Optional Course
Bioelectronics
生物电子学
(For Undergraduate Students in the Department of
Electronic Engineering)
Instructor,Dr,Tianshuang Qiu（邱天爽）
School of the Electronic and Information Engineering
Fall of 2004
2
Syllabus
? 目标
– 生物 （ 医学 ） 电子学是研究生命物质世界运动规律的新兴交叉学科 。 本
课程是生物电子学的导论性课程 。 要求学生掌握生物信息及其获取的基
本方法, 掌握生物信号的放大和模拟, 数字处理技术, 掌握生物信息遥
测的基本原理和方法, 了解常用的现代生物医学影像设备 。
? 主要内容
– 本课程为电子工程系各专业本科生 （ 大四上学期 ） 的选修课 。 计 32学时 。
? 生物 （ 医学 ） 电子学的概况 ;
? 生物 （ 医学 ） 信息及其获取 ;
? 生物 （ 医学 ） 信号的放大与预处理 ;
? 生物 （ 医学 ） 信号的数字处理 ；
? 现代生物医学影像设备 。
3
Syllabus（ Cont’d）
? 教材及参考书
– 笔记, Your own course notes are the most valuable sources of
information,
– 参考教材,蔡建新, 张唯真, 生物医学电子学, 北京大学出版社,
1997年,
– 参考书,庄天戈, 计算机在生物医学中的应用, 科学出版社, 2000年,
– W.J.Tompkins,生物医学数字信号处理, 华中科大出版社, 2001年,
– 康晓东, 计算机在医疗方面的最新应用, 电子工业出版社, 1999年
– 彭承林, 生物医学传感器原理及应用, 高等教育出版社, 2000年,
? 上课时间与地点
– Section 5-6 on Tuesday and Friday (Week 4-19) at 综合 -259
4
Syllabus（ Cont’d）
? 成绩评估方法
– Homework and Quizzes,10%
– Attendance,10%
– Final Exam and/or Project,80%
? 其它
– You are encouraged to discuss homework assignments with your
classmates,but all work done on the exams must be your own,The
penalty for cheating on an exam will be a score of zero on the exam,
and a failing grade in the course,Missing three or more lectures
without a valid reason acceptable to the instructor may result in a
failing grade for the course,
5
The Latest Development of
Modern Science and Technology
? The information and communication technology is still
brilliant (信息通信技术 辉煌依旧 )
? The modern biological technology is splendid without
limitation (现代 生物技术 风光无限 )
? The energy technology is weeding through the old to
bring forth the new (能源技术 推陈出新 )
? The new material technology is changing with each
passing day (新材料技术 日新月异 )
? The space technology is climbing one story higher (空
间技术 更上一层楼 )
6
信息通信技术 辉煌依旧（ 1）
? Network and Optical Fiber Communications (网
络与光纤通信技术 )
– 无线通信的历史,1901年 12月 12日，意大利工程师马可尼首
次实现跨越大西洋的无线电通信。容量：几 bit/s（ bps）。
– 100年后的今天，骨干光纤传输的容量,>10Gbps。
– 网络通信的广泛应用,
? 电子商务，电子政务，网上医疗，网上教学,… 。
? 网络成为现代生活的重要媒体。
? 全世界有 4.14亿人经常上网。
– 技术发展：窄带 ?宽带；有线 ?无线；固定 ?移动
– 最后 1km和接入问题,ISDN,ADSL,Cable Modem，光纤
– 瓶颈：光电转换。最终有可能导致光学信息处理技术代替电
子信息处理技术
7
Mobile Communications（移动通信）
? 第一代
– 模拟的
? 第二代
– 数字的
? 第三代
– 无线与互联网等多媒体通信相结合
? 第四代
– 100MB，动画、音乐等
? 第五代
– 多媒体,3D会议,3D游戏
8
10 problems faced by the internet
– 身份识别
– 保护知识产权 ;
– 保护个人隐私 ;
– 新一代网络通信协议 ;
– 新一代互联网技术 ;
– 无线上网技术 ;
– 传统电话线路与网络融合技术 ;
– 更有效的网络视频传输技术 ;
– 垃圾邮件的过滤技术 ;
– 网络安全技术
9
网络交换系统和 CDMA系统示意图
?
10
信息通信技术 辉煌依旧（ 2）
? 计算机技术
– 2001年出现了分子电路
? 由晶体管、开关、导线等构成分子电路，可以进行计算；
?, 科学, 杂志将其列为年度十大科技进展的榜首；
? 意义：最终将导致运算速度最快的计算机的诞生（目前的
运算速度,12万亿次 /秒，国产的 4千亿次 /秒）。
– 2001年出现了生物计算机
? 由 DNA分子（软件）和酶分子（硬件）构成
? 尺寸,1万亿个这样的生物计算机只有一滴水那么大
? 运算能力惊人
11
计算机芯片
? 2002年计算机芯片的最新进展
– 2002年 1月,P4,f=4GHz；
– 2002年 4月,Motorola,Philips,ST Micro-electronics
组建战略联盟；
– 2002年 8月,IBM,SONY,TOSHIBA联合研制新
型计算机芯片；
– 2002年 9月,SAMSUN 推出 512M,1G动态 RAM，
突破纳米级（ 100nm）；
– 2002年 6月，贝尔推出 1-2nm的晶体管
12
超级计算机
? 2002年超级计算机最新进展
– 2002年 4月,NEC采用 5120个处理器，峰值计算能
力 40万亿次浮点运算；
– 2002年 8月,PRIMPOWER16384个处理器,85.1万
亿次浮点运算；
– 2002年 8月，加拿大阿尔伯特大学,1200台计算机
连接，超级虚拟计算机；
– 2002年 11月,IBM公司投资 2.9亿美元
? 运算速度 100万亿次（用于大规模核试验）；
? 运算速度 367万亿次（研究全球气候变化和环境污染）
13
生物计算机图示
14
银河计算机图示
15
信息通信技术 辉煌依旧（ 3）
? 集成电路技术
– 第一片 IC芯片诞生于 1958年
– 40多年来经历了几个阶段,
? 小规模、中规模：对应于老式的大型计算机；
? 大规模：对应于 PC机；
? 超大规模：对应于超级计算机、网络计算机；
? 特大规模：每个芯片上刻 1亿个逻辑单元
? 高智能机器人
? 美国加州大学发明机器苍蝇，与苍蝇尺寸相似，重 100mg，
长 3cm,可用于战场侦察、大气测量等
16
机器苍蝇图示
17
机器人举例
18
信息技术的明天
? 计算机大众化
– 出现电视计算机，电话计算机，计算机更易使用。包括可以
用自然语言对话、手写输入、傻瓜化，而且更符合人的习惯。
? 计算机与无线通信广泛结合
– 笔记本计算机可以随时随地与办公室或数据库相联系，计算
机可与各种家电互联，计算机成为家庭信息中心和控制中心。
? 计算机作为个人助理
– 计算机作为个人秘书与助手，管理个人帐目、安排日程等，
把个人从各种事务中解放出来
19
现代生物技术 风光无限（ 1）
? 基因（ Gene）工程
– 基因是反映、表征、决定物种本质特征的东西。
– 内容：在基因水平上采用与工程设计类似的方法，按照人类
的需要进行设计和创建具有新的性状的生物新品种，并使之
稳定地遗传给后代。
– 基因工程是现代生物技术大核心。
– 意义：突破物种间的遗传障碍，大跨度地超越物种间的不亲
和性。
– 转基因（ Mutation）
? 已经有许多品种：大豆、玉米等；
? 褒贬不一
20
转基因试管牛
21
现代生物技术 风光无限（ 2）
? 基因组研究 Human genome project
– 即将得到人类基因的完整的谱图（ 2003年）；
– 对于破解人类遗传密码，基因诊断治疗有重要意义
? 生物芯片（ Bio-Chips）
– 已经出现各种芯片，包括基因芯片，蛋白质芯片，药物芯片，
生物传感器芯片等；
– 广泛用于疾病诊断，例如遗传病，高血压等；
– 用于新药筛选和司法鉴定等；
? 克隆（ Clone）
– 即无性繁殖，已克隆出牛、猴、鼠、猪等多种动物；
– 已经克隆出人类胚胎，超越了人类禁区
22
克隆技术的最新进展
? 2002年是克隆年；
? 2002年，美国得克萨斯大学，第一只克隆猫；
? 2002年，美国开发出大量克隆动物胚胎的芯片，可以
大批量克隆出优质奶牛和肉用牲畜；
? 2002年，美国国家科学院宣布，克隆动物食品不影响
安全性；
? 2002年，美国佐治亚大学，克隆鸡，其鸡蛋含有人体
所需的蛋白质；
? 2002年，美国克隆猪，为人类移植用器官
? 带来了希望
? 2002年末，法国克隆女婴诞生；
23
克隆山羊和克隆兔
24
生物芯片 （基因芯片，加工,CCD荧光扫描）
? 基因芯片
– 是指将大量探针分子固定于支持物上，然后与标记的样品进
行杂交，通过杂交信号的强弱判断靶分子的数量。用该技术
可将大量的探针同时固定于支持物上，所以一次可对大量核
酸分子进行检测分析，从而解决了传统核酸印迹杂交技术操
作复杂、自动化程度低、检测目的分子数量少、效率低等不
足。它能在同一时间内分析大量的基因，使人们准确高效地
破译遗传密码。这将是继大规模集成电路后又一次意义深远
的科技革命。
25
生物制药和医疗的最新进展
? 2002年 6月，美国识别了 6个与乳腺癌有关部门的基因，
有助于生物制药的研究；
? 2002年 7月，发现智力迟钝的基因,A GTR2；并发现
与哮喘有关的基因,A DAM33；
? 2002年，美国食品医药管理局（ FDA）受到了 370个生
物技术药物的申请；
? 2002年，发现了与记忆有关的基因，研制治疗记忆力
减退的药物、治疗艾滋病和癌症的药物；
? 2002年，研制出可穿带式电击复苏器，生物心脏起搏
器等
26
癫痫与伽玛刀（ Gammaknife）
27
伽玛刀简介
? 癫痫刀（伽玛刀）
– 是脑电图机配了一个软件，学术名称为：全数字化偶极子定
位、三维图像融合长程视频脑电监测系统。是一套由普通脑
电图,24小时脑电 Holter,128导全数字化视频脑图、术中全
数字化脑电系统及偶极子定位系统、三维图像融合系统等组
成的一套完整的癫痫术前、术中定位和术后评估系统，是癫
痫的外科治疗的有刀设备，所以俗称癫痫刀。
? 癫痫刀的适应症
– 颅内有占位性病变、脑血管畸形等器质性疾病；
– 经充分而合理的抗癫痫药物治疗达 2年以上，仍然频繁发作，
明显影响患者生活质量者；
– 对只有单个局限的小癫痫灶又不累及重要生理功能的病例效
果最好。
28
脑信息检测的结果图示
29
生物磁场计
30
能源技术 推陈出新（ 1）
? 太阳能
– 是未来社会能源的希望所在；
– 太阳每年到达地球的能量是目前主要能源探明储量
的 1万倍；
– 太阳能清洁、经济、可再生，可以用于发电
? 风能
– 可再生、无污染，属于绿色能源；
– 成本较高
31
太阳能灯图示
32
能源技术 推陈出新（ 2）
? 核电
– 安全、经济，目前已经占全球供电量的 16%；
– 据美国统计,
? 核电成本,1.83美分 /千瓦时；其它,4~6美分 /千瓦时
? 燃料电池
– 原理：氢气和氧气反应产生电能和少量的水；
– 效率：高达 50%；
– 应用：航天、汽车，许多公司已经研制出燃料电池的汽车，
预计 2004年投放市场,2050年全部更新换代。
– 问题：成本高，汽车用燃料电池发动机为 3万美元。（ Hodda
Accord Accord,TOYOTA Camery）
– 预期,2004年投放市场（ 2002年的预计）,2050年取代目前
的燃油汽车
33
燃料电池的工作原理
? 燃料电池是一种化学电池，它利用物质发生化学反应时释出的能
量，直接将其变换为电能。从这一点看，它和其他化学电池如锰
干电池、铅蓄电池等是类似的。但是，它工作时需要连续地向其
供给活物质（起反应的物质） --燃料和氧化剂，这又和其他普通
化学电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变
为电能输出，所以被称为燃料电池。
? 具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的 "发电机 "。它由
正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。最初，电解质
板是利用电解质渗入多孔的板而形成，现在正发展为直接使用固
体的电解质。
? 利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，
所以也可称它为一种 "发电机 "。
34
燃料电池及燃料电池汽车和摄像机
35
新材料技术 日新月异
? 纳米技术（ Nanometer）
– 纳米材料的研究引起一次技术革命，使仪器、设备的微型化
成为可能
– 纳米晶体管，只有针尖的 1000万分之一
? 超导技术（ Superconductor）
– 若用超导材料制造电机，其输出量可增大一倍，重量减轻 90%；
– 研究的关键：是高温超导问题
– 目前已经研究出 -221C和 -156C的高温超导材料
? 最新报道（ 2003.9.13.）：美国 MIT创造接近绝
对零度的新记录,高于绝对零度 20亿分之一度
36
显微镜下的纳米材料
37
纳米国旗和纳米抗菌陶瓷
38
空间技术 更上一层楼（ 1）
? 1957年，第一颗人造卫星
? 空间站
– 和平号轨道空间站,
? 1986年 2月 20日升空进入轨道，原计划 5年寿命；
? 2001年 3月 23日在控制下成功坠入南太平洋；
? 实际运行 15年，绕地球 8万多圈，行程 35亿 km,104名宇航员做
了 31200次科学实验。
? 人造卫星
– 广泛应用于通信领域 （ 80%的洲际通信,100%的洲际电视转播）；
– 小卫星：美国 2002年发射首颗“皮型”卫星，仅重 245克；
– 小卫星星座，达到 5个 W,whoever,wherever,whenever,
whomever,whatever
39
和平号轨道空间站及其坠落
40
空间技术 更上一层楼（ 2）
? 深空探测
– 美国“奥德赛”火星探测器,
? 2001年 4月 7日，升空；
? 2001年 10月 23日，进入火星轨道；
? 带有一个热成像系统和一个 Gamma射线光谱仪
– 美国“起源”号航天器
? 2001年 8月升空；计划历时 3年，行程 3200万 km，到达距地
球 160km的地方；运行 2.5年,2004年 9月返回地球；
? 捕捉太风中时速高达 160km的太阳粒子
? 科学家计划 2004年 9月 11日开始给太空舱“剥皮”，估计完成抢救工作需
要几个月的时间。８日，“起源”号飞船与装有太阳风粒子的碟形太空
舱按计划分离进入地球大气层，但太空舱的降落伞没有 打开，导致拦截
行动失败。
41
航天飞机组图 1（待发射，发射，施放卫星 )
42
航天飞机组图 2（飞行，施放卫星，施放天空望远镜）
43
宇航员在工作
44
星际公路图示
45
火星探测
46
新型飞机图示
谢 谢 大 家 ！
Bioelectronics
生物电子学
(For Undergraduate Students in the Department of
Electronic Engineering)
Instructor,Dr,Tianshuang Qiu（邱天爽）
School of the Electronic and Information Engineering
Fall of 2004
2
Syllabus
? 目标
– 生物 （ 医学 ） 电子学是研究生命物质世界运动规律的新兴交叉学科 。 本
课程是生物电子学的导论性课程 。 要求学生掌握生物信息及其获取的基
本方法, 掌握生物信号的放大和模拟, 数字处理技术, 掌握生物信息遥
测的基本原理和方法, 了解常用的现代生物医学影像设备 。
? 主要内容
– 本课程为电子工程系各专业本科生 （ 大四上学期 ） 的选修课 。 计 32学时 。
? 生物 （ 医学 ） 电子学的概况 ;
? 生物 （ 医学 ） 信息及其获取 ;
? 生物 （ 医学 ） 信号的放大与预处理 ;
? 生物 （ 医学 ） 信号的数字处理 ；
? 现代生物医学影像设备 。
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Syllabus（ Cont’d）
? 教材及参考书
– 笔记, Your own course notes are the most valuable sources of
information,
– 参考教材,蔡建新, 张唯真, 生物医学电子学, 北京大学出版社,
1997年,
– 参考书,庄天戈, 计算机在生物医学中的应用, 科学出版社, 2000年,
– W.J.Tompkins,生物医学数字信号处理, 华中科大出版社, 2001年,
– 康晓东, 计算机在医疗方面的最新应用, 电子工业出版社, 1999年
– 彭承林, 生物医学传感器原理及应用, 高等教育出版社, 2000年,
? 上课时间与地点
– Section 5-6 on Tuesday and Friday (Week 4-19) at 综合 -259
4
Syllabus（ Cont’d）
? 成绩评估方法
– Homework and Quizzes,10%
– Attendance,10%
– Final Exam and/or Project,80%
? 其它
– You are encouraged to discuss homework assignments with your
classmates,but all work done on the exams must be your own,The
penalty for cheating on an exam will be a score of zero on the exam,
and a failing grade in the course,Missing three or more lectures
without a valid reason acceptable to the instructor may result in a
failing grade for the course,
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The Latest Development of
Modern Science and Technology
? The information and communication technology is still
brilliant (信息通信技术 辉煌依旧 )
? The modern biological technology is splendid without
limitation (现代 生物技术 风光无限 )
? The energy technology is weeding through the old to
bring forth the new (能源技术 推陈出新 )
? The new material technology is changing with each
passing day (新材料技术 日新月异 )
? The space technology is climbing one story higher (空
间技术 更上一层楼 )
6
信息通信技术 辉煌依旧（ 1）
? Network and Optical Fiber Communications (网
络与光纤通信技术 )
– 无线通信的历史,1901年 12月 12日，意大利工程师马可尼首
次实现跨越大西洋的无线电通信。容量：几 bit/s（ bps）。
– 100年后的今天，骨干光纤传输的容量,>10Gbps。
– 网络通信的广泛应用,
? 电子商务，电子政务，网上医疗，网上教学,… 。
? 网络成为现代生活的重要媒体。
? 全世界有 4.14亿人经常上网。
– 技术发展：窄带 ?宽带；有线 ?无线；固定 ?移动
– 最后 1km和接入问题,ISDN,ADSL,Cable Modem，光纤
– 瓶颈：光电转换。最终有可能导致光学信息处理技术代替电
子信息处理技术
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Mobile Communications（移动通信）
? 第一代
– 模拟的
? 第二代
– 数字的
? 第三代
– 无线与互联网等多媒体通信相结合
? 第四代
– 100MB，动画、音乐等
? 第五代
– 多媒体,3D会议,3D游戏
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10 problems faced by the internet
– 身份识别
– 保护知识产权 ;
– 保护个人隐私 ;
– 新一代网络通信协议 ;
– 新一代互联网技术 ;
– 无线上网技术 ;
– 传统电话线路与网络融合技术 ;
– 更有效的网络视频传输技术 ;
– 垃圾邮件的过滤技术 ;
– 网络安全技术
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网络交换系统和 CDMA系统示意图
?
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信息通信技术 辉煌依旧（ 2）
? 计算机技术
– 2001年出现了分子电路
? 由晶体管、开关、导线等构成分子电路，可以进行计算；
?, 科学, 杂志将其列为年度十大科技进展的榜首；
? 意义：最终将导致运算速度最快的计算机的诞生（目前的
运算速度,12万亿次 /秒，国产的 4千亿次 /秒）。
– 2001年出现了生物计算机
? 由 DNA分子（软件）和酶分子（硬件）构成
? 尺寸,1万亿个这样的生物计算机只有一滴水那么大
? 运算能力惊人
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计算机芯片
? 2002年计算机芯片的最新进展
– 2002年 1月,P4,f=4GHz；
– 2002年 4月,Motorola,Philips,ST Micro-electronics
组建战略联盟；
– 2002年 8月,IBM,SONY,TOSHIBA联合研制新
型计算机芯片；
– 2002年 9月,SAMSUN 推出 512M,1G动态 RAM，
突破纳米级（ 100nm）；
– 2002年 6月，贝尔推出 1-2nm的晶体管
12
超级计算机
? 2002年超级计算机最新进展
– 2002年 4月,NEC采用 5120个处理器，峰值计算能
力 40万亿次浮点运算；
– 2002年 8月,PRIMPOWER16384个处理器,85.1万
亿次浮点运算；
– 2002年 8月，加拿大阿尔伯特大学,1200台计算机
连接，超级虚拟计算机；
– 2002年 11月,IBM公司投资 2.9亿美元
? 运算速度 100万亿次（用于大规模核试验）；
? 运算速度 367万亿次（研究全球气候变化和环境污染）
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生物计算机图示
14
银河计算机图示
15
信息通信技术 辉煌依旧（ 3）
? 集成电路技术
– 第一片 IC芯片诞生于 1958年
– 40多年来经历了几个阶段,
? 小规模、中规模：对应于老式的大型计算机；
? 大规模：对应于 PC机；
? 超大规模：对应于超级计算机、网络计算机；
? 特大规模：每个芯片上刻 1亿个逻辑单元
? 高智能机器人
? 美国加州大学发明机器苍蝇，与苍蝇尺寸相似，重 100mg，
长 3cm,可用于战场侦察、大气测量等
16
机器苍蝇图示
17
机器人举例
18
信息技术的明天
? 计算机大众化
– 出现电视计算机，电话计算机，计算机更易使用。包括可以
用自然语言对话、手写输入、傻瓜化，而且更符合人的习惯。
? 计算机与无线通信广泛结合
– 笔记本计算机可以随时随地与办公室或数据库相联系，计算
机可与各种家电互联，计算机成为家庭信息中心和控制中心。
? 计算机作为个人助理
– 计算机作为个人秘书与助手，管理个人帐目、安排日程等，
把个人从各种事务中解放出来
19
现代生物技术 风光无限（ 1）
? 基因（ Gene）工程
– 基因是反映、表征、决定物种本质特征的东西。
– 内容：在基因水平上采用与工程设计类似的方法，按照人类
的需要进行设计和创建具有新的性状的生物新品种，并使之
稳定地遗传给后代。
– 基因工程是现代生物技术大核心。
– 意义：突破物种间的遗传障碍，大跨度地超越物种间的不亲
和性。
– 转基因（ Mutation）
? 已经有许多品种：大豆、玉米等；
? 褒贬不一
20
转基因试管牛
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现代生物技术 风光无限（ 2）
? 基因组研究 Human genome project
– 即将得到人类基因的完整的谱图（ 2003年）；
– 对于破解人类遗传密码，基因诊断治疗有重要意义
? 生物芯片（ Bio-Chips）
– 已经出现各种芯片，包括基因芯片，蛋白质芯片，药物芯片，
生物传感器芯片等；
– 广泛用于疾病诊断，例如遗传病，高血压等；
– 用于新药筛选和司法鉴定等；
? 克隆（ Clone）
– 即无性繁殖，已克隆出牛、猴、鼠、猪等多种动物；
– 已经克隆出人类胚胎，超越了人类禁区
22
克隆技术的最新进展
? 2002年是克隆年；
? 2002年，美国得克萨斯大学，第一只克隆猫；
? 2002年，美国开发出大量克隆动物胚胎的芯片，可以
大批量克隆出优质奶牛和肉用牲畜；
? 2002年，美国国家科学院宣布，克隆动物食品不影响
安全性；
? 2002年，美国佐治亚大学，克隆鸡，其鸡蛋含有人体
所需的蛋白质；
? 2002年，美国克隆猪，为人类移植用器官
? 带来了希望
? 2002年末，法国克隆女婴诞生；
23
克隆山羊和克隆兔
24
生物芯片 （基因芯片，加工,CCD荧光扫描）
? 基因芯片
– 是指将大量探针分子固定于支持物上，然后与标记的样品进
行杂交，通过杂交信号的强弱判断靶分子的数量。用该技术
可将大量的探针同时固定于支持物上，所以一次可对大量核
酸分子进行检测分析，从而解决了传统核酸印迹杂交技术操
作复杂、自动化程度低、检测目的分子数量少、效率低等不
足。它能在同一时间内分析大量的基因，使人们准确高效地
破译遗传密码。这将是继大规模集成电路后又一次意义深远
的科技革命。
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生物制药和医疗的最新进展
? 2002年 6月，美国识别了 6个与乳腺癌有关部门的基因，
有助于生物制药的研究；
? 2002年 7月，发现智力迟钝的基因,A GTR2；并发现
与哮喘有关的基因,A DAM33；
? 2002年，美国食品医药管理局（ FDA）受到了 370个生
物技术药物的申请；
? 2002年，发现了与记忆有关的基因，研制治疗记忆力
减退的药物、治疗艾滋病和癌症的药物；
? 2002年，研制出可穿带式电击复苏器，生物心脏起搏
器等
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癫痫与伽玛刀（ Gammaknife）
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伽玛刀简介
? 癫痫刀（伽玛刀）
– 是脑电图机配了一个软件，学术名称为：全数字化偶极子定
位、三维图像融合长程视频脑电监测系统。是一套由普通脑
电图,24小时脑电 Holter,128导全数字化视频脑图、术中全
数字化脑电系统及偶极子定位系统、三维图像融合系统等组
成的一套完整的癫痫术前、术中定位和术后评估系统，是癫
痫的外科治疗的有刀设备，所以俗称癫痫刀。
? 癫痫刀的适应症
– 颅内有占位性病变、脑血管畸形等器质性疾病；
– 经充分而合理的抗癫痫药物治疗达 2年以上，仍然频繁发作，
明显影响患者生活质量者；
– 对只有单个局限的小癫痫灶又不累及重要生理功能的病例效
果最好。
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脑信息检测的结果图示
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生物磁场计
30
能源技术 推陈出新（ 1）
? 太阳能
– 是未来社会能源的希望所在；
– 太阳每年到达地球的能量是目前主要能源探明储量
的 1万倍；
– 太阳能清洁、经济、可再生，可以用于发电
? 风能
– 可再生、无污染，属于绿色能源；
– 成本较高
31
太阳能灯图示
32
能源技术 推陈出新（ 2）
? 核电
– 安全、经济，目前已经占全球供电量的 16%；
– 据美国统计,
? 核电成本,1.83美分 /千瓦时；其它,4~6美分 /千瓦时
? 燃料电池
– 原理：氢气和氧气反应产生电能和少量的水；
– 效率：高达 50%；
– 应用：航天、汽车，许多公司已经研制出燃料电池的汽车，
预计 2004年投放市场,2050年全部更新换代。
– 问题：成本高，汽车用燃料电池发动机为 3万美元。（ Hodda
Accord Accord,TOYOTA Camery）
– 预期,2004年投放市场（ 2002年的预计）,2050年取代目前
的燃油汽车
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燃料电池的工作原理
? 燃料电池是一种化学电池，它利用物质发生化学反应时释出的能
量，直接将其变换为电能。从这一点看，它和其他化学电池如锰
干电池、铅蓄电池等是类似的。但是，它工作时需要连续地向其
供给活物质（起反应的物质） --燃料和氧化剂，这又和其他普通
化学电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变
为电能输出，所以被称为燃料电池。
? 具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的 "发电机 "。它由
正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。最初，电解质
板是利用电解质渗入多孔的板而形成，现在正发展为直接使用固
体的电解质。
? 利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，
所以也可称它为一种 "发电机 "。
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燃料电池及燃料电池汽车和摄像机
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新材料技术 日新月异
? 纳米技术（ Nanometer）
– 纳米材料的研究引起一次技术革命，使仪器、设备的微型化
成为可能
– 纳米晶体管，只有针尖的 1000万分之一
? 超导技术（ Superconductor）
– 若用超导材料制造电机，其输出量可增大一倍，重量减轻 90%；
– 研究的关键：是高温超导问题
– 目前已经研究出 -221C和 -156C的高温超导材料
? 最新报道（ 2003.9.13.）：美国 MIT创造接近绝
对零度的新记录,高于绝对零度 20亿分之一度
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显微镜下的纳米材料
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纳米国旗和纳米抗菌陶瓷
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空间技术 更上一层楼（ 1）
? 1957年，第一颗人造卫星
? 空间站
– 和平号轨道空间站,
? 1986年 2月 20日升空进入轨道，原计划 5年寿命；
? 2001年 3月 23日在控制下成功坠入南太平洋；
? 实际运行 15年，绕地球 8万多圈，行程 35亿 km,104名宇航员做
了 31200次科学实验。
? 人造卫星
– 广泛应用于通信领域 （ 80%的洲际通信,100%的洲际电视转播）；
– 小卫星：美国 2002年发射首颗“皮型”卫星，仅重 245克；
– 小卫星星座，达到 5个 W,whoever,wherever,whenever,
whomever,whatever
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和平号轨道空间站及其坠落
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空间技术 更上一层楼（ 2）
? 深空探测
– 美国“奥德赛”火星探测器,
? 2001年 4月 7日，升空；
? 2001年 10月 23日，进入火星轨道；
? 带有一个热成像系统和一个 Gamma射线光谱仪
– 美国“起源”号航天器
? 2001年 8月升空；计划历时 3年，行程 3200万 km，到达距地
球 160km的地方；运行 2.5年,2004年 9月返回地球；
? 捕捉太风中时速高达 160km的太阳粒子
? 科学家计划 2004年 9月 11日开始给太空舱“剥皮”，估计完成抢救工作需
要几个月的时间。８日，“起源”号飞船与装有太阳风粒子的碟形太空
舱按计划分离进入地球大气层，但太空舱的降落伞没有 打开，导致拦截
行动失败。
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航天飞机组图 1（待发射，发射，施放卫星 )
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航天飞机组图 2（飞行，施放卫星，施放天空望远镜）
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宇航员在工作
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星际公路图示
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火星探测
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新型飞机图示
谢 谢 大 家 ！
