生物化工研究现状与发展趋势
专题报道
生物化工研究现状与发展趋势
欧阳平凯 韦 萍 姚 忠
(南京工业大学,南京210009)
摘 要 综述了化学生物学作为一个化学与生命科学交叉的新兴学科,正在世界各国迅速兴起,并逐渐成长为未来几十年或更长一段时间内的重要前沿方向。生物化工是20世纪中叶兴起的一项重要的化学工业技术,它是建立在高效化学化工技术与生命科学的相互交叉与融合的基础之上,充分体现了学科交叉的优势,必将引起现代化学化工技术产生革命性的变革。并在全面概述当今化学化工行业的发展现状的基础上,重点阐述了当今生物化工技术研究的前沿领域。
关键词 生物化工,研究概况,发展趋势
中图分类号 Q 503 文献标识码 A 文章编号 1000-6613(2003)01-0001-07
纵观当代科学技术发展,不难发现,当今世界
上最受重视的技术是IT 技术和纳米技术,发展最快的科学是生命科学[1]。能源、资源、环境与材料科学技术亦受到国家高度重视。化学化工则表现出一种相对被淡化的趋势。虽然环境污染问题是人们对化学化工某种程度上的误解,但应看到化学向其他学科的主动渗透以及利用其他学科的成就发展自身的工作相对薄弱,与其他学科的深层次的交叉不够,才使人们产生这种观点并使化学与一些重大的发现失之交臂。实现学科交叉可能是化学化工走出低谷的正确途径。
一些化学化工学者已经开始重视与其他科学的交叉。应当说学科交叉是学科发展与技术创新的源泉,产生了诸如能源化工、资源化工、材料化工等一些大有作为的化学化工新领域。其中由化学及其工程学与生物学的交叉与渗透产生的生物化工,无疑将给化学化工专家提供一个范围广阔而欣欣向荣的发展领域。生物化工是化学化工与生命科学的交叉学科,也是当今化学化工的前沿学科,是化学工程师向生命科学进军的新领域。
1 生命科学的巨大进步
20世纪后叶,生命科学的各领域取得了巨大
的进展,特别是分子生物学的突破性成就,使生物
技术在自然科学中的位置发生了革命性的变化。很多科学家认为在未来的自然科学中生物技术将要成为带头学科,甚至预言21世纪将是生物学世纪。在未来的21世纪生命科学将蓬勃发展,生物技术对自然科学将起到巨大的推动作用。作者认为生物学之所以发展如此迅猛,并取得当今显赫的地位,关键原因是在过去的50年中生物学家十分重视它与物理学、化学的交叉,二战后所有的诺贝尔生理
医学奖中大多数都是生物学和物理学、化学交叉(10项除外)相关,其中23项与化学(分子科学)有关。例如,已在生物技术中取得了无可争辩的主流地位的分子生物学,就充分体现了生物学与分子科学的交叉。其主要奠基人J.D.沃森博士认为,他成功的真谛是深刻地领会了“他山之石可以攻玉”。他的脱氧核糖核酸(DNA )双螺旋结构的提出,是以核酸化学大师夏尔科夫的脱氧核糖核酸的碱基结构和弗兰克林女士的X 射线衍射照片为基础。实际上后来的DNA 重组和基因克隆技术都涉及化学(分子科学)中的分子断裂、分子重排等分子结构及分子反应性原理。他的成功充分体现了学科交叉的优势。分子生物学是在分子水平上研究生命现象本质与规律的科学。分子生物学的核心是遗传信息,也就是从DNA 分子到核糖核酸(RNA )分子,再到蛋白质分子的信息传递过程,称为遗传信息传递的“中心法则”。各种生物的基因组结构及生物基因表达过程在各层次上的调控已成为分子生物学研究的主要领域。
随着人类基因组计划(Human G enome Project ,HGP )的顺利进行,人类基因组的全序列的测定完毕,为全部遗传信息的破译奠定了基础。生命科学的研究已进入后基因时代(post -genome era ),研究的重点也从结构基因过渡到功能基因研究。但是生物功能的主要体现者或执行者是蛋白质,细胞的许多重要功能是由蛋白质完成,因此对基因组的研究已回归到对基因的执行体———蛋白质
收稿日期 2002-12-04。
第一作者简介 欧阳平凯(1945—
),男,教授,博士生导师,中国工程院院士,中国化工学会副理事长,中国化工学会生物专业委员会主任委员。电话025-*******。
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1? 2003年第22卷第1期 化 工 进 展
CHEMICAL INDUSTR Y AND EN GIN EERIN G PRO GRESS
图1 21世纪生物化工发展框架
组学的研究,特别是对功能蛋白质组的研究[2～4]。曾参与人类基因组项目的塞莱拉公司总裁文特尔说:“我们打算建立研究蛋白质的机构”,这是非常重要的。拜耳、默克和辉瑞等许多制药公司正在进行与应用前景有关的蛋白质研究。21世纪生物化工发展框架见图1。
目前蛋白质的研究已进入可以从构象出发进行分子力学计算、模拟和改造天然活性肽的功能;模拟酶的主客体分子间相互识别和相互作用也取得了重要进展;基因与蛋白质组学的研究主题虽然仍是育种与药物,但由它所发展的一系列新概念、新知识、新方法涉及催化材料学家所关心的酶的作用与酶的模型
[5]
。生物技术正将主攻目标从医学、农
业转向第3个目标———生物催化,并可能引发在催化新材料上的一场革命,有人认为这可能是生物技术应用的第3个浪潮。
2 化学生物学及其技术
在生物学领域日新月异的今天,人类已经能够解读关于生命的“天书”,对于开展遗传病、多型现象、人体生理学、蛋白质分子设计、癌症研究以及生命进化领域的研究具有非常重要的意义。在此基础上,一个以功能基因鉴定为中心的“功能基因组学”领域应运而生,这标志着一个以破译、解读、开发基因组功能为主要研究内容的后基因组时代的来临,其中一个重要的领域就是“蛋白质组学”。蛋白质组学的主要研究包括对蛋白质表达模式以及功能模式研究两个方面。目前,人们已经发现和阐明了许多基因及相应蛋白质的结构,并逐步
了解其功能,对其功能的研究也逐步由静态水平发
展到动态水平,从对结果的研究发展到对过程的研究,由对个体现象的研究发展到对群体现象的研究,这些新的课题给化学家们提供了新的机遇和挑战。这种机遇的中心就是从化学的角度解读基因组学与蛋白质组学,这或许就是化学生物学的核心[6]。
化学学科是自然科学中的中心学科,化学学科的“结构”和“反应性”语言是诸多自然学科的共同语言,化学是在分子水平上研究物质世界的科学,由于其联系着物理学和生物学、材料科学和环境科学、农业科学和医学,它是所有处理化学变化的基础,故被认为是“中心科学”。化学学科经历了几个世纪的发展已经逐渐趋向成熟。高效分离技术的出现,各种仪器分析特别是波谱技术的发展和应用,大大增强了操控和处理复杂结构问题的能力;随着近代有机合成,特别是选择性合成和手性合成技术的发展,今天人们已经能够合成自然界发现和鉴定的任何复杂天然化合物,并且在此基础上能够设计和合成特定性能的新颖化合物。总之,化学已具备了研究复杂分子和分子体系的能力。同时,蛋白质、核酸等重要生物有机大分子的化学本质,也决定了化学化工的理论、研究方法、研究手段将成为探索生命科学领域中基本问题(遗传、变异、生理、病理过程及调控等)的有效手段。近年来化学生物学的迅速崛起恰恰反映了这种化学与生命科学迅速相互渗透的一种趋势。
化学生物学作为一门新兴的交叉学科,它在研究方式上具有一个化学家和生物学家从实验到工程紧密合作的特色,这种学科的密切交叉体现了现代技术科学的活力与优势;而在研究方法上则体现了化学向生物学的深层次渗透,并与生物学共享分子学与反应性原理[7]。
化学生物学在国际上受到高度重视的一个标志是1995年诞生的化学生物学杂志(美国),在其创刊后的5年(1999年),其影响因子(impact factor )就达到了6.157,超过了分子生物学杂志(5.803)。此外世界著名的Harvard 大学于1995年将其化学系改名为化学与化学生物学系(Department of Chemistry and Chemical Biology )。2.1 国外化学生物学研究的特点首先是建立一个生物学家和化学家紧密合作的平台,形成了化学家和生物学家的亲密合作关系,体现了一种跨学科的精神。化学家的浓厚兴
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2? 化 工 进 展 2003年第22卷
趣[1～10]是从复杂的碳水化合物、多肽、蛋白质到DNA/RNA;从组合化学、组合生物学到信号传导;从催化抗体到蛋白质折叠;从生物信息学和结构生物学到药物设计。在研究方法上生物化学家更关心化学学科向生物学的渗透。R.Lemer提出:“我的指导思想是化学是中心学科,在生物学和医学中发生的每件事都有它的化学基础……,如果你没有化学的思维,就无法设计许多试验;如果你不能合成分子,那么就会有整个试验层次的研究被排除在你的思考之外。”
化学生物学的工程应用,被认为可能开发出疗效好而副作用小的新药;从研究生物催化和生物转化中可以开发出新型高效的生物催化剂和生物催化体系;医药和制药工业等领域的技术进步正期待着从其发展中得到新的机会[8,9]。
2.2 国外在该领域的主要研究方向[3,9～12]
2.2.1 化学小分子对生物大分子的调控作用
从天然化合物和化学合成中发现对生命体系代谢过程具有调控作用的物质;发展作用于新靶点的新一代治疗药物;发现生物合成和自然界分子进化的调节控制规律。
2.2.2 提供生物过程的组合化学
合成多样性分子的新技术和新理论;生物体系中信息传递、靶分子相互识别复杂过程的组合机理和方法。除此之外,还有催化抗体、金属酶等催化新材料。
总体来看,国内该类研究的特点及研究的内容与国外有相似之处,但这只是狭义的化学生物学研究。从广义的化学生物学,特别是与基因组学、蛋白质组学的相关领域,国外的基础研究工作发展很快,国内在基础研究领域却相对薄弱。特别关键的是国内在化学化工学家和生物学家密切合作研究不够,需要构建更多的合作研究平台。
作为一门新兴的前沿发展学科,化学生物学已给我们提供了一个交叉的方式、一种创新的方法、一个广阔的领域,为化学化工专家向生物技术渗透、并与生物学家紧密合作发展为生物催化新材料和新体系提供了很多的机遇。
3 生物催化技术
生物催化因其具有转化条件温和、选择性高、生物催化剂制造成本低等优势,已发展成为化学工业的重要技术之一,以催化作用为基础的化学品占化工产品的60%,其技术渗入量占目前化工生产技术的90%,生物催化剂作为生物催化的核心,已经成为各国学者及工程技术人员研究的重要内容。目前,运用酶催化技术进行的有机反应种类很多,见表1。
表1 酶催化技术及催化剂种类
酶催化的有机反应类型所用催化剂种类
水解反应
酯水解磷酸酯酶、猪肝酯酶、马肝酯
酶、乙酰胆碱酯酶
肽键水解肽链内切酶、肽链外切酶
糖苷键水解葡萄糖苷酶、半乳糖苷酶、葡萄
糖淀粉酶、纤维素酶
环氧化物水解微粒体环氧化物水解酶、胞外环
氧化物水解酶
腈水解腈水合酶、腈水解酶
氧化还原反应氧化还原酶类以及相应的辅酶
碳-碳键形成反应醛缩酶(aldolase)
加成反应
延胡索酸加水生成苹果酸延胡索酸酶(fumarase)
天门冬氨酸脱氨天门冬氨酸酶(aspartase)
氰化氢对醛或酮的不对称加成氧腈酶(oxynitrilase)
卤化和脱卤素反应
烯烃加卤反应
炔烃加卤反应卤素过氧化酶(haloperoxidases)
芳香族化合物的加卤反应卤代醇环氧化物酶(halohydrin
epoxidases)
21世纪生物技术的发展重点在于工业生物催化,使其成为切实的生产力。为此,各国政府均制定了相关的政策,以鼓励和支持生物化工产业的发展,在世界范围内掀起了工业化生物技术的研究热潮。生物催化对化工行业的影响不仅在于技术手段的变化,而且将深层次的涉及化工行业的产品结构调整,如图2所示。
图2 化工行业的产品结构调整
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第1期 欧阳平凯等:生物化工研究现状与发展趋势
生物催化的主要前沿领域有生物能源、生物新材料、手性催化等。3.1 生物能源3.1.1 生物柴油
生物柴油是指植物油与甲醇进行酯交换制造的脂肪酸甲酯,是一种洁净的生物燃料,国际上对生物柴油的开发形势看好。国外采用废食用油为原料,借助化学方法与脂肪酶进行酯交换反应,从而获得较纯净的柴油,在传统柴油中加入10%～20%的脂肪酸甲酯可以得到十分优良的内燃机燃料。生物柴油的不足在于动植物油脂的价格相对较高,而带来的成本偏高。另有研究表明,可以用工程微藻制备生物柴油,在实验室条件下酯质含量可高达60%以上,户外生产也可达到40%以上。其优越性在于微藻生产能力高,用海水作为天然培养基,节省了农业资源,比陆生植物单产油脂高几十倍。此外,将生物柴油生产与甘油转变为1,3-丙二醇联产,有可能增加其经济上的可行性[10]。3.1.2 生物制氢
氢能作为二次能源,早在20世纪70年代中期就已经受到了人们的高度重视,特别是近年来氢能直接发电技术的进步,使得生物制氢技术作为一种符合可持续发展战略的课题,在世界上引起广泛的关注,如德国、以色列、日本、葡萄牙、俄罗斯、瑞典、英国、美国都投入了大量的人力、物力对该项技术进行研究开发。近几年,美国每年用于生物制氢技术研究的费用平均为几百万美元,而日本在这一研究领域每年的投资则是美国的5倍左右。生物制氢最先是由Lewis 于1966年提出的,20世纪70年代能源危机引起了人们对生物制氢的关注,并开始进行研究[11]。在生理代谢过程中能够产生分子氢的微生物可分为两个主要类群:①包括藻类和光合细菌在内的光合生物;②兼性厌氧的和专性厌氧的发酵产氢细菌。在对产气肠杆菌K82M5菌株进行的连续流非固定化游离细胞产氢试验表明:整个连续产氢试验持续了42天,每摩尔糖获得的可持续产氢率为1.5mol ,每摩尔糖最大产氢率可达2.5mol 。另外,采用聚氨基甲酸乙酯泡沫对K82M5菌株进行的试验表明,反应器的持续产氢率和最大产氢率:每摩尔糖分别提高到2.2mol 和3.5mol 。对产气肠杆菌HO -39菌株进行的非固定化试验中,获得了120mL/(L ?h )的产氢率。当采用多孔玻璃做负载体对菌体进行固定化试验(反应器有效容积为100mL )时,产氢率提高到
850mL/(L ?h ),较非固定化细胞产氢率提高了7
倍。任南琪在1990年提出了以厌氧活性污泥制氢。利用碳水化合物为原料的发酵法生物制氢,是全新的生物制氢技术,它突破了生物制氢必须采用纯菌种和固定化技术的局限,开创了利用非固定化菌种生物制氢的新途径,并首次于2000年实现在中试条件下,连续长期持续产氢,这标志着我们完全有能力从土地中培育出高效能源。
目前,中国的沼气技术经过多年的发展已居世界领先水平,具有很大的潜力,同时也积累了大量生物法制备燃料气体的经验。因此认为,生物制氢在不久的将来即成为创新技术领域的新兴产业。3.1.3 生物法制备乙醇
研究表明,乙醇与汽油相混可作为一种高效燃料,且乙醇便于储存、输送。燃料乙醇作为一种新兴、无污染、可再生清洁能源,具有良好的发展前景。
目前美国使用的汽油中大约含10%的增烷剂和增氧剂,用于帮助汽油完全燃烧从而减少空气污染。所用的增氧剂主要是甲基叔丁基醚(M TB E ),但因M TB E 已被确认对水资源有严重的污染和对人类有极危害的副作用,最近已被禁止在加利福尼亚州使用,其他州也将会追随。可以预见,这种影响将波及全球。而乙醇作为一种有效的汽油增烷剂和增氧剂,能在自然环境中产生,能被植物和动物在生理上所接受。由于新技术的采用能使生产成本大大降低,乙醇将较容易、安全地取得汽油添加剂的地位。
目前,采用甘蔗糖和陈粮发酵很容易获得乙醇,例如巴西每年生产大约32亿加仑乙醇直接用作汽车燃料,乙醇占整个汽车燃料市场的52%左右。在澳大利亚也有大规模的燃料乙醇生产,在昆士兰州有两家工厂生产乙醇作燃料。中国安徽、河南正在建利用陈粮发酵制备燃料乙醇的工厂。一般情况,该路线在农业上的代价太高,工业投资较低,但存在生产过程中能耗高的问题。
利用速生林和农作物秸秆及城市垃圾生产乙醇,具有原料来源广泛,成本低的优势。一些国家正在考虑发展此条路线,例如美国加州Arkenol 公司将在萨克拉门附近的一家工厂以稻草原料生产乙醇。该公司预计今后每年将生产400万加仑乙醇和其他产品。与此同时,Arkenol 公司乙醇项目也在加紧实施。计划中的乙醇项目有加州洛杉矶的一个工厂将利用市政固体垃圾为原料,每年生产2500
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4? 化 工 进 展 2003年第22卷
万加仑乙醇[12]。利用木质纤维素为原料生产乙醇的主要问题是原料的预处理,它可以采用蒸爆或氨碱法脱除木质素。
3.2 生物新材料
当前白色污染已成为重要的环境问题之一。因此,为保护环境,防止污染,从长远考虑,发展生物可降解塑料十分必要。目前世界上许多国家如美国、西欧各国及日本、中国等都在积极研制开发生物可降解塑料。目前所报道的体内可吸收线性高分子生物材料已超过20多种,其中主要的可以概括为下列5类:聚-α-羟基酸酯类,如聚乳酸;聚-β-羟基羧酸酯,如聚羟基丁酸、聚-烷基原酸酯;聚-羧酸酐;聚-L-α-氨基酸,如聚谷氨酸、天冬氨酸等;聚磷腈类。
3.2.1 聚乳酸
美国Cargill化学公司开发出的可降解“生物塑料”,其化学名称为聚乳酸树脂。该产品系列用玉米发酵后产生的乳酸再经高压聚合成为一种新型高分子材料。聚乳酸生物塑料具有多种优点,如透明度高、坚韧、可卷曲以及可像普通塑料那样熔融加工,适合现有各种塑料机械生产。聚乳酸生物塑料对人体无毒无害(其主要成分为乳酸,系人体内的固有物质),故最适合加工成一次性饭盒以及其他各种食品、饮料外包装材料。聚乳酸还可用于生产仿棉纤维以及仿羊毛、仿丝绸纤维,可单独纺丝(或与其他天然纤维混用)用于生产各种织物。聚乳酸生物塑料纤维织物抗皱性强,透气性好,穿着舒适,非其他化纤织物可比。该材料由于韧性好,适合加工成高附加值薄膜,用于取代目前易破碎的农用地膜。其最大优点是在使用几年后可自动分解,不像聚氯乙烯(PVC)或聚乙烯薄膜那样会造成环境污染。除玉米外,一些常见农副产品如甜菜粕、玉米秸秆等均可用于发酵乳酸,从而成为生物塑料的原料。目前利用玉米发酵的生物塑料成本为每磅50～100美分。今后随着发酵原料的多样化以及收率的提高,聚乳酸生物塑料的价格也将逐步下降。
3.2.2 聚-β-羟基羧酸酯
聚-β-羟基羧酸酯(PHB)是某些微生物处于非平衡生长状态下(如缺乏氮、磷、镁等)细胞内合成的一种储藏性聚酯。PHB具有高熔点、高结晶度、高相对分子质量及拉伸强度大等性质,与聚丙烯大致相同,但PHB更耐紫外线,不易引起炎症,生物相容性好,另外,PHB由微生物细胞制造,完全不含重金属等有毒物质,是极“洁净”的塑料,因此可作为新的生物医学材料,英国ICI 公司已研制PHB作为无需拆除的外科材料。
目前在PHB制备技术方面,国外的工作重点是构建高表达的基因工程菌,同时可插入噬菌体热敏溶解基因,使工程菌易于裂解而释放PHB。此外,也可以通过转基因植物像合成淀粉那样生产PHB,将为生物塑料的生产开辟新的途径。
3.2.3 聚-L-α-氨基酸
聚L-α-氨基酸是蛋白质水解的最后产物,生物技术的发展又在价格和产量上使许多L-氨基酸成为合成高分子材料的理想原料。因此,人工合成的聚-L-α-氨基酸必将成为一类理想的生物新材料。如将廉价的L-谷氨酸高效地转化为聚谷氨酸(一种尼龙类高聚物),经化学交联后,具有优良的吸水性,最高可达1g材料吸附5kg水;化学改性后的聚谷氨酸将成为各方面性能优异的新型高分子材料。
蛋氨酸和胱氨酸共聚物,可制成具有缓慢渗水蒸气的薄膜;亮氨酸和半胱氨酸形成的共聚物,经氧化处理以建立S-S桥后,用二氧六环处理得到的产品,可纺成羊毛型的纤维。
聚精氨酸可用于保湿地膜等农用产品和洗涤剂、水处理剂等工业产品。德国拜耳公司已建成年产2000t的实验工厂生产聚精氨酸高吸水性树脂。
亮氨酸-苯丙氨酸共聚物易溶于甲苯等有机溶剂,能强力吸附水中的农药(如杀虫剂、除草剂等),吸附速度快,短时间内即可接近饱和,渗出量小,此外这种聚合物还可以纺布或制成膜。
聚丙氨酸的合成纤维,是一种具有类似于丝绸性质的新人造纤维,具有良好保温性和透气性。
谷氨酸和谷氨酸甲酯可以聚合成为耐高温、有良好保温和透气性能的聚合物,用于制造人造皮革、纤维、食品包装膜等。
聚赖氨酸对多种细菌、酵母菌的生长有抑制作用,是一种新颖的营养性食品保鲜剂,可广泛用于肉类、家禽等各种食品的保鲜,安全性高,抗菌性强,水溶性大、热稳定性好,对人体无毒无害,在肠道中可自动降解为有一定营养价值的赖氨酸。目前,日本已经建成一条年产千吨级的聚赖氨酸生产线。
聚谷氨酸和聚天冬氨酸用苯乙烯改性后,可得到类似于丝的产品和具有高抗碱性的纤维树脂;聚天冬氨酸和聚谷氨酸盐作为护发素基质,有养发和
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第1期 欧阳平凯等:生物化工研究现状与发展趋势
保护皮肤的作用;聚天冬氨酸、聚谷氨酸、聚赖氨酸还可以作为高吸水性聚合物用于妇女卫生用品、婴儿尿片和一次性手术用品中。
此外,聚天冬氨酸还是一种新型阴离子表面活性剂,具有极强的螯合能力,可以合成高效水处理剂,全降解的超吸水剂,各种有机、无机物分散剂以及新型的日用化学品助剂和各种无毒无污染的专用精细化学品;农业上还可作为养分吸收增强剂,与农药并用可提高药效。
目前,中国氨基酸工业的发展尚不均衡,部分产品重复投产,导致某些氨基酸产品供大于求(谷氨酸、赖氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、胱氨酸、半胱氨酸等),今后应大力开发氨基酸的新用途,顺应开发绿色化学产品的国际大趋势,为促进我国氨基酸工业和材料工业的发展提供新的发展机会,拓宽新的途径。3.3 手性催化
分子手性在自然界生命活动中起到极为重要的作用。甚至可认为人类的生命本身就依赖于手性识别。人们对L -氨基酸和D -糖类能够消化吸收,其对映体对人类没有营养价值或有副作用。如20世纪50年代中期,“反应停”作为镇静剂消除孕妇早期反应,以消旋体在欧洲批准上市,不久就发现服用此药的孕妇生出的婴儿畸形,引起轩然大波。1961年该药从市场上撤消。以后药理研究报告称(S )-异构体是致畸的罪魁祸首,而(R )-异构体则具有镇静作用。手性识别不仅在高、低等动物中存在,在植物中也普遍有此种特性。
化学合成往往得到消旋化合物,制备光学纯化合物一般通过消旋体拆分和手性合成两条途径。生物法转化始终是制备手性化合物最主要的方法之一。与其他方法相比,其优点是转化率高,无需高温、高压或冷冻,通常在自然环境中运作,不用强酸、强碱,腐蚀小,污染少。
光学活性农药是目前国际上农药化学比较活跃的研究领域。在生物活性方面,有些手性体表现出高的杀虫、杀螨、杀菌或除草活性,而其对映体则表现出活性低或有药害。手性农药以较低的剂量达到较高的药效,减少了农药向田间的投入,在避免药害的同时,节省了大量的原料,提高了经济效益和社会效益,因此成为近年来农药行业中增长较快的领域。
目前在商品化的650余种农药中,有170种以上属于手性农药,销售总额超过100亿美元,占全
球农药市场的1/3。随着科学技术的进步,近年来手性农药的制备技术取得了突飞猛进的发展。包括传统的化学拆分、酶催化、不对称催化、手性全合成、差向异构等手性技术在手性农药的生产中得到广泛应用,并获得巨大成功。经过多年努力,许多单一手性体和含高活性体的拟除虫菊酯逐步实现了商品化,目前已成为吨位最大的手性农药消旋体氰醇在洋葱假单胞菌脂酶(PCL )催化下,发生对映体选择性酯交换反应而S -构型的乙酸氰醇酯,S -乙酸氰醇酯在有机溶剂中,用酯酶催化脱乙酰基生成S -氰醇。产物光学纯度达到90%,产率达到80%。酶催化合成S -丙烯醇酮、S -丙炔醇酮技术的开发成功,使纯光学异构体的trans -1R -S -丙烯菊酯、丙炔菊酯等实现了商品化。同时,酶催化选择性水解合成手性菊酸也是一个重要的研究方向。
随着对药物手性与药效关系的深入研究,人们愈来愈认识到药物手性的临床意义。为此,1992年初FDA 做出一项规定:所有在美国申请上市的混旋体新药,生产者均需提供报告说明药物中所含对映体各自的药理作用。这就是说,如果申请上市的混旋体药物其结构中含有一个手性中心,开发者就得各做3组药效试验(左旋体、右旋体、混旋体)。无疑,其研究工作量几乎是一般药物的3倍。按此类推,若申请上市的混旋体药物具有两个手性中心,开发者就得各做五组药效试验。由此可知,若按此要求执行,就使得这类新药的开发费用将要成几倍增长,开发周期也大大延长。新药开发者对此将难以承受。如果申请上市的新药是纯光学活性体,就不存在上述问题,仅需做一组药效试验。工作量和开发经费就大大减少。同时,由于纯光学活性药物降低了药物对人体的毒害,提高了疗效,病人乐意接受,从而提高了市场需求率。正因为如此,近几年单一异构体的药物年增长率已超过20%。有人预测,到2005年全球将约有60%的上市新药为光学纯药物。根据国际药物市场统计,1980～2000年手性药物在药物销售总值中的比例
增长幅度较大。
由于手性药物的巨大市场,已经吸引了学术界、工业界的关注,国际上兴起了手性技术的热潮,但中国在该领域的研究比较薄弱。根据有关专家的建议,在国家自然科学基金委员会的组织下,集中了国内部分的优势力量在手性药物的化学和生物学方面开展研究,并取得了重要的进展。相信随
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着人们对分子手性认识的不断加深,以及化学生物学及其技术研究的不断深入,单一对映异构体药物的市场份额将不断增加,而手性催化作为手性化合物合成的有效手段,也必将成为现代生物化工的主流技术之一。4 结 语
(1)生物转化一直是有机物质进化与循环的基
础,以阳光为动力,生物转化为途径的阳光经济一
直是人类文明进步的物质基础。
(2)随着化学资源的日益耗尽及人类生存环境必须向自然生态回归的需求,以现代生物技术支持的现代阳光经济已经显现,并将发展成为21世纪生物化工的框架。
(3)生物催化正迅速增长为生物技术应用的主导方向,并将在本世纪的有机物质的工业转化中发挥重要的作用,为人类开拓新能源、新材料、新药物的发展途径。
(4)21世纪,作为工业加工技术的重要内容之一,化工行业的发展面临巨大的挑战和机遇。化学工程作为工程技术学科之一,已经历了100多年的发展历史,形成了包括单元操作、反应工程、控制工程、系统工程的完整学科,近年来由于化学、化工学家们的不懈努力,化学及化学工程加快了与其他学科,特别是生命科学的交叉、融合,加强在
理论上的不断创新,运用化学生物学的观点,充分利用生命科学的最新研究成果并结合传统化工的技术优势,开辟了一个全新的领域———生物化工,实现了高效、清洁生产,成为新阳光经济的重要支柱。
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Introduction of the R esearch and Developing
T rend of Biochemical Engineering
O uyang P.K.,Wei Pi ng ,
Y ao Zhong
(College of Life science and Pharmacy ,Nanjing University of Technology ,Nanjing 210009)
Abstract As a new interdiscipline between chemistry and life science ,chemical biology has springing up in the world and becoming a major direction in the further ten year or much more time.Biochemical engineering was an important chemical engineering technique rising in the middle of twenty century.It was an interdiscipline between high efficient chemistry &chemical engineering technlogy and life science ,and has many advantages on the bases of interdiscipline.The developing of this discipline must lead a revolutionary change in the field of modern chemistry and chemical engineering.This paper stress on the leading field of the research work of biochemical engineering on the base of the including of current situation of cheical engineering.K eyw ords biochemical engineering ,research work ,developing trend
(编辑 王改云)
?7? 第1期 欧阳平凯等:生物化工研究现状与发展趋势
构造地质学研究现状和发展趋势.docx
构造地质学研究现状和发展趋势 构造地质学是地质学分支学科之一，以岩石圈的各种地质体作为研究对象,探究其组合形式及形成、发育、变形、破坏规律。一般根据其研究对象和研究内容的差异,分为狭义构造地质学和广义构造地质学。狭义构造地质学侧重于对中、小型地质体的研究，主要研究这些构造的几何形态、产状、规模、形成演化等。广义构造地质学的研究范围更加广阔，从地壳演变至岩石圈结构,从重要造山带至板块边界，从显微构造到晶格错位，几乎涵盖了10_8?108cm的所有地质体。近代以来,构造地质学研究获得了空前发展。20世纪60年代以来，板块构造理论体系得以建立和完善;20世纪70年代以来，大陆构造研究得到了重视;20世纪80年代以来，重点研究岩石圈的演化和三维岩石圈的建立；20世纪90年代以来，大陆动力学研究兴起。这些研究使得构造地质学在研究深度和研究广度上取得了重要进展。 1.构造解析构造学本质上是对地质体变形和演化的认识，构造地质学强调野外实地观测，其主要研究方法是构造解析法。构造解析是对地质体空间关系和形成规律的分析解释，内容包括对地质体的几何学、运动学和动力学的分析气几何学解析是指对地质体的产状、规模、组合形式进行研究，进而概化为构造模式。运动学解析主要研究地质体在构造作用中发生的变形和位移。动力学解析是在几何学解析和运动学解析的基础上，反推构造应力的性质、大小、方向，分析和解释该研究区域的构造演化史。 2.研究现状步人20世纪后，构造地质学开始从形态描述逐渐进人对地质体的成因和力学分析研究中，由定性观察转入定量研究，由几何学研究转人运动学、动力学的领域。相关学科的新方法、新思路的引人,使得构造地质学获得了极大地进步，促进了构造地质学和其他学科的交流融合。尤其20世纪60年代后，以板块构造为主的各种新理论的提出，促使构造地质学的发展进入全新阶段。 2.1板块构造理论体系相关研究1968年前后，地质学家归纳了大陆漂移和海底扩张的研究成果，并在此基础上从全球统一的角度提出了板块构造理论,该理论将固体地球表层在垂向上划分为刚性岩石圈和塑性软
砷化镓材料国内外现状及发展趋势
砷化镓材料国内外现状及发展趋势 中国电子科技集团公司第四十六研究所纪秀峰 1 引言 化合物半导体材料的研究可以追溯到上世纪初，最早报导的是1910年由Thiel等人研究的InP材料。1952年，德国科学家Welker首次把Ⅲ-Ⅴ族化合物作为一种新的半导体族来研究，并指出它们具有Ge、Si等元素半导体材料所不具备的优越特性。五十多年来，化合物半导体材料的研究取得了巨大进展，在微电子和光电子领域也得到了日益广泛的应用。 砷化镓（GaAs）材料是目前生产量最大、应用最广泛，因而也是最重要的化合物半导体材料，是仅次于硅的最重要的半导体材料。由于其优越的性能和能带结构，使砷化镓材料在微波器件和发光器件等方面具有很大发展潜力。目前砷化镓材料的先进生产技术仍掌握在日本、德国以及美国等国际大公司手中，与国外公司相比国内企业在砷化镓材料生产技术方面还有较大差距。 2 砷化镓材料的性质及用途 砷化镓是典型的直接跃迁型能带结构，导带极小值与价带极大值均处于布里渊区中心，即K=0处，这使其具有较高的电光转换效率，是制备光电器件的优良材料。 在300 K时，砷化镓材料禁带宽度为1.42 eV，远大于锗的0.67 eV和硅的1.12 eV，因此，砷化镓器件可以工作在较高的温度下和承受较大的功率。 砷化镓（GaAs）材料与传统的硅半导体材料相比，它具电子迁移率高、禁带宽度大、直接带隙、消耗功率低等特性，电子迁移率约为硅材料的5.7倍。因此，广泛应用于高频及无线通讯中制做IC器件。所制出的这种高频、高速、防辐射的高温器件，通常应用于无线通信、光纤通信、移动通信、GPS全球导航等领域。除在I C产品应用以外，砷化镓材料也可加入其它元素改变其能带结构使其产生光电效应，制成半导体发光器件，还可以制做砷化镓太阳能电池。 表1 砷化镓材料的主要用途
国内外研究现状及发展趋势
国内外研究现状及发展趋势 世界银行2000年研究报告《中国：服务业发展和中国经济竞争力》的研究结果表明，在中国有4个服务性行业对于提高生产力和推动中国经济增长具有重要意义，它们是物流服务、商业服务、电子商务和电信。其中，物流服务占1997年服务业产出的42．4％，是比重最大的一类。进入21世纪，中国要实现对WTO缔约国全面开放服务业的承诺，物流服务作为在服务业中所占比例较大的服务门类，肯定会首先遭遇国际物流业的竞争。 物流的配送方式从手工下单、手工核查的方式慢慢转变成现今的物流平台电子信息化管理方式，从而节省了大量的人力，使得配送流程管理自动化、一体化。 当今出现一种智能运输系统，即是物流系统的一种，也是我国未来大力研究的方向。它是指采用信息处理、通信、控制、电子等先进技术，使人、车、路更加协调地结合在一起，减少交通事故、阻塞和污染，从而提高交通运输效率及生产率的综合系统。我国是从70年代开始注意电子信息技术在公路交通领域的研究及应用工作的，相应建立了电子信息技术、科技情报信息、交通工程、自动控制等方面的研究机构。迄今为止以取得了以道路桥梁自动化检测、道路桥梁数据库、高速公路通信监控系统、高速公路收费系统、交通与气象数据采
集自动化系统等为代表的一批成果。尽管如此，由于研究的分散以及研究水平所限，形成多数研究项目是针对交通运输的某一局部问题而进得的，缺乏一个综全性的、具有战略意义的研究项目恰恰是覆盖这些领域的一项综合性技术，也就是说可以通过智能运输系统将原来这些互不相干的项目有机的联系在一起，使公路交通系统的规划、建设、管理、运营等各方面工作在更高的层次上协调发展，使公路交通发挥出更大的效益。 1.国内物流产业发展迅速。国内物流产业正处在前所未有的高速增长阶段。2008年，全国社会物流总额达89.9万亿元，比2000年增长4.2倍，年均增长23%；物流业实现增加值2万亿元，比2000年增长1.9倍，年均增长14%。2008年，物流业增加值占全部服务业增加值的比重为16. 5%，占GDP的比重为6. 6%。预计“十一五”期间，我国物流产业年均增速保持在15%以上，远远高于美国的10%和加拿大、西欧的9%。 2.物流专业化水平与服务效率不断提高。社会物流总费用与GDP 的比例体现了一个国家物流产业专业化水平和服务效率。我国社会物流总费用与GDP的比例在近年来呈现不断下降趋势，“十五”期间，社会物流总费用占GDP的比例，由2000年的19.4%下降到2006年的18. 3%；2007年这一比例则下降到18. 0%，标志着我国物流产业的专业化水平和服务效率不断提高。但同发达国家相比较，我国物流
先进制造技术的现状和发展趋势
浅谈先进制造技术现状和发展趋势 xxxx xxx xxxxxxxxx 先进制造技术不仅是衡量一个国家科技发展水平的重要标志，也是国际间科技竞争的重点。我国正处于工业化经济发展的关键时期，制造技术是我们的薄弱环节。只有跟上发展先进制造技术的世界潮流，将其放在战略优先地位，并以足够的力度予以实施,，进一步推进国企改革，推动建立强大的企业集团。推进技术创新，推动大型企业尽快建立技术开发中心，广泛吸引人才，在重大技术创新项目中实行产学研结合，才能尽快缩小同发达国家的差距， 销售及售后服务等方面的应用。它要不断吸收各种高新技术成果与传统制造技术相结合，使制造技术成为能驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。 3）是面向全球竞争的技术随着全球市场的形成，使得市场竞争变得越来越激烈，先进制造技术正是为适应这种激烈的市场竞争而出现的。因此，一个国家的先进制造技术，它的主体应该具有世界先进水平，应能支持该国制造业在全球市场的竞争力 2 先进制造技术的组成 先进制造技术是为了适应时代要求提高竞争能力，对制造技术不断优化和推陈出新而形
成的。它是一个相对的，动态的概念。在不同发展水平的国家和同一国家的不同发展阶段，有不同的技术内涵和构成。从目前各国掌握的制造技术来看可分为四个领域的研究，它们横跨多个学科，并组成了一个有机整体： 2.1 现代设计技术 1）计算机辅助设计技术包括：有限元法，优化设计，计算机辅助设计技术，模糊智能CAD等。 2）性能优良设计基础技术包括：可靠性设计；安全性设计；动态分析与设计；断裂设 7）过程设备工况监测与控制。 2.4 系统管理技术 1）先进制造生产模式； 2）集成管理技术；3）生产组织方法。 3先进制造技术的国内外现状 3.1国外先进制造技术现状 在制造业自动化发展方面, 发达国家机械制造技术已经达到相当水平, 实现了机械制
集成电路的现状与发展趋势
集成电路的现状与发展趋势 1、国内外技术现状及发展趋势 目前，以集成电路为核心的电子信息产业超过了以汽车、石油、钢铁为代表的传统工业成为第一大产业，成为改造和拉动传统产业迈向数字时代的强大引擎和雄厚基石。1999年全球集成电路的销售额为1250亿美元，而以集成电路为核心的电子信息产业的世界贸易总额约占世界GNP的3%，现代经济发展的数据表明，每l~2元的集成电路产值，带动了10元左右电子工业产值的形成，进而带动了100元GDP的增长。目前，发达国家国民经济总产值增长部分的65%与集成电路相关；美国国防预算中的电子含量已占据了半壁江山（2001年为43.6%）。预计未来10年内，世界集成电路销售额将以年平均15%的速度增长，2010年将达到6000~8000亿美元。作为当今世界经济竞争的焦点，拥有自主版权的集成电路已曰益成为经济发展的命脉、社会进步的基础、国际竞争的筹码和国家安全的保障。 集成电路的集成度和产品性能每18个月增加一倍。据专家预测，今后20年左右，集成电路技术及其产品仍将遵循这一规律发展。集成电路最重要的生产过程包括：开发EDA（电子设计自动化）工具，利用EDA进行集成电路设计，根据设计结果在硅圆片上加工芯片（主要流程为薄膜制造、曝光和刻蚀），对加工完毕的芯片进行测试，为芯片进行封装，最后经应用开发将其装备到整机系统上与最终消费者见面。 20世纪80年代中期我国集成电路的加工水平为5微米，其后，经历了3、1、0.8、0.5、0.35微米的发展，目前达到了0.18 微米的水平，而当前国际水平为0.09微米（90纳米），我国与之相差约为2-3代。 （1）设计工具与设计方法。随着集成电路复杂程度的不断提高，单个芯片容纳器件的数量急剧增加，其设计工具也由最初的手工绘制转为计算机辅助设计（CAD），相应的设计工具根据市场需求迅速发展，出现了专门的EDA工具供应商。目前，EDA主要市场份额为美国的Cadence、Synopsys和Mentor等少数企业所垄断。中国华大集成电路设计中心是国内唯一一家EDA开发和产品供应商。 由于整机系统不断向轻、薄、小的方向发展，集成电路结构也由简单功能转向具备更多和更为复杂的功能，如彩电由5片机到3片机直到现在的单片机，手机用集成电路也经历了由多片到单片的变化。目前，SoC作为系统级集成电路，能在单一硅芯片上实现信号采集、转换、存储、处理和I/O等功能，将数字电路、存储器、MPU、MCU、DSP等集成在一块芯片上实现一个完整系统的功能。它的制造主要涉及深亚微米技术，特殊电路的工艺兼容技术，设计方法的研究，嵌入式IP核设计技术，测试策略和可测性技术，软硬件协同设计技术和安全保密技术。SoC以IP复用为基础，把已有优化的子系统甚至系统级模块纳入到新的系统设计之中，实现了集成电路设计能力的第4次飞跃。
机器学习研究现状与发展趋势
机器学习研究现状与发展趋势 计算机科学与软件学院 引言: 机器能否象人类一样能具有学习能力呢？1959年美国的塞缪尔(Samuel)设计了一个下棋程序，这个程序具有学习能力，它可以在不断的对奕中改善自己的棋艺。4年后，这个程序战胜了设计者本人。又过了3年，这个程序战胜了美国一个保持8年之久的常胜不败的冠军。这个程序向人们展示了机器学习的能力，提出了许多令人深思的社会问题与哲学问题。 机器学习的研究是根据生理学、认知科学等对人类学习机理的了解，建立人类学习过程的计算模型或认识模型，发展各种学习理论和学习方法，研究通用的学习算法并进行理论上的分析，建立面向任务的具有特定应用的学习系统。这些研究目标相互影响相互促进。 机器学习是关于理解与研究学习的内在机制、建立能够通过学习自动提高自身水平的计算机程序的理论方法的学科。近年来机器学习理论在诸多应用领域得到成功的应用与发展，已成为计算机科学的基础及热点之一。 机器学习是继专家系统之后人工智能应用的又一重要研究领域，也是人工智能和神经计算的核心研究课题之一。现有的计算机系统和人工智能系统没有什么学习能力，至多也只有非常有限的学习能力，因而不能满足科技和生产提出的新要求。对机器学习的讨论和机器学习研究的进展，必将促使人工智能和整个科学技术的进一步发展。 一.机器学习的发展史 机器学习是人工智能研究较为年轻的分支，它的发展过程大体上可分为4个时期。 第一阶段是在50年代中叶到60年代中叶，属于热烈时期。…> 第二阶段是在60年代中叶至70年代中叶，被称为机器学习的冷静时期。 第三阶段是从70年代中叶至80年代中叶，称为复兴时期。 机器学习的最新阶段始于1986年。 机器学习进入新阶段的重要表现在下列诸方面： (1) 机器学习已成为新的边缘学科并在高校形成一门课程。它综合应用心理学、生物学和神经生理学以及数学、自动化和计算机科学形成机器学习理论基础。 (2) 结合各种学习方法，取长补短的多种形式的集成学习系统研究正在兴起。特别是连接学习符号学习的耦合可以更好地解决连续性信号处理中知识与技能的获取与求精问题而受到重视。 (3) 机器学习与人工智能各种基础问题的统一性观点正在形成。例如学习与问题求解结合进行、知识表达便于学习的观点产生了通用智能系统SOAR的组块学习。类比学习与问题求解结合的基于案例方法已成为经验学习的重要方向。 (4) 各种学习方法的应用范围不断扩大，一部分已形成商品。归纳学习的知识获取工具已在诊断分类型专家系统中广泛使用。连接学习在声图文识别中占优势。分析学习已用于设计综合型专家系统。遗传算法与强化学习在工程控制中有较好的应用前景。与符号系统耦合的神经网络连接学习将在企业的智能管理与智能机器人运动规划中发挥作用。 (5) 与机器学习有关的学术活动空前活跃。国际上除每年一次的机器学习研讨会外，还有计算机学习理论会议以及遗传算法会议。 二.机器学习分类 1、基于学习策略的分类 学习策略是指学习过程中系统所采用的推理策略。一个学习系统总是由学习和环境两部分组成。由环境（如书本或教师）提供信息，学习部分则实现信息转换，用能够理解的形
己内酰胺生产现状及发展前景
己内酰胺生产现状及发展前景 一、己内酰胺的理化性质及主要用途 己内酰胺caprolactam （简称CPL） 分子式：C6H11NO 分子量：133.16 结构式： 己内酰胺是ε-氨基己酸H2N(CH2)5COOH分子内缩水而成的内酰胺，又称ε-己内酰胺，它一种重要的有机化工原料，是生产尼龙—6纤维(即锦纶)和尼龙—6工程塑料的单体，可生产尼龙塑料、纤维、及L-赖氨酸等下游产品。它常温下为白色晶体或结晶性粉末。熔点(CH2)5CONH69～71℃，沸点139℃(12毫米汞柱)、122~124℃(665Pa)、130℃(1599Pa)、165~167℃(2247Pa)。比重：1.05(70%水溶液)，熔化热：121.8J/g，蒸发热：487.2J/g。纯己内酰胺的凝固点为69.2℃，在760mmHg时沸点为268.5℃，85℃下密度1010kg/m3。在20℃水中溶解度为100g水溶解82g己内酰胺。受热时起聚合反应，遇火能燃烧。 常温下容易吸湿，有微弱的胺类刺激气味，手触有润滑感，易溶于水、甲醇、乙醇、乙醚、石油烃、环己烯、氯仿和苯等溶剂。受热时易发生聚合反应。 己内酰胺(CPL)主要用于生产聚己内酰胺纤维树脂，广泛应用在纺织、汽车、电子、机械等领域。
二、市场分析 己内酰胺是重要的有机化工原料之一，主要用途是通过聚合生成聚酰胺切片（通常叫尼龙-6切片，或锦纶-6切片），可进一步加工成锦纶纤维、工程塑料、塑料薄膜。尼龙-6切片随着质量和指标的不同，有不同的侧重应用领域。世界己内酰胺的消费结构为：工程塑料和食品包装膜占总消费量的25%，尼龙6纤维占总消费量的75%。在尼龙6纤维的消费量中，民用丝（包括运动服、休闲衣、袜子等）的消费量占47%，地毯的消费量占30%，工业丝（包括帘子布、渔网丝等）占23%。在我国，尼龙6纤维己内酰胺总消费量的86.2%以上，尼龙6工程塑料占12.2%以上，其它方面的消费量不大，约占1.6%。 近年来，世界己内酰胺的生产能力稳步增长。根据统计，截止到2009年底，全世界己内酰胺的总生产能力达到487.2万吨，巴斯夫、帝斯曼和霍尼韦尔是目前世界上的三大己内酰胺生产厂家，生产能力分别占全球总能力的15.1%、12.6%和7.7%。 我国己内酰胺的工业生产始于20世纪50年代末期，但直到1994年我国引进的两套大型己内酰胺装置建成投产，才使国内己内酰胺的生产得到较快的发展。目前我国有中石化巴陵分公司、南京帝斯曼（DSM）东方化工有限公司、石家庄化纤责任有限公司以及浙江巨化集团公司4家企业生产己内酰胺，总生产能力为48.7万吨/年。除了中石化石家庄化纤有限责任公司的装置采用甲苯法外，其余装置均采用苯法生产工艺。
压力传感器研究现状及发展趋势
压力传感器研究现状及发展趋势 传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一,从宇宙开发到海底探秘,从生产的过程控制到现代文明生活,几乎每一项技术都离不开传感器,因此,许多国家对传感器技术的发展十分重视,如日本把传感器技术列为六大核心技术(计算机、通信、激光、半导体、超导体和传感器) 之一。在各类传感器中压力传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定可靠、成本低、便于集成化的优点,可广泛用于压力、高度、加速度、液体的流量、流速、液位、压强的测量与控制。除此以外,还广泛应用于水利、地质、气象、化工、医疗卫生等方面。由于该技术是平面工艺与立体加工相结合,又便于集成化,所以可用来制成血压计、风速计、水速计、压力表、电子称以及自动报警装置等。压力传感器已成为各类传感器中技术最成熟、性能最稳定、性价比最高的一类传感器。因此对于从事现代测量与自动控制专业的技术人员必须了解和熟识国内外压力传感器的研究现状和发展趋势。 1 压力传感器的发展历程 现代压力传感器以半导体传感器的发明为标志,而半导体传感器的发展可以分为四个阶段[1 ] : (1) 发明阶段(1945 - 1960 年) :这个阶段主要是以1947 年双极性晶体管的发明为标志。此后,半导体材料的这一特性得到较广泛应用。史密斯(C.S. Smith) 与1945 发现了硅与锗的压阻效应[2 ] ,即当有外力作用于半导体材料时,其电阻将明显发生变化。依据此原理制成的压力传感器是把应变电阻片粘在金属薄膜上,即将力信号转化为
电信号进行测量。此阶段最小尺寸大约为1cm。 (2) 技术发展阶段(1960 - 1970 年) :随着硅扩散技术的发展,技术人员在硅的(001) 或(110) 晶面选择合适的晶向直接把应变电阻扩散在晶面上,然后在背面加工成凹形,形成较薄的硅弹性膜片,称为硅杯[3 ] 。这种形式的硅杯传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定性好、成本低、便于集成化的优点,实现了金属- 硅共晶体,为商业化发展提供了可能。 (3) 商业化集成加工阶段(1970 - 1980 年) :在硅杯扩散理论的基础上应用了硅的各向异性的腐蚀技术,扩散硅传感器其加工工艺以硅的各项异性腐蚀技术为主,发展成为可以自动控制硅膜厚度的硅各向异性加工技术[4 ] ,主要有V 形槽法、浓硼自动中止法、阳极氧化法自动中止法和微机控制自动中止法。由于可以在多个表面同时进行腐蚀,数千个硅压力膜可以同时生产,实现了集成化的工厂加工模式,成本进一步降低。 (4) 微机械加工阶段(1980 年- 今) :上世纪末出现的纳米技术,使得微机械加工工艺成为可能。 通过微机械加工工艺可以由计算机控制加工出结构型的压力传感器,其线度可以控制在微米级范围内。利用这一技术可以加工、蚀刻微米级的沟、条、膜,使得压力传感器进入了微米阶段。 2 压力传感器国内外研究现状 从世界范围看压力传感器的发展动向主要有以下几个方向。 2. 1 光纤压力传感器[5 ]
机器人研究现状及发展趋势
机器人发展历史、现状、应用、及发展 趋势 院系：信息工程学院 专业：电子信息工程 姓名：王炳乾
机器人发展历史、现状、应用、及发展趋势 摘要：随着计算机技术不断向智能化方向发展,机器人应用领域的不断扩展和深化,机器人已成为一种高新技术产业,为工业自动化发挥了巨大作用,将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。文章介绍了机器人的国内国外的发展历史、状况、应用、并对机器人的发展趋势作了预测。 关键词：机器人;发展；现状；应用；发展趋势。 1．机器人的发展史 1662年，日本的竹田近江利用钟表技术发明了自动机器玩偶并公开表演。 1738年，法国技师杰克·戴·瓦克逊发明了机器鸭，它会嘎嘎叫、进食和游泳。 1773年，瑞士钟表匠杰克·道罗斯发明了能书写、演奏的玩偶，其体内全是齿轮和发条。它们手执画笔、颜料、墨水瓶，在欧洲很受青睐。 保存至今的、最早的机器人是瑞士的努萨蒂尔历史博物馆里少女形象的玩偶，有200年历史。她可以用风琴演奏。 1893年，在机械实物制造方面，发明家摩尔制造了“蒸汽人”，它靠蒸汽驱动行走。 20世纪以后，机器人的研究与开发情况更好，实用机器人问世。 1927年，美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人“电报箱”。它是电动机器人，装有无线电发报机。 1959年第一台可以编程、画坐标的工业机器人在美国诞生。 现代机器人 有关现代机器人的研究始于20世纪中期，计算机以及自动化技术的发展、原子能的开发利用是前提条件。1946年，第一台数字电子计算机问世。随后，计算机大批量生产的需要推动了自动化技术的发展。1952年，数控机床诞生，随后相关研究不断深入；同时，各国原子能实验室需要代替人类处理放射性物质的机械。
国内制造业现状及未来发展趋势
近年来，随着中国人口红利的日渐消失，外来制造业正逐步转移到东南亚以及印度、巴西、墨西哥等劳动力成本较低的国家。正如美国提出制造业回归概念，中国制造业的未来应该考虑如何能够长远提升中国创造的能力以及产业投资、经营环境，而不应该仅仅停留在早期代工阶段。 目前，中国制造业生产技术特别是关键技术主要依靠国外的状况仍未从根本上改变，部分行业劳动密集型为主，附加值不高。目前，尽管我国制造业的技术创新有所提高，但在自主开发能力仍较薄弱，研发投入总体不足，缺少自主知识产权的高新技术，缺乏世界一流的研发资源和技术知识，对国外先进技术的消化、吸收、创新不足，基本上没有掌握新产品开发的主动权。 更为关键的是，大部分企业和政府部门基于中国市场的薪资水平，来为是否选用机器人做成本核算，却根本没有考虑到周边国家及地区“竞争对手”的人力成本。其实，大规模使用机器人升级制造业，更深层次的原因是减少流水线管理成本以及提高企业的管理和生产效率。因为除了精准、高效、可适应恶劣生产环境等优势，机器人可以给制造业带来“高水平制造工艺”和“制造高水平产品”。 观察人士认为，国际金融危机之后，各国更加重视以科技创新拉动经济发展，国际分工体系开始出现生产布局多元化、设计研发全球化等趋势，全球价值链的重塑日见端倪，与之相伴的是制造业从新兴经济体回流发达国家。 一些迹象表明，美国一些大企业如通用电气、卡特彼勒、福特正在觉醒，开始在本土大规模投资先进制造业，而中国等新兴经济体制造业的增长势头在2012年已显露疲态。 对于中国来说，开展国际投资是参与全球价值链重塑、实现产业升级和技术进步的重要途径，因为在全球价值链重塑过程中，智能类新型制造业兴起，其特点是个性化“按需定制”，生产地点必须靠近使用地点。这样一来，原来从发达国家转移到新兴国家的制造业将“回流”。一旦“智能制造”开始普及，加上美国能源成本持续降低，那么中国的劳动力成本优势就不再像从前那样具有竞争力。 产能过剩成我国制造业的一大硬伤 发布时间：2015-06-17 资讯内容 分享到：1摘要：自改革开放以来，中国的制造业年年创新高，不断刷新中国制造业产值全球份额比例，但在这中快速发展的背后，是过于快速扩张带来的“底盘不稳”，科技含量低、行业规范缺失以及产能过剩等日益突出的问题，中国制造业要想脱胎换骨，还有许多必须经历的阵痛。 10余年时间中国制造已闻名全球。特别是金融危机后，中国制造逆市向上。2010年制造业产值的全球份额超过美国，成为世界第一。正是在这两年，“盛世”景象之下，中
半导体材料的发展现状与趋势
半导体材料与器件发展趋势总结 材料是人类社会发展的物质基础与先导。每一种重大新材料的发现和应用都把人类支配自然的能力提高到一个全新的高度。材料已成为人类发晨的里程碑。本世纪中期单晶硅材料和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研究成功，导致了电子工业大革命。使微电子技术和计算机技术得到飞速发展。从20世纪70年代的初期，石英光纤材料和光学纤维的研制成功，以及GaAs等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明，使光纤通信成为可能，目前光纤已四通八达。我们知道，每一束光纤，可以传输成千上万甚至上百万路电话，这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。超晶格概念的提出MBE、MOCVD先进生长技术发展和完善以及超品格量子阱材料包括一维量子线、零维量子点材料的研制成功。彻底改变了光电器件的设计思想。使半导体器件的设计与制造从过去的杂质工程发展到能带工程。出现了以“电学特性和光学特性的剪裁”为特征的新范畴，使人类跨入到以量子效应为基础和低维结构为特征的固态量子器件和电路的新时代，并极有可能触发新的技术革命。半导体微电子和光电子材料已成为21世纪信息社会的二大支柱高技术产业的基础材料。它的发展对高速计算、大容量信息通信、存储、处理、电子对抗、武器装备的微型化与智能化和国民经济的发展以及国家的安全等都具有非常重要的意义。 一、几种重要的半导体材料的发展现状与趋势 1.硅单晶材料 硅单晶材料是现代半导体器件、集成电路和微电子工业的基础。目前微电子的器件和电路，其中有90％到95％都是用硅材料来制作的。那么随着硅单晶材料的进一步发展，还存在着一些问题亟待解决。硅单晶材料是从石英的坩埚里面拉出来的，它用石墨作为加热器。所以，来自石英里的二氧化硅中氧以及加热器的碳的污染，使硅材料里面包含着大量的过饱和氧和碳杂质。过饱和氧的污染，随着硅单晶直径的增大，长度的加长，它的分布也变得不均匀；这就是说材料的均匀性就会遇到问题。杂质和缺陷分布的不均匀，会使硅材料在进一步提高电路集成度应用的时候遇到困难。特别是过饱和的氧，在器件和电路的制作过程中，它要发生沉淀，沉淀时的体积要增大，会导致缺陷产生，这将直接影响器件和电路的性能。因此，为了克服这个困难，满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高，人们不得不采用硅外延片，就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样，可以有效地避免氧和碳等杂质的污染，同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法，还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结，这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产，8英寸的硅外延片，也正在从实验室走向工业生产；更大直径的外延设备也正在研制过程中。 除此之外，还有一些大功率器件，一些抗辐照的器件和电路等，也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的，它在生长时，不与石英容器接触，材料的纯度可以很高；利用这种材料，采用中子掺杂的办法，制成N或P型材料，用于大功率器件及电路的研制，特别是在空间用的抗辐照器件和电路方面，它有着很好的应用前景。当然还有以硅材料为基础的SOI材料，也就是半导体/氧化物/绝缘体之意，这种材料在空间得到了广泛的应用。总之，从提高集成电路的成品率，降低成本来看的话，增大硅单晶的直径，仍然是一个大趋势；因为，只有材料的直径增大，电路的成本才会下降。我们知道硅技术有个摩尔定律，每隔18个月它的集成度就翻一番，它的价格就掉一半，价格下降是同硅的直径的增大密切相关的。在一个大圆片上跟一个小圆片上，工艺加工条件相同，但出的芯片数量则不同；所以说，增大硅的直径，仍然是硅单晶材料发展的一个大趋势。那我们从提高硅的
国内外公路研究现状与发展趋势
第1章绪论 1.1我国公路现状 交通运输业是国民经济中从事运送货物和旅客的社会生产部门，是国民经济和社会发展的动脉，是经济社会发展的基础行业、先行产业。交通运输主要包括铁路、公路、水运、航空、管道五种运输方式，其中，铁路、水运、航空、管道起着“线”的作用，公路则起着“面”的作用，各种运输方式之间通过公路路网联结起来，形成四通八达、遍布城乡的运输网络。改革开放以来，灵活、快捷的公路运输发展迅速，目前，在综合运输体系中，公路运输客运量、货运量所占比重分别达90％以上和近80％。高速公路是经济发展的必然产物，在交通运输业中有着举足轻重的地位。在设计和建设上，高速公路采取限制出入、分向分车道行驶、汽车专用、全封闭、全立交等较高的技术标准和完善的交通基础设施，为汽车快速、安全、经济、舒适运行创造了条件。与普通公路相比，高速公路具有行车速度快、通行能力大、运输成本低、行车安全、舒适等突出优势，其行车速度比普通公路高出50％以上，通行能力提高了2~6倍,并可降低30％以上的燃油消耗、减少1/3的汽车尾气排放、降低1/3的交通事故率。 新中国成立以来，经过60多年的建设，公路建设有了长足发展。2011年初正值“十一五”规划结束，“十二五”规划伊始。“十一五”时期是我国公路交通发展速度最快、发展质量最好、服务水平提升最为显著的时期。经过4年多的发展，公路交通运输紧张状况已实现总体缓解，基础设施规模迅速扩大，运输服务水平稳步提升，安全保障能力明显增强，为应对国际金融危机、保持经济平稳较快发展、加快经济发展方式转变、促进城乡区域协调发展、保障社会和谐稳定、进一步提高我国的综合国力和国际竞争力作出了重要贡献。 “十一五”前4年，全国累计完成公路建设投资2.93万亿元，年均增长近16％，约为“十一五”预计总投资的1.2倍，也超过了“九五”和“十五”的投资总和。公路建设投资的快速增长，极大地拉动和促进了国民经济的迅猛发展。从公路建设投资占同期全社会固定资产总投资的比重来看，“十一五”期间基本保持在4.5％左右。 在投资带动下，公路网规模不断扩大，截至2009年底，全国公路网总里程达到386万公里，其中高速公路6.51万公里，二级及以上公路42.52万公里，分别较"十五"末增加36.4万公里、2.5万公里和9.4万公里；全国公路网密度由“十五”末的每百平方公里34.8公里提升至40.2公里。预计到2010年底，全国公路网总里程将达到395万公里，高速公路超过7万公里，分别较“十五”末增加45.3万公里与3万公里。农村公路投资规模年均增长30%，总里程将达到345万公里，实现全国96%的乡镇通沥青（水泥）路。 “十一五”期间公路的快速发展，为扩大内需、拉动经济增长作出了突出贡献。特别是2008年以来，为应对国际金融危机，以高速公路为重点，建设步伐进一步加快，“十一五”末高速公路里程将达到"十五"末的1.78倍。“十一五”期间全社会高速公路建设累计投资达2万亿元，直接拉动GDP增长约3万亿元，拉动相关行业产出
国内外研究现状和发展趋势
北京市绿化隔离带可持续经营技术及效益评价 二、项目所属领域国内外研究开发现状和发展趋势 1、由城市绿地到城市林业的发展 城市绿地是城市中一种特殊的生态系统，它是城市系统中能够执行“吐故纳新”负反馈调节机制的子系统。这个系统一方面能为城市居民提供良好的生活环境，为城市生物提供适宜的生境；另一方面能增强城市景观的自然性、促进城市居民与自然的和谐共生。它是城市现代化和文明程度的重要标志。 绿地(green space)一词，各国的法律规范和学术研究对它的定义和范围有着不同的解释，西方城市规划概念中一般不提城市绿地，而是开敞空间(Open Space)，我国建国以来一直延用原苏联的绿地概念，包括城市区域内的各类公园、居住区绿地、单位绿地、道路绿化、墓地、农地、林地、生产防护绿地、风景名胜区、植物覆盖较好的城市待用地等。 尽管各国关于开敞空间(或绿地)的定义不尽相同，但它们都强调了开敞空间(或绿地)在城市中的自然属性，即都是为了保持、恢复或建立自然景观的地域。绿地作为城市的一种景观，是城市中保持自然景观，或使自然景观得到恢复的地域，是城市自然景观和人文景观的综合体现，是城市中最能体现生态性的生态空间，是构成城市景观的重要组成部分。在结构上为人工设计的植物景观、自然植物景观或半自然植物景观。绿地在城市中的功能和作用主要包括：组织城市空间的功能、生态功能（改善生态环境的功能、生物多样性保护功能）、游憩休闲功能、文化(历史)功能、教育功能、社会功能、城市防护和减灾功能。 城市绿地发展和研究进程包括：城市绿地思想启蒙阶段、城市绿地规划思想形成阶段、城市绿地理论和方法的发展阶段、城市绿地生态规划和建设阶段。 吴人韦[1]、汪永华[2]、胡衡生[3]等从城市公共绿地的起源开始介绍了国外城市绿地的发展历程，认为国外的城市绿地建设经历了从公园运动（1843～1887）、公园体系（1880～1890）、重塑城市（1898～1946）、战后大发展（1945～1970）、生物圈意识（1970年以后）等一系列由简单到复杂的城市绿地发展过程，其中“重塑城市”阶段提出了“田园城市”和城市绿带概念，绿带网络提供城区间的隔离、交通通道，并为城市提供新鲜空气。“有机疏散”理论中的城市与自然的有机结合原则，对以后的城市绿化建设具有深远的影响。1938年，英国议会通过了绿带法案（Green Belt Act）。1944年的大伦敦规划，环绕伦敦形成一道宽达5英里的绿带。1955年，又将该绿带宽度增加到6～10英里。英国“绿带政策”的主要目的是控制大城市无限蔓延、鼓励新城发展、阻止城市连体、改善大城市环境质量。早在1935年，莫斯科进行了第一个市政建设总体规划，规划在城市用地外围建立10公里宽的“森林公园带”；1960年调整城市边界时，“森林公园带”进一步扩大为10～15公里宽，北部最宽处达28公里；1971年，莫斯科采用环状、楔状相结合的绿地布局模式，将城市分隔为多中心结构。目前，德国城市森林建设已取得了让世人瞩目的成绩，其树种主要为乡土树种，基本上是高大的落叶乔木（栎类、栗类、悬铃木、杨树、核桃、欧洲山毛榉等）[4]。在绿化城
智能制造现状与前景
智能制造现状与前景公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-
智能制造的发展与前景展望 摘要:简述了智能制造形成的原因及智能制造的概念；分析了智能制造国内外的发展现状；指出了智能制造的发展趋势及其面临的问题。 关键词：智能制造人工智能机械制造工业 The development and research of intelligent manufacturing JiaYu Wang (College of Mechanical Engineering, Nanjing University of Aeronautics ＆Astronautics, Nanjing, 210016, China;) Abstract：This paper depicts the cause of formation and conception of presents status in the development on indication is given of the trend of development and question confronting IM. Key words:IM;AI;mechanical manufacture;Industrie 0 前言 智能制造装备是先进制造技术、信息技术以及人工智能技术在制造装备上的集成和深度融合，是实现高效、高品质、节能环保和安全可靠生产的下一代制造装备。在综述了智能制造装备国内外发展现状的基础上，重点论述了目前智能制造存在的问题，并得出结论，认为德国的”工业”和美国的工业互联网装备将是智能制造装备未来的发展方向。 1研究背景 制造业是国民经济的基础工业部门，是决定国家发展水平的最基本因素之一。从机械制造业发展的历程来看，经历了由手工制作、泰勒化制造、高度自动化、柔性自动化和集成化制造、并行规划设计制造等阶段。就制造自动化而言，
中国管理研究的现状及发展前景
徐淑英《光明日报》（ 20１1年07月29日１1 版) 过去2０多年来，中国管理学研究关注西方情境的研究课题,验证西方发展出来的理论，并借用西方的研究方法论。而旨在解决中国企业面临的问题和针对中国管理现象提出有意义的理论解释，这方面的研究却迟滞不前。围绕到底是追求“中国管理理论”（即在中国管理情境中检验西方理论)还是“管理的中国理论”(即针对中国现象和问题提出自己的理论)的争论，很多学者作出了积极探索。中国的管理学研究者应遵循科学探究的自主性原则,保持对常规科学局限性的警觉,从事既能贡献普遍管理知识,又能解决中国管理问题的研究。 国际管理学研究中的一个现象 全球化商业活动的增加,不仅使得全球化的跨国公司对管理知识的需求大大增加，而且那些处于新兴经济体（比如俄罗斯、印度和中国）中的公司，由于在国际市场上扮演越来越重要的角色，也非常渴望得到管理实践所需的知识。除了新兴经济体外,许多发达地区的管理研究也十分活跃。有学者观察到了国际学者的一种明显偏好:从主流管理学文献(基本上是基于北美,特别是美国的文献)中套用已有的理论、构念和方法来研究本土的现象。这导致了JameｓMａrch（詹姆斯·马奇)所认为的组织研究的“趋同化”。这个趋势是值得注意的,因为它有可能放慢有效的全球管理知识的发展速度，也会阻碍科学的进步。这样的趋势在中国也是存在的。
科学研究总是有目的的：执著于寻找真相（realiｔy)和追求真理(trｕth)。科学的研究方法确保了科学家的发现是接近于真理的,这也是所有科学研究应该达到的严谨性（rｉgor)标准。然而对于管理学这门应用科学来说,真理本身是不够的。管理研究的第二个目标是获取有益于提高实践水平的知识,这就是管理学者应该达到的切题性（ｒe ｌevａnce）标准。但现在大部分的中国学者都是严谨有余,切题不足。 目前,套用西方发展起来的理论在中国进行演绎性研究主导了中国管理学研究领域。用这种方法进行的研究倾向于把成果发表在国际性杂志上，尤其是国际顶尖杂志。这类研究成果验证了已有理论或者对其情境性边界进行了延伸研究，说明了如何使用现有研究成果来解释一些新情境下出现的独特现象和问题。但这样的研究倾向对现有的理论发展只能提供有限的贡献，因为它的目的并非寻找对地方性问题的新的解释。这种方法也限制了对中国特有的重要现象以及对中国有重要影响的事件的理解。 笔者并不认为学者的目标就是发展新的理论，而是提请注意这一事实:绝大部分中国的研究都不约而同地采用西方已有理论来解释中国现象。这一趋势形成的原因可以从两个方面进行解释。 首先是因为缺乏先进的科学研究方法的训练和对科学目的的正确理解。一些研究者错误地认为，科学的目的是发表文章，而非寻找对重要现象的恰当理解和解释。中国学者可以很快学会如何正确使用研
2019年半导体材料现状研究及发展趋势共17页
中国半导体材料行业现状调研分析及市场前景预测报告（2016年版） 报告编号：1687281
行业市场研究属于企业战略研究范畴，作为当前应用最为广泛的咨询服务，其研究成果以报告形式呈现，通常包含以下内容： 一份专业的行业研究报告，注重指导企业或投资者了解该行业整体发展态势及经济运行状况，旨在为企业或投资者提供方向性的思路和参考。 一份有价值的行业研究报告，可以完成对行业系统、完整的调研分析工作，使决策者在阅读完行业研究报告后，能够清楚地了解该行业市场现状和发展前景趋势，确保了决策方向的正确性和科学性。 中国产业调研网Cir基于多年来对客户需求的深入了解，全面系统地研究了该行业市场现状及发展前景，注重信息的时效性，从而更好地把握市场变化和行业发展趋势。
一、基本信息 报告名称：中国半导体材料行业现状调研分析及市场前景预测报告（2016年版） 报告编号：1687281←咨询时，请说明此编号。 优惠价：￥6750 元可开具增值税专用发票 网上阅读：http://cir/R_JiXieDianZi/81/BanDaoTiCaiLiaoDeXianZhuangHeFaZhanQuSh i.html 温馨提示：如需英文、日文等其他语言版本，请与我们联系。 二、内容介绍 半导体材料是一类具有半导体性能、是制作晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件的重要基础材料，支撑着通信、计算机、信息家电与网络技术等电子信息产业的发展。 2019年，全球半导体材料市场规模同比增长3%;收入达到443亿美元，同比增长1 0%，这是自2019年以来，全球半导体材料市场首次实现同比增长。台湾由于其庞大的代工和先进的封装基地，连续五年成为半导体材料的最大客户。 2019年中国半导体材料市场规模同比增长3%，收入达到了58.3亿美元。其中，2 019年我国多晶硅产量仍达到13.2万吨，同比增长57%.硅片产能达到38GW，同比增长28%.硅片产量达到近88亿片，约占全球76%. 中国产业调研网发布的中国半导体材料行业现状调研分析及市场前景预测报告（20 19年版）认为，近几年，由于市场需求的不断扩大、投资环境的日益改善、优惠政策的吸引及全球半导体产业向中国转移等等原因，我国集成电路产业每年都保持30%的增长率。集成电路制造过程中需要的主要关键原材料有几十种，材料的质量和供应直接影响着集成电路的质量和竞争力，因此支撑关键材料业是集成电路产业链中最上游也是最重要的一环。随着信息产业的快速发展，特别是光伏产业的迅速发展，进一步刺激了多晶硅、单晶硅等基础材料需求量的不断增长。 随着世界半导体行业巨头纷纷到国内投资，整个半导体行业快速发展，这也要求材料业要跟上半导体行业发展的步伐。可以说，市场发展为半导体支撑材料业带来前所未有的发展机遇。
本课题国内外研究现状及发展趋势
本课题国内外研究现状及发展趋势 医用信息系统同其他行业的信息系统相比具有其明显的特殊性，医用信息系统有大量的CT、MRI等的图象，B超、内窥镜等的视频数据，还有大量的CT、MRI、B超、PET、电子内窥镜等的医用检查设备。医用信息系统中大量的如HIS,RIS,PACS,MODALITY,CPR等部门级的系统之间有大量需要交流和共用的信息,如何将这些数据有效的交流，如何减少重复手工劳动,减少数据冗余.以提供给医生、护士从而提高诊断和治疗水平，或者提供给医院管理者以提高医院的管理水平.换而言之，就是将医院各部门之间的数据互相平滑高效的交流以及医用信息的整合集成成为世界各国致力于医用信息系统的专家学者和相关研究机构的研究话题。 Radiological Society of North America(RSNA)和Healthcare Information and Management Systems Society(HIMSS)提出了IHE框架试图解决这些信息的交流和集成问题。
IHE规范遵循DICOM标准和HL7标准.DICOM标准的全称是“医学数字成像与通信”（digital imaging and communication in medicine）标准，不仅支持医学放射图象，而且面向所有的医学图象，只要简单的增加相应的服务对象类（SOP）即可，可扩展到心电图，内窥镜图象，牙医图象，病理学图象等。HL7主要为面向健康的计算机系统提供临床、金融、管理信息的电子交换标准.IHE规范还提供了HL7到DICOM的互操作. 国内随着医疗行业改革,医疗服务行业开始面向市场,通过信息化的战略来提高医患的满意度以提到很多医院的议事日程.因此构建一个集成化的标准化的系统来及时的获取各种临床信息变的非常迫 切.目前国内有许多厂商拥有遵循DICOM标准的PACS系统,然而将