正文 第37章 地學(23)(2 / 3)

仿生的重大成果——生物反應器

生物反應器是指利用酶或生物體(如微生物、動植物細胞)所具有的特殊功能,在體外進行生物化學反應的裝置係統。

生物反應器與化學反應器不同,化學反應器從原料進入到產物生成,常常需要加壓和加熱,是一個高能耗過程。而生物反應器則不同,在酶和微生物的參與下,在常溫和常壓下就可以進行化學合成。因此,生物反應器問世之後,受到化工部門的重視。化學工程專家認為,應該盡可能多地讓化學合成過程由生物去完成。設計理想的生物反應器,就成了現代生物技術產業的一個重要任務。

設計生物反應器時要考慮兩點:一是選擇特異性高的酶或適宜的活細胞作為催化劑,盡可能減少副產物,提高產品產量;二是盡可能提高產物的濃度,降低成本。

生物反應器首先在發酵工業中得到應用。發酵工業中使用的生物反應器,實際上是發酵罐。另一種是以固定化酶或固定化細胞為催化劑的酶反應器。世界上最大的發酵罐高達100米,直徑7米,容積為4000立方米,遠遠望去,猶如一座壯觀的圓形塔。

為什麼要研製生物傳感器

要回答這個問題,必須先知道什麼是生物傳感器,它有什麼用途?

生物傳感器是利用生物活性物質與電化學或其他傳感器相結合而形成的新型探測器件。生物傳感器中最關鍵的部件是生物活性物,它可以是生物酸、抗體、生物膜或者活細胞等。這些活性物質與所要測定的物質相遇,便會發生化學變化、物理變化或生物化學變化。此類變化進一步通過化學過程或其他傳感器的作用,轉化為電信號或光信號,就可以被儀器記錄下來,成為可掌握的信息。

世界上第一台生物傳感器是在20世紀60年代由美國開發成功的酶傳感器。他們利用酶的專一性,即能識別某種物質分了的獨特功能,研究成生物傳感器的最初構型——葡萄糖酶電極。用它可以很方便地測定出人體血液中和尿中的葡萄糖含量。這是檢查糖尿病的很有效的辦法。

從那以後,開發生物傳感器進入了一個飛速發展的時期。首先,生物傳感器有極靈敏的檢測本領,即使是含量極低的檢測物也逃不過它的火眼金睛。第二,生物傳感器的測定過程簡便快速。一般檢測一次僅需2~20小時。第三,它可以直接在人體內進行檢測,而不需要在體外取樣進行檢測。

生物傳感器已廣泛用於食品、衛生、醫療、環境等領域。

激光與納米技術

激光與納米技術激光技術概覽

激光是基於受激發射放大原理而產生的一種相幹光輻射。

早在1917年,愛因斯坦為解釋黑體輻射定律,首次提出了激光的理論假設。但直到20世紀40年代末,人們在研究射頻和微波波譜學的過程中,才首次注意到粒子的受激輻射過程。1960年美國首次研製成功紅寶石激光器。

人們常見到的各類普通光源,如太陽、電燈等都是基於自發輻射過程的發光。早期的激光射線管。而激光是基於特定能級間粒子反轉體係的受激輻射過程,因此激光的波長隻在很小的範圍內變化,從而具有很高的單色性。受光學共振腔的方向限製,激光光束幾乎不發散地向前傳輸(高定向性)。而且激光還具有高亮度、高能量、高相幹性等良好的性質。

現在激光已經普遍應用於生活、科研等各個領域。

激光的特性

激光的聚光性

激光的方向性強。普通光源發出的光射向四麵八方,而激光的方向性很強,即它的聚光性好。激光就是一種強聚光,它的發散角極小,可以得到幾乎接近於理想程度的平行光。這樣的光束照射出去,在1公裏外,照射麵積的直徑隻有10厘米左右;照到距地球38萬公裏的月球上,光斑直徑也隻有30多公裏。發散角小這一特征,使激光在通信領域特別有用。

激光的亮度

絕大多數普通光都不及太陽光亮,而激光的亮度比太陽光高千億倍,足以使以往所有的光源都黯然失色。正因為激光具有如此高的亮度,所以把激光彙聚起來,就可以在極短的瞬間和在極小的直徑範圍內,產生幾千度到幾萬度的高溫、幾百萬個大氣壓的高壓和每厘米幾千萬伏特的強電場。