辅相成的，很少是其中一种效应单独作用的结果。因此，在采用磁刺激疗法时，要考虑到多种因家影响，选择合适的物理参数，取得最好的疗效。医生在线.26.国外医学生物医学工程分册2001年第24卷第1期

参考文献: [1] Baker AT.Magnetic stimulation of the human brainand p er ipheraln ervouss ystem [J].N eurosurgery,19 87 ,2 0 :1 00.[2] Similowski T.Cervical magnetic stimulation: a newpai nl ess m ethod forp ilateralp hrenicn erves timulatio ni nc onscioush umans[J].JA pplP hysiol,1989,67(4): 13 1 1.[3] Berman RM,Narasimhan M,Sanacora G.A random ize d cli nicalt rialo fr epetitivet ranscranialm agnetic stim u lat ioni nt het reatmento fm ajord epression[J].Bio l P s ychiatry,20 00,47(4):332-337.[4]冯进明，王明时.时变磁场促迚睡眠的实验研究[J].中华物 理 医 学杂志，1993,15(2):73-75.[5] Lin VW,Singh H.Function magnetic stimulation forres to rin gc oughi np atientsw itht etrsplegia[J]“A rch Ph ys M ed R ehab.1998.79(6):517 医生在线 医生在线国外医学生物医学工程分册2001年第24卷第1期

[6] Lin VW.Wolfe V.Frost FS,et al.Micturition by func tio nm a gnetics timulation[ J].J S pingh Cord Med.19 97 ,2 0(3):218.[7] D carggsM.F unctionm agnetics timulationo fp hrenic ne rve [ J].E lectroenceph Clin Neurophysiol.1 995,9 5()1 : 9 9.「8〕 刘鸿宇，杨 琳，刘汉明 交变磁场对脑损伤鼠氖标胸 腺 &P Q 核 昔 掺人的影响[j].中华理疗杂志,1996,19 15 3-1 54.[9 ]M altyJ.StoneT W.Improvementin P arkinsonians y mp to m sa fte rr epetitivet ranscranialm agnetics timula tio n[ J].J N eurolS ci,1999,162(2):179.[10]P epinJ L,BogaczD ,deP asquaV.M otorc ortexi nhibitio n i s n o ti m pairedi np atientsw ithA lzheimer'sd is eas e: ev idencef rom pairedt ranscranialm agnetics tim ula tio n[ J].J N euorlS ci,1999,170(2):119.[1l]K lingJ W,Yarita,M.M emoryf orc onditionedt aste ave rs ion s in d iminishedb yt ranscranial[)].P hysiolB eha v, 19 9 0, 48(5):713-720.[12] Ferbert A,Mussmann N.Menne A.Short-term memo ry p e rfo rm an cew ithm agnetics timulationo ft hem o for c ort ex [ J ]”E urA rch PshchistryC lin Neurosci, 19 91 ,2 41(3):135-143.[13] Oyachi H,Ohtsuka K.Transcranial magnetic stimula tio no f t he p osteriorp arietalc ortexd egradesa ccuracy of m em ory-guideds accadesi n hummans[ J].In vest Op ht ha lm ol V iaS ci,1995,36(7):1441-1450.[14]S andykR ,IaconoR P.Im provementb yp icoteslar ange ma gn eti cf ieldso fp erceptual-motorp erformancea nd vis ua lm e mo ry in ap atientw ith chronicp rogressive mu lti ple s cle rosis[ J].IntJ N eurosci,1994,78(1-2).53-6 6.[15」张领，萤献珍，樊明信.恒磁场治疗癫痛的动物实脸研究 [ J].中 华 物理医学杂志，1991.13(2):102 [l6]G rafmanJ.In ductiono fre calld eficitb yr apid-tate tra nsc ra nialm agnetics timulation[ j].N eurroreport, 19 94 ,5(9):1157.[17]J armoR ,PaoloR.T heoryo fm ultichannelm agnetic sti m ul ati on;towardf unctionaln euromuscularr ehabilitat io [J ].I EE ET ransB ME,1999,46(6):646-650.[18]R eiterR J.St atica nde xtremelyl ow frequencye lectro ma gn eti cf ield e xposure:re portede ffectso nt heir cadian p r od uct ion o fm elatonin[J]"J C ellB iochem,19 93, 51 : 39 4.医生在线

第二篇：磁珠的原理及应用

http://www.xiexiebang.com 电子发烧友 http://bbs.elecfans.com 电子技术论坛 引言

由于电磁兼容的迫切要求，电磁干扰(EMI)抑制元件获得了广泛的应用。然而实际应用中的电磁兼容问题十分复杂，单单依靠理论知识是完全不够的，它更依赖于广大电子工程师的实际经验。为了更好地解决电子产品的电磁兼容性这一问题，还要考虑接地、电路与PCB板设计、电缆设计、屏蔽设计等问题[1][2]。本文通过介绍磁珠的基本原理和特性来说明它在开关电源电磁兼容设计中的重要性与应用，以期为设计者在设计新产品时提供必要的参考。

磁珠及其工作原理

磁珠的主要原料为铁氧体，铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料，铁氧体材料为铁镁合金或铁镍合金，它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似，颜色为灰黑色。电磁干扰滤波器中经常使用的一类磁芯就是铁氧体材料，许多厂商都提供专门用于电磁干扰抑制的铁氧体材料。这种材料的特点是高频损耗非常大，具有很高的导磁率，它可以使电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。铁氧体材料通常应用于高频情况，因为在低频时它们主要呈现电感特性，使得损耗很小。在高频情况下，它们主要呈现电抗特性并且随频率改变。实际应用中，铁氧体材料是作为射频电路的高 频衰减器使用的。实际上，铁氧体可以较好的等效于电阻以及电感的并联，低频下电阻被电感短路，高频下电感阻抗变得相当高，以至于电流全部通过电阻。铁氧体是一个消耗装置，高频能量在上面转化为热能，这是由它的电阻特性决定的。

对于抑制电磁干扰用的铁氧体，最重要的性能参数为磁导率和饱和磁通密度。磁导率可以表示为复数，实数部分构成电感，虚数部分代表损耗，随着频率的增加而增加。因此它的等效电路为由电感L和电阻R组成的串联电路，如图1所示，电感L和电阻R都是频率的函数。当导线穿过这种铁氧体磁芯时，所构成的电感阻抗在形式上是随着频率的升高而增加，但是在不同频率时其机理是完全不同的。

(a)安装图

(b)高频等效电路 http://www.xiexiebang.com 电子发烧友 http://bbs.elecfans.com 电子技术论坛

(c)电路符号 图1 铁氧体磁珠

在高频段，阻抗主要由电阻成分构成，随着频率的升高，磁芯的磁导率降低，导致电感的电感量减小，感抗成分减小，但是，这时磁芯的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加，当高频信号通过铁氧体时，电磁干扰被吸收并转换成热能的形式消耗掉。在低频段，阻抗主要由电感的感抗构成，低频时R很小，磁芯的磁导率较高，因此电感量较大，电感L起主要作用，电磁干扰被反射而受到抑制，并且这时磁芯的损耗较小，整个器件是一个低损耗、高品质因素Q特性的电感，这种电感容易造成谐振，因此在低频段时可能会出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象[3]。

磁珠种类很多，制造商会提供技术指标说明，特别是磁珠的阻抗与频率关系的曲线。有的磁珠上有多个孔洞，用导线穿过可增加元件阻抗(穿过磁珠次数的平方)，不过在高频时所增加的抑制噪声能力可能不如预期的多，可以采用多串联几个磁珠的办法。

值得注意的是，高频噪声的能量是通过铁氧体磁矩与晶格的耦合而转变为热能散发出去的，并非将噪声导入地或者阻挡回去，如旁路电容那样。因而，在电路中安装铁氧体磁珠时，不需要为它设置接地点。这是铁氧体磁珠的突出优点[4]。

磁珠和电感

3.1磁珠和电感的区别

磁珠由氧磁体组成，电感由磁芯和线圈组成，磁珠把交流信号转化为热能，电感把交流存储起来，缓慢的释放出去，因此说电感是储能元件，而磁珠是能量转换(消耗)器件。电感多用于电源滤波回路，磁珠多用于信号回路，磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰，而电感用于这方面则侧重于抑制传导性干扰。两者都可用于处理EMC、EMI问题。磁珠是用来吸收超高频信号，例如一些RF电路、PLL、振荡电路、含超高频存储器电路(DDR SDRAM，RAMBUS等)都需要在电源输入部分加磁珠，而电感是一种蓄能元件，用在LC振荡电路、中低频的滤波电路等，其应用频率范围很少超过50MHZ。地的连接一般用电感，电源的连接也用电感，而对信号线则常采用磁珠。

3.2片式磁珠与片式电感

3.2.1片式电感

在电子设备的PCB板电路中会大量使用感性元件和EMI滤波器元件，这些元件包括片式电感和片式磁珠。在需要使用片式电感的场合，要求电感实现以下两个基本功能：电路谐振和扼流电抗。谐振电路http://www.xiexiebang.com 电子发烧友 http://bbs.elecfans.com 电子技术论坛

包括谐振发生电路、振荡电路、时钟电路、脉冲电路、波形发生电路等。谐振电路还包括高Q带通滤波器电路。要使电路产生谐振，必须有电容和电感同时存在于电路中。在电感的两端存在寄生电容，这是由于器件两个电极之间的铁氧体本体相当于电容介质而产生的。在谐振电路中，电感必须具有高品质因素Q，窄的电感偏差，稳定的温度系数，才能达到谐振电路窄带，低的频率温度漂移的要求。高Q电路具有尖锐的谐振峰值。窄的电感偏置保证谐振频率偏差尽量小。稳定的温度系数保证谐振频率具有稳定的温度变化特性。标准的径向引出电感和轴向引出电感以及片式电感的差异仅仅在于封装不一样。电感结构包括介质材料(通常为氧化铝陶瓷材料)上绕制线圈，或者空心线圈以及铁磁性材料上绕制线圈。在功率应用场合，作为扼流圈使用时，电感的主要参数是直流电阻(DCR，定义为元件在没有交流信号下的直流电阻)、额定电流和低Q值。当作为滤波器使用时，希望宽的带宽特性，因此并不需要电感的高Q特性，低的直流电阻(DCR)可以保证最小的电压降。

3.2.2 片式磁珠

片式磁珠是目前应用、发展很快的一种抗干扰元件，廉价、易用，滤除高频噪声效果显著。片式磁珠由软磁铁氧体材料组成，片式铁氧体磁珠的结构和等效电路如图2所示，实质上它就是1个叠层型片式电感器，是由铁氧体磁性材料与导体线圈组成的叠层型独石结构。由于在高温下烧结而成，因而具有致密性好、可靠性高等优点。两端的电极由银/镍/焊锡3层构成，可满足再流焊和波峰焊的要求。在图2所示的等效电路中，R代表由于铁氧体材料的损耗(主要是磁损耗)以及导体线圈的欧盟损耗而引起的等效电阻，C是导体线圈的寄生电容。

(a)片式铁氧体磁珠外形

(b)片式铁氧体磁珠的结构 http://www.xiexiebang.com 电子发烧友 http://bbs.elecfans.com 电子技术论坛

(c)等效电路

图2 片式铁氧体磁珠的结构与等效电路

片式磁珠的功能主要是消除存在于传输线结构(PCB电路)中的RF噪声，RF能量是叠加在直流传输电平上的交流正弦波成分，直流成分是需要的有用信号，而射频RF能量却是无用的电磁干扰沿着线路传输和辐射(EMI)。要消除这些不需要的信号能量，使用片式磁珠扮演高频电阻的角色(衰减器)，该器件允许直流信号通过，而滤除交流信号。通常高频信号为30MHz以上，但是低频信号也会受到片式磁珠的影响。

片式磁珠不仅具有小型化和轻量化的优点，而且在射频噪声频率范围内具有高阻抗特性，可以消除传输线中的电磁干扰。片式磁珠能够降低直流电阻，以免对有用信号产生过大的衰减。片式磁珠还具有显著的高频特性和阻抗特性，能更好的消除RF能量。在高频放大电路中还能消除寄生振荡。有效的工作在几个MHz到几百MHz的频率范围内[5] [6]。

片式磁珠在过大的直流电压下，阻抗特性会受到影响，另外，如果工作温升过高，或者外部磁场过大，磁珠的阻抗都会受到不利的影响。

3.2.3 片式电感与片式磁珠的使用

是使用片式磁珠还是片式电感主要还在于应用。在谐振电路中需要使用片式电感，而在需要消除不需要的EMI噪声时，则使用片式磁珠是最佳的选择。片式电感的应用场合主要有： 射频(RF)和无线通讯，信息技术设备，雷达检波器，汽车电子，蜂窝电话，寻呼机，音频设备，PDAs(个人数字助理)，无线遥控系统以及低压供电模块等。片式磁珠的应用场合主要有： 时钟发生电路，模拟电路和数字电路之间的滤波，I/O输入/输出内部连接器(比如串口、并口、键盘、鼠标、长途电信、本地局域网等)，射频(RF)电路和易受干扰的逻辑设备之间，供电电路中滤除高频传导干扰，计算机，打印机，录像机，电视系统和手提电话中的EMI噪声抑止。

4磁珠的选用与应用

由于铁氧体磁珠在电路中使用能够增加高频损耗而又不引入直流损耗，而且体积小、便于安装在区间的引线或者导线上，对于1MHz以上的噪声信号抑制效果十分明显，因此可用作高频电路的去耦、滤波以及寄生振荡的抑制等。特别对消除电路内部由开关器件引起的电流突变和滤波电源线或其它导线引入电路的高频噪声干扰效果明显。低阻抗的供电回路、谐振电路、丙类功率放大器以及可控硅开关电路等，使用铁氧体磁珠进行滤波都是十分有效的。铁氧体磁珠一般可以分为电阻性和电感性两类，使用时http://www.xiexiebang.com 电子发烧友 http://bbs.elecfans.com 电子技术论坛

可以根据需要选取。单个磁珠的阻抗一般为十至几百欧姆，应用时如果一个衰减量不够时可以用多个磁珠串联使用，但是通常三个以上时效果就不会再明显增加了[7]。如图3示出了利用两只电感性铁氧体磁珠构成的高频LC滤波器电路，该电路可有效的吸收由高频振荡器产生的振荡信号而不致窜入负载，并且不降低负载上的直流电压。

图3 利用电感性铁氧体磁珠构成的LC高频滤波器电路

由于任何传输线都不可避免的存在着引线电阻、引线电感和杂散电容，因此，一个标准的脉冲信号在经过较长传输线后，极易产生上冲及振铃现象。大量的实验证明，引线电阻可使脉冲的平均振幅减小，而引线电感和杂散电容的存在，则是产生上冲和振铃的根本原因。在脉冲前沿上升时间相同的条件下，引线电感越大，上冲及振铃现象就越严重，杂散电容越大，则使波形的上升时间越长，而引线电阻的增加，将使脉冲的振幅减小。在实际电路中，可以利用串联电阻的方法来减小和抑制上冲及振铃。图4给出了利用一个电阻性铁氧体磁珠来消除两只快速逻辑门之间由于长线传输而引起的振铃现象。

(a)电路图

(b)波形图

图4 利 用电阻性铁氧体磁珠消除振铃现象 http://www.xiexiebang.com 电子发烧友 http://bbs.elecfans.com 电子技术论坛

铁氧体抑制元件还广泛应用于印制电路板、电源线和数据线上。如在印制板的电源线入口端加上铁氧体磁珠，就可以滤除高频干扰。铁氧体磁环或磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频干扰和尖峰干扰，它也具有吸收静电放电脉冲干扰的能力。两个元件的数值大小与磁珠的长度成正比，而且磁珠的长度对抑制效果有明显影响，磁珠长度越长抑制效果越好。

普通滤波器是由无损耗的电抗元件构成的，它在线路中的作用是将阻带频率反射回信号源，所以这类滤波器又叫反射滤波器。当反射滤波器与信号源阻抗不匹配时，就会有一部分能量被反射回信号源，造成干扰电平的增强。为解决这一弊病，可在滤波器的进线上使用铁氧体磁环或磁珠套，利用磁环或磁珠对高频信号的涡流损耗，把高频成分转化为热损耗。因此磁环和磁珠实际上对高频成分起吸收作用，所以有时也称之为吸收滤波器。

不同的铁氧体抑制元件，有不同的最佳抑制频率范围。通常磁导率越高，抑制的频率就越低。此外，铁氧体的体积越大，抑制效果越好。在体积一定时，长而细的形状比短而粗的抑制效果好，内径越小抑制效果也越好。但在有直流或交流偏流的情况下，还存在铁氧体饱和的问题，抑制元件横截面越大，越不易饱和，可承受的偏流越大。

EMI吸收磁环/磁珠抑制差模干扰时，通过它的电流值正比于其体积，两者失调造成饱和，降低了元件性能；抑制共模干扰时，将电源的两根线(正负)同时穿过一个磁环，有效信号为差模信号，EMI吸收磁环/磁珠对其没有任何影响，而对于共模信号则会表现出较大的电感量。磁环的使用中还有一个较好的方法是让穿过的磁环的导线反复绕几下，以增加电感量。可以根据它对电磁干扰的抑制原理，合理使用它的抑制作用。

铁氧体抑制元件应当安装在靠近干扰源的地方。对于输入/输出电路，应尽量靠近屏蔽壳的进、出口处。对铁氧体磁环和磁珠构成的吸收滤波器，除了应选用高磁导率的有耗材料外，还要注意它的应用场合。它们在线路中对高频成分所呈现的电阻大约是十至几百欧姆，因此它在高阻抗电路中的作用并不明显，相反，在低阻抗电路(如功率分配、电源或射频电路)中使用将非常有效[3]。

结论

近年来，由于电磁兼容的迫切要求，铁氧体磁珠得到了广泛的应用，尤其是片式铁氧体磁珠。在各种现代电子产品中，为了达到电磁兼容的要求，几乎都采用了这类元件。但值得注意的是，这类元件品种繁多，性能各异，不像阻容元件那样的系列化、标准化，所以，必须全面了解各种铁氧体磁珠的特性，并根据实际情况，恰当的选择与使用这些元件才能收到满意的效果。贴片磁珠参数: 以常用于电源滤波的HH-1H3216-500为例，其型号各字段含义依次为： HH 是其一个系列，主要用于电源滤波，用于信号线是HB系列； 1 表示一个组件封装了一个磁珠，若为4则是并排封装四个的； H 表示组成物质，H、C、M为中频应用（50－200MHz），T低频应用（50MHz），S高频应用（200MHz）；

3216 封装尺寸，长3.2mm，宽1.6mm，即1206封装； 500 阻抗（一般为100MHz时），50(50X 10

0)ohm。http://www.xiexiebang.com 电子发烧友 http://bbs.elecfans.com 电子技术论坛

其产品参数主要有三项：

阻抗[Z]@100MHz(ohm欧姆): Typical(典型值)50, Minimum(最小值)37;直流电阻DC Resistance(直流阻抗)(m ohm): Maximum(最大值)20;额定电流Rated Current(mA): 2500.

第三篇：水性涂料的应用及研究进展

九江学院化学与环境工程学院专科论文

JIU JIANG UNIVERSITY

毕 业 论 文

题 目 水性涂料的应用及研究进展

英文题目 Application and research progress of Waterborne Coatings

院 系 化学与环境工程学院 专 业 精细与化学品生产技术 姓 名 汪洋 年 级 B1311 指导教师 付小兰

二零 15 年 11 月

目录

九江学院化学与环境工程学院专科论文

摘要

低碳环保是现今社会都在追求潮流，水性涂料及其产品符合低碳环保的要求所以发展潜力巨大。与传统溶剂型涂料相比，水性涂料具有环保和性能优异等特点，成为涂料工业的发展主流。随着环保概念的普及，环保涂料已经成为家具市场新的选择，水性涂料将会得到越来越多消费者的认可，但是因其价格、装饰效果等诸多原因影响，水性涂料未能够成为市场上的主流产品，而其助剂是水性涂料不可缺少的组分，助剂的产品质量和发展水平也从一个侧面反映涂料产品质量和水平。本文分别从概念、发展历程、工艺流程、应用、发展趋势几方面对水性涂料进行了说明和总结,同时指出了水性涂料存在的问题，并对我国的水性涂料前景进行了展望。

关键词：低碳环保 ；水性涂料；溶剂涂料；树脂

九江学院化学与环境工程学院专科毕业论文（设计）水性涂料的简介

凡是用水作溶剂或者作分散介质的涂料，都可称为水性涂料，又称水基涂料。水性涂料的组成为水性树脂、颜填料助剂、中和剂、水等。水性涂料与溶剂型涂料的组成大体相同，但水性涂料需用的助剂更多，配方更复杂。由于水作为分散剂或溶剂，水性涂料存在如下优点：（1）节约资源，消除了施工时的火灾危险性，降低了对环境的污染。（2）在温表面和潮湿环境中可直接涂覆施工。（3）电泳涂装使涂膜均匀、平整、展开性好，具有很好的防护性能。（4）涂装工具可用水清洗，能大大减少清洗溶剂的消耗[4]。

1.1 水性涂料的发展历程

涂料工业属于近代工业，但涂料本身却有着悠久的历史。中国是世界上使使用天然树脂作为成膜物质的涂料——大漆最早的国家。早期的画家使用的矿物颜，是水的悬浮液伙食用水或清蛋白来调配的，这就是最早的水性涂料。真正懂得使用溶剂，用溶剂来溶解固体的天然树脂，制得快干的涂料是19世纪中叶才开始的[5]。所以从一定意义上讲，溶剂型涂料的使用历史远没有水性涂料那么久远。最简单的水性涂料是石灰乳液，大约在一百年前就曾有人计划向其中加入乳化亚麻仁油进行改良，这恐怕就是最早的乳胶漆。从20世纪30年代中期开始，德国开始把聚乙烯醇作为保护胶的聚醋酸乙烯酯乳液作为涂料展色使用。

到了50年代，纯丙烯酸酯乳液在欧洲和美国就已经有限售，但是由于价格昂贵，其产量没有太大增加。进入60年代，在所有发展的乳状液中，最为突出的是醋酸乙烯酯-乙烯，醋酸乙烯酯与高级脂肪酸乙烯共聚物也有所发展，产量有所增加。70年代以来，由于环境保护法的制定和人们环境保护意识的加强、各国限制了有机溶剂及有害物质的排放，从而使油漆的使用受到种种限制。75%的制造油漆的原料来自石油化工，由于西方工业国家的经济危机和第三世界国家调整石油价格所致，在世界范围内，普遍要求解约能源和解约资源。基于上述原因，水性涂料，特别是乳胶漆，作为代油产品越来越引起人们的重视。水性涂料的制备技术进步很快，特别是乳液合成技

九江学院化学与环境工程学院专科毕业论文（设计）

度。但是近年来，随着我国经济的迅速发展，开放程度的进一步提高，与世界经济的接轨和资源日趋紧张，以及人们对环保和身体健康的重视，水性涂料在我国已面临良好的发展机遇。

1.2 水性涂料生产工艺流程

水性涂料的生产过程就是将各种组分的原材料按一定的顺序投入，分散均匀的过程，一般乳胶漆的生产工艺包括3个部分：

1.浆料的制备：首先将水、分散剂、消泡剂、防腐剂等液体物料投入分散罐中，搅拌均匀，在搅拌状态下将着色颜料和体质颜料依次投入，并加速分散20~40分钟； 2.水性涂料配制：在调漆罐中投入乳液，再加入增稠剂、PH调节剂、防冻剂、成膜助剂、消泡剂等助剂，搅拌15分钟左右，至完全均匀后，检测出料[7]； 3.涂料过滤及产品包装：在乳胶漆的生产过程中，由于少部分颜（填）料尚未被分散，或因破乳化成颗粒，或有杂质存在于涂料中，因此此时的涂料需经过滤除去粗颗粒和杂质才能获得质量好的产品，可根据产品的要求不同，选用不同规格的筛网及不同容器包装，并做好计量，这样才能得到最终的产品。

水性涂料配制中的要点：

1.配方材料应尽可能选用分散性好的颜料和超细填充料，从而在稳定提高产品质量的前提下，取消研磨作业，简化生产工艺，提高生产效率；

2.在前期分散阶段，可预先投入适量HEC，不仅有助于分散，同时防止或减少浆料沾壁现象，改善分散效果；

3.在液体增稠剂加入之前，应尽量用3~5倍水调稀后，在充分搅拌下缓慢加入，从防局部增稠剂浓度过高使乳液结团或形成胶束，增稠剂可放在浆料分散后投入到浆料中充分搅拌以免出现上述问题；

4.消泡剂的加入方式一半加到浆料中去，另一半加到配漆过程中，这样能使消泡效果更好；调漆过程中，搅拌转速应控制在200~400r/min以防生产过程中引入大量气泡，影响涂料质量。

九江学院化学与环境工程学院专科毕业论文（设计）

交联型，都存在单组分与双组分两种体系。水性聚氨脂涂料除具备溶剂型聚氨脂涂料的优良性能外，还具有难燃、无毒无污染、易贮运、使用方便等优点．

目前，水性聚氨脂涂料的发展主要还受到原材料、固化剂、封闭剂、交联剂等的限制．因此，研制相应的原材料和助剂也是发展水性聚氨脂涂料的关键．

2.水性环氧树脂涂料工业[16]

水性环氧树脂涂料是由双组份组成：一组份为疏水性环氧树脂分散体（乳液）；另一组份为亲水性的胺类固化剂，其中的关键在于疏水性环氧树脂的乳化．美国一家公司生产一种KNT501水性环氧-聚酯涂料．该涂料施工方法简单，可在流水线上作业，特别适合于大槽浸涂．槽液无结皮现象、漆膜平整光滑、丰满度高、具耐盐雾性，可防护涂饰件的内腔腐蚀．水性环氧树脂涂料可广泛地用作高性能涂料、设备底漆、工业厂房地板漆、运输工具底漆、汽车维修底漆、工业维修面漆等。

九江学院化学与环境工程学院专科毕业论文（设计）

3.3水性金属防腐涂料[19]

目前，溶剂型金属防腐涂料仍占重要地位。基于环境保护的要求，水性金属防腐涂料发展非常迅速。金属防腐涂料重点在于解决提高面层涂料的耐火和超厚型涂装。防腐涂料对成膜物有较高的要求，包括化学稳定性，漆膜结构，柔韧的机械性能等。要求树脂对金属腐蚀的相对指数尽可能高。美国防腐涂料用树脂的比例最高是环氧树脂，环氧树脂是最重要的防腐涂料基料，防腐效果最理想。环氧树脂在防腐涂料中的用量约占40%。其它树脂占60%，包括聚氨醋、无机硅和乙烯树脂等。环氧树脂的主要缺点是低温不固化，不利于低温施工。聚氨醋树脂可以低温固化，性能比较全面，是很有发展前景的防腐涂料树脂基料。

3.4水性木器涂料[20]

木器漆从桐油开始，具有长久历史。后来发展了树脂漆。包括聚氨酷漆、硝基漆、酚醛漆和不饱和聚醋漆等。国外水性木器漆研究较早，品种较多。美国威特克公司研制成功一种高固体分水性聚氨醋分散体，用于木质地板，高耐磨，含固40%。德国专利报导一种用于木器的含季铵基团的水溶性聚丙烯酸漆，氨基树脂固化的丙烯酸树脂木器用水性涂料。欧洲专利报导了作清漆的聚氨酯改性丙烯酸水性分散体。广州市坚红化工厂和广州市涂料研究所开展了木器水性涂料的研制工作，研究了常温交联的，耐候的，防污染的，强附着力的，装饰性优良的各种性能配方。并推出单组分门窗漆，双组分交链型木器清漆和色漆以及地板漆等产品，其光泽，耐高温、耐水及干燥速度等各项指标均接近国外同类产品水平，在国内处于领先地位。

1九江学院化学与环境工程学院专科毕业论文（设计）

参 考 文 献

[1] Doren K, Freitag W, Stoye D.Water Borne Coatings[M].The Environmentally-Friendly Alternative.Hanser Publishers,1994.[2] 明伟华,府寿宽.对应于绿色环境保护的涂料发展动向[J].1998,10(2):194-201.[3] DavidBernd.Solvent-based and water-based systems for automotive coating [J].Berfkroniek, 2000,73(6): 36-38.[4] Robin A.Reinhardt, Wernfried Heilen, Ellen Walhorn, Stefan Silber and Jay W.Adams.Defoamer selection in waterborne coatings[J].Journal of Coatings Technology, 1998,（10）：157-160 [5]孟欢，张学俊，张蕾.水性涂料的研究进展[J].上海涂料，2010,48（7）[6]文炯.涂料发展的新方向——水性化［J］.江西化工，2001（04）

[7]石亚军，陈中华，余飞.水性环氧防腐涂料的制备与性能研究［J］.电镀与装饰，2009 [8] 赵金榜.21世纪世界涂料技术的发展[J].中国涂料,2001,(3):40—45.[9] 武利民.我国涂料研究开发与发达国家之间的差距[J].中国涂料,2000,(4):14—18.[10] 张小冬,荆进国.技术创新与国有涂料企业发展[J].中国涂料,2000,(1):9—14.[11] 赵金榜.21世纪的涂料工业展望[J].船舶,2001(1):16—22.[12] 陈湘南.环境保护与涂料的开发动向[J].中国涂料,1998,(5):43—47.[13] 沈艳涛,周络.水性聚氨酯涂料的研究现况与发展趋势[J].涂料工业，2002,(1):27-30.[14] 李延科,凌爱莲,桑鸿勋,等.丙烯酸酯改性聚氨酯乳液性能研究[J].粘接，2000,(4):22-23.[15] 任彦强,任彦修.聚氨酯涂料用新型聚酯二醇的合成[J].涂料工业,2001,(9):17-19.[16] 胡慧萍,刘素琴,黄可龙,等.水基改性环氧树脂涂料的合成研究[J].湖南化工，1999,29(6):41-43.[17] 王敏.水性建筑涂料的应用及发展前景[J.上海建材,2002,(3):14-15 [18] 夏赤丹, 周福香, 肖莹.水性涂料工业的进展[J.江汉大学学报(自然科学版),2004,(1):30-33 [19] 邓森元.水性涂料应用概况[J].广州化工，1996（2）:8-13 [20] 张逸康，林泽聪，我国工业水性木器涂料的现状和发展方向[J.中国涂料,2007,(6):4-6

第四篇：燃料电池的研究进展及应用前景

燃料电池的研究进展及应用前景

王兴娟，王坤勋，刘庆祥

（1.国家知识产权局专利审查协作中心，北京100083；2.中国石油大学（北京）重质油实验室，北京102200； 3.潍坊市产品质量监督检验所，山东 潍坊261000）

摘要：燃料电池的特点决定了它具有广阔的应用前景。目前燃料电池的研究与开发集中在4个方面：即电解质膜、电极、燃料、系统结构。固体氧化物燃料电池在应用上虽然还存在一些问题（如电极材料、制造成本、操作温度过高等），但这并未影响其开发研究以及商业化，固体氧化物燃料电池是当今世界能源电池发展的主方向。

关键词：燃料电池；能源；固体氧化物；研究进展

中图分类号：TM911.4 文献标识码：B 文章编号：1671-4962（2011）01-0006-04

能源问题近些年一直受到广泛的关注。随着三大化石能源的不断使用，能源储备、过度开采，环境问题越来越严重。世界能源组织调查显示，包括煤、石油、天然气等在内的矿物质能源将在未来的100~200年内耗尽，新的能源利用技术将被不断的开发并利用起来。燃料电池就是一种潜力巨大的新能源。1 燃料电池概述

燃料电池是一种使用燃料进行化学反应产生电能的装置。所用燃料包括纯氢气、甲醇、乙醇、天然气，以及现在运用最广泛的汽油。最常见是以氢氧为燃料的质子交换膜燃料电池，由于燃料价格便宜，无化学危险、对环境无污染，发电后产生纯水和热，这是目前其它所有动力来源无法做到的。

由于燃料电池产生的电量较小，无法瞬间提供大量电能，因此只能用于平稳供电。目前一些笔记本电脑开始研究使用燃料电池。将燃料电池作为汽车的动力，已被公认为是21世纪的必然趋势。

燃料电池用可燃性的燃料与氧反应产生电力。通常可燃性燃料如瓦斯、汽油、甲烷、乙醇、氢等这些可燃性物质都要经过燃烧来加热水，使水沸腾产生水蒸汽并推动涡轮进行发电。这种转换方式大部分的能量通常都转为无用的热能，转换效率相当的低，只有30%左右；而燃料电池则是以特殊催化剂使燃料与氧发生反应产生二氧化碳和水，因无需推动涡轮机等发电器具，也不需要将水加热成水蒸气再经散热变回水，所以能量转换效率高达70%左右，比一般的能源利用方式高出40%，且二氧化碳排放量比一般方法低许多，水又是无害的产物，因此也是一种低污染性的能源。2 燃料电池的分类

（1）按燃料电池的运行机理可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池。

（2）按电解质的种类不同，燃料电池可分为碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池等。在燃料电池中，磷酸燃料电池、质子交换膜燃料电池可以冷起动和快起动，可以作为移动电源，满足特殊情况的使用要求，更加具有竞争力。

（3）按燃料类型分，有氢气、甲烷、乙烷、丁烯、丁烷和天然气等气体燃料；甲醇、甲苯、汽油、柴油等有机液体燃料。有机液体燃料和气体燃料必须经过重整器“重整”为氢气后，才能成为燃料电池的燃料。

（4）按燃料电池工作温度分，有低温型，工作温度低于200 ℃；中温型，工作温度为200～750 ℃；高温型，工作温度高于750 ℃。

在常温下工作的燃料电池，例如质子交换膜燃料电池，这类燃料电池需要采用贵金属作为催化剂。燃料的化学能绝大部分都能转化为电能，只产生少量的废热和水，不产生污染大气环境的氮氧化物。不需要废热能量回收装置，体积较小，质量较轻。但催化剂铂会与工作介质中的一氧化碳发生作用后产生“中毒”现象而失效，使燃料电池效率降低或完全损坏，而且铂的价格很高，增加了燃料电池的成本。

另一类是在高温（600~1 000 ℃）下工作的燃料电池，例如熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池，这类的燃料电池不需要采用贵金属作为催化剂。但由于工作温度高，需要采用复合废热回收装置来利用废热，体积大，质量重，只适合用于大功率的发电厂中。3 燃料电池的研究进展 3.1 国内的研究现状

早在20世纪50年代，我国就开展燃料电池方面的研究，在燃料电池关键材料、关键技术的创新方面取得了许多突破。政府十分注重燃料电池的研究开发，陆续开发出30 kW级氢氧燃料电极、燃料电池电动汽车等。燃料电池技术特别是质子交换膜燃料电池技术也得到了迅速发展，相继开发出60 kW、75 kW等多种规格的质子交换膜燃料电池组。开发出电动轿车用净输出40 kW、城市客车用净输出100 kW燃料电池发动机，使中国的燃料电池技术跨入世界先进国家行列。

国内对质子交换膜燃料电池的各个组件的开发研究都取得了较大的进展。其中对于催化剂方面：清华大学科研人员研制出新型铂/碳电极催化剂。将碳载体在使用前置于一氧化碳中活化处理，即将碳载体置于流动的一氧化碳气中加热到350~900 ℃，活化处理l~12 h，再用沉淀法把Pt负载到碳载体上，得到Pt/C催化剂；长春应用化学研究所研制出纳米级高活性电催化剂用作阳极催化剂。该催化剂粒度均匀，粒径约（4±0.5）nm，电化学性能优于国际同类产品；复旦大学利用沉淀方法在表面活性剂存在时，制得纳米负载壁铂/碳催化剂，该催化剂使用效果非常好；此外，我国科研人员在研究催化剂时普遍把粉末状活性炭加入氯铂酸溶液，再加入过量甲醛还原，反应中采用软脂酸、硬脂酸或硅油作为表面活性剂，掺杂组分是Pd、Ir、Ru等金属元素或非金属物质之一。

在电极组合件方面：北京世纪富原燃料电池有限公司开发出横板涂敷法，在一片质子交换膜上制作多个膜电极的燃料电池，由一片质子交换膜、多个催化层和多个扩散层组成多个膜电极，由多个膜电极和多个导流板组成多个发电单元；北京太阳能新技术公司研制出陶瓷型无机复合材料厚膜电极，材料中组分质量百分含量为：石墨25％~30％、Ag 25％~30％、PbO 30％~35％、BO 6％~8％、SiO22％~4％，将金属或非金属与导电粉末等氧化物组成的无机粘结剂掺合，丝网印刷，烧结，形成微观网络式导电通道。

在质子交换膜方面：清华大学研制出聚偏氟乙烯接枝聚苯乙烯磺酸PEM。聚偏氟乙烯溶于甲基吡咯烷酮溶剂中，将该高分子溶液加热至甲基吡咯烷酮的沸腾温度，在该温度下回流0.5~5 h，温度降至90 ℃，然后向溶液中加入引发剂，在90 ℃保温1~5 h后降至室温，再向溶液中加入三氯甲烷，直至不溶性固体全部沉淀，将固体取出，加引发剂，再经处理便制得此种质子交换膜。

在双极板方面：天津电源研究所研制出实用新型双极板，它包括金属板气体反应区域、气体进口、气体出口。金属板上、下面气体反应区域周围分别设有凹槽，气体进口、气体出口与气体反应区域之间分别设置有暗孔道。该设计改善了电池组的密封性，延长了其寿命，提高了性能；大连化学物理研究所研制出的双极板由3层薄金属板构成，中间为导电流不透气液的分隔板，两边分别置有带条状沟槽的导流板，条状沟槽占整个工作面积的50％~80%。这种新颖的设计提高了反应气的利用率，从而提高了电池性能。

在电解质方面：吉林大学研制出固体复合电解质，它由基体材料Ce1-xRexO2-d和Ni、Al、Co、Na、Ca、K的金属化合物或NiAl化合物添加剂合成，经过混合、研磨、烧结、冷却、粉碎、研磨等工艺制成。它是用模具直接压制成薄片，烧结后强度可达到10 MPa。用它作PEMFC电解质，可使用甲醇、乙醇、甲烷和乙烷等多种燃料；上海交通大学研制出新型电解质—带磺酸盐侧基、羧酸盐侧基的聚芳醚酮，该聚合物可作为PEM的阳离子组分。3.2 国外的研究现状

发达国家都将大型燃料电池的开发作为重点研究项目，企业界也纷纷斥以巨资，从事燃料电池技术的研究与开发，现在已取得了许多重要成果，使得燃料电池即将取代传统发电机及内燃机而广泛应用于发电及汽车上。值得注意的是这种重要的新型发电方式可以大大降低空气污染及解决电力供应、电网调峰问题，2 MW、4.5 MW、11 MW成套燃料电池发电设备已进入商业化生产，各等级的燃料电池发电厂相继在一些发达国家建成。

燃料电池的高效率、无污染、建设周期短、易维护以及低成本的潜能将引爆21世纪新能源与环保的绿色革命。如今，在北美、日本和欧洲，燃料电池发电正以急起直追的势头快步进入工业化规模应用的阶段，将成为21世纪继火电、水电、核电后的第4代发电方式。燃料电池技术在国外的迅猛发展必须引起我们的足够重视，现在它已是能源、电力行业不得不正视的课题。

由于碱性燃料电池在实际使用中，往往采用空气作为氧化剂，会受CO2毒化而大大降低效率和使用寿命，因此，人们认为碱性燃料电池不适合作为汽车动力等方面，并将研究重点转向了质子交换膜燃料电池，只有少数机构还在对碱性燃料电池进行研究。为了解决碱性燃料电池这一问题国外进行了大量的研究工作。

E.Gulzow等研究发现：当电极采用特殊方法制备时，可以在CO2含量较高的条件下正常运行而不受毒化。在电极制备中，催化剂材料与PTFE（聚四氟乙烯）细颗粒在高速下混合，粒径小于1mm的PTFE小颗粒覆盖在催化剂表面，增加了电极强度，同时也避免了电极被电解液完全淹没，减小了碳酸盐析出堵塞微孔及对电极造成机械损害的可能性。此外，还允许气体进入电极，在发生电化学反应的区域形成1个3相区；S.Rahman等将通常电极制备的干法和湿法相结合，提出了过滤法，通过控制PTFE的含量和碾磨时间来优化电极的性能。研究表明：当PTFE的含量为8％（质量分数）、碾磨时间为60 s时，电极性能最好。通过新的电极制备方法，碱性燃料电池可承受较高的CO2浓度；E.Gulzow等在氧气中加入5％的CO2，对碱性燃料电池电极进行连续3 500 h的实验，未发现CO2对电极的寿命和性能带来影响，说明新的电极制备方法可解决电极CO2毒化的问题。

另外也有人提出采用氨作为氢源，避免CO2的毒化问题。氨在室温下仅需8~9 MPa就可被液化，不需较高能量消耗，且价格低，已有比较完善的生产、运输体系，而氢的使用则需要较长时间进行基础设施建设。氨具有强烈刺鼻的气味，其泄漏很容易检测。和其它燃料相比，氨更为清洁，不会对土地造成破坏。氨的爆炸范围比较小，仅15％~28％（体积分数），相对安全。在碱性燃料电池使用中，只需在燃料入口增加1个重整器，将NH3分解为N2和H2即可。所以NH3将有望在碱性燃料电池中广泛使用，具有较好的发展前景。3.3 燃料电池最新成果

Mobion燃料电池使用了MTIMicro公司的Mobion专利芯片来简化燃料电池内部的复杂结构，这样也可以有效降低燃料电池的成本。这种芯片集成了1个流质的能源模块，可以让燃料电池在0~40 ℃之间的温度条件下和任何湿度条件下使用。Mobion芯片采用了100%甲醇设计，并使用了被动直接甲醇燃料电池技术。整个芯片的体积只有9 cm3，可以轻松地被嵌入到各种便携式电子产品中。MTIMicro公司表示，Mobion燃料电池可以提供0.050 W/cm2和1.4（W·h）/cm3的能量，并且整个芯片的重量不足29 g。4 燃料电池的应用前景

燃料电池的特点决定了它具有广阔的应用前景。它可以用作小型发电设备；作为长效电池；应用在电动汽车上。

燃料电池用作发电设备，是因为其价格有可能与一般的发电设备相竞争。但燃料电池在电动汽车上的商业应用前景是远期的，因为汽车需要的是发电机，发电机的价格远比燃料电池要便宜，因此在短期内，燃料电池汽车在价格上难以与其他汽车相竞争。

目前燃料电池研究与开发集中在4个方面：（1）电解质膜；（2）电极；（3）燃料；（4）系统结构。日美欧各厂家开发面向便携电子设备的燃料电池，尤其重视（1）~（3）方面的材料研究与开发。第4方面的研究课题是燃料电池的系统结构，前3个方面是构成燃料电池的必要准备，而系统结构是燃料电池的最终结果。

燃料电池，特别是固体氧化物燃料电池的开发研究以及商业化，是解决世界节能和环保的重要手段，受到了包括美国、欧洲、日本、澳大利亚、韩国等世界诸多国家的普遍重视。尽管目前固体氧化物燃料在应用中还存在一些问题，如电极材料、制造成本、操作温度过高等等问题，但瑕不掩瑜，加快固体氧化物燃料电池发展必然是世界能源发展的总趋势。

降低电池操作温度和微型化是固体氧化物燃料电池的发展趋势。其关键部件的材料制备成为制约固体氧化物燃料电池发展的瓶颈。应突破的关键技术主要有：（1）高性能电极材料及其制备技术；（2）新型电解质材料及电极支撑电解质隔膜的制备技术；（3）电池结构优化设计及其制备技术；（4）电池的结构、性能与表征的研究。5 结束语

燃料电池的研究与发展，为便携式电子设备带来一场深刻的革命，并且还会波及到汽车业、住宅以及社会各方面的集中供电系统。它将把人们由集中供电带进分散供电的新时代。因为太阳能供电虽然能替代部分能源，但它受天气与气候的制约，核能利用又存在安全问题。而燃料电池供电，没有二氧化碳的排放，解决了火力发电使全球环境污染的问题，是纯正的绿色清洁能源。

随着燃料电池关键技术瓶颈得以解决，以及新技术开发研究和商业化运作，发展中的燃料电池技术必将能够加快我国经济建设与可持续化发展步伐。

参考文献：

［1］王毅波.21世纪理想的能源—氢能［J］.能源研究与信息，2003，19（2）：63-65.［2］陈哲艮.氢能与燃料电池［J］.科技产业，2001（10）：19-21.［3］刘晓秋，吕雪艳，李胜海.燃料电池用磺化聚酰亚胺质子交换膜材料的制备与性质［J］.分子科学学报，2009（3）：30-32.［4］王亚琴，张宏伟.燃料电池用非氟质子交换膜研究现状［J］.安徽建筑工业学院学报（自然科学版），2006（3）：18-21.［5］席怡宏.膜分离-变压吸附联合工艺生产燃料电池氢气［J］.上海化工，2008，30（1）：26-28.［6］清华大学.质子交换膜燃料电池用铂/碳电极催化剂的制备方法：中国，00106170.4［P］.2000-09-27.［7］中国科学院长春应用化学研究所.一类燃料电池阳极催化剂的制备方法：中国，00112136.7［P］.2001-01-17.［8］复且大学.质子交换膜燃料电池用纳米铂催化剂的制备方法：中国，01126184.6［P］.2002-01-09.［9］中国科学院长春应用化学研究所.质于交换膜燃料电池纳米电催化剂的制备方法：中国，01118253.9［P］.2001-10-24.［10］ 清华大学.质子交换膜燃料电池用铂/碳电极催化剂的制备方法：中国，00106170.4［P］.2000-09-27.［11］北京世纪富原燃料电池有限公司.质子交换膜燃料电池：中国，99104990.X［P］.2000-10-18.［12］北京海淀太阳能新技术公司.一种厚膜电极及其制法：中国，90100537.1［P］.1992-10-21.［13］ 清华大学北京市世纪博纳能源技术有限责任公司.一种聚偏氟乙烯枝接聚苯乙烯磺酸质子交换膜的制备方法：中国，01129698.4，2002-01-09.［14］ 信息产业部电子第十八研究所.质子交换膜燃料电池双极板：中国，00268207.9［P］.2001-10-24.［15］ 中国科学院大连化学物理研究所.质子交换膜燃料电池的双极板：中国，98114178.1［P］.2000-01-26.［16］HU Jian-dong（胡建东）.固体复合电解质及其制备方法：中国，00123375.0［P］.2001-06-27.［17］上海交通大学.带磺酸盐侧基、羧酸盐侧基的聚芳醚酮及制备方法：中国，01113262.0［P］.2001-12-05.［18］Tsukuda H.Nisbi T.Base material for a fuel battery：US，09/186134［P］.2001-03-27.［19］

Xiaoliang C，Baolian Y，Zhiyin L.et al，The extended abstracts ofworkshop on the fuel cell technology and applications［J］.Dalian P R China.1998：59-64.［20］Gulzow E，Schulze M.Long-term operation of AFC electrodeswith CO2containing gases［J］.J Power Sources，2004，127（2）：243-251.［21］

Rahman S，Al-Saleh M，Al-Zakri A，et al.Study of thepreparation of gas-diffusion electrodes for alkaline fuel cells bya filtration method［J］.J Power Sources，1998，72（1）：71-76.［21］Cifrain M，Kordesch K V.Advances，aging mechanism andlifetime in AFCs with circulating electrolytes［J］.J PowerSources，2004，127（2）：234-242.［23］全书海，曾卫，陈启宏.燃料电池电动汽车供氢系统的设计与实现［J］.石油与天然气化工，2004，33：23-28.

第五篇：生物医用功能高分子材料应用及研究进展

生物医用功能高分子材料应用及研究进展

摘要：随着人民生活水平的提高，人们对于医疗保健方面的要求也越来越强，使得对于生物医用材料的要求也越苛刻。本文详细阐述了生物医用功能高分子材料近年来的应用研究及发展状况，综述了国内外生物医用高分子材料的分类、特性及研究成果，展望了未来的生物医用高分子材料的发展趋势。并评述了医用高分子材料在人工脏器、药剂及医疗器械方面的应用介绍了我国近年来的研究情况和存在的问题。

关键词：高分子材料；发展趋势；综述

1.概述

高分子材料和加工技术的发展, 使得人工合成材料在医学上的应用, 变得越来越广泛。数十年的医学发展和临床应用, 证明医用高分子材料在人体内外, 获得了成功的应用, 而医学的进步, 又给高分子材料提出了大量新的课题, 使其向“精细化” , “功能化” 的方向发展, 赋予了高分子材料以新的生命力。

生物医用高分子材料指用于生理系统疾病的诊断、治疗、修复或替换生物体组织或器官，增进或恢复其功能的高分子材料。研究领域涉及材料学、化学、医学、生命科学。在功能高分子材料领域，生物医用高分子材料可谓异军突起，目前已成为发展最快的一个重要分支。生物医用功能高分子材料中有的可以全部植人体内，有的也可以部分植入体内而部分暴露在体外，或置于体外而通过某种方式作用于体内组织。随着现代生物工程技术的高度发展，又使得利用生物体合成生物材料成为可能。此类材料由于具有良好的生物相容性和生物降解性备受世人瞩目。

2生物医用功能高分子材料分类

生物医用高分子材料分合成和天然两大类，下面我们就分别对这两种材料进行详细的论述。2.1天然生物材料

天然生物材料是指从自然界现有的动、植物体中提取的天然活性高分子，如从各种甲壳类、昆虫类动物体中提取的甲壳质壳聚糖纤维，从海藻植物中提取的海藻酸盐，从桑蚕体内分泌的蚕丝经再生制得的丝素纤维与丝素膜，以及由牛屈肌腱重新组构而成的骨胶原纤维等。这些纤维由于他们来自生物体内且都具有很高的生物功能和很好的生物适应性，在保护伤口、加速创面愈方面具有强大的优势，已引起国内外医务界广泛的关注。自然界广泛存在的天然生物材料仍有着人工材料无可比拟的优越性能。例如：迄今为止再高明的材料学家也做不出具有高强度和高韧性的动物牙釉质，海洋生物能长出色彩斑斓、坚阊义不被海水腐蚀的贝壳等等。甲壳素又称几丁质（chitin），广泛存在于虾、蟹等甲壳动物及昆虫、藻类和细菌中，是世界上仅次于纤维素的第二大类天然高分子化合物。它是一种惰性多糖，用浓碱脱去乙酰基可转变成聚壳糖（chintosan）。甲壳素、聚壳糖及其衍生物具有良好的生物相容性和生物降解性。降解产物带有一定正电荷，能从血液中分离出血小板因子，增加血清中H-6水平，促进血小板聚集或凝血素系统，作为止血剂有促进伤口愈合，抑制伤口愈合中纤维增生，并促进组织生长的功能，对烧、烫伤有独特疗效。比如家蚕丝脱胶后可得到纯丝素蛋白成分，丝素蛋白是一种优质的生物医学材料，具有无毒、无刺激性、良好的血液相容性和组织相容性。根据研究报道，由于天然高分子医用材料的独特临床效果，它的应用前景相当广阔。2.2合成生物材料

由于天然材料的有限，人们需要大量的生物材料来维持他们的健康。合成高分子材料因与人体器官组织的天然高分子有着极其相似的化学结构和物理性能，因而可以植入人体，部分或全部取代有关器官。因此，在现代医学领域得到了最为广泛的应用，成为现代医学的重要支柱材料。与天然生物材料相比，合成高分子材料具有优异的生物相容性，不会因与体液接触而产生排斥和致癌作用，在人体环境中的老化不明显。通过选用不同成分聚合物和添加剂，改变表面活性状态等方法可进一步改善其抗血栓性和耐久性，从而获得高度可靠和适当有机物功能响应的生物合成高分子材料。目前，使用于人体植入产品的高分子合成材料包括聚酰胺、环氧树脂、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、硅橡胶和硅凝胶等。应用场合涉及组织粘合、手术缝线、眼科材料(人工玻璃体、人工角膜和人工晶状体等)、软组织植入物(人工心脏、人工肾、人工肝等)和人工管形器(人工器官、食道)等。

合成医用高分子材料发展的第一阶段始于1937年，其特点是所用高分子材料都是已有的现成材料，如用丙烯酸甲酯制造义齿的牙床。第二阶段始于1953年，其标志是医用级有机硅橡胶的出现，随后又发展了聚羟基乙酸酯缝合线以及四种聚(醚一氨)酯心血管材料，从此进入了以分子工程研究为基础的发展时期。目前的研究焦点已经从寻找替代生物组织的合成材料转向研究一类具有主动诱导、激发人体组织器官再生修复的新材料，这标志着生物医用高分子材料的发展进入了第三个阶段，其特点是这种材料一般由活体组织和人工材料有机结合而成，在分子设计上以促进周围组织细胞生长为预想功能，其关键在于诱使配合基和组织细胞表面的特殊位点发生作用以提高组织细胞的分裂和生长速度。3.生物医用高分子材料的特性要求

医用高分子材料，是指在医学上使用的高分子材料。其对于挽救生命．救治伤残．提高人类生活质量等方面具有重要意义。能被用于医疗领域作为医用材料就必须有着它独特的性质，性能要求也必须十分苛刻。通过归纳，应当符合以下要求：（1）生物相容性。生物相容性是描述生物医用材料与生物体相互作用情况的。是作为医用材料必不可少的条件．包括血液相容性，组织相容性，生物降解吸收性。（1）生物功能性。生物功能性是指生物材料具有在其植入位置上行使功能所要求的物理和化学性质．具体有：可检查．诊断疾病；可辅助治疗疾病；可满足脏器对维持或延长生命功能的性能要求；可改变药物吸收途径：控制药物释放速度、部位．满足疾病治疗要求的功能等。（3）无毒性。无毒性即化学惰性。此外，还应具备耐生物化．物理和力学稳定性。易加工成型，材料易得、价格适当．便于消毒灭菌；以及还要防止在医用高分子材料生产。加工过程中引入对人体有害的物质。（4）可加工性：能够成型、消毒(紫外灭菌、高压煮沸、环氧乙烷气体消毒、酒精消毒)等。正因为对于生物医用高分子材料的要求严格，相关的研发周期一般较长，需要经过体外实验、动物实验、临床实验等不同阶段的试验，材料市场化需要经国家药品和医疗器械检验部门的批准，且报批程序复杂、费用高。所以生物材料的研发成本高、风险大。这也是目前生物材料的市场价格居高不下的一个重要原因。4.生物医用高分子材料的应用

根据不同的角度、目的甚至习惯，医用高分子材料应用有不同的分类方法，尚无统一标准。主要在人造器官、人造组织、以及其它的一些高分子药剂等。4.1人造器官

（1）人工肾：四十年前荷兰医生用赛璐洛玻璃纸作为透析膜, 成功地滤除了患者血液中的毒素。目前人工肾以中空丝型最为先进, 其材质有醋酸纤维, 赛璐洛和聚乙烯醇。其中以赛璐路居多, 占98%, 它是一种亲水性的、气体和水都能通过的材料, 同时要求有很好的选择过滤性, 病人的血液从人工肾里流过由它们所构成的中空丝膜, 就可将尿素、尿酸,Ca2+等物质通过, 并留在人工肾里继而排出, 而人体所需的营养、蛋白质却被挡住,留在血液里返回人

体, 从而对血液起到过滤作用, 目前中空纤维膜已在西德的恩卡公司、日本旭化成和夕沙毛公司研究成功, 并用于工业化生产。（2）人工肺：人工肺并不是对于人体肺的完全替代，而是体外执行血液氧交换功能的一种装置，目前以膜式人工肺最为适合生理要求,它是以疏水性硅橡胶, 聚四氟乙烯等高分子材料制成。(3)人工心脏：1982年美国犹他大学医疗中心, 成功地为61岁的牙科医生克拉克换上了Jarvak一7型人工心脏, 打破了人造心脏持久的世界纪录, 美国人工心脏专家考尔夫博士指出闭,人工心脏研制成功与否取决于找到合适的弹性体, 作为人工心脏主体心泵的高分子材料,现在所用的材料主要为硅橡胶。（4）其它，如人工心脏瓣膜、心脏起搏器电极的高分子包覆层、人工血管、人工喉、人工气管、人工食管、人工膀胱等。4.2人造组织

指用于口腔科、五官科、骨科、创伤外科和整型外科等的材料，包括：(1)牙科材料：主要采用聚甲基丙烯酸甲酯系、聚砜和硅橡胶等，如蛀牙填补用树脂、假牙和人工牙根、人工齿冠材料和硅橡胶牙托软衬垫等；(2)眼科材料：这类材料特别要求具有优良的光学性质、良好的润湿性和透氧性、生物惰性和一定的力学性能，主要制品有人工角膜(PTFE、PMMA)、人工晶状体(硅油、透明质酸水溶液)、人工玻璃体、人工眼球、人工视网膜、人工泪道、隐型眼镜(PMMA、PHEMA、PVA)等；；(3)骨科材料：人工关节、人工骨、接骨材料(如骨钉)等，原材料主要有高密度聚乙烯、高模量的芳香族聚酰胺、聚乳酸、碳纤维及其复合材料；(4)肌肉与韧带材料：人工肌肉、人工韧带等，原材料有PET、PP、PTFE、碳纤维等；(5)皮肤科材料：人工皮肤，含层压型人工皮肤、甲壳素人工皮肤、胶原质人工皮肤、组织膨胀器。4.3药用高分子

(1)高分子缓释药物载体：药物的缓释是近年来人们研究的热点。目前的部分药物尤其是抗癌药物和抗心血管病类药物(如强心苷)具有极高的生物毒性而较少有生物选择性，通常利用生物吸收性材料作为药物载体，将药物活性分子投施到人体内以扩散、渗透等方式实现缓慢释放。通过对药物医疗剂量的有效控制，能够降低药物的毒副作用，减少抗药性，提高药物的靶向输送，减少给药次数，减轻患者的痛苦，并且节省财力、人力、物力。目前存在时间控制缓释体系(如“新康泰克”等，理想情形为零级释放)、部位控制缓释体系(脉冲释放方 式)。近年来研究较多的是利用聚合物的相变温度依赖性(如智能型凝胶)，在病人发烧时按需释放药物，还有利用敏感性化学物质引致聚合物相变或构象改变来释放药物的物质响应型释放体系。(2)高分子药物(带有高分子链的药物和具有药理活性的高分子)：如抗癌高分子药物(非靶向、靶向)、用于心血管疾病的高分子药物(治疗动脉硬化、抗血栓、凝血)、抗菌和抗病毒高分子药物(抗菌、抗病毒、抗支原体感染)、抗辐射高分子药物、高分子止血剂等。将低分子药物与高分子链结合的方法有吸附、共聚、嵌段和接枝等。第一个实现高分子化的药物是青霉素(1 962年)，所用载体为聚乙烯胺，以后又有许多的抗生素、心血管药和酶抑制剂等实现了高分子化。天然药理活性高分子有激素、肝素、葡萄糖、酶制剂等。5.国内外研究进展

近年来，美国、欧洲和日本对生物医用高分子材料的研究与开发突飞猛进，从人工器官到高效缓释高分子药物都取得了很多成果和巨大效益。据美国健康工业制造者协会资料报告，1995年世界市场达1200亿美元，美国为510亿美元，预计在21世纪将成为国民经济的支柱产业。现在美国商业化的生物技术是以医药品为主的。加拿大的生物技术的优势领域在医疗器材和制药业。在欧洲，英国的生物技术市场达到36亿欧洲货币单位。德国1997年投入生物技术研究与开发的总经费大约为33亿马克。生物技术是日本21世纪创新产业的主要技术领域之一。在“生物技术立国”的口号下，日本政府5年内投资2万亿日元，其中生物降解材料和药物生产商业化是其重点支持的领域。韩国制定了《韩国生物技术2000纲要》，在实施纲要的14年期间，政府和企业将投资200亿美元。

我国生物医学高分子研究起步较晚。自20世纪70年代末起，北京大学和南开大学从事这一领域的研究。“九五”期间由何炳林与卓仁禧主持的国家自然科学基金重大项目组织大批科研力量进行研究，在此领域取得了显著成绩。1998年“生物医学高分子”项目获教育部科技进步一等奖。我国现有医用高分子材料60多种，制品达400余种。早在1999年6月，科技部生物领域专家组就在南京和上海召开了“生物芯片技术”和“组织工程技术”研讨会，会议决定启动这2个研究项目H⋯，并作为该领域的重点课题。东南大学、清华大学、华中农业大学、上海第二医科大学、第一军医大学和华东理工大学等单位承担了这些课题，其某些研究成果已见报道。此外，中科院化学所、天津大学、中国科技大学、浙江大学、四川大学、军事医学科学院等单位也分别在组织工程、药物控释等方面展开了研究工作，使我国医用高分子材料的研究呈现出欣欣向荣的景象。6.结语

医用高分子材料与医疗水平的进步密切相关，其用途十分广泛。现代医学给人类健康带来福音的同时，也对医用材料的开发提出了挑战。现阶段医用高分子材料的研制具有重要的科学意义和非常巨大的社会经济效益。因此，加速我国对新型医用高分子材料的研究与开发将是今后相关材料领域刻不容缓的艰巨任务。7.参考文献

1]温变英.生物医用高分子材料及其应用[J].化工新型材料,2001,29(9)[2]黄静欢.生物医用高分子材料与现代医学[J].中国医疗器械信息,2004,10(4)[3]章俊,胡兴斌,李雄.生物医用高分子材料在医疗中的应用[J].中国医院建筑与装备,2008,9(1)[4]黄字彬,景遐斌,石全等.生物医用高分子材料在人造红血球的应用研究与进展[J].中国医疗器械信息,2009,15(5)[5]杨小玲,王珊,张卫红.聚乳酸基生物降解性高分子材料在医用领域的研究进展[J].中国生化药物杂志,2010,31(1)[6]杨立群,张黎明.天然生物医用高分子材料的研究进展[J].中国医疗器械信息,2009,15(5)[7]谭英杰,梁玉蓉.生物医用高分子材料[J].山西化工,2005,25(4)[8]钱洪江.生物医用高分子材料应用[J].现代保健·医学创新研究,2006,3(8)[9]沈健.生物医用高分子材料的研究进展[A].第二届全国生物复合材料学术研讨会论文集[C].2005.[10]胡平.生物医用高分子材料的加工、改性及应用[A].中国改性塑料高新技术成果与产业发展论坛、中国塑料加工工业协会改性塑料专业委员会2004年年会论文集[C].2004.[11]潘高峰.纺织技术在医用可吸收高分子材料领域的应用[A].2009中国医疗卫生用纺织品创新发展论坛论文集[C].2009.[12]新型生物医用高分子材料[J].应用科技,2009,36(5)[13]《中国组织工程研究与临床康复》杂志社学术部.医用高分子材料的临床应用:现状和发展趋势[J].中国组织工程研究与临床康复,2010,14(8)[14]赵杨锋,马利福,黄启谷等.活性/可控聚合方法合成生物医用高分子材料研究进展[J].化工进展,2009,28(7)[15]苏花平.医用高分子材料-硅橡胶[J].化学世界,2005,46(3)[16]王磊,窦宏仪.医用高分子材料的现状与应用[J].热固性树脂,2004,19(3)