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1.2生物技术分析法
生物技术分析法主要包括:免疫学法、放射性同位素示踪法、生物鉴定法和量热法等。免疫学法是利用蛋白质多肽抗原与相应抗体(单克隆或多克隆抗体)可以特异性识别结合的特点(结合比色法),借助显微镜观察定位,对蛋白质多肽进行定性定量分析。常用免疫学方法有免疫荧光法和酶联免疫吸附剂测定法。免疫荧光法:是将目标抗体标上荧光素,借助荧光显微镜进行抗原示踪定位的检测技术;酶联免疫吸附剂测定法:又称酶联免疫法,或ELISA法,是在酶免疫技术基础上发展起来的一种新兴的免疫检测方法,该方法是将可以催化底物发生显色反应的酶进行标记,然后通过显色进行分析检测的一种前沿特殊试剂检测方法。例如,动物血清蛋白药物或动物性食品中农药残留的ELISA法建立等。而放射性同位素示踪法则是将目标性分子或产物用放射性同位素标记(与内源物质区别),以研究目标分子或产物的体内分布、代谢行为。放射性同位素示踪法和免疫学方法虽然能够描述蛋白质多肽类药物的体内动力学行为,但不能够直接反映出蛋白质多肽类药物的生物活性和稳定性。生物鉴定法和量热法则分别依据生物药物的特异性反应原理和放热吸热原理对药物的生物活性和稳定性进行分析研究。例如,生物鉴定法利用组织或细胞对蛋白质多肽类药物的某种特异反应,界定药物是否具有生物活性,根据制剂-效应曲线对目标蛋白质多肽类药物进行定性定量分析。量热法则是通过测定样品在受热过程中的放热和吸热行为来研究样品中各组分相互作用及状态变化的一种方法,该方法多用于多肽的热稳定和结构分析。
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大自然非常神奇,各种各样的生物都有。而在其中有些昆虫会发出亮光,比如萤火虫。其实不止萤火虫等昆虫,包括真菌、细菌等在内的许多生物也都可以发出亮光。这些细菌天生对土壤中的重金属敏感,会根据重金属的多少而发出强弱程度不同的光。只需要通过判断其放射荧光的强度便可以对其所处环境的污染程度完成监测。较之常规监测方法,生物发光监测技术具有监测方便、快速、特异性强、灵敏度高等特点。
3生物酶技术
3.1处理功效高
生物酶技术利用微生物和酶结合,极大地提高了其处理污染的效率,较之通常的化学和生物方法,生物酶技术可对有机物进行快速降解,速度得到极大提升,是传统方法的百倍。将生物酶技术应用到污染物之后,可迅速祛除污染物的臭味,同时也能对水质进行净化处理,甚而降低COD、BOD5、氨、氮等的含量。这也是有些洗衣粉品牌在广告语中强调酶含量的原因所在。
3.2适应性更广
生物酶技术通过微生物和酶的结合,大幅度增加了微生物对环境的适应性,使得微生物可以在多种生存条件下得以生存并逐渐适应多种温度和pH值范围。如此一来,微生物便可以在低氧环境中也能有效发挥作用。
3.3更有针对性
生物酶技术现在拥有多个研究配方,甚至多达四十多种。可在不同领域、不同用途和不同的污染环境中广泛使用;即使碰上处理不了的,也可根据具体治理对象的具体情况,专门研发出针对性的、最具效力的配方。
3.4治理成本最低
生物酶技术产品投入资本小,但治理效果却十分显著。无需花高价购买地皮建厂,也不必购置大型仪器,在综合治理成本上有着明显优势,非常值得采用。
3.5纯绿色环保
当今环保意识已逐渐渗透到每个人们的心中,绿色产品成为人们普遍关注的焦点。而生物酶技术产品由纯天然菌种和酶复合后生成,在它的成分内既无转基因,也不包含任何的化学物质,也自不会给环境造成二次污染,是一种生物技术在环境保护应用上非常值得大力推广的环测方法。
4生物芯片技术
生物芯片技术起源于速测试试条发明后的次年,亦即1995年,通过这项技术,数以万计的基因的表达情形都可以被自动且迅速地监测出来。依照固定于芯片上的探针种类的不同,生物芯片可分为基因芯片、蛋白芯片、细胞芯片以及组织芯片等。近日,国外的一个资深生物学家通过不断研究,发明了一种新的,独特的,可提供更多基因信息的组织芯片和细胞芯片。较之基因芯片或蛋白芯片,组织芯片可提供的信息更为庞杂,对于环境监测而言更为有用。因此许多环境科学家逐渐意识到了生物芯片技术的强大,并将之引入到环境科学研究中来。在科学技术较为发达的西方国家,他们基因学研究的新趋向便是基于生物芯片技术的环境基因学。作为科学技术稍显落后的我国,在生物芯片研究上成果并不那么突出。好在国家自然基金委与科技部都对这项新兴技术予以大力支持,并将之列入了前沿课题项目中,相信在不久的将来,我国的生物芯片技术也会取得非常成就。
5生物传感器技术
电子科技技术研发的不断深入、以及生物技术的研究的持续发力,使得生物传感技术应运而生,并获得人们的逐渐认可。它的特点在于高度集成化、微型化和自动化,能够快而有效地帮助环境监测进行有害物质分析。不仅常被用于环境监测,在食品工业与生物医药领域也都应用广泛。生物传感器通常由转换器和敏感材料(分子识别单元)俩个部分构成,其特点为:测定速度快、成本低、且操作简便。相信在未来会被广泛应用于环境监测中去,会大有所为。
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湖南农业大学农产品安全与检测技术课程群的设置是基于安全工程本科专业培养计划,在保证公共基础课、专业基础课的前提下,根据学校实际情况开设体现学科优势和行业背景的特色课程群。该课程群的建设从理论到实践、从书本到科学前沿,比较完整地提供了一条特有的深入学习和掌握农产品安全与检测技术技能的平台[4-6]。农产品安全与检测技术课程群依次由理论课程、实验课程、实习课程和业余科研四部分组成。其中,理论课程包含专业必修课“农产品安全与检测技术”和专业选修课“农业安全生产与管理”,作为农业大国,在掌握农产品安全与检测技术的同时,学生获得我国农业安全生产现状及生产管理手段的知识信息是十分必要的,而“农产品安全生产与管理”正是针对我国农业发展现状为学生开设的一门辅助课程;实验课程为专业必修课“农产品安全与检测技术综合实验”;实习课程由农产品安全与检测技术综合实验、生产实习、毕业综合实习组成;业余科研包含学生独立自主申请科创实验项目和学生依托教师科研项目两大部分。
2实践技术
从由浅入深、理论到实践的技术角度分析,农产品安全与检测技术课程群以农产品安全与检测技术理论为基础设置不同深度的实践课程,针对不同层次,采用不同的实验技术方法教学。实践课程分为实验课程、实习课程和业余科研3个层次。1)实验课程为60学时的农产品安全与检测技术综合实验,第5学期开课,实验内容分成基本实验操作训练、农产品仪器分析检测技术、微生物检测基础技术3个单元,设置了滴定法操作、样品前处理、紫外/可见分光光度法、气相/液相色谱法、原子吸收分光光度法、凯氏定氮法、微生物菌落测定在内的13个实验内容[7],训练学生针对农产品安全检测技术的基本技能,培养学生的动手能力[8-9]。2)实习课程是1周的教学实习、3周的生产实习和12周的毕业实习,依次为第5、7、8学期开课。教学实习围绕农业与农产品安全检测的相关教学内容,实地参观农产品生产基地、农产品输送基地、农产品质量监测中心等机构,让学生熟悉生产实践流程。生产实习是安排学生到相关部门的工作岗位实习3周,进一步学习和锻炼学生的实践能力,培养学生实践技能。毕业实习则是要求学生进入到实习机构,在实习指导老师的指导下,围绕选题和开展12周的实验,通过实践完成毕业论文。3)业余科研分为自主性创新性实验项目和依托性教师科研项目。与其他实践课程不同,业余科研主要以希望进一步提升自身科研能力的学生为对象,不单独设置课程时间,要求学生利用课余时间,自主选择指导老师和课题方向。自主性创新实验项目要求学生从课题选择、项目申请书撰写、申报立项、中期答辩、项目结题全程独立完成,极大地锻炼了学生的科研思维和科研能力。依托性教师科研项目,则是学生与指导老师双向选择,择优参与到教师的科研项目中,并承担一定量的科研任务。通过3个层次的锻炼,学生从常规农产品安全与检测技术基础和经典检测技术实验,到生产实践单位参观、实习,再到独立自主或参与性的完成相关项目,在农产品安全检测技术方面的知识、技能、见解和实践等方面都能得到极大的提升,有利于学生在毕业后更好、更快地融入工作和后期科研深造中。
3教学手段
为了实现农产品安全与检测技术课程群的教学效果,建设“理论课—实验课—企事业单位参观、考察—科研项目”的完整过程和有深度的课程群,在教学过程中老师会针对不同过程采取不同的教学手段[10-12]。理论课以教师主讲和学生单元讨论的形式教学,闭卷考核。实验课内容丰富,以计量认证标准教学,针对农产品样品前处理、农药残留、重金属污染、真菌毒素、固有有害成分等方面开设对应的检测方法、手段和技术,以12个小组实验+1个独立考核实验的形式教学,小组实验要求将学生分成2人一组的固定小组,协作完成前12个内容的实验,独立实验要求学生在规定的课程时间内单独完成1个实验,在此过程中考核学生的独立思考和动手能力,实验课总成绩由小组实验占60%和独立实验占40%组成。企事业单位参观、考察,是在学生掌握了一定的理论基础知识和实验技能之后,进入农产品生产基地、运输基地、省/市级地方农产品检测部门机构进行短期的实地作业参观和考察的教学手段,将理论课堂融入社会生产中,赋予学生对于农产品安全检测技术更深层次的理解。这种教学模式以现场答疑和撰写实习报告的形式进行考查。科研项目包含学生自主立项和参与教师团队项目,分别由立项部门和指导教师单独对参与学生进行开题、中期汇报、结题等形式的考核及反馈。
4农产品安全动态
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一、教学中存在的问题
(一)传统教学目的是使学生理解和掌握有关食品安全快速检测理论知识,很多实验是在为基础化学和基础生物学补课。以演示性、验证性实验为主,对学生动手能力、解决实际问题及在实践操作中创新能力的培养缺乏足够的重视,注重培养学生创新能力的综合性、设计性、研究性实验较少。课程设置大都以理论课为主干,把实验课当成是理论课的附属。单纯理论和公式讲授,学生在学习过程中容易产生难学、厌学情绪,一些学生为了拿学分而学习,不能从学习中享受到乐趣,学习态度不端正。
(二)需要提高学生实验基本操作技能和分析数据的能力。由于学生没有参与到实验前期准备工作中,仅仅参与食品理化成分等的测定步骤,因此实验基本操作技能训练不完整,例如样品处理、数据处理等。样品的采集、制备、预处理及样品的保存等重要内容成了学生的“弱项”。即便大部分学生都能够顺利地完成实验操作,得到相应的实验数据,但由于对数据处理方法不熟悉,误差概念不明确,导致分析结果不可靠,很多学生做完实验就算完成任务,从来不想为什么会得到实验结果,与所学的理论内容有什么关系。
(三)实验室的很多设备不能满足实验的需要。各专业之间、各学科之间仪器设备资源的共享问题还没有解决。例如ATP荧光光度计、甲醇速测仪等快速检测设备只能通过图片、说明书和网络知识了解,学生无法拿到这些仪器活学活用。
二、教学改革措施
(一)课堂教学改革措施。在课堂教学中,根据专业需要,对教材内容进行精简,以基础知识为主体,深入介绍,使学生对课程有一个完整的认识过程。教学中由浅入深、循序渐进,既注意层次分明,又注意知识的连贯性及实用性,使学生较好地把握教材内容,为后续课程的学习奠定坚实的理论基础。
为强化教学效果,采取以下改革措施:1.在课堂教学中,采用讲授、提问、答疑等多种教学方法。2.利用现代教学手段,利用先进设备及多媒体,针对课程的特点,按授课知识点制作《食品安全快速检测技术》课件,或直接播放Flas、实验录像片,使理论知识形象生动,便于学生理解。3.授课时注重调动学生的学习主动性,培养学生独立思考、分析和解决问题的能力。根据课程特点,开展课堂讨论。主讲教师根据所讲内容列出讨论题,所列的讨论题目大部分是食品工厂或现实生活中涉及食品安全检测的问题,对教学中的重点、难点及带有研究、探讨性的问题,让学生查阅有关资料充分准备后再讨论,然后教师对讨论进行归纳总结。加强学生对食品试验设计和数据处理的学习。教研室采取定期组织教师听课,观摩教学,在授课结束后,主讲教师写出总结材料,并对试卷进行卷面分析和考试总结,找出不足之处,提出整改措施。4.增加实验课成绩在总成绩中的比例,期末试卷出一些实验操作题,使学生牢固掌握实验中的重点、难点,认识到实验课的重要性。
(二)实践教学改革措施。本课程是一门实践性和应用性很强的课程,实践教学环节极其重要。在实践教学方面,本课程以自主性和创新性为原则,提高学生的实验技能与动手能力。
1.加强实验教学环节。实验课开设的总体思路既注重基本技能及知识的掌握,又重视独立工作和思考能力的培养。实验课中,加强基本操作训练,增加现代实验技术内容,并同专业课相结合,开设综合性、设计性实验;实验中坚持学生独立操作,培养学生独立思考的能力。
2.加强生产实践环节,注重理论与实践有机结合。让学生进入葡萄酒厂、番茄酱厂、饮料公司、农产品检测中心、疾病预防控制中心等各类企事业单位进行生产实习,亲自参与食品生产和安全检验的全过程,使其认识到食品安全快速检测知识对食品品质及食品企业经济效益和声誉的重要性,通过原料收购、生产加工、卫生检测等具体环节强化学生对理论知识的把握,并使学生认识到食品安全快速检测技术对企业的重要性。坚持教学、科研、生产相结合。实践环节促使学生理解和掌握理论知识,锻炼学生的动手能力,为学生今后顺利完成毕业论文及尽快适应以后的科研与生产工作打下坚实的基础。
3.在进行课堂教学和基础性实践教学的同时,辅以课外科研训练。实行“基本技能训练综合性实验设计性实验在生产实习中加强对‘食品安全快速检测’知识的理解与应用”的实践教学模式。把科研与教学紧密结合起来,指导学生参加完成“大学生研究训练计划”和“大学生挑战杯”论文。通过这些实践性环节的实施,学生能够较好地掌握食品安全快速检测技术的基本原理和方法,强化创新思维和创新能力的培养。
(三)加强实验室建设。不断增添新仪器,提高教师的业务水平,对教师和实验人员进行培训,鼓励教师利用丰富的科研经验充实教学内容。《食品安全快速检测技术》注重食品成分含量的测定和食品中有害物质及掺假物质检测。我院购置了气相色谱、液相色谱、气质联用、原子吸收、食品物性测试仪等先进设备,建立了中心实验室,实现与其他学院仪器设备共享,促进大学与企业公共实验平台建设,使食品安全快速检测基础理论与实验操作紧密结合。
本课程的教学改革要求学生对食品安全快速检测技术有较全面、系统的了解和掌握,为学生毕业后走向食品研究、检验、生产及外贸等部门起到桥梁作用。通过对课程的不断改革和完善,学生对这门课学习兴趣更浓厚,学习态度有所改进,学习成绩大幅度提高。
参考文献:
[1]叶瑞洪.《食品理化检验与分析》课程教学改革尝试[J].福建师范大学福清分校学报,2007,2:46-48.
[2]黄丹,刘达玉.对《食品理化检验》实验教学改革的几点思考[J].高教论坛,2006,5:108-109.
[3]胡伟光.工业分析与检验专业教学改革初探[J].辽宁高职学报,2005,7(3):50-52.
[4]丁建英,张根华,权英.《食品安全快速检测技术》课程教学改革的探讨[J].安徽农业科学,2010,38(30):17347-17348.
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1.引言
翻译杂交释放(Hybrid-Release Translation , HRT)技术和翻译杂交捕获(Hybrid-ARrest Translation , HART)技术,是鉴定克隆基因翻译产物的有效方法。两种方法都利用纯化的mRNA通过无细胞翻译系统(cell-free translationsystem)直接合成蛋白质。细胞裂解物,可以来自于发芽的小麦种子中,或者来自于兔网状细胞,都具有很强的合成蛋白的能力,含有蛋白质合成所必需的核糖体,tRNA和其他蛋白质合成所必需的分子。然后加入mRNA和必需的20种氨基酸,其中Met是35S标记的。mRNA被转录成放射性蛋白质的混合物,可以通过电泳分离,自显影显示出来。每一条带都代表mRNA所翻译的一种蛋白。
当有cDNA克隆存在时HRT和HART可以非常好的工作。在HRT中,首先将cDNA变性,结合到纤维素膜上或者尼龙膜上,加入mRNA样品,能与cDNA杂交的特异mRNA保留在膜上,除去未结合的分子后,可以收集mRNA并加到细胞外系统中生物论文,这样将产生cDNA编码的特异的蛋白质。
HART的不同点在于,HART并不除去未杂交的分子,而是将整个膜转入细胞外系统,杂交的mRNA不能直接翻译,所以除此之外,所有的mRNA都翻译。翻译产物中缺失的蛋白可以进行鉴定中国知网论文数据库。
2. 无细胞翻译系统(Cell-Free Translation System)
实验室中常用的无细胞翻译系统是麦芽胚(germinating wheat seeds)提取物和兔网织红细胞(rabbit reticulocyte cell)提取物,也有使用非洲爪蟾(Xenopus laeuis)卵母细胞体系的[1]。无细胞翻译系统主要含有:
(1)核糖体;
(2)tRNA;
(3)20种氨基酸,其中一种带有放射性标记(实验室中也经常使用35S-甲硫氨酸<35S-methionine>),供放射自显影检测之用;
(4)控制蛋白质合成的相关因子。
无细胞翻译系统主要有如下3点优越性:
(1)在无细胞翻译系统中,蛋白质合成的活性极高。
无细胞翻译系统就是一种人工制造的蛋白质“合成机器”, 其功能就是专门进行蛋白质的合成。相对于传统的宿主菌翻译系统而言,无细胞翻译系统不用考虑宿主菌本身的生活能力,只需大量合成目的蛋白质即可,效率极高[2];
(2)专一性地翻译目的基因的序列。
与(1)相同,无细胞翻译系统不受到宿主菌的干扰。假设一重组子X,如果加入到无细胞翻译系统中,则该系统只翻译重组子上有限的核酸序列,便于对目的基因及其表达产物进行分析。相反,如果将重组子X导入某一受体细胞,则表达产物将包括重组子与宿主细胞两方面的蛋白质,且后者将占绝大多数,给分析工作带来极大的不便;
(3)加入了放射性标记的氨基酸,有利于对翻译产物进行检测;
作为基因工程研究的重要手段,无细胞翻译系统的主要功能就是定向地合成所需蛋白质,并对其进行检测。常在系统的氨基酸底物中添加一种带有放射性标记的氨基酸,或者使用35S-甲硫氨酸(35S-methionine),便于翻译后的检测工作[3]。
3.HRT和HART
HRT和HART的技术思想是相同的,核心内容都是以目的基因的mRNA为操作对象,用放射自显影的方法检测其表达产物的有无,而其中的关键步骤,就是以目的基因为模板,获得该基因的cDNA生物论文,在杂交检测中作为探针使用。
在HRT中,目的基因与载体连接之后,将进行如下操作:
(1)将连接后的重组子加入到无细胞翻译系统中,进行转录、表达,提取mRNA;
(2)从提取的mRNA中取出一部分,以目的基因为模板设计引物、以 mRNA为底物进行RT-PCR,获得目的基因的cDNA;
(3)将cDNA固定在硝酸纤维素(nitrocellulose)或尼龙(nylon)膜上,作为杂交探针之用;
(4)将余下的RNA与上述cDNA混合、温育,然后进行非特异性的洗脱,即通过控制洗脱反应的条件,将那些不与cDNA发生特异性杂交的RNA分子洗脱掉;
(5)转变洗脱条件,进行特异性的洗脱;如果有mRNA分子与cDNA发生特异性的结合,则此mRNA将在这一步骤中被洗脱下来,并且此mRNA就是目的基因的转录产物;
(6)收集洗脱产物,加入到无细胞翻译系统中,通过蛋白质电泳和放射自显影(autoradiography)检测表达产物。
显而易见,由于使用了无细胞翻译系统,去除了大量的、与检测实验无关的mRNA分子,所以HRT的实验结果只有两个:
(1)只有一条放射性条带,即目的基因的最终表达产物。此结果表明:目的基因与载体成功连接并转化、能够在宿主菌中顺利表达;
(2)没有任何放射信号,检测结果为空背景。此结果表明:目的基因可能与载体成功地连接并转化,但不能顺利地表达。
而对于HART而言,该方法中只有一点与HRT不同:在HRT中,最终要对目的基因的表达产物进行检测;而在HART中,则是要对目的基因表达产物之外的蛋白质进行检测,具体步骤为:
(1)将连接后的重组子加入到无细胞翻译系统中,进行转录、表达,提取mRNA;
(2)从提取的RNA中取出一部分,以目的基因为模板设计引物、以RNA为底物进行RT-PCR,获得目的基因的cDNA;
(3)余下的RNA再分成两部分,其中一部分与上述cDNA探针杂交,进行非特异性的洗脱生物论文,并将洗脱产物回收,而弃去与cDNA探针发生特异性杂交的mRNA。换言之,洗脱产物中已经特异性地去除了由目的基因转录的mRNA。将洗脱产物加入到无细胞翻译系统中进行表达,用蛋白质电泳和放射自显影技术检测其表达结果,记作结果-1;
(4)如(4)中所述,RNA分成两部分之后,一部分用于杂交。与此同时,将另一部分RNA直接加入到无细胞翻译系统中进行表达,用蛋白质电泳和放射自显影技术检测其表达结果,记作结果-2。
(5)结果-1和结果-2进行匹配,分析目的基因的转化情况。
同样,由于使用了无细胞表达系统,被检测的蛋白质种类少,仅限于载体所承载的表达信息,便于分析结果。结果-1和结果-2的比较,可以出现两种情况:
(1)结果-1仅仅比结果-2多一个条带,说明此条带就是目的基因的翻译产物,则可以推断转化实验是成功的;
(2)结果-1和结果-2完全相同,则至少说明目的基因不能顺利表达,转化实验不成功中国知网论文数据库。
以上是对HRT和HART总体技术思想的阐述。不难看出,HRT和HART的核心思想是完全相同的,不同的只是实现这一思想的具体方式[2]。在HRT中,是直接对目的基因的表达产物进行检测;而在HART中,则是对目的基因表达产物之外的蛋白质进行检测。图-1概括了两种方法的流程。从图中可以看出,HRT和HART的结果是互补的、互为“阳性”和“阴性”的。
4. 使用HRT和HART方法的相关问题
HRT和HART技术是在蛋白质水平检测重组子阳性克隆的方法,由于这两种技术的检测对象是目的基因的最终表达产物,故比起常见的蓝白筛选、PCR等基因水平检测技术而言,更直观、更严谨、更有说服力[1]。但是,从基因工程整体操作流程上看,对于重组子的检测只是其中的一部分,研究人员不可能将最主要的精力投入到检测工作中。而从上述对于HRT和HART操作步骤的介绍来看,作为检测手段生物论文,两种方法都过于繁琐,特别是频繁涉及对mRNA的操作,要特别注意对mRNA降解的预防,实验条件比较严格。
另外,虽然HRT和HART检测的是表达产物,在这一点上确实比蓝白筛选、PCR等基因水平检测技术更具有优越性,但是,在实际的工作中,研究人员完全可以利用Southern杂交、Northern杂交以及Western杂交等分子杂交手段,在基因工程操作的最后一步——重组子的表达阶段对蛋白质产物进行专门的检测。而在实际工作中,配合蓝白筛选、PCR等方法来使用,HRT和HART技术使检测结果更加可信,达到一种“锦上添花”的效果。随着技术的不断完善,近来又在DNA水平检测方法上有了新的突破-HCII第二代杂交检测方法的问世,无疑是对杂交检测方法的灵敏度的改善【4】。除此之外,检测基因表达产物的方法还有cDNA微距阵杂交技术【5】,磁珠捕获技术【6】,,多重核酸扩增荧光技术【7】,应用反向斑点杂交技术【8】等。
参考文献:
[1]邱泽生主编.基因工程.北京:首都师范大学出版社,1993,125-128;
[2]T.A. Brown. Gene Cloning and DNA Analysis – An introduction.4th edition. US:Blackwell Science Ltd , 2002, 235-236;
[3]吴乃虎编著.基因工程原理.第2版.北京:科学出版社,2001,382-384;
[4]王秋伟,虞斌,许培箴.HPV DNA HCII检测在宫颈病变筛查中的应用. 山东医药,2009,44-45
[5]胡吉,王宣春,沈烨.采用cDNA 微阵列杂交技术对垂体瘤基因表达谱的研究.复旦学报,2005,565-569
[6]王卉放,许化溪.磁珠捕获技术在定量液相杂交中的应用.江苏大学学报(医学版)2003,285-288
[7]李晴,乌兰娜等.多重核酸扩增荧光检测技术在宫颈癌筛查中的效果评价.中国肿瘤,2009,315-318
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随着分子生物学的发展,对于生物大分子的检测技术也在不断的更新,针对核酸的检测技术包括:Southernblot、Northernblot、荧光原位杂交(fluorescenceinsituhybridization,简称FISH)技术,定性聚合酶链式反应(PolymeraseChainReaction,简称PCR)、实时荧光定量PCR、一代测序技术及二代测序技术等;针对蛋白质的检测技术包括:Westernblot、酶联免疫吸附测定(EnzymeLinkedImmunosorbentAssay,简称ELISA)等。而精准医学及个体化治疗时代的到来,使得分子生物学的很多技术已经被越来越广泛的应用到医学的临床诊断,如孕妇唐氏筛查(21、18、13-三体综合征)、病毒感染分型及载量检测、肿瘤放化疗耐性基因检测、靶向药物基因检测、代谢综合征临床用药指导等。现代测序技术日臻完善,成本逐年降低,2014年6月30号,国家食品药品监督管理总局审查通过了二代测序技术(测序仪及检测试剂盒)用于胎儿染色体非整倍体(T21、T18、T13)检测。2015年6月8日,国家发展和改革委员会(简称发改委)了《新兴产业重大工程包》通知,新型健康技术惠民成为六大工程之一。首先,以遗传性耳聋和唐氏综合征等遗传性疾病基因筛查为重点,推进基因检测技术在遗传性疾病、肿瘤、心脑血管疾病和感染性疾病等重大疾病防治上的应用,促进健康惠民[1]。其次,快速推进基因检测技术在遗传性疾病大规模筛查上的应用,探索基因检测技术在个人基因组检测、基因身份证等新领域的产业化应用[1]。分子生物学技术成为了临床医学诊断、用药的支撑体系,伴随着个体化治疗理念的逐渐深入,需要大量的相关检测技术人才。但是传统的分子生物学教学并没有把相关的理论及技术体系与医学的实际应用有机的结合起来,造成了人才培养与实际需求的脱节,一方面生物学专业的本科毕业生面临着找工作困难的窘境,另一方面医学及相关检测机构需要大量的检测技术人员,但普通的生物学专业本科生达不到相关的要求。随着毕业生就业压力的增加,很多新生刚入学就面临着就业的迷茫,不知道毕业以后能从事什么样的工作,甚至很多有转专业的想法。因此,在进行专业授课时,尤其是分子生物学的授课时,改变既定的教学模式,适应社会发展的潮流就变得尤为重要了。
三、分子生物学课程讲授模式探索
分子生物学的内容抽象复杂、讲解困难,学生不易理解,所以我们选用了RobertWeaver编著的《MolecularBiology》作为分子生物学教材,该书语言流畅、内容丰富、科学性强,通过实验及结果分析得出相应的结论,易于理解;同时增加了学生的学习兴趣,有利于培养学生的科学思维方式[2]。在我从事分子生物学教学时,在开课之前进行了问卷调查,结果显示,超过60%的学生列举不出分子生物学相关技术的实际应用,更不了解其在医学领域的应用。课余时间跟学生交流时发现:很多学生对这门课没有清楚的认识,只是为了考试而学习,学生呈现出的问题是不知道学完分子生物学能做什么?将来能从事什么行业?针对学生的困惑,我改变了既定的教学模式,利用第一、二节课对分子生物学的技术体系及发展趋势进行概述,并且与实际的应用尤其是在医学上的应用进行了结合,解读了相关的法规、政策文件,使得学生对分子生物学有一个概括性的认识,增加学生学习的积极性。在讲到相关的分子生物学技术时,会对该技术的现实应用或最新前沿动态进行延伸,增加学生学习的信心。对于复杂的技术体系或理论体系,采取制作直观、生动的幻灯进行讲解,易于学生理解和掌握。同时鼓励学生课前预习,课后查阅相关资料,加深印象;并组织学生进行相关资料汇总、交流,在课堂上进行分组讨论,不仅增加了学生的学习兴趣,而且加深了认识。通过灵活的、理论联系实际的教学方式,学生对分子生物学的学习兴趣十分浓厚,积极性非常高,达到了预期的效果。但是在教学过程中也出现了一些问题,如分子生物学实验课与理论课的脱节,实验课提前完成,与理论学习没有同步进行,削弱了学生对相关实验的认识及理解。在讲到相关技术原理时,问答过程显示,大部分同学并不能把相关原理与所做实验进行有机的联系,没有起到加深认知的作用。建议在以后的教学过程中,理论讲授与实验操作紧密配合,便于学生理解。
四、分子生物学教学改革的一些建议
结合分子诊断技术的临床应用,对分子生物学的教学改革提出以下建议:(1)对于复杂的理论与技术体系,采用多媒体教学与板书相结合的方式,易于学生理解掌握。(2)掌握著名科学家研究过程中的一些典故,增加教学的故事性及趣味性,提高学生学习的兴趣。(3)加强分子生物学相关技术与实际应用的联系,增加学生学习的积极性。(4)传递分子生物学技术在临床应用的相关政策、法规,增加学生就业的信心。(5)相关技术的理论讲解与实验紧密结合,增加学生的理解深度。(6)理论联系实际,带学生参观医院的检测平台及医学检测机构的平台,使学生有更直观的认识。(7)推荐学生到医院及医学检测机构实习,完成毕业设计,不仅完成了毕业论文,而且使得学生提早接触社会,提高适应社会的能力[3]。
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1.生物学试验方法
生物学实验方法也叫指示植物法,其原理是:检测病毒在其鉴别寄主上产生稳定并具有特征性的症状或在其指示植物上快速出现感染症状,从而可以用来检测出某种病毒或检测出某种病毒的存在。在植物病毒的检测上,指示植物法有其他方法所不能替代的地位。
生物学实验方法的优点明显,其操作简单易行,成本低廉,通过摩擦或媒介昆虫等方法进行接种,所需毒源材料很少。但这种方法周期较长,前期准备工作量较大。指示植物在不同的环境条件下,表现出的受感染的症状有差异;几种病毒复合侵染时可能引起另-种症状,另外个别症状反应难以重复,鉴别不同的病毒时所需的指示植物也有不同。
2.电子显微镜技术
电子显微镜技术是通过观察病毒颗粒形态、大小、结果、内含体组成形状和亚结构等方面的特征来确定病毒的存在和种类。上世纪40年代以来建立的电子显微镜技术,经过不断的改进和提高,己经成为了病毒检测和鉴定的重要方法。目前较为重要的有负染色技术、超薄切片技术、免疫电镜技术、放射自显影技术等。
通常情况下植物病毒侵染寄主细胞后,常常引起-系列的细胞病理变化,如引起线粒体聚集、膜结构退化、出现大量液泡细胞壁增厚、胞间连丝结构的改变等现象。通过电镜技术就可以直观、快速、简单的既观察到病毒形态结构,又可以发现病毒侵染寄主后引起的细胞超微结构变化。
电镜操作需要-定技能,工作量集中但不易太大。电镜技术的检测灵敏度与ELISA反应相似,但不如核酸杂交技术。同时,依据病毒粒体的大小,形态、弯曲程度等特征的判断只能到科或属,较难定性为某种病毒。电镜的观察只能作为一个初步判断。此外,并不是每一种病毒侵染植物都会形成内含体等特殊结构。这些问题的存在都或多或少的制约了电镜技术的广泛应用。论文参考网。
3.免疫学方法
在现今的植物病毒检测中,使用最广泛的免疫学方法是酶联免疫吸附测定。该方法是上世纪70年代在荧光抗体和组织化学基础上发展起来的一种新的免疫测定技术,是一种相对吸附和免疫酶技术相结合的方法,将抗原和抗体包被在固相支持物上,使免疫反应在固体表面进行,并借助结合在抗体或抗原上酶与底物的反应所产生的颜色来进行检测。它具有灵敏度高、特异性强、操作简单、适合于测定大量样品、对人体基本无害等诸多的优点。而且克服了常规血清学方法受病毒浓度、粒体形态和抗血清用量等因素的限制。但是ELISA方法检测病毒也有它的局限性。有时血清学上相关的病毒却在核酸序列上并不完全同源,甚至没有同源性,从而会使ELISA鉴定反应时出现假阳性的现象。ELISA首先是用于人和动物的传染病检查,目前ELISA主要有双抗体夹心法(DAS-ELISA),硝酸纤维素膜法(NCM-ELISA)和快速ELISA三种方法。
3.1双抗体夹心法
这种方法是以聚苯乙烯塑料管或凝血滴定板为支持物,采用直接ELISA,基本步骤是先加入第-抗体,再-次加入病毒提取液、第二抗体、底物,所以叫做双抗体夹心。
3.2硝酸纤维素膜法
硝酸纤维素膜法(NCM-ELISA)又称Dot-ELISA,该方法是以NCM为固相载体,通常采用间接ELISA,基本步骤是先将待测样品点在NCM膜上,然后依次加入抗病毒抗体、酶标第二抗体、底物。此法与常规法相比有很多优点,NCM对蛋白质有较高的亲和力,提供蛋白质较大的结合表明,使检测的灵敏度提高,而且反应产生鲜艳的色斑,形成强烈对比。NCM法测定所需的最低病毒量低于常规的ELISA的1000倍。研究表明Dot-EuSA比DAs-ELISA灵敏度高,而且经济快捷、直观、成本低,适合种薯生产中大量样品的马铃薯病毒的定性检测。
3.3快速酶联免疫吸附法
常规ELISA中各步反应是在静止状态下进行的,快速ELISA中各步反应是在37℃下恒温振摇状态下进行的,抗体、抗原、酶标孵育时间相对缩短,此方法可比常规方法快3.5h。
4.分子生物学检测方法
分子生物学检测是通过病毒的核酸来检测病毒,它比血清学方法的灵敏度要高,特异性强、检测迅速、操作简洁。目前应用较广的分子生物学技术包括:聚合酶链式反应技术、核酸斑点杂交技术、双链技术、基因芯片技术等。论文参考网。
4.1聚合酶链式反应(PCR)
聚合酶链式反应(PCR)是Mullis等人发明的-种体外快速扩增特定基因或序列的方法,经过变性-退火-延伸这一循环的反复进行,DNA扩增的数量呈指数增长。对于多数RNA病毒来说,则需要先将RNA基因在逆转录酶作用下合成互补的DNA然后再进行PCR扩增,这称为RT-PeR。论文参考网。
RT-PCR技术与免疫学方法相比不需要制备抗体,检测所需的毒源量也仅仅是其的1/1000倍,具有更加灵敏、快速、特异性更强等优势。近年来成为病毒检测和分子生物学科领域最为广泛应用的技术。非特异性扩增是PCR反应原理上的缺陷,实验中可能受到引物、模板等被污染的影响而出现假阳性。因此PCR方法并不是万能或-定准确的检测方式。
随着科学技术的发展,基础的RT-PCR技术衍生出了更为多样化更符合检测需要的技术,包括以下凡种:
(l)多重RT-PCR
此PCR反应体系中使用多对病毒特异性引物,同时扩增多种病毒各自不同的特定基因片段,且扩增片段间大小各不相同,再通过凝胶电泳检测电泳带的多少和大小即可辨别病毒的种类,实现对多种病毒的同时检测。PRusso等、Singh等利用这种方法同时检测了马铃薯卷叶病毒和马铃薯Y病毒。
(2)荧光竞争-RT-PCR
CF-RT-PCR技术中使用的各种病毒特异性引物分别采用不同的荧光染料标记,不同病毒的PCR产物释放的荧光颜色不同,根据荧光颜色来判断样品中病毒的种类和大小。
(3)免疫捕获
IC-RT-PCR检测技术是免疫学技术和RT-PCR技术相结合建立起来的检测技术。该技术不需要进行病毒RNA的抽提,操作更容易,并且在不破坏病毒粒体的情况下,既可实现病毒的检测。这种方法为不具备病毒特异性抗体或采用免疫学技术很难检测的病毒提供了一个可行的方法。
4.2 PCR反应的影响因素
PCR反应体系五要素分别是引物、酶、dNTP、模板和Mg2+;反应条件包括:变性、退火、延伸的温度和时间,反应循环次数。理论上讲,有助于PCR反应的措施都有助于检测灵敏度的提高,如:增加Mg2+的浓度,增加TaqDNA酶的量,增加反应循环次数等。但这些因素的增加并不一定能产生理想的效果。Mg2+的浓度和TaqDNA酶的量过高可引起非特异性扩增,浓度过低则产物生成量又不足,不利于电泳观察;PCR反应的循环次数-般选在30~40次之间,循环次数越多,非特异性产物的量亦随之增多。另外,退火温度的选择是一个很重要的参数,合理的退火温度在能产生大量的扩增产物的同时可大大减少引物和模板间的非特异性结合。
另外,PCR反应中因为极其微量的污染就可能造成假阳性的产生,所以应避免标本间的交叉污染、PCR试剂等的污染问题。
4.3 核酸斑点杂交技术
核酸斑点杂交技术是根据互补的核酸单链可以相互结合的原理,将-段核酸单链以某种方式加以标记,制成探针,与互补的待测病毒核酸杂交,带有病毒原探针的杂交核酸能指示病原的存在。NASH包括以下步骤:样品制备和膜的制备;样品固定和预杂交;洗去剩余探针;放射自显影。研究表明NASH检测技术比ELISA法更灵敏可靠,适合大量样品检测,对病毒和类病毒的侵染诊断更佳,但其灵敏度和特异性不如RT-PeR。
4.4双链RNA技术
研究发现含有RNA的植物病毒在复制时会产生RNA的复制中间型,即双链RNA。双链RNA在寄主体内存在稳定,可以利用-些物理、化学的方法分离出来,获得纯化的dsRNA。每一种RN.A病毒、类病毒在寄主内有特异的dsRNA,其迁移率、分子量、片段数均不同,而在健康植物组织中无大分子的dsRNA,故dsRNA经提纯、电泳、染色后,在凝胶上所显示的电泳图谱可以检测出病毒的类型和种类。此方法已用于-些病毒组,如马铃薯Y病毒组、烟草坏死病毒组、黄瓜花叶病毒组的分类研究。
4.5基因芯片技术
基因芯片是采用高速打印和光刻合成技术在硅玻璃或尼龙膜上制造阵列,样品DNA/RNA通过PCR扩增和体外转录等技术渗入荧光标记分子,与微阵列杂交后通过荧光扫描仪扫描,及计算机分析即可获得样品中大量基因顺序及表达的信息。基因芯片可以分为两大类,-时原位合成,其适合于寡核昔酸;二是直接点样,多用于大片段DNA。基因芯片技术目前还是很多不足,例如需要提高基因芯片特异性、简化样品制备和标记操作、增加信号检测灵敏度等。
【参考文献】
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基金项目:本文系教育部、财政部第六批高等学校特色专业建设项目(项目编号:TS1Z277)的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2012)05-0064-02
食品质量与安全专业于2002年正式被教育部批准为高校本科专业,是一个比较新的专业。“现代食品检测技术”是食品质量与安全专业一门技术性和应用性很强的专业必修课程。它主要由食品分析和仪器分析两大部分组成。它最突出的特点是依靠高新技术和设备,按照国家标准、行业标准、地方标准等技术标准,对食品原料、辅助材料、半成品以及成品的质量进行检验,以保证生产质量优良的产品;同时,帮助生产部门开发新的食品资源,试制新的优质产品,改革生产工艺,改进产品包装和贮运技术等。因此,对于这门课程除了要求学生掌握食品检测中的化学分析与仪器分析的基本原理外,还要求学生在实验课中学会一些大型仪器设备的基本操作技能。鉴于该课程涉及的科学理论体系较多,实践性较强,因此,在整个教学过程中我们注重理论联系实际,对本课程理论和实验教学两方面做了一些探索性的改革,以强化学生的基本能力培养和基本技能训练。
一、理论教学的改革
基础理论知识是学好现代食品检测技术的基础,是毕业生持续发展的基础,也是做好食品检测工作的前提。[1]该课程理论教学信息量相对较大,教学时数(64学时)相对较少。在教学中我们科学安排教学内容,扩充应用知识,充分采用现代化教学手段(主要是用动画和多媒体等教学来增加动感和形象思维)活跃课堂气氛,增大教学信息量,以便于学生在有限的时间内获取更多的知识。
1.针对专业特点选择教学内容
食品质量与安全专业主要是从化学、食品科学、生物学等三方面对学生的知识和基本实践技能进行培养。[2]从河北科技大学该专业学生的就业方向看,毕业后主要从事食品分析、动植物检验检疫以及质量控制等方面的工作。这些工作中所涉及的检测设备以紫外分光光度计、气相色谱仪、高效液相色谱仪、原子吸收分光光度计等大型仪器设备为主。为此,结合专业特点,我们着重讲授了这些相关设备等的原理、基本结构和实验技术方法。对于那些在生产实践中很少应用,并应用昂贵仪器的方法(如现代生物检测技术、电子传感检测技术等),不作为授课的重点。[3]这样就可以使学生把有限的精力投入到重点内容的学习中,为学生今后的就业奠定基础。
2.课堂教学中不断引入新内容,并加强专业英语术语的课堂导入
“现代食品检测技术”是一门实用性很强的学科,其理论内容涉及到许多大型仪器设备的原理及应用等。由于分析技术及相应的仪器设备发展较快,教材内容难以做到及时更新,因此,我们在教学中不拘泥于现有教材,注重不断引入最新内容,将分析技术的最新发展和应用引入教学内容,使学生能及时掌握新的科研发展的动态,拓宽知识面,掌握最新科技信息。让学生更加了解“为什么要学,学了有何用?”这一关键问题,体现本课程的应用性特点,调动学生的学习积极性和学习兴趣。[4]
目前,我国很多大型仪器设备仍然依赖于进口,鉴于大多数设备的操作界面均为英语版,所以,掌握一定的英语术语是必须的。为了让学生掌握大型仪器设备分析和操作方法,我们在课堂教学中重视英语专业术语的自然导入,有意识地引导学生进行有关大型仪器分析设备英文文献的阅读训练,使学生在不知不觉中掌握该设备涉及的英语词汇、术语及相关的一些知识等,从而使教学形式、学生学习内容更多样化,[5]并为后面的实验教学奠定良好的基础。
3.与实际案例相结合,激发学生学习的积极性和主动性
在教学过程中,我们积极引导学生把课堂所学的基本理论知识与当前的社会热点事件有机结合起来,以提高学生的学习兴趣。例如,2005年的苏丹红事件、2008 年的三聚氰胺事件、2011年的“瘦肉精”事件、“毒豆芽”事件等食品安全事件,对我国整个食品行业产生了严重的冲击。我们在讲授“现代食品检测技术”课程时,围绕食品中苏丹红、三聚氰胺、瘦肉精等的危害及相应的检测方法进行相关知识的讲解,从而激发学生的学习兴趣,使他们更加明确学习本课程的目的。
4.丰富教学手段,增强理论教学的直观性和应用
现代食品检测技术涉及的分析仪器较多,并且大多数仪器价格昂贵,制作复杂,仅在少数高等学校和较大的科研单位才能见到。尽管近年来,科学技术的发展使一些仪器设备的体积越来越小型化,价格也越来越便宜,但高等学校中拥有的仪器设备仍然相对比较贫乏。[6]针对这种情况,为了配合教学,充分调动学生的积极性和创造性,我们开发了现代食品检测技术的计算机辅助教学(CAI)课件。对于基本概念、基本理论等用动态循环字幕的方式给出;对于难理解的抽象理论使用动画并加以辅助讲解,力求做到直观、具体,易于接受;对于仪器内部构造、工作原理及流程等采用实物影像资料或解剖图表示,并辅以动画和讲解,能够直观、具体地反映仪器的结构和性能;对于仪器的应用,采用实例分析,并对仪器的应用范围、样品的要求做详细的介绍。教师在课堂上可根据课程进度和内容,进入课件的相应部分,通过该课件中的多媒体信息,最大限度地展示教学内容,给学生耳目一新的感觉,使教学生动、有趣,激发学生学习的积极性和自觉性。另外,在实验教学过程中,由于实验设备不足、实验条件达不到等因素的限制,致使一些实验课开设不了。CAI课件的应用既弥补了这些方面的不足,又开阔了学生的视野。
二、实验教学的改革
“现代食品检测技术”是一门应用学科,它主要由理论教学和实验教学两大部分组成。学生通过基础理论的学习,结合一定数量的实验操作技能的训练和强化,最终能达到借助资料和已掌握的实验技能,从事食品分析检验工作的目的。在当今激烈的市场竞争环境中,大学生的动手能力、实验技能和现场工作能力的培养至关重要。因此,“现代食品检测技术实验”在整个课程中的地位举足轻重,这直接关系到学生能否在有限的时间内掌握更多、更扎实的实验“真功夫”,能否经受住社会这个大“熔炉”的考验等问题。经过近五年的教学实践,我们对实验教学亦进行了一些有益的改革和探索。
1.增加设计综合实验比重,鼓励创新
在以往的实验教学中,通常以“验证型”实验为主。实验操作步骤均由实验指导书给出,学生在实验课上经过一番“验证”后,交上一份实验报告就算完成任务。这种教学方式对学生主动思考问题和解决问题能力的培养非常不利。为有效提高学生的学习兴趣、自主研究能力,我们增加了许多“设计型”实验。在实验课开始前,我们先要全面动员,让学生了解以后实验的大体内容以及实验的整体安排情况,让他们知道哪些实验是“验证型”的,哪些实验是“设计型”的,他们应该在哪些方面提前做准备等。
学生在完成“设计型”实验方案设计时必须查阅资料,了解所测产品的性质,结合有关国家标准和法规等明确所测定的指标和使用的方法。对于运用大型仪器设备的项目,如果改变操作条件,学生应该充分论证并报告管理人员和实验指导教师,在确认无危险无损害的前提下可以探索。例如,在做“食品中酸度的测定”这个实验时,我们让学生自行设计。学生所选取的实验材料各不相同,有的学生要测定醋中的酸,有的学生要测定葡萄酒中的有机酸,还有的同学要测定饮料、乳品中的酸……所用的方法和设备也各不相同,有的学生要用酸度计,有的学生要用高效液相色谱仪,还有的学生想用酸碱滴定的方法等。为了保证实验的顺利进行,这要求实验员和指导老师在学生交上“设计型”实验方案后要立即着手准备。尽管“设计型”实验无形中会增加教师的很多负担,但是这种形式对培养学生的自主精神、创新意识及提高学生综合运用知识的能力有良好的促进作用,为学生综合能力的培养提供了空间和保证。甚至有的同学在完成了自己设计的实验后会有一种成就感,这大大提高了他们学习这门课的兴趣和信心。
2.抓好预习,改革实验报告的书写形式
预习是实验教学中的一个关键环节。[7]我们要求学生在实验前交上预习报告,由教师检查预习报告并计入到最后成绩之中。同时教师在讲解实验重点、关键步骤及注意事项时,通过提问等形式,检查学生对实验实际了解的情况,调动学生做预习报告的积极性,使他们在实验前做到心中有数。实验结束后,由教师检查学生原始数据并签名后,学生才能离开实验室。学生在上交实验报告时,必须附上有相关教师签名的原始记录数据。由于不同学生的原始记录数据不同,这样可有效地杜绝部分学生在课后抄袭他人实验报告的情况。
3.结合最新研究成果,不断更新实验内容
随着社会的发展,一些食品安全事件时有发生。我们在实验教学方面也积极把实验与社会热点事件有机结合起来,及时更新实验讲义。例如,结合“染色馒头”事件、苏丹红事件、三聚氰胺事件等,我们在“现代食品检测技术”的实验教学中安排了“食品中添加剂的测定”、“奶粉中假蛋白的测定”等实验内容。2011年3月,卫生部正式公告,自2011年5月1日起,禁止在面粉生产中添加过氧化苯甲酰、过氧化钙等增白剂。根据这种情况,我们根据国家颁布的检测方法亦及时更新了实验内容,并及时向学生做介绍,为他们零距离走向工作岗位做好充分准备。我们认为适当增加这类实验不仅能够使学生更好地适应食品检验技术发展的需要,而且能让他们更及时了解本学科发展前沿的信息和技术,满足社会的需求。
三、完善理论和实验教学考核
“现代食品检测技术”理论与实验的考核打破了原有的“平时成绩+考试成绩”的模式。理论教学考核主要采用“学习心得论文+平时成绩+笔试成绩”的方法。笔试考试中减少死记硬背的内容,重点考查学生对基本知识的理解和对已学内容的灵活应用能力,其成绩占总成绩的70%;平时成绩通过“考勤+课堂提问+作业完成情况”等进行评定,占总成绩的20%;学习心得论文占总成绩的10%。
实验考核采用“平时成绩+预习报告+实验报告+实验操作考核”相结合的方式。平时成绩占35%,主要从学生在实验过程中的表现等各个角度进行评价,同时加强教师在实验过程中的巡视,以便对学生能达到客观评价。预习报告占15%,主要看学生的预习报告是否完整,对实验中可能发生的问题是否进行了认真的思考。实验报告占20%,从侧面来评价学生分析问题和解决问题的能力。实验操作考核占30%,所考题目由学生抽纸条决定。尽管这部分所占比例不大,但如果学生操作不及格,则实验部分被判定不及格。通过全面考核学生,给他们较客观、公正的成绩,让他们真正掌握实验技能,达到教书育人、提高教学质量的目的。
四、结束语
当前食品安全问题越来越受到人们的关注,社会对食品检测工作的重视前所未有。“现代食品检测技术”在食品科学的研究中是不可缺少的手段。尤其在食品加工、食品安全性评价及新产品的开发等方面起着“眼睛”的作用。它对保证食品质量,监督各部门各企业在食品安全方面严格把关起了重大作用。为了能培养出更多能及时适应今后食品安全检测发展需要的高级专门人才,我们在教学过程中充分运用各种教学方法和手段,不断补充新知识,强化操作技能,不但提高了教学质量,而且提高了学生们学习的积极性和兴趣。
参考文献:
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一、建设高水平教学团队
教师是教学的核心力量,没有高水平的教师队伍,就没有高质量的教学效果。食品安全快速检测技术课程内容涉及面广泛,不仅涉及理化检验,还涉及免疫学、生物技术、微生物学等内容。为了提高本课程教学质量,建立课程教学团队,探索轮讲和共讲的课程教学模式。如讲到胶体金法快速检测部分内容时,让讲解食品免疫学导论的老师给学生讲解,该老师博士课题就是胶体金试纸条的制备,因此相关知识由他讲解,不仅讲得很透彻,而且给学生讲解了很多前沿知识,拓宽了学生的知识面。在涉及转基因食品的快速检测时,让讲解食品生物技术的老师上课,该老师博士研究的就是基因重组方面的相关课题。通过采用这种轮讲和共讲的课程教学模式,教学质量大大提高,因为每个老师都有自己的专长,因此相关知识讲解得就更透彻、精彩,学生普遍反映良好,评价每次理论课就是一场精彩的专业报告。
二、优化理论教学内容
(一)根据专业特点,合理安排理论教学。
教学内容要反映教学活动中传授的知识和技能的范围和性质,是开展教学活动的主要依据。传统的教学以内容专、深、细为主,对知识的细节陈述占据了大量的课堂教学时间,信息量少,结论、说明、讲解都是现成的,学生被动地听讲和记忆,很少预习、思考、评判和创新。目前,课程内容是根据课程特点,结合本专业人才培养目标、岗位工作任务、企业专家意见和行业企业发展需要,围绕学生就业的工作岗位及岗位所需要的知识、能力、素质要求进行分析后确定的。河南科技学院开设食品安全快速检测技术课程的专业是食品质量与安全。食品质量与安全专业的理论课为32学时,实验课为16学时,为了处理好“学时少”与“内容多”之间的矛盾,保证学生能更好地掌握课程的内容,教学需从实际出发,突出重点,借助各种教学手段,采用灵活多样的教学方法,保证完成教学任务。由于食品质量与安全专业学生学过食品分析的理论课程,因此我通过查阅教学大纲、以前笔记和咨询食品分析老师的方式,了解学生学过的内容,对学过的内容不再讲解,避免重复,重点讲述新内容。例如,对学生接触过的食品中营养成分的测定、有毒有害物质的常规测定方法,以及检验技术的基本知识等内容,课上将不再赘述。对学生没有接触的各类食品检验内容,如毒素、微生物、转基因、新鲜度的检验、掺杂掺假的检验等相关内容,相应增加教学时数,这样既增强了课程的实用性和趣味性,又促进了学生对专业技能的掌握,为下一阶段的实验操作打下了良好的基础。
(二)改进教学方法,强化教学效果。
在教学过程中,教学方法起着举足轻重的作用。采用正确的教学方法,能促进教学目标的实现。运用传统的教学方法,学生常常感到课程枯燥、难记忆,对课程内容不感兴趣,而对于本科教学而言,培养大批高素质、具有创新能力的实用型人才是教学的最终目标,所以,对传统的教学方法进行改革势在必行。将以信息技术、多媒体技术为代表的现代科技引入教学领域,提高了教学方法的有效性和灵活性,促进了教学改革的深入进行。灵活运用多种教学方法,可更好地处理传授知识、培养能力、提高素质三者的关系[2],具体做法如下:1.进行课前提问。课前利用几分钟时间进行提问,对上节主要内容进行回顾,同时引出新课的内容,这样学生可以温故知新,强化对知识的掌握,同时了解两次课之间的联系,有助于知识的融会贯通,强化学习效果。2.案例式启发教学。授课时,结合实际案例,将食品安全问题引入教学过程。例如,讲到黄曲霉毒素的快速检测时引入毒大米事件,讲到贝类毒素的快速检测时引入广东等地出现的织纹螺中毒事件,讲到转基因食品的快速检测时引入转基因大豆油,讲到农药残留的快速检测时,将海南的毒豆角事件联系起来,介绍农药的主要种类,以及农药速测卡的基本原理及优缺点,使学生感觉到所讲内容的重要性和实用性。在讲到兽药残留的快速检测时,引入“瘦肉精事件”,以及瘦肉精事件发生后,检测部门普遍使用的检测方法——金标免疫测定法,同时与日常的乙肝检测等联系起来,使学生对金标免疫试纸条的使用范围有更多的了解。了解其测定原理和方法,同时与经典方法进行比较,了解其优缺点,最后将最新研究动向融于其中,拓宽学生的知识面,激发学生的学习兴趣,活跃课堂气氛,增强学生的参与意识。3.巧用多媒体教学。在教学中合理使用信息及多媒体技术加强学生的感性认识。如:通过流程图、图片等,增加课堂信息量,解决“学时少”与“内容多”之间的矛盾,对一些实验条件无法达到,学生难以理解而操作要求又较高的实验项目,使用多媒体教学法能够显示出其独特的优势。教学中播放胶体金的制备过程、金标免疫试纸条、免疫渗滤实验、酶联免疫实验的视频资料,这些生动、形象的示范和讲解,让学生一目了然,快速了解如何制备胶体金和免疫层析试纸条,如何自己制作免疫渗滤装置,以及酶联免疫每一步的操作方法和注意事项,以便他们更快地掌握教学难点和重点。4.增加课堂讨论。在讲解完有毒有害物质的快速检测方法后,专门留一次课的课堂讨论,让学生针对目前所发生的食品安全事件,结合所讲内容、查阅资料,自己设计出一种快速检测方法。我发现,讨论课程是学生表现最活跃、最喜欢上的,课堂上,学生展示做好的PPT,提出解决问题的方法,老师和其他同学可以进行评价和补充,学生踊跃发言,尽情享受解决问题的快乐,并能将所学知识真正用于解决实践问题,达到学以致用的目的。
三、改进实验教学内容与方法
(一)建立科学的实验教学体系。
科学的食品快速检验实验教学体系,要以实验教学目标为依据,以学生实践能力和创新能力培养为主线,把知识、技能与素质融为一体,由初级到高级、由简单到复杂,分层次构建实验教学体系[3]。实验的整个体系包括基础性验证实验、综合性应用实验、设计性研究实验。选择较好题材的实验内容,按教学内容进行组合,单独制订实验教学计划和教学大纲,结合学校实验室的具体情况列出实验项目,实验顺序与理论教学内容相一致,每次理论课后,安排相关的实验内容,使学生在实验过程中加深对理论部分的理解,逐渐适应并掌握各项实验技能,其中包括农药残留的快速检测方法,化肥污染物硝酸盐的快速检测方法,兽药残留的快速检测方法,病害肉的快速检测方法,假冒伪劣食品的快速检测方法,毒素的快速检测方法等实验内容。百闻不如一见,为了让学生了解快速检测的现状,实验中一些实验器材购买的是市场上的快速检测试剂盒,如毒素的快速检测中购买的是酶联免疫试剂盒,农药的快速检测购买的是农药速测卡,兽药快速检测中购买瘦肉精金标免疫试纸条等。学生通过实验,不仅了解了实验的原理,而且认识了市场上的产品形式,对开阔视野、开拓思路具有积极的作用。
(二)充分利用实验时间。
结合课程实验特点,合理利用实验时间。一些实验项目在操作过程中学生需要等待的时间较长,为了充分利用宝贵的实验课时,在实验项目的间歇穿插其他内容或另一个项目,充分利用实验时间。例如:测定农业残留快速检测时,除了速测卡外,给学生展示农残快速检测箱,在利用金标免疫法测定兽药残留方法时,利用样品提取时间,给学生展示MIT商业试剂盒。在利用ELISA法测定黄曲霉毒素时,利用几次培养等待的时间,给学生展示吊白块快速检测试剂盒,食盐含碘量的快速检测试剂盒,水溶性非食用色素快速检测试剂盒等。这样既能充分利用有限的学时,又能防止学生在实验间隙无所事事,注意力不集中。
(三)实验样品多样化。
实验所用样品尽可能从市场上购买与日常生活关系密切的食品。例如,在农药残留快速检测时,从市场上购买容易出现问题的青菜、韭菜等样品;在兽药残留的快速检测实验中,从学校附近的菜市场购买不同摊贩的肉制品;在伪劣食品的快速检测实验时,从学校门口不同超市购买不同品牌的味精产品,让学生检验其质量,看是否符合国家标准的要求,比一比哪个品牌好,采用这种形式极大地调动了学生的实验积极性,增强了学生作为食品检验工作者的责任感。对食品快速检测课程教学改革采取的一些有益尝试,学生反应良好,普遍感到不仅学透了书本知识,而且与实际生产、生活紧密联系,为以后的就业打下了坚实的基础。
四、考核方法改革
传统的课程考核方式是以期末成绩为主,由于食品安全快速检测技术课程是一门实践性很强的课程,为了真正地反映学生对该门课的掌握程度,对课程进行考核时,把创新能力培养放在首位,着眼于学生知识素质能力的协调发展,改革课程考核和成绩评价方式。改变单一的以期末考试为主的考核方式,增加课堂小组讨论、代表发言、小论文,实操等分值,使课程的最终成绩能真正反映学生的知识、能力、水平。
五、课程网站建设
食品安全快速检测技术在食品检测中发展迅速,网上资料也有很多,各种快速检测方法层出不穷,为了让学生对该门课程有更多的了解,在教学过程中我搜集了与课程相关的很多教学素材,并进行精选,建设和完善了课程网站,将网站建设作为课堂补充,方便学生自学。实践证明,这给学生提供了一个增强师生互动的平台,深受学生喜爱,效果良好。
新世纪对人才的素质提出了更高的要求,为此教育工作者必须改革旧的教育观念,真正树立与课程相适应的体现素质教育精神的教育观念与方法,这样才能满足社会发展对人才的需求。
参考文献:
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中图分类号:G642?????文献标识码:A?????文章编号:1007-0079(2012)30-0052-02
随着计算机辅助设计技术(CAD)、微机电系统(MEMS)技术、光纤技术和信息技术的发展,获取各种信息的传感器已经成为各个应用领域,特别是在自动检测、自动控制系统中已成为不可缺少的重要技术工具,越来越成为信息社会赖以存在和发展的物质与技术基础。因此,“传感器与检测技术”课程在河南工业大学自动化、电气工程及自动化、应用物理等学科课程体系占据了非常重要的位置。
“传感器与检测技术”是一门集光、机、电于一体,综合物理、化学、生物、材料、电子、电气、计算机、机械等多学科技术于一体的工科电气信息类专业的重要专业基础课程。该课程具有以下特点:涉及内容多,除传感器与检测技术基础知识外,还包括众多电工参量、物理参量、机械参量、成分参量、热工参量的检测原理、方法与技术等内容;各章内容多学科交叉,涉及电学、磁学、光学、化学等学科;各章内容之间的联系并不甚紧密,但都涉及上述多门前修课程的知识及这些知识的综合应用等。[1]
由于该课程的以上特点,学生在学习该课程时,尤其开始时,通常感觉不适应、思维跟不上、枯燥、难以学好。为了更好地适应国民经济建设对自动化、测控技术方面的人才需要,更好地发展学科课程建设,对该课程教学进行改革与实践,提高课程的教学质量已势在必行。
一、主要教学内容和特点
总体上,传感器及检测技术课程分为三部分内容:
第一部分:传感器的基础知识。了解传感器特性指标,传感器输入输出之间的关系,掌握分析传感器静特性和动特性的基本方法,在给定条件下熟悉计算稳定时间和工作频率的方法以及传感器的标定。主要了解传感器及检测技术的基本概念;传感器特性及其标定;掌握检测数据的处理及误差分析的方法。
第二部分:各种常用传感器的介绍。理解并掌握各种类型传感器原理及应用知识,主要有电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、磁电式传感器、压电式传感器、光电式传感器、热电式传感器。
第三部分:检测技术的主要问题。了解检测的感念、测量的方法、测量系统的组成和数据处理的一般方法。掌握传感器的应用基础、如何设计与构成检测系统等内容。
理论教学中的难点主要有以下几个方面:一是内容多,传感器种类多、应用广泛,原理复杂,对物理知识要求高,学生把握重点有困难;二是课程中传感器以结构传感器为主,有大量的传感器结构图形,对平面图形学生理解有难度;三是传感器是一门工程应用背景很强的课程,需要理论结合实际;四是接口电路复杂,对模拟电路等电学知识要求较高。
二、教学中采用的方法与手段
1.将先进的教学方法引入课堂,并以实际工程为背景,重点放在传感器的应用上
根据每次讲授内容,尽量讲解符合内容的工程实际案例,以工程应用背景的案例激发学生的学习兴趣,同时将案例的讲授与相关实验结合,在枯燥的理论教学过程中很好地融入了有趣的实验过程,以提高学习效果;对讲授的内容进行精心选择,突出重点、难点,结合实际进行比较,删除过时的内容,同时对有些内容安排学生自学,提高学生的自学能力。
2.“教、学、做”一体化教学模式
检测技术是实践性很强的课程。西方有一句名言:“听过的我会忘记,看过的我能记得,做过的我才理解。”把大部分课程搬到实验室讲授,理论讲解、动手实验、交流讨论交替进行,使学生将“知识”迅速转化为“能力”,同时保证实践性环节的顺利开展。同时,采用实物实验与理论实验相结合的教学实验方法,以提高实验效果,利用自行研制的一些实际传感器及放大电路辅助教学,在实践中学习,使深奥的理论变得生动易懂,达到理论与实际相互补充、相互对应,调动和激发学生的学习积极性。
3.制作丰富多彩的多媒体课件,将科研成果引入课堂
由于检测技术的发展迅速,再加上教材需要一定的出版周期,使教材内容滞后于学科发展。为弥补这方面的缺陷,在教学内容组织上采用以自行制作的多媒体课件为主、以书本教材为辅的形式。课件制作利用声音、动画、图片等形式帮助学生更好地理解课程内容。在教学内容方面,把握重点、难点的同时积极了解新技术的动态,及时补充反映新的传感技术的内容,力求使学生了解传感器前沿发展。教学中尽可能插入新型传感器产品的介绍以及一些科研经历、科研成果和正在进行的科研项目。把相关科研成果在课堂上展示给学生,大大拓宽了学生视野,同时激发了学生的学习兴趣,达到良好的教学效果。
三、注重实践教学
1.利用现有的实验室,开设相应的开放性设计实验
传感器与检测技术作为一门实践性很强的课程,实验在课程教学中占有起重要作用。以实验室丰富的实验教学条件,配合教学的要求,安排多个学时的实验。
但是毕竟课堂教学时间有限,为了让学生更好地掌握常用传感器的使用和标定方法以及接口电路的设计,同时还开设了相应的开放设计实验。学生通过开放设计实验的训练能够对传感器有全面的认识,能独立进行实验数据读取和实验结果分析,加深对理论知识的理解和认识,也让学生对传感器的选择、使用和接口电路特点有一定的认识。同时能够独立设计简单的传感器和接口电路,具有使用和分析传感器的初步能力。
2.构建了新的实践教学体系
本课程与实际应用联系紧密。实践教学是培养学生动手能力和创新思维能力的重要教学手段,也是积极响应学校应用型人才的培养目标总体办学指导思想的一项重要内容。除了进行理论学习之外必须加强实践环节,学生通过自己动手进行实验操作,有助于牢固掌握传感器与检测技术的基本知识,同时可以加深对一些较为抽象的工作原理的理解,通过实验进一步学习传感器在工业测量控制中的实际应用。
在实验内容的设置上,我们压缩了验证性实验的教学时数,加大了综合性、设计性和创新性实验学时数;同时,开设了与本课程相关的4周创新性实践课程,为本课程的连续性动手能力的培养打下了基础;并设立基于本课程的开放性试验,开放创新实验室,给学生实践动手能力的提高提供良好的环境和硬件平台,同时积极鼓励、支持和指导学生参加各类电子设计大赛。
3.学生科技创新和实践创新与课程相辅相成
在学校各级领导的大力支持下,积极主动地多方争取、创造条件,开展了一系列卓有成效的基于传感器与检测技术的大学生实践与科技创新活动,并取得了良好的效果。通过这一系列的学生竞赛活动,使学生利用传感器来进行项目开发的能力和水平具有了很大的提高,具有了一定的设计开发能力,大大激发了学生对本课程学习的热情,营造了本课程学习的良好氛围。同时定期举办专题讲座,了解学生学习及应用中存在的问题,并加以指导。鼓励学生在日常生活中寻找课程设计题目,用传感器与检测技术解决实际问题,开阔了学生眼界,丰富了学生的知识,提高了学生的创新能力,形成了良好的师生互动的课外学习环境,得到了广大师生的肯定。
4.科研项目与教学内容相结合
不断的将科研成果、科研项目和教学成果引入教学,及时跟踪传感器与检测技术的最新进展,把科研成果或项目中的具体问题与课程相关章节结合。例如,结合粮库粮情监测系统讲授温度传感器、湿度传感器的原理;根据避障机器人的原理讲授CCD图像传感器或超声波传感器原理;结合智能小车讲授光电传感器以及光电编码盘等,如此不断丰富教学内容,形成了独特的教改发展之路。
积极将科研成果转化为教学内容,引入课堂教学,让学生了解科技发展前沿,帮助学生端正专业思想,激发学生的学习兴趣。更重要的是促进了学生成人、成才,即教书又育人。并及时将科研成果转化为教学内容,出版新的高校教材,发表相应的教改科技论文。
同时积极承担国家级和省部级、校级科研基金项目,并将科研项目的一部分作为学生科技活动或毕业设计(论文)的实践性课题,指导他们开展科学研究,提高学生的实践能力、创新能力。
针对传感器与检测技术课程具有理论丰富、实践性强等特点,河南工业大学电气学院传感器课程组广大教师团结协作,近年来结合自动化技术发展的趋势、根据不同授课对象的专业培养计划广泛吸收先进的教学经验,积极整合优秀教改成果,成功地整合了该门课的课程体系,改革了教学内容和方法,形成了具有鲜明特色的教学体系,在课程建设上取得了一定成效。
参考文献:
[1]蒋全胜,吕家云."传感器与检测技术“课程教学改革初探[J].巢湖学院学报,2009,(3):144-146.
[2]廖京盛.检测技术课程教学改革探索.第七届全国高等学校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会,2010,7.
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1 计算机网络安全存在的问题
1.1 计算机病毒较多
计算机病毒是一种人为编制的特殊程序代码,可将自己附着在其他程序代码上以便传播,可自我复制、隐藏和潜伏,并带有破坏数据、文件或系统的特殊功能。当前,计算机病毒是危害计算机网络安全最普遍的一种方法,同时其危害是非常大的,尤其是一些通过网络传播的流行性病毒,这些病毒不仅危害性大,而且传播速度非常快,传播形式多样,因此,要想彻底清除这些病毒是很困难的,因此,网络安全存在着巨大的隐患。
1.2 盗用IP地址
盗用IP地址现象非常普遍,这不仅影响了网络的正常运行,而且一般被盗用的地址权限都很高,因而也给用户造成了较大的经济损失。盗用IP地址就是指运用那些没有经过授权的IP地址,从而使得通过网上资源或隐藏身份进行破坏网络的行为的目的得以实现。目前,网络上经常会发生盗用IP地址,这不仅严重侵害了合法使用网络人员的合法权益,而且还导致网络安全和网络正常工作受到负面影响。
1.3 攻击者对网络进行非法访问和破坏
网络可分为内网和外网,网络受到攻击也分为来自外部的非法访问和网络攻击以及来自内部的非法访问和网络攻击。无论是哪种网络攻击都要经过三个步骤:搜集信息-目标的选择、实施攻击-上传攻击程序、下载用户数据。
1.4 垃圾邮件和病毒邮件泛滥
电子邮件系统是办公自动化系统的基本需求,随着信息化的快速发展,邮件系统的功能和技术已经非常成熟,但是也避免不了垃圾邮件和病毒邮件的传送。垃圾邮件和病毒邮件是全球问题,2011年初,俄罗斯在全球垃圾邮件市场上的份额增长了4%-5%。垃圾邮件和病毒邮件是破坏网络营销环境的罪魁之一,垃圾邮件影响了用户网上购物的信心,从而进一步危害到了电子商务网站的发展。垃圾邮件和病毒邮件对人们的影响不仅表现在时间上,而且也影响了安全。垃圾邮件和病毒邮件占用了大量的网络资源。使得正常的业务运作变得缓慢。另外,垃圾邮件与一些病毒和入侵等关系越来越密切,其已经成为黑客发动攻击的重要平台。
2 计算机网络安全的防范策略
2.1 计算机病毒的安全与防范技术
在网络环境下,防范计算机病毒仅采用单一的方法来进行已经无任何意义,要想彻底清除网络病毒,必须选择与网络适合的全方位防病毒产品。如果对互联网而言,除了需要网关的防病毒软件,还必须对上网计算机的安全进行强化;如果在防范内部局域网病毒时需要一个具有服务器操作系统平台的防病毒软件,这是远远不够的,还需要针对各种桌面操作系统的防病毒软件;如果在网络内部使用电子邮件进行信息交换时,为了识别出隐藏在电子邮件和附件中的病毒,还需要增加一套基于邮件服务器平台的邮件防病毒软件。由此可见,要想彻底的清除病毒,是需要使用全方位的防病毒产品进行配合。另外,在管理方面,要打击盗版,因为盗版软件很容易染上病毒,访问可靠的网站,在下载电子邮件附件时要先进行病毒扫描,确保无病毒后进行下载,最重要的是要对数据库数据随时进行备份。
2.2 身份认证技术
系统对用户身份证明的核查的过程就是身份认证,就是对用户是否具有它所请求资源的存储使用权进行查明。用户向系统出示自己的身份证明的过程就是所谓的身份识别。一般情况下,将身份认证和身份识别统称为身份认证。随着黑客或木马程序从网上截获密码的事件越来越多,用户关键信息被窃情况越来越多,用户已经越来越认识到身份认证这一技术的重要性。身份认证技术可以用于解决用户的物理身份和数字身份的一致性问题,给其他安全技术提供权限管理的依据。对于身份认证系统而言,合法用户的身份是否易于被其他人冒充,这是最重要的技术指标。用户身份如果被其他不法分子冒充,不仅会对合法用户的利益产生损害,而且还会对其他用户的利益甚至整个系统都产生危害。由此可知,身份认证不仅是授权控制的基础,而且还是整个信息安全体系的基础。身份认证技术有以下几种:基于口令的认证技术、给予密钥的认证鉴别技术、基于智能卡和智能密码钥匙 (UsBKEY)的认证技术、基于生物特征识别的认证技术。对于生物识别技术而言,其核心就是如何获取这些生物特征,并将之转换为数字信息、存储于计算机中,并且完成验证与识别个人身份是需要利用可靠的匹配算法来进行的。
2.3 入侵检测技术
入侵检测就是对网络入侵行为进行检测,入侵检测技术属于一种积极主动地安全保护技术,它对内部攻击、外部攻击以及误操作都提供了实时保护。入侵检测一般采用误用检测技术和异常监测技术。1)误用检测技术。这种检测技术是假设所有的入侵者的活动都能够表达为征或模式,对已知的入侵行为进行分析并且把相应的特征模型建立出来,这样就把对入侵行为的检测变成对特征模型匹配的搜索,如果与已知的入侵特征匹配,就断定是攻击,否则,便不是。对已知的攻击,误用入侵检测技术检测准确度较高,但是对已知攻击的变体或者是一些新型的攻击的检测准确度则不高。因此,要想保证系统检测能力的完备性是需要不断的升级模型才行。目前,在绝大多数的商业化入侵检测系统中,基本上都是采用这种检测技术构建。2)异常检测技术。异常检测技术假设所有入侵者活动都与正常用户的活动不同,分析正常用户的活动并且构建模型,把所有不同于正常模型的用户活动状态的数量统计出来,如果此活动与统计规律不相符,则表示可以是入侵行为。这种技术弥补了误用检测技术的不足,它能够检测到未知的入侵。但是,在许多环境中,建立正常用户活动模式的特征轮廓以及对活动的异常性进行报警的阈值的确定都是比较困难的,另外,不是所有的非法入侵活动都在统计规律上表示异常。今后对入侵检测技术的研究主要放在对异常监测技术方面。
另外,计算机网络安全防范策略还包括一些被动防范策略。被动式防范策略主要包括隐藏IP地址、关闭端口、更换管理员账户等,本文只对以上三种进行分析。1)隐藏IP地址。在网络安全方面,IP地址的作用是非常大的,如果IP地址被攻击者盗用,他就可以向这个IP发动各种进攻。用服务器能够实现IP地址的隐藏,服务器使用后,其他用户只能对服务器IP地址进行探测,而根本检测不到用户的IP地址,也就是说,隐藏IP地址的目的实现了,用户上网安全得到了很好的保护;2)关闭不必要的端口。一般情况下,黑客要想攻击你的计算机,首先对你的计算机端口进行扫描,如果安装了端口监视程序,这会有警告提示。另外,还可以通过关闭不必要的端口来解决此问题;3)更换管理员账户。管理员账户的权限最高,如果这个账户被攻击,那么危害将会很大。而截获管理员账户的密码又是黑客入侵常用的手段之一,因此,要对管理员账户进行重新配置。
3 结束语
计算机网络给人们带来便捷的同时也带了隐患,要想是计算机网络发挥出其更大的作用,人们必须对这些隐患采取一定的措施来进行防止。引起计算机网络安全问题的因素不同,所采取的防范策略也不同,因此,防范策略的实施和运用也不要盲目,否则不仅没有缓解网络安全问题,反而使得网络安全问题更加严重,人们受到更大的危害。
参考文献
[1] 林敏,李哲宇.影响计算机网络安全的因素探讨[J].科技资讯,2007,(20).
[2] 胡瑞卿,田杰荣.关于网络安全防护的几点思考[J].电脑知识与技术,2008(16).
[3] 王建军,李世英.计算机网络安全问题的分析与探讨[J].赤峰学院学报:自然科学版,2009(1).
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0.引言
随着科学技术的迅猛发展和信息时代的到来,作为现代信息技术三大支柱技术之一的传感器技术,已然成为监测和控制领域获取物理信息的重要手段,在国民经济建设中占据着极其重要的地位。比如,在工农业生产领域,工厂的自动流水生产线,全自动加工设备,许多智能化的检测仪器设备,都大量地采用了各种各样的传感器;在矿产资源、海洋开发、生命科学、生物工程等领域传感器的应用也是无处不在。可以说,没有传感器这个载体,任何先进的科学技术要实现这样那样的功能是不可能的。
1.光电传感器及测控技术简介
1.1基本概念
光电传感器是以光电效应为基础,是一种将光信号(红外、可见及紫外光辐射)转变成为电信号的器件。论文参考网。光电传感器是在各种光电检测系统中采用光电元件作为检测元件的传感器,它一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。
按光电元件(光学测控系统)输出量性质可分二类,即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器。其中,模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流,它与被测量间呈单值关系,主要包括有透射(吸收)式、漫反射式、遮光式(光束阻档)三大类型;脉冲(开关)式光电传感器中,光电元件接收的光信号是断续变化的,因此光电元件处于开关工作状态,它输出的光电流通常只有两种稳定状态的脉冲形式的信号,多用于光电计数和光电式转速测量等场合。
光电检测技术:是利用光电传感器实现各类检测。它将被测量的量转化成光通量,再转化成电量,并综合利用信息传送和处理技术,完成在线和自动测量。它具有高精度、高速度、远距离和大量程、非接触式检测、寿命长、数字化和智能化的特点。
1.2光电传感器工作原理
主要是把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号,其物理基础是光电效应。它是由于物体吸收到光子能量后产生的电效应,通常把光电效应分为三类:
1.2.1外光电效应
在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应。基于该效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。
1.2.2内光电效应
在光线作用下能使物体电阻率改变的称为内光电效应,又称光电导效应。基于该效应的光电器件有光敏电阻、光敏晶体管等。
1.2.3半导体光生伏特效应
在光线作用下能使物体产生一定方向电动势的称为半导体光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池。
1.3光电传感器特点
1.3.1 检测距离长。
1.3.2 对检测物体的限制少
由于以检测物体的遮光和反射为检测原理,所以都可以对金属、玻璃、塑料、液体等几乎所有物体进行检测。
1.3.3 响应时间短
光本身为高速,并且传感器的电路全都由电子零件构成,所以不包含机械工作时间,响应时间短。
1.3.4 分辨率高
能够通过高级设计技术使投光光束集中在小光点上,或通过构成特殊的受光光学系统来实现高分辨率,也可进行微小物体检测和高精度的位置检测。
1.3.5可实现非接触的检测
可以无须机械性地接触检测物体实现检测,因此不会对传感器和检测物体造成损伤,因此,传感器能长期使用。
1.3.6可实现颜色辨别
通过检测物体形成的光的反射率和吸收率,根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异。利用这个特性,可对检测物体进行颜色的检测。
1.3.7便于调整
在投射可视光的类型中,投光光束是眼睛可见的,便于对检测物体的位置进行调整。
2.光电传感器的研究应用
光电传感器可用于检测直接引起光量变化的非电量,如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等;也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量,如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度,以及物体的形状、工作状态的识别等。论文参考网。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点,因此在工业自动化装置中获得广泛应用。近年来,新的光电器件不断涌现,特别是CCD图像传感器的诞生,为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。本文就光电传感器最常见的应用实例来进一步说明。
2.1 在烟尘浊度监测仪上的应用
防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染,首先要知道烟尘排放量,因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加,光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加,到达光检测器的光减少,因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。
2.2 光电池在光电检测和自动控制方面的应用
光电池作为光电探测使用时,其基本原理与光敏二极管相同,但它们的基本结构和制造工艺不完全相同。由于光电池工作时不需要外加电压;光电转换效率高,光谱范围宽,频率特性好,噪声低等,它已广泛地用于光电读出、光电耦合、光栅测距、激光准直、电影还音、紫外光监视器和燃气轮机的熄火保护装置等。
2.3 CCD图像传感器(电荷耦合器件)的应用
CCD传感器应用时是将不同光源与透镜、镜头、光导纤维、滤光镜及反射镜等各种光学元件结合,应用了光、机、电和计算机相结合的高新技术,作为一种非常有效的非接触检测方法,CCD被广泛用于在线检测尺寸、位移、速度、定位和自动调焦等方面。
2.3.1 利用CCD测量几何量,CCD诞生后,首先在工业检测中制成测量长度的光电传感器,物体通过物镜在CCD光敏元上造成影像,CCD输出的脉冲表征测量工件的尺寸或缺陷。
2.3.2 用于传真技术,文字、图象识别。例如用CCD识别集成电路焊点图案,代替光点穿孔机的作用。论文参考网。
2.3.3 自动流水线装置,机床、自动售货机、自动监视装置、指纹机。
2.3.4 CCD固态图像传感器作为摄像机或像敏器件,取代摄像装置的光学扫描系统(电子束扫描),与其它摄像器件相比,尺寸小、价廉、工作电压低、功耗小,且不需要高压。
2.3.5 M2A摄影胶囊(Mouthanus),由发光二极管做光源,CCD做摄像机,每秒钟两次快门,信号发射到存储器,存储器取下后接入计算机将图像进行下载。
2.3.6 CCD是数码相机的电子眼,它革新了摄影术,现在光可以被电子化地记录下来,取代了胶片。这一数字形式极大地方便了对图像的处理和发送,”诺贝尔奖评选委员会称赞说,“无论是我们大海中深邃之地,还是宇宙中的遥远之处,它都能给我们带来水晶般清晰的影像。”
2009年10月6日,瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布,将2009年诺贝尔物理学奖授予华人科学家高锟以及两名美国科学家韦拉德-博伊尔(Willard Boyle)和乔治-史密斯(George Smith),以奖励他们在光纤和半导体领域上的开创性研究。高锟的获奖理由为——“在光学通信领域光在光纤中传输方面所取得的开创性成就”。两位美国科学家的获奖理由为——“发明了一种成像半导体电路,即CCD(电荷耦合器件)传感器”。
3.结束语
光电传感器及检控技术两者间的有效结合,提高了工农业领域、军用器械等等领域的生产率,降低了生产成本。可以预见,随着信息技术和自动化技术的快速发展,光电传感器、微/ 纳米光电测控技术等在国民经济建设中将继续得到越来越广泛的应用。
【参考文献】
[1] 彭军.传感器与检测技术.西安:西安电子科技大学出版社,2003.
[2] 谢向花.光电传感器检测技术研究.中国科技信息,2005 年第7 期.
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1、肉类食品安全
肉类食品安全是指剔除不可接受的损害风险的情况,在规范条件下,施以科学合理的生产方式生产出来的优质、安全的肉类食品。所谓“损害风险”指的是肉类食品对人类自身及社会 “潜在的伤害”,这里主要包括不安全的肉类食品可能导致人类出现中毒、致病、致残甚至致命等等严重情形。肉类食品存在诸多的不安全因素,主要来自微生物性污染(包括沙门氏菌、葡萄球菌、大肠杆菌、肉毒梭菌等等)、化学性污染(包括农药残留、食品添加剂等等)、食品新技术及非法生产等等,其中微生物性污染是导致我国肉类食品不安全的重要因素。
2、我国肉类食品微生物安全现状及其影响因素
我国是肉类食品的生产、加工、消费大国,肉类食品已经成为人民群众餐饮中不可或缺的美味产品,消费者对于肉类食品需求意愿的逐步加强,带动了肉类食品行业的相关产品的发展,使得我国的肉类食品企业行业规模不断发展壮大。但是,我们同时也要注意和发现其中存在的一些问题:从事肉类食品加工的企业规模大小不一、生产技术水平高低不齐、质量的管理控制能力优劣参半等等原因都时刻要求肉类食品企业在关注产品销量的同时,更要注重产品的质量安全,以确保取得消费者对本企业产品的认同,保证企业的健康稳步的发展。近年来,我国发生的猪链球菌中毒事件、高致病性H5N1型禽流感、瘦肉精事件、生蛆门事件、亚硝酸盐严重超标、引起食源性疾病的微生物感染等肉类食品安全事件,致使肉类食品安全问题成为了群众普遍关注的焦点问题。
污染我国肉类食品源头的不安全因素很多,但在肉制品中食源性致病菌和各种病毒造成的微生物性污染最为严重。其中需要严格防控的微生物病原体主要包括沙门氏菌、李斯特氏菌、出血性大肠杆菌O157:H7、猪链球菌以及其他肠道致病菌。虽然,目前全世界范围内对肉类食品安全的微生物性污染控制有了很大的发展,但其中一些病原体的变异等可能出现的状况仍需要高度关注。长期以来,我国的食品卫生质量监督部门对肉类食品的检查监督非常严格,但由于肉类食品的营养丰富,十分适合致病微生物的繁衍,加上微生物污染的传播途径很多且不容易被察觉发现,从而导致了肉类食品微生物安全事件的发生较为频繁。概括来讲,导致我国肉类食品微生物安全的影响因素主要有以下几个方面:畜禽屠宰环节存在多次感染微生物的机会,微生物可通过多种途径和传播媒介对肉类表层造成污染。肉类食品的加工过程中常常会发生微生物交叉感染,导致肉制品中的菌群数量超标,容易滋生出病原菌,加速肉类食品的腐烂变质。肉类食品在流通环节中如果没有完整的冷链体系和健全的检测体系,就会造成微生物的二次污染,从而影响到肉类食品的安全。为了保证肉类食品的微生物安全,必须加强对微生物变异及未知病原体的观察和研究,提高检测和控制技术以应对有可能突发的肉类食品安全危害。
3、引起我国肉类食品安全事件的常见微生物
3.1 大肠杆菌
大肠杆菌,学名 “大肠埃希菌”, 属肠道杆菌大类中的一种,经常存在于人和动物的肠道中,数量非常多,主要寄生于大肠内,是一种两端钝圆、能运动、无芽孢的革兰氏阴性短杆菌。它是和我们的日常生活关系结合得比较密切的一类细菌,结构比较简单、易于培养,也是生物学上十分重要的实验材料之一。在正常情况下,大多数大肠杆菌是比较安分守己的,不会对人类的身体健康造成任何伤害,反之还能够抵御其他致病菌的袭击,帮助合成维生素B和K。只有当身体出现免疫力下降,肠道长期缺乏刺激等特殊情况时,这些大肠杆菌才会侵入人类体内一些部位,比如胆囊、尿道、膀胱等处,极易引起感染,导致出现胃痛、呕吐、腹泻和发热等不适症状。因此,大部分大肠杆菌通常被看作机会型致病菌,可以经过带菌人的手、食物和日常生活用品进行广泛传播,还可以经过空气或者水源进行传播,带菌肉类食品也会由于生熟交叉污染、熟后污染或者加热不够彻底等引起一系列的中毒安全事件。
3.2 李斯特氏菌
李斯特氏菌是一种能够促使人畜共同患病的病原菌,广泛存在于自然环境中,属于革兰氏阳性菌类球型杆菌,能够引起败血症、脑膜炎、心内膜炎、流产等病症,对人类生命健康安全具有严重的威胁性。然而,通过加热能够消灭李斯特氏菌,高温肉制品不会产生李斯特氏菌,不需加热的即食类低温肉制品必须控制李斯特氏菌的产生。经过实验证实,肉类、蛋类、禽类、海产品、乳制品、蔬菜等等都是李斯特氏菌的感染源。在自然环境中时时处处都存在着李斯特氏菌,而且在大多数食品中也都能找到李斯特氏菌的踪迹。因此,在肉类食品卫生安全微生物检验中,必须加以引起足够重视。
3.3 沙门氏菌
沙门氏菌属于肠杆菌科,是革兰氏阴性肠道杆菌的一种。它天然存在于鸟类、哺乳类、爬行类和两栖类动物的肠道内,带菌率较高,是引起食物中毒的常见病原菌。沙门氏菌的主要传播媒介是肉类产品、家禽和蛋奶类制品,感染主要是由这种病菌的血清型和食用者的身体状况决定的,小孩、老人及免疫力低下的人群是受威胁最严重的。沙门氏菌感染食物的原因主要有:生熟食品未进行详细分类而造成交叉性感染;病畜或者病禽的粪便污染了食物;带菌者在生产食物的过程中污染了食物等等,都会导致发生不同程度的食物中毒安全事故。据统计,在全世界各国的细菌性食物中毒中,沙门氏菌引起的食物中毒往往名列榜首。
3.4 金黄色葡萄球菌
金黄色葡萄球菌是葡萄球菌属中的一种典型病原菌,广泛存在于空气、水、灰尘以及人和动物的排泄物中,可致使许多食品受到感染,其引起的食物中毒感染几率仅次于大肠杆菌。人畜化脓感染部位常常成为金黄色葡萄球菌的污染源,可造成局部化脓感染,甚至引发肺炎、心包炎、败血症、和脓毒症等传染疾病。金黄色葡萄球菌自身产生的毒素和侵袭性酶是决定其致病力强弱的主要因素,它可通过以下途径污染食品:食品加工人员或销售人员带菌可造成食品污染;食品在加工前本身带菌或在加工过程中受到了污染,产生了肠毒素,引起食物中毒;奶牛患化脓性乳腺炎或禽畜局部化脓时,对肉体其他部位的污染。
3.5 志贺氏菌
志贺氏菌和大肠杆菌都属于肠杆菌科,其形态与一般肠道杆菌无明显区别,为革兰氏阴性杆菌,能分解葡萄糖,产酸不产气。志贺氏菌在外界环境中的生存力比较差,一般在潮湿土壤中仅能存活34天,对高温和化学消毒剂很敏感,很容易产生耐药性。志贺氏菌在人员大量集中拥挤的地方和不卫生条件下能迅速传播,常为食物爆发型或经水传播病。它主要通过消化道途径进行传播,是引起细菌性痢疾的主要病原菌。
3.6 肉毒梭菌
肉毒梭菌属于厌氧性梭状芽胞杆菌属,在厌氧情况下生长,在正常加热温度下存活,容易形成芽胞,芽胞比繁殖体宽,呈梭状,新鲜培养基的革兰氏染色为阳性,产生剧烈细菌外毒素,即肉毒毒素。这些肉毒霉素容易引起人和动物的肉类中毒,导致肉毒梭菌的致病性。肉毒梭菌广泛存在于自然界中,是从土壤、水、蔬菜、肉奶制品、海洋沉积物、鱼类肠道、蟹和贝类的腮和内脏中分离出来的,极易被人和动物所感染,引起腹泻、呕吐、头脑眩晕、呼吸和吞咽困难等等症状,是致死性最高的病原体之一。肉毒梭菌常见于真空包装的罐装食品或半加工的食品中,一般通过高温加热杀死芽胞或者改变肉类食品的状况抑制其产生肉毒毒素等来控制肉毒梭菌的扩散。
4、我国肉类食品中致病性微生物的检测技术
4.1 食源性致病微生物的传统检测技术
食源性致病菌的传统检测方法包括微生物形态和培养特性评价,根据不同微生物在形态结构上的不同从而对微生物进行区别和鉴定,由于不同微生物在同种培养基中生长繁殖形成的菌落特征差异很大,而同种细菌的培养特征在同等条件下具有一定的稳定性,可以利用此点不同之处对不同微生物进行区别鉴定,微生物培养特性的观察也是微生物检验鉴别中的重要组成内容。传统检测方法包括前制作标本、选择性增菌、挑选单个可疑菌落、镜检以及血清学试验等步骤,具有操作繁琐、检测周期长、工作量很大且得到的结果准确性较低等缺点。目前,人们在肉类食品微生物安全快速检测技术上投入了大量的精力,主要有以下几种方法进行对肉类食品中的致病性微生物进行检测。
4.2 生物传感技术
随着生物工程及各种科学技术的快速发展、彼此间相互渗透、进而形成了生物传感技术。目前, 主要用于食品毒素检测的生物传感是通过以表面等离子激元共振生物传感技术应用为主的光学生物传感器对肉类食品中的各种毒素进行检测。表面等离子激元共振生物传感器把受体固定在金属膜上,利用信号识别颗粒谱峰对金属膜表面上的电解质变化较为敏感的特性产生的表面等离子激元共振现象来检测受体和液相配体之间特异性结合的情况。信号识别颗粒检测存在有一些缺陷,如对特异的靶物质和金属膜芯片表面其他样本的非特异交叉反应物无法进行区分辨别;同时分析物质的种类个数少于四种;还有在受体发生点突变、功能活性变化或者是化学改变的时候,SRP无法将其与完整的分析物区分开来。虽然SRP检测方法存在诸多缺陷,但它作为一种使用简单、快速和行之有效的检测技术方法在食品安全领域仍然得到了广泛的推广和使用。
4.3 基因芯片技术
基因芯片技术作为一项新型的生物技术诞生于二十世纪末,它的基本原理就是将各种基因寡核昔酸点样于基因芯片表面,然后微生物样品DNA经聚合酶链式反应扩增后制备成荧光标记探针,再通过其与芯片上的寡核昔酸点杂交,最后通过扫描仪定量和分析荧光分布模式来确定检测样品是否存在某些特异微生物。基因芯片技术理论上可以检测各种介质当中的微生物,在一次实验中检出所有潜在的致病菌,也可以用同一张芯片检测某一致病原的各种遗传学指标,从而研究复杂微生物群落的基因表达情况。基因芯片技术与传统的微生物检测方法相比,具有特异性强、敏感性高、操作简单便捷、一次实验可以得出全部结果等优点,因而在致病原分析检测方面有着良好的的未来发展前景。但是基因芯片技术也有着自身的一些缺点:基因芯片检测对操作人员的专业技术水平要求较高,极大的限制了其普及应用;样品制备和标记工作繁重、过程复杂,由于样品放映过程中极易受到污染会影响信噪比的检测情况;没有统一的质量控制标准且需要专门的仪器设备,检测费用昂贵,造成该项技术在国内很难推广。
4.4多重PCR技术
多重PCR是在常规PCR基础上发展起来的一种新型PCR扩增技术, 以其特异性强、灵敏度高和快速准确等优点在食品微生物检测领域得以广泛应用。多重聚合酶链式反应技术其工作原理与常规聚合酶链式反应技术相同,只是在同一反应体系中加入一对以上的特异性引物,如果存在与各引物对特异性互补的模板,则可同时在同一反应管中扩增出一条以上的目前的DN段,采用这一技术可同时检测多种病原微生物。这种方法减少了操作步骤及试剂,保留了常规PCR的特异性与敏感性,具有高效性、系统性和经济简便性等特色,可以实现一次扩增的同时检测多种微生物的目的。但是多重PCR技术存在扩增效率不高、敏感性偏低;出现引物干扰等缺点,有待进一步完善该项技术手段,从而在肉类食品微生物安全方面进行推广和应用。
肉类食品的安全问题是各国政府和人民群众关注的社会焦点问题之一,解决肉类食品安全问题,加快致病性微生物的控制检测技术研究可以对食源性疾病的发生和传播进行有效地预防与控制,还能避免全球范围内食源性疾病的流行,促进世界各国在肉类食品微生物安全方面的技术交流和科研合作。世界各国通过建立健全肉类食品法规、加强肉类食品检验力度和提高肉类食品中致病性微生物的快速检测技术来加强对肉类食品的安全监控,确保肉类食品的安全与出口贸易。
参考文献:
[1]中华人民共和国卫生部.食品卫生微生物学检验.北京:中国标准出版社,2004
[2]王华,塔莉,耿建暖等.从微生物指标中看我国肉类食品安全状况[J].中国环境管理干部学院学报,2008(1) :80-82