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一、《高分子材料流变学》课程发展
高分子材料流变学是一门伴随着高分子科学和行业发展而逐步建立起来的重要学科，针对高分子材料特殊的流动变形行为及其机理展开研究，起到连接高分子结构性能和高分子工程的桥梁作用。
现在，高分子科学理论研究及工艺、设备的设计优化的发展进步离不开高分子材料流变学知识的辅助，整体发展趋势要求高分子专业人才必须具备基本的高分子材料流变学知识。
青岛科技大学自1986年起开始设立《高分子材料流变学》课程，是国内最早开设该课程的高校之一，迄今已有20多年的教学历史，同时跟踪学科的发展，教学团队亦针对学科的前沿问题开展科研工作，在国际上形成了一定的学术影响力。在长期的教学、科研实践积累和和对高分子流变学教学理解逐步深化的基础上，教学团队按照比较科学完整的体系，编写出版了《高分子材料流变学》教材，并得到国内院校的认可；另一方面，《高分子材料流变学》教学也凸现了专业特色，使学生质量有所提高。通过引导学生开展理论联系实际、针对性强的流变理论研究与工程设计实践，所培养的学生学科专业知识全面，了解学科发展前沿，在以后的科研和工作实践中展现出较强的解决问题能力。
二、《高分子材料流变学》的特点及教学原则
高分子材料流变学是随着高分子的合成、加工工程和实际应用的需要，于20世纪50年代逐步发展起来的新学科。一方面，深入其核心需要较多的数学、物理和力学基础；另一方面，其知识体系与高分子化学、高分子物理、高分子的加工工程等有机联系。《高分子材料流变学》完整的知识框架至少涵盖如下三方面的内容：①高分子结构流变学，其从分子运动角度出发，构筑分子结构模型，关联材料宏观力学响应行为和微观的分子运动过程，说明二者的联系。②高分子工程流变学，其从宏观唯象的角度出发，进行应力－应变或应变速率分析，研究与高分子材料加工工程有关的理论与技术问题。③流变测量学，运用流变学基本原理设计仪器设备，表征高分子材料的流变行为。
《高分子材料流变学》理论深奥、内容繁杂、学科交叉性强，其比较科学完整的教学体系，一方面要保证流变学理论的完备性，系统介绍复杂应力、应变描述、材料流变本构方程理论等，另一方面要适应高分子材料专业的要求，加强高分子熔体溶液奇异的非线性黏弹性等内容的教学，并解释说明在高分子加工和流变测量中出现的种种现象与规律。较之其他课程，《高分子材料流变学》对学生的数学物理素养和高分子背景知识有相当的要求，所以教学过程中存在“教师教学难，学生学习难”的两难通病。在长期的教学实践中，我们总结出了讲授《高分子材料流变学》应贯彻两个重要的教学原则：①首先要注意照顾学生的专业背景，对复杂的数学、力学公式和简单明确的基本概念采用不同的处理方法；强调逻辑清晰和语言简明，避开数学基础上的难点，详细诠释流变学抽象概念和基本物理量确切的物理意义，帮助学生尽快领会高分子流变学要点。②再者，注重流变学知识的实际应用，强调理论与实践结合。在保持课程应有的理论体系、系统性、严谨性的同时侧重介绍其在高分子合成的分子设计、高分子工程、高分子材料性能控制等方面的应用实例。
笔者在教学实践中，结合自己的科研实践，将自己从事的国家自然科学基金研究课题成果作为实例，介绍高分子流变的发展及其在高分子学科中的应用。实践证明，教师本身学以致用的实例示范可以引导学生能够尽快领会流变学知识，在科学与工程实践中发挥了良好作用。
三、具体教学方法
笔者从事《高分子材料流变学》的教学实践以来，深刻体会到这是一个不断加深对课程特点的认识，不断改进教学方法的过程。不仅要求授课教师对课程内容有深刻理解，同时在知识传授上亦需要“善巧方便”。下面几点，是笔者对教学方法的简单总结。
1.教师引导。在开始教授新的知识要点前，若能提供一个科研或工程应用中的实例引发学生的兴趣，则往往可获得较好的课堂教学效果。在课堂上，要注意鼓励学生主动学习，形成师生互动的氛围。若学生在课堂上有所疑问，可以暂停教学，增加学生讨论环节。结束时，简要介绍课程后续内容提要，利于学生自学。
2.理论结合实际。《高分子材料流变》是一门理论性和应用性都很强的交叉学科，其理论知识部分比较晦涩，必须与实际结合才能使学得的知识深化和牢固，也才能引起学生的兴趣。教学中会出现学生感觉内容艰深，兴趣不大的现象，在理论基础的学习过程中尤为明显。而当理论知识与实际背景结合时，学生往往饶有兴致。因此将理论知识寓于合适的实际背景中进行讲授，效果明显。当然这也需要教师本人有自己的科研实践作基础，能够跟踪高分子流变的发展前沿。
3.采用多媒体教学。教师无法强迫学生学习，其角色只是教学过程中的引导者。随着教学设备的完善，多媒体教学在授课中所占比重逐步增大。在教学实践中，我们发现多媒体丰富的信息传递模式可以有效抓取学生的注意力，激发好奇心；另外，多媒体教学中重点内容突出，有利于学生掌握知识点，还可以加大信息量，减少板书量，在有限的课时内讲授更多知识。
4.教师传授与学生自学相结合。在教学时数有限的条件下，为使学生学到更多知识，除教师摒弃传统板书，采用多媒体对基础理论等重要内容进行课堂授课外，可以采用的途径是发挥学生主观能动性。在研究生教学中，我们在相关书籍和文献中摘取一些流变学应用和发展前沿方面的内容供学生自学使用，以作为课堂教学内容的补充。另外，要求学生结合自己的研究课题，从中提炼出高分子材料流变学的科学问题，既加深理解学生对所学知识的理解，又帮助其较好地完成课题研究任务。
5.加强实验教学的促进作用。流变参数的测定是高分子材料流变学的重要方面，其本身就是流变学理论的实际应用之一，同时测量结果也反映了材料本身的结构特征。在“毛细管流变仪测量熔体流动行为”的相关实验中，我们训练学生表征所测样品的黏性、弹性特征，分析样品黏弹特性与其分子结构之间的关系。
通过实验教学，可以让学生了解如何在实际工作上应用流变学知识，对课堂教学起到良好的补充和促进作用。
四、结束语
通过《高分子材料流变学》教学内容的合理设置，教学方法的改进，为高分子材料行业培养出合格的有用人才，促进高分子材料行业繁荣发展，是教师的职责所在。在高分子材料行业发展迅速，新材料层出不穷，已有材料的加工改性也相当活跃的今天，材料表征、分子剪裁设计、加工工艺控制等方面都需大批高层次的掌握流变学的科研和技术人员。这既是对高分子材料专业的毕业生提出的新要求，也是《高分子材料流变学》学科发展的动力。在青岛科技大学的关心和资助下，《高分子材料流变学》课程正在进行教学改革以适应发展要求。因此笔者不避粗陋，将自己的粗浅的教学经验体会总结如上，同时也希望得到流变学教学工作上的诸位同仁的指导。
参考文献：
[1]吴其晔.聚合物流变学[M].北京：高等教育出版社，2002.
一、功能高分子材料的概念及开发意义
功能高分子材料，是指具有一定传递或存储物质、信息及能量作用的高分子和高分子复合材料。这使得功能高分子材料不仅具有原来的力学性能，同时还兼具如光敏性、导电性、化学反应活性、生物相容性、选择分离性、能量转换性等一系列其他特定性能。按照其功能划分，功能高分子材料主要可分为4类：①物理功能：具体包括超导、导电、磁化等功能；②化学功能：具体包括光的聚合、降解、分解等；③生物功能：具体来说包括生理组织及血液的适应性等；④介于化学、物理之间的功能：主要是指高吸水、吸附等功能方面。
功能高分子材料由于具备特殊的功能，受到了各个领域的广泛重视，特别是其不可替代的诸多特性都为很多领域的技术进步提供了基础和前提，甚至已经因此而诞生出了一批先进的、符合社会发展潮流的新产品。因此，当前各国都加大了对功能高分子材料的人力物力财力投入，面对时间各国的竞争，我国也需要尽快加大对功能高分子材料的研发力度，从而摆脱我国国防、电子、医药和其他尖端领域严重依赖国外功能高分子材料市场的困境。
二、功能高分子材料的研究现状分析
目前针对功能高分子材料的研究和应用现状，主要集中于功能高分子材料的光功能、电功能、生物功能以及反应型功能应用这几个方面：
1.光功能高分子材料
目前的光功能功能高分子材料的研究和应用主要体现在光固化材料、光合作用材料、光显示用材料以及太阳能光板这几个方面，这些具体的应用能通过对光的吸收、储存、传输、以及转换功能，实现对光能的有效利用。例如，目前已经能够通过光功能高分子材料的运用实现光传导来帮助植物的光合作用。此外，运用光功能高分子材料实现手机的太阳能充电也已经成为现实。
2.电功能高分子材料
电功能高分子材料，除了具备良好的导电性能外，其电导率还能根据应用状况的不同，在半导体、金属态和绝缘体的范围进行变化。此外，由于电功能高分子材料一般密度较小、易于加工，同时具备良好的耐腐蚀性，在当前的工业领域中也被广泛的应用。
3.生物功能高分子材料
生物功能高分子材料在生物领域被广泛的应用。如常见的有，由生物功能高分子材料所制成的人体植入物（视网膜植入物、脑积水引流装置等）以及人体义肢等。
4.反应型功能高分子材料
这种高分子材料是一种具备很强化学活性的高分子材料，能够有效的促进化学反应。它是通过对构建高分子骨架，并将小分子反应活性物质通过离子键、共价键、配位键或物理吸附作用进行骨架填充，以实现高分子功能才能的强化化学合成与化学反应的效果。
三、功能高分子材料的发展前景及趋势分析
功能高分子材料具备很多优势特征，这些都使得其更加符合经济发展和社会发展的需求，这也使得功能高分子材料的研究工作在各国的竞争中日益白热化。而去随着投入的不断深化，和技术的不断完善。新型功能高分子材料必然在我们的尖端科学及日常生产生活中扮演越来越重要的角色。功能高分子材料的几种发展趋势。
1.复合高分子材料
目前，功能高分子材料正逐步由均质材料向着复合高分子材料的方向发展，同时其材料的功能也向着多功能材料的方面发展。复合高分子材料往往是在一种基体材料（如金属、陶瓷、树脂等）上，加入增强或增韧作用的高聚物，再通过将多相物复合成一体，就形成了新的复合高分子材料，这种高分子材料能够充分发挥各相的性能优势，因此具有广泛的发展应用前景。在今后的发展中，航天科技、医疗卫生、生活家居、甚至汽车制造等领域，都需要各种高性能的复合高分子材料。
2.环境友好型高分子材料
经济的粗放发展，给整个地球h境都带来了深重的灾难，而随着人们对环保问题的日益重视，各国对各种材料的生态可降解性要求也日益突出。因此，环境友好型高分子材料的开发和深入研究工作，也引起了各国的重视。当前，生物降解技术和环境友好型高分子材料技术大多掌握在发到国家，我国目前还处于追赶阶段。随着世贸组织对环保观念的更加重视，环境友好型高分子材料在产品中的应用优势也将日益显著，为了把握这一趋势，我国要积极开发研究出有自主知识产权的生物降解技术和环境友好高分子材料。
环境友好型高分子材料，通过易水解的高分子的作用在各种生物酶的作用下，能够加速材料的水解反应，帮助材料进行生物降解。这种高分子材料目前研究的重点方向在理化性能、生物相容性、降解速率的控制以及缓释性等方向。
3.隐身性能高分子材料
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）38-0198-02
青岛农业大学化学与药学院生物功能材料专业成立于2011年，专业成立时间短，国内开设此专业的院校也非常少。开设的专业课程主要有：《高分子化学与物理》、《生物医用高分子材料》、《可降解与吸收材料》、《生物材料学》、《无机生物材料》等。其中，《生物医用高分子材料》是生物功能材料专业的重要专业课程，界定该课程的讲授内容、探讨其讲授方法、发展其教学规划、增强该课程的培养效果，是非常有意义的一项课题。《生物医用高分子材料》课程是一门交叉课程，医学、生命科学、化学及材料等学科专业均有开设，相互之间密切相连，其研究与开发兼有重大的社会与经济需求。此课程在生物功能材料专业中开设，有利于学生对生物医用高分子的概念、分类、结构、应用等的学习，培养学生对生物功能材料的研究兴趣，提高其自主思考、创新能力。相对于《无机化学》、《有机化学》、《分析化学》等基础课程，生物医用高分子的相关研究尚短，理论不成熟、系统，且内容众多、繁琐，而该课程开课学时仅32学时。这样的课时设置给我们的授课带来了极大难度。如何上好《生物医用高分子材料》、如何在有限的时间内对该课程进行系统的讲解，让学生对《生物医用高分子材料》课程有一个清晰、系统的认识，将是该课程授课教师需要重点探索的问题。作者从事高分子、生物材料的相关教学工作，具有一定的教学经验，就如何更好地开展《生物医用高分子材料》课程教学，凸显其在生物功能材料专业中的作用，介绍相关见解和体会如下。
一、课程内容与学生（生物功能材料专业）素质、能力之间构效关系的建立
课程内容是学生接触到的直观材料，是指导学生思考、分析、学习的基本要素。课程内容选择的适当与否，直接关系到所培养学生素质、能力的高低。选择合适的讲授内容，应遵循原则如下：
1.课程内容是否可引起学生的兴趣？兴趣是学生学习的动力。课程内容的设计是引导学生学习的第一步，一个优秀的课程内容预示着成功了一半。本教学中部分章节重点讲述人工器官、医疗诊断用高分子材料，如牙科材料、眼科材料、医用缝合线等，贴近生活中的应用，一下子拉近了生物医用高分子材料与大家的距离，在让学生感觉有趣的情况下引发他们的思考，做到事半功倍的效果。同时，让学生真正了解到课堂上学习的知识是有用的、与生活密切相关的，击溃社会、校园传播的“读书无用论”，激发学生学习的兴趣、动力。
2.课程内容是否与专业人才培养目标息息相关？本专业为生物功能材料，致力于生物功能材料高素质、强能力人才的培养，选择课程内容时应密切联系“生物”、“功能”、“材料”三概念。选择一本《生物医用高分子材料》教材，并不意味着本教材所有内容均需详细讲解，与专业人才培养相关的重点讲解，不相关的则可只言片语带过。如绪论中对生物医用高分子材料的发展、由来的讲解，可用0.5学时或更少的时间讲述；而对该材料的生物相容性、安全性评价及其应用，则需重点讲述。有目的、有选择性地讲授课程内容，突出重点，结合实际应用讲解。
3.课程内容是否紧跟学术前沿？《生物医用高分子材料》课程中，部分章节对典型的生物医用高分子材料进行了讲解，如聚乳酸、聚磷酸酯等。本科学生主要专注于理论知识的学习，及一定程度创新、动手能力的培养，对于化学、材料合成方法、技术的发展知之甚少。讲授《生物医用高分子材料》课程时，适当介绍相关材料研究的最新热点，如聚乳酸的合成方法、特殊的性能等，有利于学生综合素质能力的培养。
4.课程内容与开设课时是否匹配？针对课时较少的现状，需对教学内容进行合理的安排。首先讲述高分子材料的生物相容性、安全性，及其和生物体的相互作用；再次讲述生物医用高分子材料在人工器官、医疗诊断、药物缓控释、组织工程等领域中的应用；接着讲述生物医用高分子材料的性能及其改性；最后依据前面信息，总结关系规律，讲述生物医用高分子材料的设计方法。这样既保证了对该课程的系统讲解，使学生对生物医用高分子材料的基本概念、分类及应用有了初步了解，又没有因为课程过难或过多给学生造成负担。
二、教学方法的优化探讨
众所周知，大学的课堂基本上都是教师高谈阔论，学生按部就班，到了考试周就划重点，疯狂背，及格就万事大吉，但这并不是我们设计的目标结果，我们的目标是希望每一位学生都真真正正地学到知识。因此，有必要建立良好的教学方法、教学模式、教学手段。教学方法是教师和学生为了实现共同的教学目标，完成共同的教学任务，在教学过程中运用的方式与手段的总称。包括教师教的方法（教授法）和学生学的方法（学习方法）两大方面，是教授方法与学习方法的统一。教授法必须依据学习法，否则便会因缺乏针对性和可行性而不能有效地达到预期的目的。但由于教师在教学过程中处于主导地位，所以在教法与学法中，教法处于主导地位。在课堂上应使用多媒体与板书相结合的教学方法。多媒体教学可具体、直观、生动地表达抽象的现象，促进学生对知识的理解、吸收。比如，制作材料合成、加工、性能表征及应用的视频，打破传统的“说―听”教学模式。新的方法是积极鼓励引导学生参与到课堂中来，激发学生学习的积极性，努力让学生主动学，让学习效率更高。材料包括材料的组成、材料的性能、材料的使用，三者之间环环相扣，抓住了这一点就能很好的让同学们更好地理解一种材料的产生，更能锻炼同学们的整体思维。鼓励同学们自主学习，学生在课堂的时间是非常短暂的，更多的是课余时间，老师在课堂上提出几个探讨性的问题，鼓励同学们成立小组相互讨论，引导同学们上网查询资料，到图书馆资料室查资料，增加自己的眼见，丰富知识。使同学们在课堂学的知识能理论联系实际，学以致用。在课堂上讲到一种材料，如硅胶，可以作为隆胸的材料等。通过具体实际的例证说明此种材料的用途，加深同学们的理解。在课堂上让同学们认真地做笔记，在做笔记的同时也加深了理解，同时也能让同学们更加深入的思考。同时在教学过程中，应开展互动式教学，促进教师、学生之间的紧密沟通交流。作者在课堂上采取提问、讨论与学生上讲台相结合的教学方法，增加了教与学双方的主动性，取得了较好的效果。比如在讲述生物医用高分子材料相容性与安全性知识点时，在课前教师可先提出问题：补牙时使用劣质材料，则会导致牙齿发炎、疼痛，分析其原因、阐述理由。让学生通过预习和查阅资料独立思考，得出自己的结论。下次上课时，可让学生先就自己的结论相互讨论，教师进行纠正或补充。这样既促使学生进行了课前预习，也提高了学生的自学能力。
三、结语
以上就是我们对生物医用高分子材料课程教学内容、教学方法的探索和改革，改革的目的是让同学们更好地理解学习知识，让学习的效率更高。更好地培养专业基础知识稳扎、具有创新性思维的优秀专业人才，而达到这一目的，无疑改革和创新才是动力源泉与保证。
参考文献：
[1]喻湘华，鄢国平，李亮，郭庆忠，杜飞鹏，郭俊芳，张桥.材料化学专业生物医用高分子课程教学探索[J].教改论坛，2012，26（1）：58-59.
随着人类文明的进步与社会经济生活的发展，能源危机、人类重大疾病相关问题、环境问题等一系列对全球造成影响的科学技术问题的出现使得化学学科、特别是高分子学科成为所有学科的中心学科。例如，基于共轭聚合物半导体材料的有机发光二极管、场效应晶体管和聚合物太阳电池等最新的科研成果将成为未来社会生活中主要的半导体元器件；高分子药物的出现将能够很大程度上对药物释放、药物靶向性等方面进行控制而不需要增加更多的临床药物试验；生物医用高分子在改善人类生活质量方面更是意义非凡。而各种塑料、纤维、橡胶、涂料、粘合剂等高分子材料更是关系到人们衣、食、住、行的方方面面。可以说，现代人的生活已经离不开高分子化学和高分子材料。因此，对高分子科学的研究越来越受到国内外学者的关注。高分子科学的诞生源于高分子合成化学，其基本概念源自于有机化学、物理化学等化学、材料学科，这种情况导致我国现有的高分子科学领域从业人员来源多样。其中，从本科阶段即接受高分子化学教育的比例依然很低，很多从事高分子材料、高分子化学、高分子物理、高分子工程等领域研究的人员本科主修为无机化学、物理化学、有机化学、材料学等专业。一定程度上，这些研究人员存在对高分子化学体系缺乏系统认知的可能。在我国高等学校进行高分子化学教学教育活动，是提高我国现有的高分子科学领域的从业人员基本素养与技能、促进我国高分子科学发展、壮大的重要途径。近年来，高等学校为主导的国家级或省级“协同创新中心”的设置，使我国高等学校进入新一轮的由教学型（教学科研型）大学向科研型大学转变的历程中。为快速实现这种转变，培养高层次、研究型的高分子科学领域人才愈发显得必要和重要。目前，主要的国际学术会议、顶级国际学术期刊均以英语为主。
通过学术会议、、论文检索等在这些国际知名的学术舞台上进行高分子方面学术活动与信息交流，观察国际高分子学科的发展动向，无疑是我国高分子学科跟进国际学术发展步伐和超越世界学术水平的基本条件。为此，我们必须建立培养能够熟练使用英语进行高分子化学相关学科听、说、读、写应用的国际性专业人才的教育体制和培养机制，强化我国高分子方面的科技队伍建设。换言之，在本科阶段开展高分子化学双语教学，为培养具有国际化交流能力的研究生和高层次高分子科学从业者，对我国高分子学科的发展具有非常重要的意义。在高等学校开展高分子化学双语教学存在诸多问题亟待解决。现有的双语教学限于学生专业英语基础薄弱、高分子化学本身内容庞杂、学生在以往几乎没有任何高分子化学学习经历和基础等多方面、多层次原因导致高分子化学双语教学过程中面临如下问题：1）学生的基础参差不齐，授课对象中有部分学生在高中阶段甚至从未学过化学；2）课程的知识体系中涉及较多的有机化学、物理化学理论；3）我们选用的教材是理工兼用、教材全面但缺乏系统和针对性，而英文教材价格昂贵、内容更是纷繁复杂；4）高分子化学双语课程的目标除了教给学生基本的高分子合成化学的基本原理和方法外，还需要使学生建立起英文思维的习惯和基础概念，如何实现这个目标，也是需要我们进行探索和研究的；5）高分子化学这门课程相关无论中英文教材均在理论综合性，如何将这些貌似无用的枯燥理论加以应用，同时，在教学中从工程的角度予以描述，以彰显其重要实用性作用，需要我们加以思考；6）某些高校尚不具备同时兼顾专业知识和相应英语水平的教师，学生极少有机会接触国际交流的学术活动，缺乏感性认识，无法调动学习积极性。更多情况则是双语教学流于形式，课上、课下全汉语，单纯的授课课件是英语；或者脱离了知识传递的根本目标，语言障碍导致学生不能有效的掌握高分子化学的知识。这样，双语教学的“形”与“体”脱节，成为“两张皮”。无论哪种情况的出现，对高分子化学双语教学都会产生严重影响。另外，高分子化学双语教学的执行情况的另一重要考量指标是教学质量。特别是以科学研究和国际交流为导向时，考察双语教学的教学质量和教学效果的指标也需慎重考虑，并加以确认。在教学实践中，我们发现完善教学内容，教学方式与手段，通过激发学生学习兴趣和专业兴趣，能克服其对双语教学中英文的畏惧和排斥都有益处；制作精减的英文讲义、多媒体课件深入研制等方法和措施的实施，安排学习英文讲座视频等都有利于双语课程的讲授。
1）高分子化学双语教学的核心是知识而非形式。对于知识性的内容编排，我们的做法是做了三份相互关联的辅助教材：a）专业术语的定义和解释，并针对性的配插图，方便学生理解和记忆；b）对于课程内容去芜存菁，制作一份大约5万字的全英文简明读本，内容从高分子化学历史、命名法、聚合方法、原理、典型计算、逐步聚合和链式聚合、聚烯烃、活性聚合等内容进行覆盖，完善高分子化学知识体系，使学生从整体上把握教材的主线，掌握高分子化学概念、分子量概念、各种聚合方法、聚合反应原理、高分子材料分类与理化特性等；c）收集经典英文文献14篇。此外，对于上述内容另配置各一份讲义，辅助阅读。这样做的目的包括：简明读本覆盖了经典教材核心内容并包含教材内容总体的80%，重复利用教学和课余时间，让全部学生尽可能的掌握这部分分内容而不是试图让学生学100%的内容，但只是掌握更低比例———当然，对于学有余力的同学，鼓励其在教师辅助下，完成全部教学内容的掌握。
2）在教学方法上做出努力，采用高分子理论框架、线索教学法；讲薄到讲厚教学法；关键词教学法；避免按章节步步为营的方法等。例如，理论框架、线索教学法的执行发方法是，每次课都用5分钟左右，把课程内容以简短的内容说明，并指出其与其他章节内容之间的关联性，让学生能更好的把握课程脉络。“讲薄到讲厚”是指，每学期开学以两次课分别用中文和英文分别解释全部简明教程相关讲义，让学生一开始就熟悉全部内容的关键处，这样，其阅读辅助材料和课堂学习思路更明确清晰，真正能明白课程“精要80%”的含义。“关键词教学法”是指在厘清脉络框架的基础上，对辅助教材中文献部分涉及的理论相关关键词，集中突破，让学生能理论和实践两方面都获得提高。
3）利用视频和录像内容辅助教学。制作教学录音和录像，给学生共享，让学生课下可以继续观摩课堂内容，培养其听和说的能力。不断构建新的新的本科双语教育模式，使本科生能从双语教学过程中分享课程教育国际化的机会，从中受益，并获得在其他场所不能获得的实践和能力锻炼，从而提高整体素质、创新意识及综合能力。安排学生参加国际学术会议，到场听取英语母语国家的专家汇报，同时录制会议报告录像和录音。
4）组织学生检索高分子化学基础理论相关英文文献、制作课件，并互相评阅，提升学生使用英文交流的能力。从科研的角度让学生体会双语教学“重点在读懂、其次在会写，然后是能听懂和能说”的含义。
5）对于课堂教学效果的考察采用按照学习内容分段考核，并以英文形式呈现。例如，逐步聚合及其原理和聚酯、聚酰胺放在一起考核；自由基聚合物及其原理和实施方法一起考核；工程塑料、天然产物、环境污染和降解与稳定化放在一起考核等。这样的做法，让授课内容的排列更加紧凑，也让学生更好的把握知识点的相关性。
6）强调背景预备知识积累，强化双语教学对其他相关化学课程的关联性，培养学生专业英语综合素养，以期对学生阅读英文文献、其他相关英文课程教科书有所裨益。上述的教学思想和教学新方法的采用虽然在一定程度上大幅度增加了教师备课、授课工作量，但是从全局的角度看，能通过高分子化学单独一门功课的教授，培养学生对专业英语的掌握，甚至到一定时间，可以接受全英文教学。在实施两年后，我们大体有以下一些感受。1）教与学双方的主动性都被调动起来，让教学过程变得更丰富；教师自编教学讲义，必然会更加熟悉，更加明白其意义，在讲授过程中，看到自己的成果被学生接受，会更加有热情。2）国际会议现场交流，前言文献和研究内容引入课堂等显著增加了学生对英文感性认识，增加其学习热情，更有利于双语教学的实施。3）全局教学、富有线索和逻辑的分段教学、合理的考核内容安排让学生能更好的认识到自己学习的不足，避免学生到了期末才开始突击学习的压力和无奈，把问题发现在平时。通过阶段考核，让教师能合理的调节讲授的节奏。4）课外文献调研和互评报告能提供学生自主学习的灵活空间，让学生能主动的进行自我培养，有利于独立学习能力的提高。总之,在过去几年的高分子化学双语教学中，我们通过合理的教学改革措施的使用，提高教学质量和教学效果，为将来这些接受良好英语授课培养的学生进入科研岗位，从事研究生学习打下良好的基础。当然，这些方法也有继续改进的空间，我们也将继续进行深入研究与探索，总结经验，探索培养具有创新意识和创造能力的高分子科学人才的新思路和新方法。
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职业学校的化学教学是为了提高学生的化学素质，为其他专业课程的学习打好基础。在教学中不能仅关心提高课程内容的理论水平，和化学学科知识技能的传授，更重要是培养学生化学的综合素质和创新意识，最终达到提高综合国力的目的。特别是目前化学与社会、化学与材料、化学与能源、化学与环境、化学与生命科学等的关系越来越密切。社会、生活、生产、科学技术的创新对化学的需要也越来越大。因此原来的职业学校的化学教学模式，已落后于化学的发展。本文对职业学校的化学教学的新模式做些粗浅的探讨。
一、化学教学模式的构建原则
在教学模式在构建过程中应该遵循下面的原则：
1．基础性原则。
职业学校的化学课程是其他专用课程的基础，决定了化学教学是一种基础性的课程，从构建教学模式上来说，主要以化学基本知识的普及为框架渗透有关化学与社会的内容。
2．社会价值原则。
职业学校的学生毕业就是社会的高素质的劳动者，所以在教学模式上“化学与社会”内容十分广泛，作为新的教学模式上应全程体现教学的社会价值。
3．实践性原则。
化学是门实践性比较强的课程，在教学模式构建中，要重视实验环节，使学生既掌握化学实验技术，又培养学生独立工作能力和科学研究与创新能力等，达到理论与实践的统一。
4．发展性原则。
由于新材料、新技术、新能源、环境等方面是知识不断出现，所以在教学模式上要体现现代课程意识，要不断将动态的具有较高价值的新成果引入教学过程。在教学模式上要不断改革。
二、化学教学新模式的类型
遵循上述原则，我们在课改实践中总结出以下基本教学模式
1．主题型教学模式。
“化学—人类进步的关键”这个是化学新课程的总主题，在整个化学教学过程中应该尽可能体现这一主题。在实际教学中我们根据知识体系的结构采取不同的分主题来实施教学。氮族元素结合生物圈中氮的循环，联系农业生产的氮肥，以氮肥为主题；化学反应与能量、原电池原理以开发新能源为主题；硅和硅酸盐工业、金属和合成材料以材料为主题；如糖类、蛋白质、油脂可以人类重要的营养物质为主题；烃以石油化工为主题。
主体型教学模式可以使学生认识到自己所学内容的社会价值及其实用性，有利于学生学习兴趣的激发和保持。
2．用途联系型模式。
在元素化合物教学中应该将现代最新的有价值的有关元素化合物用途纳入教学之中。如在卤素学习时，可联系海水化学资源的开发、利用和饮水与消毒化学；在学习NO的性质时，可联系医学新成就，介绍NO对人体某些疾病的治疗作用，然后提出问题：为什么大量NO吸入人体有害，而少量的NO吸入却能治疗某些疾病？在硅和硅酸盐学习时，可联系新型无机高分子材料等；在学习有机高分子材料时，可联系智能高分子材料、导点高分子材料、医用高分子材料、可降解高分子材料、高吸水性高分子材料等。
用途联系型模式使学生理解学习化学的重要性，激发学生学好化学的社会责任感。
3．情境渗透型模式。
对某些与中学基础知识有密切关系的新的应用型成果可采取情境渗透型模式。例如，进行晶体类型与性质学习时，可以设定情境：将晶体缺陷对晶体生长、晶体的力学性能、电学性能、磁学性能和光学性能等有重要影响，如许多过渡金属氧化物中的价态可以变化并形成非整比化合物，从而使晶体具有特意色彩等光学性质，甚至具有半导性或超导性。讨论具有NaCl型结构的NiO晶体发生晶体缺陷形成的非整比化合物NiXO的结构特征等。
情境渗透型模式，增加了学生学习的亲和力，促进了知识间的联系，培养学生创新意识和创新能力。
4．实验探究式模式。
化学是以实验探究为基本特征的，因此，化学教学也应体现这一特征，并将其作为化学教学的主模式。探究的内容有物质的组成、结构、性质、变化规律以及物质的实用性等。在教学中，可把一些演示实验改为边讲边实验，将验证性实验改为探索性实验。如：联系生物实验“空气中SO2含量的测定”，可让学生联系化学知识设计反应原理，根据具体操作，提出问题：为什么抽拉活塞时不能过快也不能过慢？设计“HCO3－结合H＋容易还是CO32－结合H＋容易”等探索性实验。
实验探究式模式，发挥学生的积极性和主动性，激发学生的求知欲，进而引导学生去探索化学知识的价值活动。
5．调查研究型模式。
对于某些与社会联系紧密的、具有开放性的问题可采用“调查研究型”策略。如：调查食品添加剂的用途、种类；调查合成洗涤剂的成分、性能、种类、价格；调查各种电源的组成、性能、价格、使用寿命等；调查工业污染的现状并提出合理的建议等。
调查研究型模式，通过接触社会、接触生活的方式，进一步使学生认识到化学在社会生活中的应用。
6．专题探究型模式。
化学与能源、材料、环境、人体健康、军事等社会问题领域有着密切的联系，教学中，可以将上述领域内容作为专题组织学生进行交流讨论。教师和学生可以通过查阅图书资料、上网进行充分的讨论前准备。
专题探究型模式，既拓宽了学生对化学的视野，又培养了学生多渠道获取信息的能力，同时也很好的体现了教学的民主性。
综上所述，面对知识经济的挑战，联系当前社会发展的实际，是构建化学教学模式一种科学方法。职业学校里的化学教育，无论是从理论还是从实践的角度来看，都是一个大型的系统工程。在教学中应该根据教学内容的不同合理的选择不同的教学模式。
关键词：纳米材料 生物医学 应用
1应用于生物医学中的纳米材料的主要类型及其特性
1.1纳米碳材料
纳米碳材料主要包括碳纳米管、气相生长碳纤维也称为纳米碳纤维、类金刚石碳等。
碳纳米管有独特的孔状结构［1］，利用这一结构特性，将药物储存在碳纳米管中并通过一定的机制激发药物的释放，使可控药物变为现实。此外，碳纳米管还可用于复合材料的增强剂、电子探针（如观察蛋白质结构的afm探针等）或显示针尖和场发射。纳米碳纤维通常是以过渡金属fe、co、ni及其合金为催化剂，以低碳烃类化合物为碳源，氢气为载体，在873 k～1473 k的温度下生成，具有超常特性和良好的生物相溶性，在医学领域中有广泛的应用前景。类金刚石碳（简称dlc）是一种具有大量金刚石结构c—c键的碳氢聚合物，可以通过等离子体或离子束技术沉积在物体的表面形成纳米结构的薄膜，具有优秀的生物相溶性，尤其是血液相溶性。资料报道，与其他材料相比，类金刚石碳表面对纤维蛋白原的吸附程度降低，对白蛋白的吸附增强，血管内膜增生减少，因而类金刚石碳薄膜在心血管临床医学方面有重要的应用价值。
1.2纳米高分子材料
纳米高分子材料，也称高分子纳米微粒或高分子超微粒，粒径尺度在1 nm～1000 nm范围。这种粒子具有胶体性、稳定性和优异的吸附性能，可用于药物、基因传递和药物控释载体，以及免疫分析、介入性诊疗等方面。
1.3纳米复合材料
目前，研究和开发无机—无机、有机—无机、有机—有机及生物活性—非生物活性的纳米结构复合材料是获得性能优异的新一代功能复合材料的新途径，并逐步向智能化方向发展，在光、热、磁、力、声［2］等方面具有奇异的特性，因而在组织修复和移植等许多方面具有广阔的应用前景。国外已制备出纳米zro2增韧的氧化铝复合材料，用这种材料制成的人工髋骨和膝盖植入物的寿命可达30年之久［3］。研究表明，纳米羟基磷灰石胶原材料也是一种构建组织工程骨较好的支架材料［4］。此外，纳米羟基磷灰石粒子制成纳米抗癌药，还可杀死癌细胞，有效抑制肿瘤生长，而对正常细胞组织丝毫无损，这一研究成果引起国际的关注。北京医科大学等权威机构通过生物学试验证明，这种粒子可杀死人的肺癌、肝癌、食道癌等多种肿瘤细胞。
此外，在临床医学中，具有较高应用价值的还有纳米陶瓷材料，微乳液等等。
2纳米材料在生物医学应用中的前景
2.1用纳米材料进行细胞分离
利用纳米复合体性能稳定，一般不与胶体溶液和生物溶液反应的特性进行细胞分离在医疗临床诊断上有广阔的应用前景。20世纪80年代后，人们便将纳米sio2包覆粒子均匀分散到含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液中，使所需要的细胞很快分离出来。目前，生物芯片材料已成功运用于单细胞分离、基因突变分析、基因扩增与免疫分析（如在癌症等临床诊断中作为细胞内部信号的传感器［5］）。伦敦的儿科医院、挪威工科大学和美国喷气推进研究所利用纳米磁性粒子成功地进行了人体骨骼液中癌细胞的分离来治疗病患者［6］。美国科学家正在研究用这种技术在肿瘤早期的血液中检查癌细胞，实现癌症的早期诊断和治疗。
2.2用纳米材料进行细胞内部染色
比利时的de mey博士等人利用乙醚的黄磷饱和溶液、抗坏血酸或柠檬酸钠把金从氯化金酸（haucl4）水溶液中还原出来形成金纳米粒子，（粒径的尺寸范围是3 nm～40 nm），将金纳米粒子与预先精制的抗体或单克隆抗体混合，利用不同抗体对细胞和骨骼内组织的敏感程度和亲和力的差异，选择抗体种类，制成多种金纳米粒子—抗体复合物。借助复合粒子分别与细胞内各种器官和骨骼系统结合而形成的复合物，在白光或单色光照射下呈现某种特征颜色（如10 nm的金粒子在光学显微镜下呈红色），从而给各种组织“贴上”了不同颜色的标签，为提高细胞内组织分辨率提供了各种急需的染色技术。
2.3纳米材料在医药方面的应用
2.3.1纳米粒子用作药物载体
一般来说，血液中红血球的大小为6000 nm～9000 nm，一般细菌的长度为2000 nm～3000 nm［7］，引起人体发病的病毒尺寸为80 nm～100 nm，而纳米包覆体尺寸约30 nm［8］，细胞尺寸更大，因而可利用纳米微粒制成特殊药物载体或新型抗体进行局部的定向治疗等。专利和文献资料的统计分析表明，作为药物载体的材料主要有金属纳米颗粒、无机非金属纳米颗粒、生物降解性高分子纳米颗粒和生物活性纳米颗粒。
磁性纳米颗粒作为药物载体，在外磁场的引导下集中于病患部位，进行定位病变治疗，利于提高药效，减少副作用。如采用金纳米颗粒制成金溶液，接上抗原或抗体，就能进行免疫学的间接凝聚实验，用于快速诊断［9］。生物降解性高分子纳米材料作为药物载体还可以植入到人体的某些特定组织部位，如子宫、阴道、口（颊、舌、齿）、上下呼吸道（鼻、肺）、以及眼、耳等［10］。这种给药方式避免了药物直接被消化系统和肝脏分解而代谢掉，并防止药物对全身的作用。如美国麻省理工学院的科学家已研制成以用生物降解性聚乳酸（pla）制的微芯片为基础，能长时间配选精确剂量药物的药物投送系统，并已被批准用于人体。近年来生物可降解性高分子纳米粒子（nps）在基因治疗中的dna载体以及半衰期较短的大分子药物如蛋白质、多肽、基因等活性物质的口服释放载体方面具有广阔的应用前景。药物纳米载体技术将给恶性肿瘤、糖尿病和老年痴呆症的治疗带来变革。
2.3.2纳米抗菌药及创伤敷料
ag+可使细胞膜上蛋白失去活性从而杀死细菌，添加纳米银粒子制成的医用敷料对诸如黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿浓杆菌等临床常见的40余种外科感染细菌有较好抑制作用。
2.3.3智能—靶向药物
在超临界高压下细胞会“变软”，而纳米生化材料微小易渗透，使医药家能改变细胞基因，因而纳米生化材料最有前景的应用是基因药物的开发。德国柏林医疗中心将铁氧体纳米粒子用葡萄糖分子包裹，在水中溶解后注入肿瘤部位，使癌细胞部位完全被磁场封闭，通电加热时温度达到47℃，慢慢杀死癌细胞。这种方法已在老鼠身上进行的实验中获得了初步成功［11］。美国密歇根大学正在研制一种仅20 nm的微型智能炸弹，能够通过识别癌细胞化学特征攻击癌细胞，甚至可钻入单个细胞内将它炸毁。
2.4纳米材料用于介入性诊疗
日本科学家利用纳米材料，开发出一种可测人或动物体内物质的新技术。科研人员使用的是一种纳米级微粒子，它可以同人或动物体内的物质反应产生光，研究人员用深入血管的光导纤维来检测反应所产
生的光，经光谱分析就可以了解是何种物质及其特性和状态，初步实验已成功地检测出放进溶液中的神经传达物质乙酰胆碱。利用这一技术可以辨别身体内物质的特性，可以用来检测神经传递信号物质和测量人体内的血糖值及表示身体疲劳程度的乳酸值，并有助于糖尿病的诊断和治疗。
2.5纳米材料在人体组织方面的应用
纳米材料在生物医学领域的应用相当广泛，除上面所述内容外还有如基因治疗、细胞移植、人造皮肤和血管以及实现人工移植动物器官的可能。
目前，首次提出纳米医学的科学家之一詹姆斯贝克和他的同事已研制出一种树形分子的多聚物作为dna导入细胞的有效载体，在大鼠实验中已取得初步成效，为基因治疗提供了一种更微观的新思路。
纳米生物学的设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。纳米机器人是纳米生物学中最具有诱惑力的内容，第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体，这种纳米机器人可注入人体血管内，进行健康检查和疾病治疗（疏通脑血管中的血栓，清除心脏脂肪沉积物，吞噬病菌，杀死癌细胞，监视体内的病变等）［12］；还可以用来进行人体器官的修复工作，比如作整容手术、从基因中除去有害的dna，或把正常的dna安装在基因中，使机体正常运行或使引起癌症的dna突变发生逆转从而延长人的寿命。将由硅晶片制成的存储器（rom）微型设备植入大脑中，与神经通路相连，可用以治疗帕金森氏症或其他神经性疾病。第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置，可以用其吞噬病毒，杀死癌细胞。第三代纳米机器人将包含有纳米计算机，是一种可以进行人机对话的装置。这种纳米机器人一旦问世将彻底改变人类的劳动和生活方式。
瑞典正在用多层聚合物和黄金制成医用微型机器人，目前实验已进入能让机器人捡起和移动肉眼看不见的玻璃珠的阶段［13］。
纳米材料所展示出的优异性能预示着它在生物医学工程领域，尤其在组织工程支架、人工器官材料、介入性诊疗器械、控制释放药物载体、血液净化、生物大分子分离等众多方面具有广泛的和诱人的应用前景。随着纳米技术在医学领域中的应用，临床医疗将变得节奏更快，效率更高，诊断检查更准确，治疗更有效。
参考文献
［1］philippe p，nang z l et al.science，1999，283:1513
［2］孙晓丽等.材料科学与工艺，2002，（4）：436-441
［3］赖高惠编译.化工新型材料，2002，（5）：40
［4］苗宗宁等.实用临床医药杂志，2003，（3）：212-214
［5］崔大祥等.中国科学学院院刊，2003，（1）：20-24
［6］顾宁，付德刚等.纳米技术与应用.北京：人民邮电出版社，2002：131-133
［7］胥保华等.生物医学工程学杂志，2004，（2）：333-336
［8］张立德，牟季美.纳米材料和结构.北京：科学出版社，2001：510
［9］刘新云.安徽化工，2002，（5）：27-29
［10］姚康德，成国祥.智能材料.北京：化学工业出版社，2002：71
［11］李沐纯等.中国现代医学杂志，2003，13：140-141
关键词：纳米材料生物医学应用
1应用于生物医学中的纳米材料的主要类型及其特性
1.1纳米碳材料
纳米碳材料主要包括碳纳米管、气相生长碳纤维也称为纳米碳纤维、类金刚石碳等。
碳纳米管有独特的孔状结构［1］，利用这一结构特性，将药物储存在碳纳米管中并通过一定的机制激发药物的释放，使可控药物变为现实。此外，碳纳米管还可用于复合材料的增强剂、电子探针（如观察蛋白质结构的AFM探针等）或显示针尖和场发射。纳米碳纤维通常是以过渡金属Fe、Co、Ni及其合金为催化剂，以低碳烃类化合物为碳源，氢气为载体，在873K～1473K的温度下生成，具有超常特性和良好的生物相溶性，在医学领域中有广泛的应用前景。类金刚石碳（简称DLC）是一种具有大量金刚石结构C—C键的碳氢聚合物，可以通过等离子体或离子束技术沉积在物体的表面形成纳米结构的薄膜，具有优秀的生物相溶性，尤其是血液相溶性。资料报道，与其他材料相比，类金刚石碳表面对纤维蛋白原的吸附程度降低，对白蛋白的吸附增强，血管内膜增生减少，因而类金刚石碳薄膜在心血管临床医学方面有重要的应用价值。
1.2纳米高分子材料
纳米高分子材料，也称高分子纳米微粒或高分子超微粒，粒径尺度在1nm～1000nm范围。这种粒子具有胶体性、稳定性和优异的吸附性能，可用于药物、基因传递和药物控释载体，以及免疫分析、介入性诊疗等方面。
1.3纳米复合材料
目前，研究和开发无机—无机、有机—无机、有机—有机及生物活性—非生物活性的纳米结构复合材料是获得性能优异的新一代功能复合材料的新途径，并逐步向智能化方向发展，在光、热、磁、力、声［2］等方面具有奇异的特性，因而在组织修复和移植等许多方面具有广阔的应用前景。国外已制备出纳米ZrO2增韧的氧化铝复合材料，用这种材料制成的人工髋骨和膝盖植入物的寿命可达30年之久［3］。研究表明，纳米羟基磷灰石胶原材料也是一种构建组织工程骨较好的支架材料［4］。此外，纳米羟基磷灰石粒子制成纳米抗癌药，还可杀死癌细胞，有效抑制肿瘤生长，而对正常细胞组织丝毫无损，这一研究成果引起国际的关注。北京医科大学等权威机构通过生物学试验证明，这种粒子可杀死人的肺癌、肝癌、食道癌等多种肿瘤细胞。
此外，在临床医学中，具有较高应用价值的还有纳米陶瓷材料，微乳液等等。
2纳米材料在生物医学应用中的前景
2.1用纳米材料进行细胞分离
利用纳米复合体性能稳定，一般不与胶体溶液和生物溶液反应的特性进行细胞分离在医疗临床诊断上有广阔的应用前景。20世纪80年代后，人们便将纳米SiO2包覆粒子均匀分散到含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液中，使所需要的细胞很快分离出来。目前，生物芯片材料已成功运用于单细胞分离、基因突变分析、基因扩增与免疫分析（如在癌症等临床诊断中作为细胞内部信号的传感器［5］）。伦敦的儿科医院、挪威工科大学和美国喷气推进研究所利用纳米磁性粒子成功地进行了人体骨骼液中癌细胞的分离来治疗病患者［6］。美国科学家正在研究用这种技术在肿瘤早期的血液中检查癌细胞，实现癌症的早期诊断和治疗。
2.2用纳米材料进行细胞内部染色
比利时的DeMey博士等人利用乙醚的黄磷饱和溶液、抗坏血酸或柠檬酸钠把金从氯化金酸（HAuCl4）水溶液中还原出来形成金纳米粒子，（粒径的尺寸范围是3nm～40nm），将金纳米粒子与预先精制的抗体或单克隆抗体混合，利用不同抗体对细胞和骨骼内组织的敏感程度和亲和力的差异，选择抗体种类，制成多种金纳米粒子—抗体复合物。借助复合粒子分别与细胞内各种器官和骨骼系统结合而形成的复合物，在白光或单色光照射下呈现某种特征颜色（如10nm的金粒子在光学显微镜下呈红色），从而给各种组织“贴上”了不同颜色的标签，为提高细胞内组织分辨率提供了各种急需的染色技术。
2.3纳米材料在医药方面的应用
2.3.1纳米粒子用作药物载体
一般来说，血液中红血球的大小为6000nm～9000nm，一般细菌的长度为2000nm～3000nm［7］，引起人体发病的病毒尺寸为80nm～100nm，而纳米包覆体尺寸约30nm［8］，细胞尺寸更大，因而可利用纳米微粒制成特殊药物载体或新型抗体进行局部的定向治疗等。专利和文献资料的统计分析表明，作为药物载体的材料主要有金属纳米颗粒、无机非金属纳米颗粒、生物降解性高分子纳米颗粒和生物活性纳米颗粒。
磁性纳米颗粒作为药物载体，在外磁场的引导下集中于病患部位，进行定位病变治疗，利于提高药效，减少副作用。如采用金纳米颗粒制成金溶液，接上抗原或抗体，就能进行免疫学的间接凝聚实验，用于快速诊断［9］。生物降解性高分子纳米材料作为药物载体还可以植入到人体的某些特定组织部位，如子宫、阴道、口（颊、舌、齿）、上下呼吸道（鼻、肺）、以及眼、耳等［10］。这种给药方式避免了药物直接被消化系统和肝脏分解而代谢掉，并防止药物对全身的作用。如美国麻省理工学院的科学家已研制成以用生物降解性聚乳酸（PLA）制的微芯片为基础，能长时间配选精确剂量药物的药物投送系统，并已被批准用于人体。近年来生物可降解性高分子纳米粒子（NPs）在基因治疗中的DNA载体以及半衰期较短的大分子药物如蛋白质、多肽、基因等活性物质的口服释放载体方面具有广阔的应用前景。药物纳米载体技术将给恶性肿瘤、糖尿病和老年痴呆症的治疗带来变革。
2.3.2纳米抗菌药及创伤敷料
Ag+可使细胞膜上蛋白失去活性从而杀死细菌，添加纳米银粒子制成的医用敷料对诸如黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿浓杆菌等临床常见的40余种外科感染细菌有较好抑制作用。
2.3.3智能—靶向药物
在超临界高压下细胞会“变软”，而纳米生化材料微小易渗透，使医药家能改变细胞基因，因而纳米生化材料最有前景的应用是基因药物的开发。德国柏林医疗中心将铁氧体纳米粒子用葡萄糖分子包裹，在水中溶解后注入肿瘤部位，使癌细胞部位完全被磁场封闭，通电加热时温度达到47℃，慢慢杀死癌细胞。这种方法已在老鼠身上进行的实验中获得了初步成功［11］。美国密歇根大学正在研制一种仅20nm的微型智能炸弹，能够通过识别癌细胞化学特征攻击癌细胞，甚至可钻入单个细胞内将它炸毁。
2.4纳米材料用于介入性诊疗
日本科学家利用纳米材料，开发出一种可测人或动物体内物质的新技术。科研人员使用的是一种纳米级微粒子，它可以同人或动物体内的物质反应产生光，研究人员用深入血管的光导纤维来检测反应所产生的光，经光谱分析就可以了解是何种物质及其特性和状态，初步实验已成功地检测出放进溶液中的神经传达物质乙酰胆碱。利用这一技术可以辨别身体内物质的特性，可以用来检测神经传递信号物质和测量人体内的血糖值及表示身体疲劳程度的乳酸值，并有助于糖尿病的诊断和治疗。
2.5纳米材料在人体组织方面的应用
纳米材料在生物医学领域的应用相当广泛，除上面所述内容外还有如基因治疗、细胞移植、人造皮肤和血管以及实现人工移植动物器官的可能。
目前，首次提出纳米医学的科学家之一詹姆斯贝克和他的同事已研制出一种树形分子的多聚物作为DNA导入细胞的有效载体，在大鼠实验中已取得初步成效，为基因治疗提供了一种更微观的新思路。
纳米碳材料主要包括碳纳米管、气相生长碳纤维也称为纳米碳纤维、类金刚石碳等。
碳纳米管有独特的孔状结构［1］，利用这一结构特性，将药物储存在碳纳米管中并通过一定的机制激发药物的释放，使可控药物变为现实。此外，碳纳米管还可用于复合材料的增强剂、电子探针（如观察蛋白质结构的AFM探针等）或显示针尖和场发射。纳米碳纤维通常是以过渡金属Fe、Co、Ni及其合金为催化剂，以低碳烃类化合物为碳源，氢气为载体，在873K～1473K的温度下生成，具有超常特性和良好的生物相溶性，在医学领域中有广泛的应用前景。类金刚石碳（简称DLC）是一种具有大量金刚石结构C—C键的碳氢聚合物，可以通过等离子体或离子束技术沉积在物体的表面形成纳米结构的薄膜，具有优秀的生物相溶性，尤其是血液相溶性。资料报道，与其他材料相比，类金刚石碳表面对纤维蛋白原的吸附程度降低，对白蛋白的吸附增强，血管内膜增生减少，因而类金刚石碳薄膜在心血管临床医学方面有重要的应用价值。
1.2纳米高分子材料
纳米高分子材料，也称高分子纳米微粒或高分子超微粒，粒径尺度在1nm～1000nm范围。这种粒子具有胶体性、稳定性和优异的吸附性能，可用于药物、基因传递和药物控释载体，以及免疫分析、介入性诊疗等方面。
1.3纳米复合材料
目前，研究和开发无机—无机、有机—无机、有机—有机及生物活性—非生物活性的纳米结构复合材料是获得性能优异的新一代功能复合材料的新途径，并逐步向智能化方向发展，在光、热、磁、力、声［2］等方面具有奇异的特性，因而在组织修复和移植等许多方面具有广阔的应用前景。国外已制备出纳米ZrO2增韧的氧化铝复合材料，用这种材料制成的人工髋骨和膝盖植入物的寿命可达30年之久［3］。研究表明，纳米羟基磷灰石胶原材料也是一种构建组织工程骨较好的支架材料［4］。此外，纳米羟基磷灰石粒子制成纳米抗癌药，还可杀死癌细胞，有效抑制肿瘤生长，而对正常细胞组织丝毫无损，这一研究成果引起国际的关注。北京医科大学等权威机构通过生物学试验证明，这种粒子可杀死人的肺癌、肝癌、食道癌等多种肿瘤细胞。
此外，在临床医学中，具有较高应用价值的还有纳米陶瓷材料，微乳液等等。
2纳米材料在生物医学应用中的前景
2.1用纳米材料进行细胞分离
利用纳米复合体性能稳定，一般不与胶体溶液和生物溶液反应的特性进行细胞分离在医疗临床诊断上有广阔的应用前景。20世纪80年代后，人们便将纳米SiO2包覆粒子均匀分散到含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液中，使所需要的细胞很快分离出来。目前，生物芯片材料已成功运用于单细胞分离、基因突变分析、基因扩增与免疫分析（如在癌症等临床诊断中作为细胞内部信号的传感器［5］）。伦敦的儿科医院、挪威工科大学和美国喷气推进研究所利用纳米磁性粒子成功地进行了人体骨骼液中癌细胞的分离来治疗病患者［6］。美国科学家正在研究用这种技术在肿瘤早期的血液中检查癌细胞，实现癌症的早期诊断和治疗。
2.2用纳米材料进行细胞内部染色
比利时的DeMey博士等人利用乙醚的黄磷饱和溶液、抗坏血酸或柠檬酸钠把金从氯化金酸（HAuCl4）水溶液中还原出来形成金纳米粒子，（粒径的尺寸范围是3nm～40nm），将金纳米粒子与预先精制的抗体或单克隆抗体混合，利用不同抗体对细胞和骨骼内组织的敏感程度和亲和力的差异，选择抗体种类，制成多种金纳米粒子—抗体复合物。借助复合粒子分别与细胞内各种器官和骨骼系统结合而形成的复合物，在白光或单色光照射下呈现某种特征颜色（如10nm的金粒子在光学显微镜下呈红色），从而给各种组织“贴上”了不同颜色的标签，为提高细胞内组织分辨率提供了各种急需的染色技术。
2.3纳米材料在医药方面的应用
2.3.1纳米粒子用作药物载体
一般来说，血液中红血球的大小为6000nm～9000nm，一般细菌的长度为2000nm～3000nm［7］，引起人体发病的病毒尺寸为80nm～100nm，而纳米包覆体尺寸约30nm［8］，细胞尺寸更大，因而可利用纳米微粒制成特殊药物载体或新型抗体进行局部的定向治疗等。专利和文献资料的统计分析表明，作为药物载体的材料主要有金属纳米颗粒、无机非金属纳米颗粒、生物降解性高分子纳米颗粒和生物活性纳米颗粒。
磁性纳米颗粒作为药物载体，在外磁场的引导下集中于病患部位，进行定位病变治疗，利于提高药效，减少副作用。如采用金纳米颗粒制成金溶液，接上抗原或抗体，就能进行免疫学的间接凝聚实验，用于快速诊断［9］。生物降解性高分子纳米材料作为药物载体还可以植入到人体的某些特定组织部位，如子宫、阴道、口（颊、舌、齿）、上下呼吸道（鼻、肺）、以及眼、耳等［10］。这种给药方式避免了药物直接被消化系统和肝脏分解而代谢掉，并防止药物对全身的作用。如美国麻省理工学院的科学家已研制成以用生物降解性聚乳酸（PLA）制的微芯片为基础，能长时间配选精确剂量药物的药物投送系统，并已被批准用于人体。近年来生物可降解性高分子纳米粒子（NPs）在基因治疗中的DNA载体以及半衰期较短的大分子药物如蛋白质、多肽、基因等活性物质的口服释放载体方面具有广阔的应用前景。药物纳米载体技术将给恶性肿瘤、糖尿病和老年痴呆症的治疗带来变革。
2.3.2纳米抗菌药及创伤敷料
Ag+可使细胞膜上蛋白失去活性从而杀死细菌，添加纳米银粒子制成的医用敷料对诸如黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿浓杆菌等临床常见的40余种外科感染细菌有较好抑制作用。
2.3.3智能—靶向药物
在超临界高压下细胞会“变软”，而纳米生化材料微小易渗透，使医药家能改变细胞基因，因而纳米生化材料最有前景的应用是基因药物的开发。德国柏林医疗中心将铁氧体纳米粒子用葡萄糖分子包裹，在水中溶解后注入肿瘤部位，使癌细胞部位完全被磁场封闭，通电加热时温度达到47℃，慢慢杀死癌细胞。这种方法已在老鼠身上进行的实验中获得了初步成功［11］。美国密歇根大学正在研制一种仅20nm的微型智能炸弹，能够通过识别癌细胞化学特征攻击癌细胞，甚至可钻入单个细胞内将它炸毁。
2.4纳米材料用于介入性诊疗
日本科学家利用纳米材料，开发出一种可测人或动物体内物质的新技术。科研人员使用的是一种纳米级微粒子，它可以同人或动物体内的物质反应产生光，研究人员用深入血管的光导纤维来检测反应所产生的光，经光谱分析就可以了解是何种物质及其特性和状态，初步实验已成功地检测出放进溶液中的神经传达物质乙酰胆碱。利用这一技术可以辨别身体内物质的特性，可以用来检测神经传递信号物质和测量人体内的血糖值及表示身体疲劳程度的乳酸值，并有助于糖尿病的诊断和治疗。
2.5纳米材料在人体组织方面的应用
纳米材料在生物医学领域的应用相当广泛，除上面所述内容外还有如基因治疗、细胞移植、人造皮肤和血管以及实现人工移植动物器官的可能。
目前，首次提出纳米医学的科学家之一詹姆斯贝克和他的同事已研制出一种树形分子的多聚物作为DNA导入细胞的有效载体，在大鼠实验中已取得初步成效，为基因治疗提供了一种更微观的新思路。
纳米生物学的设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。纳米机器人是纳米生物学中最具有诱惑力的内容，第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体，这种纳米机器人可注入人体血管内，进行健康检查和疾病治疗（疏通脑血管中的血栓，清除心脏脂肪沉积物，吞噬病菌，杀死癌细胞，监视体内的病变等）［12］；还可以用来进行人体器官的修复工作，比如作整容手术、从基因中除去有害的DNA，或把正常的DNA安装在基因中，使机体正常运行或使引起癌症的DNA突变发生逆转从而延长人的寿命。将由硅晶片制成的存储器（ROM）微型设备植入大脑中，与神经通路相连，可用以治疗帕金森氏症或其他神经性疾病。第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置，可以用其吞噬病毒，杀死癌细胞。第三代纳米机器人将包含有纳米计算机，是一种可以进行人机对话的装置。这种纳米机器人一旦问世将彻底改变人类的劳动和生活方式。
瑞典正在用多层聚合物和黄金制成医用微型机器人，目前实验已进入能让机器人捡起和移动肉眼看不见的玻璃珠的阶段［13］。
纳米材料所展示出的优异性能预示着它在生物医学工程领域，尤其在组织工程支架、人工器官材料、介入性诊疗器械、控制释放药物载体、血液净化、生物大分子分离等众多方面具有广泛的和诱人的应用前景。随着纳米技术在医学领域中的应用，临床医疗将变得节奏更快，效率更高，诊断检查更准确，治疗更有效。
中图分类号：TB324 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）09-0174-02
1 产生背景
①起源。核磁共振（NMR）现象源于核自旋和磁场的相互作用，最先在1945年由哈佛大学的Edward Mills Purcell和斯坦福大学的Felix Bloch分别独立观测到。为此他们获得1952年诺贝尔物理学奖。在核磁共振中，有许多核自旋的相互作用，每一种都可能包含着丰富的结构和动力学信息，加上能够定量分析且对样品无损伤以及可针对特定原子的特点，使核磁共振成为一种十分理想、强大的分析手段。
②发展（从液体核磁到固体核磁）。1946年美国Varian公司研制出世界上第一台超导磁场的核磁共振谱仪（HR-200型，200MHZ，场强4.74T）。1964年后，核磁共振谱仪经历两次重大的技术革命：其一是磁场超导化；其二是脉冲傅立叶变换技术。从根本上提高了核磁共振波谱仪的灵敏度，谱仪的结构也有了很大的变化。2004年布鲁克Biospin公司推出了全球第一款用于核磁共振领域的900 MHz主动屏蔽式超导核磁共振磁体产品900US2TMmagnet，是当时最高场强的主动屏蔽式磁体产品。从20世纪70年代开始，在磁共振频谱学和计算机断层技术等基础上，又发展起一项崭新的核磁共振成像技术，在医学临床上获得巨大成功。普通核磁共振波谱仪所测样品多为液体，物质的许多性质在液态时是无法观察到的，为此固体核磁技术应运而生。现在利用固体核磁共振技术研究高分子化合物可以表征材料的分子结构进而监视反应的进度，在矿物分析、表面吸附和表面化学反应方面也具有独特的优势。
2 基本原理
由于聚集态的差异使得固体和液体的物理性质不尽相同，为固体核磁技术的实现增加了难度。下面从两个方面来简单介绍固体核磁技术的实现。
如果我们将样品分子视为一个整体，则可将固体核磁中探测到的相互作用分为样品内部的相互作用和外加环境对样品的作用。
样品内部的相互作用。主要是样品内在的电磁场在与外加电磁场相互作用时产生的多种相互作用力，这主要包括：化学环境（分子中由于内在电磁场屏蔽外磁场的强度、方向等）；分子内与分子间偶极自旋偶合相互作用，对于自旋量子数I>1/2的四极核尚存在四极作用。
外部环境对样品的作用有。由处于纵向竖直方向的外加静磁场作用于特定的核磁活性的核上产生的塞曼相互作用，核子相对映的频率为拉莫尔频率；由处于X-Y平面的振荡射频场产生的作用与待测样品的扰动磁场。
在固体核磁共振实验中首先用强的静磁场使样品中核子的能级发生分裂，能级分裂后，处于高能级与低能级的核子数目分布改变，符合波尔兹曼分布原理：处于低能级的核子数目较多而高能级的数目较少，最终产生一个沿竖直向上的净磁化矢量。
此磁化矢量在受到沿x-y平面的振荡射频磁场作用后产生扭矩最终将沿竖直方向的磁化矢量转动特定的角度。在固体核磁共振实验中，由于分子处于固体状态从而难以使体系中的偶极自旋偶合作用通过分子热运动而平均化。同时，分子间偶极自旋偶合作用相对很强，通常静态条件下观察到的核磁共振谱往往是信息被偶极自旋偶合作用掩盖下的宽线谱。在固体核磁测试中，虽然质子的自然丰度与旋磁比都比较高，但是由于体系中质子数目多，相互偶极自旋耦合强度远高于稀核，例如13C和15N等，因此在大多数情况下固体核磁采用魔角旋转技术（MAS）与交叉极化技术（CP）可得到高分辨的杂核固体核磁谱。对于1H 必须采用魔角旋转与多脉冲结合方式（CRAMPS）将质子的磁化矢量转至魔角方向方能得到高分辨质子谱。
①魔角旋转。在静态固体NMR谱中主要展现的是化学位移各向异性、偶极自旋耦合和四极相互作用的信息，这些物理作用往往展现出的是宽线谱。如果在研究中对这些信息不感兴趣，而更多关注于化学位移与J-耦合时，可通过将样品填充入转子，并使转子沿魔角方向高速旋转，即可实现谱线窄化的目的。这是因为上述作用按时间平均的哈密顿量均含有因子（1-3cos2θ），因此如果将样品沿θ=54.7°（即正方体的体对角线方向）旋转时，上述强的化学位移各向异性、偶极自旋偶合和四极相互作用被平均化，而其他相对较弱的相互作用便成为主要因素，因此有利于得到高分辨固体核磁共振谱。
②交叉极化。对于13C、15N等体系虽然通过魔角旋转技术有效地压制了同核偶极相互作用，但是这些核的旋磁比很小，自然丰度比较低，如果采用直接检测这些核的实验方法将导致整个实验过程的灵敏度非常低。为进一步提高这些核的实验灵敏度，又发展了交叉极化技术。通过该技术可将1H核的磁化矢量转移到13C或15N等杂核上，从而提高实验灵敏度。交叉极化过程的详细物理解释需要采用平均哈密顿理论，在此不做描述。
③核去偶。固体核磁共振实验中采用高功率去偶技术是为了进一步提高图谱的分辨率与灵敏度。经过高功率照射后使原来存在偶极作用的氢与杂原子之间的作用消失，这样原来所呈现的多峰就合并为一个，使得谱线的强度增加，并且使谱图的重叠减弱，有利于识谱。但是不可避免的是在此过程中由于去偶技术的采用也使得反映有关原子周围的化学环境、原子间相对距离等信息被消除。
3 应用
固体核磁技术和液体核磁技术皆脱胎自核磁共振之基础，其本质是通过分析核磁共振谱线的特征，以达到测知物质结构之目的，谓之核磁共振波谱分析。更进一步的，固体核磁于生物大分子、材料学、有机合成领域，乃至更前沿的地质勘测和人脑研究，无非是把目前高度发展的电子信息处理技术加诸核磁共振波谱的结果之上，以得出更深层次的结论。以下是固体核磁技术几个具体的应用方向。
3.1 探索物质微观结构和理化机制
核磁共振谱技术是将核磁共振现象应用于分子结构测定的一项技术。对于有机分子结构测定来说，核磁共振谱扮演了非常重要的角色，核磁共振谱与紫外光谱、红外光谱和质谱一起被有机化学家们称为“四大名谱”。核磁共振技术发展得最成熟、应用最广泛的是氢核共振。除此之外C、P等核磁共振谱亦拥有各自的优势。目前利用高分辨核磁共振谱仪测定的有机化合物的核磁共振谱图早已逾十万种，许多实验室都出版了谱图集。
利用这些已有的技术条件，对反应物或产物进行结构解析和构型确定成为可能。更深层次地，合成反应中的电荷分布及其定位效应、探讨反应机理等也可更加方便的得到探讨，并从微观上解释大分子的性质和结构的关系。最终根据动力学数据给出较确切的反应机理。
此外，利用固体核磁共振方法也可解决某些凝聚态物理范畴的晶体结构的问题，研究固体中分子的动力学和热力学性质。例如，利用固体核磁共振方法研究硅酸盐材料（如水泥、玻璃）的形成过程。
3.2 人类日常生活息息相关的方面
人类生活密切依赖于高分子材料，从睁开双眼开始，几乎所有的活动无可避免的涉及高分子材料。合成树脂、塑料、橡胶、纤维，乃至于必不可少的药物等，这些必需品的生产或多或少需要利用到固体核磁技术。
固体核磁共振技术在高分子聚合物和合成橡胶中的应用包括多元共聚物的定性和定量分析、异构体的鉴别、基团鉴别和规整性的分析等。
在药学中，固体核磁共振技术在活性药物化合物的筛选方面，凭借它极高的效率和准确性有着很大的应用前景。其中以分子为基础对活性药物的筛选是其它方法不可取代的。依靠固体核磁技术简便性、无损伤性和连续性，可以对人体之中的药物反应进行直接的观测，这对与药理学的研究有着极大的价值。
3.3 医学
医学领域是固体核磁最具价值的应用领域之一。由于人体中的大量碳水化合物，成熟的氢核磁共振成像技术以其在区分病变与正常组织的差异时表现的卓越能力格外引人注目。
核磁共振成像技术是核磁共振在医学领域的应用。人体内含有非常丰富的水，不同的组织，水的含量也各不相同，如果能够探测到这些水的分布信息，就能够绘制出一幅比较完整的人体内部结构图像。
作为少有的精确快速而又对人体无害的医学检测手段，有数据显示：全球每年有接近一亿的病例利用核磁共振成像技术进行检查。值得瞩目地，固体核磁技术在对大脑等软组织的有很强的分辨力，不仅仅能够显示有形的实体病变，而且还能够对脑、心、肝等的功能性反应进行精确的判定。
然而，固体核磁技术也面临自身的局限。作为解剖性影像诊断，固体核磁技术在一些病变方面显得捉襟见肘。同时核磁仪器的昂贵成本亦限制其应用。此外，固体核磁仪器的发热问题也是其在生物医学方面面临的挑战之一。概言之，在医学领域固体核磁技术已初显成效，但仍面临诸多挑战。
4 前景
固体核磁技术在材料学和生化机理等领域的研究为人类的生活提供了大量实际的便利，它甚至还有更具历史意义一面：人类从未停止探索生命的起源和去向，随着固体核磁技术对于人脑的研究，或许人类即将获得“智慧从何而来”的答案。利用固体核磁共振研究生物体的细微理化机制或许就是人类打开生命奥秘的钥匙。
参考文献：
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作者注：对大多数人说来，虽然听说过形状记忆合金，或者知道那种在太空中能够自动张开的网状天线是用形状记•k合金做的，但是对于形状记忆聚合物就知之甚少了。所以，对于“形状记忆效应在材料科学中是一种比较普遍的效应”的说法，可能会难以接受。一方面因为在日常生活中缺乏感性体验，另一方面则与缺少材料科学基础知识有关。
目前，有机高分子材料已经成为应用极其普遍的基本材料之一，同时它们也是石油化工企业产品中重要的一员。由于学时的限制，中学化学教材除去介绍两类基本的聚合反应外，剩下的大都属于常识类型的用途介绍。遗憾的是，在人们的印象里，“白色污染”的印象似乎超过了塑料对人类现代生活的正面作用。从而使得高分子领域蕴含的极其丰富的新技术和新用途未能充分显示，以至于丢失了激励学生探索未知及创新思维，能体现“科学技术是第一生产力”的这样一个重要平台。
通过对有记忆功能的高分子材料和电活性聚合物(见另文)的简单介绍，有助于我们形成“材料的性质和应用，同样可以通过另一个层面的组成和结构(聚合链的组成和结构；以及材料中聚合物的组成和它们之间的空间排列)来进行设计和调控”的初步认识。而这种视角的形成，应当是化学课程的基本任务之一。
文中涉及的科学技术领域，远非初等化学所能覆盖，但是具有初等物理学、生物学和医学基础知识的读者，应当能够把握住这类材料的性质和应用间的关系。其次，本文只介绍了热感应型形状记忆高分子，此外还有光感应型和化学感应型(例如通过介质的pH变化或因与某种离子的结合而导致的材料宏观结构或性能的变化)等类型，读者如果有志于探索这类材料的新的感应形式和拓宽它们的用途，多读一点书，多探索一些问题，多产生一些联想，学习兴趣和探索积极性也就能够持久不懈。有了“不会的东西是可以自己学的”的信心，培育探究性或研究性学习习惯的教育目标，才得以成为现实。
汽车外壳上的凹痕，通过局部加热，就会像压扁了的乒乓球浸泡在热水中一样，可以恢复原状；登山服的透气性可以根据环境的温度自动调节；机器中的零部件可以按照预定的程序，根据外界温度变化实现有序地自动拆卸；供药系统可以根据患者的体温或血液的酸度自动地调控药剂释放的剂量和速度；断骨外的套管可以在体温的作用下自行束紧，并能够在创伤愈合后自动化为乌有……。这些看来既像魔术又像神话的设想，通过化学家和材料科学家发明的一类新型材料――形状记忆材料，都已经逐一地变成了现实。有人把这类材料称为“智能材料”，并非过誉之词。
1形状记忆合金和形状记忆聚合物
具备形状记忆功能的材料由来已久，如形状记忆合金(SMA)，发现于20世纪30年代，经过几十年的发展，已经有了镍钛合金、铜基合金和20世纪70年代韦曼(c.M.Wayman)所开创的铁基合金等几个爪系列，并已经在工程中(如经日照后能自动张开的由钛镍合金丝编织而成的抛物面形天线，飞行器或海底输油管接头等)和医用材料中(如人工关节、脊柱矫正器和防止肺动脉栓塞症的微型筛状过滤器等)获得应用。形状记忆高聚物(sMP)在材料科学和技术领域中也已经不是陌生之物。20世纪80年代末，日本捷闻、可乐丽、旭化成和三菱重工等公司就开发出聚降冰片烯、反式1，4-聚异戊二烯和聚氨酯等形状记忆乙树脂。但是一种材料具有的某种新功能的被发现，并不意味着它―定在材料目录中占有一席之地，能否为工程技术人员所采用，往往需要经过一个或长或短时间的考验。不仅与材料的生产成本和性能的好坏有关，生产工艺的成熟与否，亦即对该功能的调控能力和该功能的抗疲劳能力(即寿命)能否达到要求，是必须反复考察与确定的重要方面，有时甚至成为起决定性作用的因素。从这里可以再次看到科学和技术的关系，以及它们着重点的差别。
2形状记忆高聚物的工作原理
有记忆功能的高聚物(规范的术语应当是“高分子形状记忆材料”)可以分为热塑性和热固性两类。二者在产生形状记忆效应时的主要机制大致相同。这类高聚物在外力作用下，可以产生大的弹性形变，并且可以方便地(如降低温度)使这种形变保持下来，但是在外加某种刺激信号(如加热)时，又可以恢复到原来的形状。这种变化过程，称为形状记忆效应。这类材料不仅具有可逆变形的能力，还同时具有保持变形和解除变形的能力。在常温下呈固态、加热后转变为热弹性态的高聚物，原则上都有可能表现出一定的形状记忆效应，所以形状记忆效应在材料科学中是一种比较普遍的效应。
不难想到，为了保持固有的形状，材料中的高分子链对于形变应当有足够的刚性；但是在适当的外力下发生形变时，却要求高分子链的局部有较高的柔性。如果希望它具有较高的形变记忆能力，在高分子链中应当有一定比率的链节具有足够的刚性，从而保持着器件整体的“拓扑不变性”，所以，刚性结构和柔性结构并存；适当的比率和整合方式，是根据所需形变记忆功能进行材料设计时首先应当考虑的问题。形状记忆材料中的刚性结构部分不仅起着保持器件内部基本结构框架的作用，而且对发生变形的柔性结构部分起着调控作用。因此，可以粗略地认为，刚性结构组分是保留“记忆”的前提；“变形”功能则主要由柔陛结构组分完成。
3变温是控制形状记忆乙高聚物的常用手段
能够满足以上条件的高聚物有两类，在常温下，一类呈玻璃态，另一类呈结晶态，但是在受热后都能转变为高弹性态。因此它们的变形控制变量都是温度。由于材料在常温下的状态不同，转变为高弹性态的过程有所不同，发生状态改变的温度或温度区间分别记为Tm(熔化温度)和Tg(玻璃化温度)。下表是已经开发出来的几种高分子形状记忆材料和它们的部分用途。
因材质不同，形状记忆合金和形状记忆高聚物各有自己的特殊用途。不过高分子材料的价格较低、可供选择的品种较多。此外，还具有如通过单体的化学修饰和聚合体的改胜比较容易实现其性能的精确调控、有些高聚物具有良好的生物相容性和/或生物降解性等优点，使得它们在医疗、电子及航天等高新技术中具有很好的发展前景。
5倍受青睐的聚氨酯树脂
在高分子形状记忆材料中，聚氨酯树脂是近年来倍受青睐的一类高聚物。聚氨酯规范的名称为聚氨基甲酸酯，是由多异氰酸酯和多元醇或芳香二胺等共聚而成的，主链上含有-HNCO-O-的重复链节。选择不同的共聚单体和不同的聚合反应过程，可以生成热塑性或热固性树脂；也可以制成多种性能的弹性体、纤维、泡沫塑料、胶粘剂和涂料。
聚氨酯的大分子是由柔性很大的长链段和刚性的短链段交替组成的嵌段共聚物，在内部组成和结构上已经具备产生形状记忆效应的基本条件。聚氨酯的物理性能优异，并且可以通过原料配方和聚合过程加以调控，比较容易实现按照所需功能进行分子和材料设计的要求。此外，这类材料还具有容易成型、容易着色，以及易于和其他材料相互粘结等优点，因此在工程技术上得到了极广泛的应用。例如聚氨酯泡沫塑料可以做成软质(开孔)、硬质(闭
孔)或自结皮泡沫塑料，分别应用于汽车制造、家具制作、建筑绝热、冰箱冷库等领域。聚氨酯纤维(氨纶)既具有纤维的基本特征，又具有类似橡胶的特性，具有耐老化、耐挠曲、耐磨、耐化学试剂和易染色等优良性能，已用于各种内衣、游泳衣、飞行服、人造皮肤、外科手术缝线等的制造。
6形状记忆高聚物用途的推陈出新
当材料的制造和性能调控的方式和方法逐渐成熟之后，如何发挥材料所固有的特殊性能以解决近代社会的生活和生产中的种种问题，是科技创新的另一个必须重视的研究方向。使形状记忆高分子材料成为一类高度智能化的材料，是目前材料科学与技术领域中的研究热点之一。德国的A.Lendlein和美国的R.Langer着重于开发聚氨酯塑料的生物降解性能，1997年创办了mnemoScience公司，研究用可生物降解的SMP制造创伤手术所需的器件以代替原有的大型器件的新方法。通过内窥镜精确地定位植入由形状记忆聚合物制成的器件，如断骨的外套管、血管的内扩管、血液的过滤网等后，在体温的作用下，都可以通过形状的恢复，达到治疗的目的。这种治疗方法，不仅可以减小放置器件时所需的外切口，而且由于器件本身在人体中可以逐步地通过降解而消失，不需要为取出器件而进行第二次手术。
日本三菱重工的一个子公司开发出一种名为Diaplex的由聚氨酯纤维制成的织物，是一种具有形状记忆功能的面料，可用于制造在环境温度较高时能够产生散热和水气通道的智能防寒服。通过加温处理，使汽车外壳、机壳和建筑物某些部件能够自动除去凹痕的形状记忆高聚物制品，也在开发之中。最为有趣的是，有人萌生了用形状记忆聚合物制造机器人四肢的想法，据信将有可能用跳跃来代替现在的机器人那种步履蹒跚的方式。
7回收电子垃圾的新思路
电子技术的飞速发展和产品的不断换代，对于社会生产水平和人民生活质量的提高都起到了极大的作用，但是随之而来的废弃电子设备和产品(简称WEEE)的回收或处理问题，即所谓的电子垃圾的问题，也已经成为环境问题中另一个难题。这是因为电子元件的原材料涉及面极广，种类繁多，其中不仅含有贵金属，同时也含有不少能够污染环境的重金属元素和有机物，加以体积较小或构造复杂的器件或零件很多，不能采用简单的机械粉碎、填埋或焚烧的处理方式。值得关注的是，目前在发达国家中这类垃圾虽然只占到城市垃圾总量的4％左右，但是它的增长速度却是其他垃圾的3倍！
如果把现在用于电子产品的许多紧固件，如螺钉、罗纹套管、夹子等改用SMP材料制造，它们将可以通过加热的方法自行脱落。配合一条依据不同温度逐一脱落的流水线，那么，在处理废弃电子设备和器件时，就可以同时实现元件、材料的自动分级和拆卸过程的自动化。这种技术称作“智能材料自动拆卸”技术(ADSM)。ADSM技术已经受到许多大型电子产品制造商的关注，摩托罗拉、诺基亚、柯达、菲利普和索尼等公司有关的研究计划都有深浅程序不同的参与。而可用于移动电话、相机、立体声系统和计算机的具有上述功能的螺丝、夹子、线圈、连杆和磁盘等的试验成功，使得人们对ADSM技术的市场前景进一步看好。尽管它的大规模使用还有待于时日，但是这种技术思想的提出体现了人们环保意识的进一步觉醒，同时也是科学技术和社会进步之间的相互促进的新理念的又一次实践。
8别开生面的凝胶态形状记忆聚合物
目前应用较多的形状记忆聚合物，还包括呈凝胶态的聚合物。例如以接枝共聚物为代表的聚丙烯酸(PAA)，由聚环氧丙烷(PPO)和聚环氧乙烷(PE0)生成的嵌段共聚物，和N-异丙基丙烯酰胺(IPAAM)等。由这类高聚物形成的水凝胶不仅在水溶液中可以发生远超过本身体积的大倍数的可逆性的溶胀，而且溶胀和反溶胀的速率对某种或某几种外界因素十分敏感。这些因素包括温度、压强、pH、离子强度、第二溶剂、光、电磁场等等。甚至可以做成对某种化学物质(如纤维素)敏感的水凝胶。
基于水凝胶的上述特性，已经开发出具有特定用途的传感系统，如药物可控缓释系统，机器人人工肌肉、光子阀、分子分离系统、电磁感应阀等等。
参考文献：
中图分类号：G642.4？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）50-0071-02
一、引言
随着高分子科学与技术的不断发展，高分子科学已渗透于各个学科与领域，形成了一个无法替代的交叉学科。对于江南大学轻化工程专业（染整方向）的本科生，要求掌握有关高分子的基本理论知识和应用技能，开设了《高分子化学与物理》课程。主要包括高分子化学和高分子物理两个部分，其中高分子化学部分侧重高分子合成的基本理论知识，高分子物理部分则侧重于高分子的结构与性能[1-3]。该课程是轻化工程专业的学科平台课之一，课程的学时数为48学时，在这样少的学时条件下，要使那些对于高分子完全陌生的学生理解并掌握高分子的基本概念与原理，合理安排授课内容和讲授方式是非常重要的。通过不断地尝试和教学实践，作者积累了一定的教学经验，取得了比较满意的教学效果。
二、课堂教学方法尝试
（一）课堂教学与专业基础课相结合
虽然高分子化学和物理的基础知识所涉及的面较广，理论性较强，但对于轻化工程专业（染整方向）的本科生来说，要求不很深，希望学生在理解基本概念和掌握基础理论的基础上能够灵活地运用，并为后续课程的学习打下坚实的基础，培养他们分析与解决实际问题的能力。例如在讲授逐步聚合反应机理和特点时，通常会介绍聚氨酯的合成，概念很抽象，难于理解。可与后续专业课《纤维化学与物理》的内容进行有效结合，采用举例的方法加深学生的理解，避免死记硬背。例如介绍聚氨酯弹性纤维（俗称“氨纶”），这种纤维织物具有很好的回弹性，穿着时伸缩自如，增强了舒适感，并能显现出优美的体型和曲线美，可制作各种内衣、游泳衣、紧身衣、弹力裤和丝袜等，在日常生活中具有广泛的应用。再如，在讲授自由基共聚合时，就可与《纤维化学与物理》和《染整工艺原理》课程中腈纶的染色进行结合，均聚聚丙烯腈制得的纤维不易染色，手感及弹性都较差，还常呈现脆性，不适应纺织加工和服用的要求，为此聚合时加入少量第二单体（结构单体，通常选用含酯基的乙烯基单体，可以减弱聚丙烯腈大分子间的作用力，改善纤维的手感和弹性，克服纤维脆性，有利于染料分子进入纤维内部）和第三单体（染色单体，使纤维引入具有染色性能的基团，改善纤维的染色性能，一般选用可离子化的乙烯基单体），一般成纤聚丙烯腈大多采用三元共聚物。从而有利于学生深入理解自由基共聚合的意义。
（二）课堂教学与生活、生产实践相结合
理论联系实际，密切贴近生活。通过大学生工业见习、实习提高轻化工程专业（染整方向）本科生理论知识学习与生产实践相结合的能力。认识实习的目的在于认识与专业对口的相关生产工艺流程和设备结构、原理等，促进学生在完成业务实习目的的基础上，实现劳动教育和认识社会教育相结合。因此，我们利用暑假安排学生参与高聚物合成和加工的相关工业见习。生产实习的主要目的是使学生将学习过的专业理论知识具体化并得到巩固提高，通过深入生产现场进行调查研究，参与生产劳动操作，充当生产一线工人，养成良好的工作作风。这些工作扩大了轻化工程专业（染整方向）学生的知识面，加深了基础知识的理论。
此外，高分子材料已成为现代社会生活中衣、食、住、行、用各个方面所不可缺少的材料。日常生活中常见的制品所用的原料很多都是高分子材料，为了帮助学生认知聚合物，在讲授聚合物的分类和应用时，将具体的生活制品用图片的形式展示给学生，可以帮助学生更形象生动地记忆聚合物的名称和具体应用。例如可以讲解“限塑令”、保鲜膜的质量问题、汽车轮胎、电脑外壳、装修过程使用的涂料、油漆等，每一个都与高分子的基础知识息息相关，也是学生关心的话题。所以，在教学过程中，我们尽量避免单纯讲授抽象的基本的概念和理论，而是从一些实际现象引出问题，再通过理论分析加以解释、归纳，这样不仅可以引起学生兴趣，重要的是可以加深学生对基本理论知识的理解和掌握，达到事半功倍的效果。
（三）课堂教学与科学研究相结合
江南大学纺织服装学院是学校“211”工程重点建设学科，形成了纺纱、织布、染整和服装设计与表演等完整的学科体系，尤其在纺织材料的研究与开发方面具有很强的实力，依托科研背景和科研实力，培养学生的创新能力，促进教学质量的提高。因此，除了教授学生基础理论知识以外，还可以充分利用学校自身的科研资源优势，结合学科的发展方向，引导优秀的学生参与前沿的科学研究，激发学生的创新潜能和创造力。如在国家、江苏省和江南大学等各级大学生创新训练计划的支持下，以大三学生作为项目负责人，吸收他们参与到课题研究中，在导师指导下进行自主选题和实验方案设计，使得学生了解了相关领域的科研动态，将学习的理论知识进行应用，加深了基本概念的掌握与理解，培养了学生的科研兴趣，提高了学生将知识转化为生产力的能力。有效建立了科研与教学协调发展、科研促进教学的机制与体制，对创新型人才的培养起着重要的作用，是提高专业人才培养质量的需要、实现教学创新与培养创新性人才的需要。
例如，在讲授高分子溶液时，就可与自身的研究方向进行有效的结合。我们知道生产实践中可分为浓溶液（如油漆、涂料、胶粘剂、纺丝液、制备复合材料用到的树脂溶液——电影胶片片基等）和稀溶液（如分子量测定及分子量分布）。而在科学研究中，正是利用高分子的浓溶液（纺丝液）经过静电纺丝就可制备直径小于1000nm的纤维（俗称“纳米纤维”），这种纤维因具有较大的比表面积、独特的网路结构和丰富的孔隙率等优异性能而备受研究人员的关注，可望广泛应用于过滤和分离材料、防护服、固定酶、生物医学（如细胞支架、创伤敷料、组织工程、药物缓释和DNA传输）、电子器械（如传感器和晶体管）和能源应用（染料敏化太阳能电池、锂离子电池和生物燃料电池）等，在制作课堂幻灯片时引入直观的图片，并加以说明。这些知识的引入可有助于加深学生对基本概念的理解，也拓展了学生对微观纳米材料的认识，提高了学生进一步学习和从事科研工作的兴趣。
三、结语
通过近几年的课堂教学方法改革，提高了学生的学习兴趣和对知识的理解，为后续课程的学习奠定了一定的基础。通过这些措施，更好地培养了学生的创新意识，提高了学生的创新能力，而且该专业的毕业生中有很多人从事与高分子相关的行业，学科交叉特色明显。本文简单介绍了江南大学轻化工程专业（染整方向）本科生课程《高分子化学与物理》的教学改革的尝试，对其他开设轻化工程专业的高校有一定的参考意义。
参考文献：
