微电子技术在生物医学中的应用
生物医学信号采集与处理系统的研究

生物医学信号采集与处理系统的研究一、引言生物医学信号采集与处理是医学领域中的重要研究方向之一。
随着科技的不断发展,生物医学信号的采集和处理系统也逐渐得到了极大的改进,能够更加准确、实时地获取和处理生物医学信号。
本文将对生物医学信号采集与处理系统的研究进行阐述。
二、生物医学信号采集与处理系统的概述生物医学信号是指在生物体内产生的一些具有特定意义的信号,如心电信号、脑电信号、眼电信号等。
这些信号对于疾病的诊断和治疗非常重要。
因此,生物医学信号的采集和处理是医学领域中的一个重要环节。
生物医学信号采集与处理系统是采集、分析和处理生物医学信号的重要工具。
其主要由信号采集设备、信号处理器和数据处理软件等组成。
信号采集设备通常包括生物传感器、数据转换器和信号放大器等,其作用是将生物体内的信号转换为数字信号,并放大信号强度。
信号处理器是对采集数据进行滤波、放大、去噪等处理的设备,一般包括FFT(快速傅里叶变换)、小波变换、卡尔曼滤波器等。
数据处理软件主要是对采集到的信号进行分析和处理,如频谱分析、事件检测、信号识别等。
三、生物医学信号采集与处理系统的应用领域生物医学信号采集与处理系统被广泛应用于医学、生物工程、神经科学、生理学等领域。
在医学领域中,生物医学信号采集与处理系统广泛应用于疾病的诊断和治疗,如心血管疾病、神经系统疾病、肌肉损伤等。
在生物工程领域,生物医学信号采集与处理系统被用于开发生物传感器、人机交互技术等。
在神经科学和生理学领域,生物医学信号采集与处理系统被用于研究人类和动物生理学,包括大脑活动、肌肉运动、心脏功能等。
四、生物医学信号采集与处理系统的研究进展生物医学信号采集与处理系统的研究一直是医学领域的一个热点。
近年来,随着微电子技术、计算机技术和生物学技术的不断发展,生物医学信号采集与处理系统也取得了显著的进展。
(一)微电子技术在生物医学信号采集与处理中的应用微电子技术是实现生物医学信号采集与处理的基础。
微电子科学与工程在生物医学领域的应用

微电子科学与工程在生物医学领域的应用微电子科学与工程作为一门交叉学科,涵盖了微电子器件、成像技术、传感技术等多个领域,并在生物医学领域展示了巨大的应用潜力。
本文将重点探讨微电子科学与工程在生物医学领域的应用,并介绍一些相关的最新进展。
一、生物传感器生物传感器是微电子科学与工程在生物医学领域应用的重要领域之一。
生物传感器通过将微电子器件与生物体相结合,能够实时监测和检测生物体内的生理指标。
例如,通过耳机式生物传感器可以实时监测人体心率、血氧饱和度等生理参数,为个人健康管理提供及时数据支持。
二、医学成像技术微电子科学与工程在医学成像技术领域的应用也非常广泛。
微电子器件的微小尺寸和高精度特性使得医学成像设备更加紧凑和精确。
例如,微型超声成像设备可以通过微电子传感器实现对人体内部器官的高清成像,为医生提供诊断和治疗的依据。
此外,微电子器件还广泛应用于核磁共振成像、放射性核素成像等多种医学成像技术中,提高了成像的精确度和效率。
三、生物芯片生物芯片是微电子科学与工程在生物医学领域的又一重要应用。
生物芯片通过在微米尺度上集成多种生物传感器和微流控技术,能够实现对生物体内样本的快速检测和分析。
例如,在临床诊断中,利用生物芯片可以快速检测病原体的存在,减少人工操作的误差,提高诊断的准确性。
四、生物模拟器件微电子科学与工程在生物医学领域的应用还涉及到生物模拟器件的研发和应用。
生物模拟器件可以模拟人体器官的功能和特性,用于疾病治疗和康复训练。
例如,通过微电子技术,可以研制出人工耳蜗和人工智能义肢等器件,帮助听力受损和肢体残疾的患者重获听力和运动能力。
总结:微电子科学与工程在生物医学领域的应用正在持续深入发展,为医疗保健和疾病治疗带来了革命性的变革。
通过生物传感器、医学成像技术、生物芯片和生物模拟器件的应用,微电子科学与工程为医学领域提供了更加精确、便捷和有效的技术手段。
我们对微电子科学与工程在生物医学领域的应用前景充满期待,相信随着科技的不断发展,它将继续发挥重要作用,推动医学的进步与发展。
MEMS在生物方面的应用实例1

生物芯片可以简单理解为快速、微型化、自动化、 高通量地处理生物信息的器件。目前,生物芯片已 广泛应用在基因表达、药物筛选、疾病诊断、农作 物育种和改良、生物武器、司法鉴定、食品卫生监 督等。
生物技术领域MEMS技术是一个大的研究领域,同 时,生物方面的应用也是MEMS一个较大的应用领 域。MEMS在生物领域的应用,包括微型血压传感 器、微型心脏起搏器、DNA序列分析阵列等器件。 比如为DNA放大和识别的聚合酶链式反应微系统, 基于MEMS技术制作的微型悬臂梁微机械扫描隧 道显微镜,用于探测有毒有害化学成分和生物的生 物芯片、高效药物筛选和分离等、微型药物输运系 统和基于MEMS技术的内窥镜等。
人造视网膜 人造视网膜是具有代表性的微型人造器官,基于互 补式金属-氧化层-半导体(CMOS)技术研制 的人造视网膜。由微阵列式光电二极管(MPD) 组成,MPD将光信号转换成微电流信号,电流信 号通过微电极传输到组织或者神经细胞,是改善失 明者视力的一条极好途径。
电子耳蜗是一种植入式电子装置和仿生功能的人造 器官,能够将声能转化成电能。通过植入电极直接 刺激耳蜗内残余听神经纤维,使双耳听阈提高到九 十分贝以上,即使佩戴大功率助听器仍无改善的极 重度耳聋患者也能产生听觉。
生物芯片实际上是一种高度复杂的生物传感器。目 前比较成功的生物芯片,是蛋白质芯片生物传感器。 这种传感器使用为微加工技术,在传感器表面固定 数量巨大的生物活性探针,与待测的蛋白质进行反 应后,把得到的信号转化成电信号,在反馈给计算 机。 可以检测微观领域中微小物质的质量变化各种微量检测。
一、生物医疗MEMS和生物芯片技术
二、
MEMS微针阵列及应用
三、MEMS传感器在医学上的应用
生物研究与医疗中的微电子系统应用

2 系 统 的 微 型 化 设 计 :设 计 完 .
成 的 微 电子 系统 应 具 有 小 型化 的 特
项 生 理 、生 化 参 数 来 对 各 种 生 物特 非 常 方 便 地 获 得 监 测 者 全 面 的 生 理 子 设 计 、材 料 、微 型 化 封 装 等 各 个
征信号进行研究 ,并 以此来诊断与 参 数 ,从 而 能够 正确 掌 握 病情 变 化 方 面 的前 沿 技 术 。 同 时 ,为 了适 应
设 计 的要 求 ,这 个 方 向的 研 究 也 将
有 力 地 推 动 各个 方 面 在 技 术 层 面 的 创新 。
生物 医疗 微 电 子 系 统 的 设 计 要 求 与
系统 结构
对 于 一 个 和 生 物 医学 相 关 的 微 电子 系统 来 说 ,无 论 是需 要 植 入 生 物 体 内部 还 是 穿 戴 在生 物 体 表 面 ,
智 能 化 的 方 向不 断 迈 进 ,逐 渐 向三 理 技 术 ,可 以使 得 监 护 手 段 更 加 多 子 技 术 的用 于 医疗 检 测 与生 物信 号 维 微 电 子 机 械 传 感 系 统 的 方 向 发 样 化 、监 护 技 术 更 加 成 熟 ,并 且 监 研 究 的 器 件 尤 其 是 植 入 型 的器 件 由 展 。另 一 方 面 ,大 规 模 集 成 电路 设 护 系 统 也 正 在 向 微 型 化 、轻 型 化 、
图1 :和生物医疗相关的微 电子 系统的典型结构。
都应具备以下几个显著特点 :
2 集成电路应 用 4I
N Ew TEc H N 。 L。 G Y
l术 新聚 技焦
1 统 的生 物 相容 性 :对 于 和 .系 生 物 医疗 相 关 的 微 系统 而 言 ,和 生
微机电系统在生物医学领域的应用研究

微机电系统在生物医学领域的应用研究微机电系统(MEMS)是一种将微观尺度结构与微电子技术相结合的新兴技术,在生物医学领域中具有广泛的应用潜力。
本文将探讨微机电系统在生物医学领域的应用研究,并从传感器、生物芯片以及生物医学成像方面展开论述。
一、传感器应用微机电系统在生物医学领域最常见的应用之一是传感器。
传感器能够检测和测量生物体的特定参数,帮助医生进行精确的诊断和治疗。
例如,血糖传感器是一种常见的微机电系统传感器,可以监测糖尿病患者的血糖水平。
通过将传感器植入皮肤下,患者可以随时监测血糖变化,并采取相应的治疗措施。
此外,压力传感器、体温传感器等也广泛应用于生物医学领域,为医生提供重要的生理参数。
二、生物芯片应用生物芯片是另一个微机电系统在生物医学领域的重要应用。
生物芯片可以用于快速、精确地检测和分析生物样本中的生物分子。
例如,基因芯片可以检测人体中的基因表达谱,帮助科学家理解基因与疾病之间的关系。
此外,蛋白芯片可以检测蛋白质组成,并用于药物研发和肿瘤标志物的检测。
微机电系统的微小尺寸和高度集成的特点使得生物芯片能够在短时间内完成大量的实验,为生物医学研究提供了重要的工具。
三、生物医学成像应用微机电系统在生物医学成像方面的应用也日益重要。
微机电系统的高分辨率和高灵敏度使得它能够用于制造微型生物医学成像设备。
例如,光学显微镜、红外成像和超声波成像等技术都可以通过微机电系统实现微小化和集成化。
这些微型成像设备具有无创性、高分辨率和实时性等优势,可以被广泛用于疾病的早期诊断和治疗监测。
虽然微机电系统在生物医学领域的应用带来了许多好处,但也存在一些挑战和限制。
首先,微机电系统的制造过程相对复杂,需要高度的工艺技术和设备。
其次,由于其微小尺寸,微机电系统在稳定性和可靠性方面存在一定的困难。
此外,微机电系统的应用还面临着临床实际应用的挑战,如相关法规和规定的制定以及普及率等问题。
总结一下,微机电系统在生物医学领域的应用研究涵盖了传感器、生物芯片和生物医学成像等方面,具有广泛的应用前景。
MEMS技术在生物医学中的应用

MEMS技术在生物医学中的应用随着微电子技术的发展,MEMS ( Micro-Electro-Mechanical Systems ) 技术也逐渐被应用于生物医学领域。
MEMS技术以微米或纳米级别的线性、转动、弯曲和膨胀等机械位移效应,以及群体作用为基础,实现了集成化、微型化和高精度的运动控制、信号检测、流动控制等功能。
它在医疗诊断、生命科学、药物研发等方面具有广阔的前景。
MEMS技术在生物医学中的应用主要有以下几个方面:1. MEMS传感器在生命科学研究中的应用MEMS传感器可以用于生命科学研究中的动态监测和分析。
例如,MEMS压力传感器可以用于血压监测和动脉血流变化检测;MEMS加速传感器可以用于运动监测和肌肉疲劳分析;MEMS荧光探头可以用于药物筛选和生物分子检测;MEMS TEM探针可以用于高分辨率的细胞成像等。
这些传感器可以将许多生命科学指标转化为电信号,便于记录、分析和研究。
2. 全自动化实验芯片MEMS技术可以在微通道中引入一系列的功能模块,实现微流控,将需要进行的各个步骤缩小到微米级别的区域,通过微米级的通道网络将反应分子分离、混合、诱导、分析和检测,对生物分子进行精细处理和快速分析。
这种微流控全自动化实验芯片可以同时完成样品预处理、混合反应、产物分离、检测等成千上万的生物实验,有效提高了实验效率。
3. 生物芯片生物芯片采用类似半导体芯片的技术,将数以千计的微小的反应区域集成到一个晶片上,用于在生物样本中进行特定的反应。
MEMS技术可以制造出非常复杂的生物芯片,包括基于PCR技术的扩增芯片、DNA芯片、蛋白质芯片等一系列生命科学芯片。
生物芯片具有高精度、高通量、高灵敏度和快速分析等特点,已经成为许多生物医学领域研究的重要工具。
4. MEMS传输MEMS流控技术可以带来微型流体静电喷雾器、微流控传感器和微磁场操控装置等全新的生物医药应用。
例如,MEMS微型流体控制器被广泛用于微型诊断测试设备、实验室实验仿生应用、微型流体控制手术等领域。
生物芯片技术在医学检验中的应用

生物芯片技术在医学检验中的应用生物芯片技术,是一种利用微电子技术制造的生物检测标准品,用于对特定生物分子进行检测的技术。
它广泛应用于药物研发、疾病诊断、基因筛查等领域,特别是在医学检验中,由于其高效准确、快速简便的特点,被越来越广泛地应用。
1. 蛋白芯片技术在肿瘤筛查中的应用蛋白芯片技术是一种利用微阵列芯片来检测蛋白质结构和功能的技术。
在肿瘤筛查中,蛋白芯片技术可以用于检测特定蛋白质的表达情况,为癌症的早期诊断提供了一种新的手段。
目前,蛋白芯片技术已经被广泛应用于人类乳腺癌、肺癌、卵巢癌等多种肿瘤的诊断,成为肿瘤筛查中不可或缺的技术手段。
2. 基因芯片技术在疾病预测中的应用基因芯片技术是一种利用微阵列芯片来检测基因表达的技术。
在疾病预测中,基因芯片技术可以用于检测特定基因的表达情况,从而预测患有某种疾病的风险。
例如,对于某些与遗传性疾病、癌症等相关的基因,通过基因芯片技术可以快速、精准地筛查患者是否存在相应的基因突变,从而预测有无发病风险。
3. DNA芯片技术在个性化医疗中的应用DNA芯片技术是一种利用微阵列芯片来检测DNA序列的技术。
在个性化医疗中,DNA芯片技术可以用于分析患者基因序列的特点,并根据这些特点制定适合他们的治疗方案,以达到最佳的治疗效果。
例如,在癌症等疾病治疗中,利用DNA芯片技术可以精确地判断患者针对某种药物的敏感性,从而指导临床治疗方案的制定。
4. 微量分析芯片在医学诊断中的应用微量分析芯片是一种利用微流控和微纳米加工技术制造的高通量、高灵敏度的检测平台。
在医学诊断中,微量分析芯片可以用于极小体积样品的快速检测,例如血液、尿液等生物体液。
同时,由于微量分析芯片的高灵敏度,可以检测到非常微量的生物标记物,有助于提高医学检查的准确性与敏感性。
总之,生物芯片技术在医学检验中的广泛应用,极大地提高了检测的准确性和效率,为临床诊断和治疗提供了新的手段和思路。
随着技术的不断创新和进步,相信生物芯片技术的应用领域还将不断拓展,为医学检验带来更多的创新和突破。
微电子设备在生物医学研究中的应用

微电子设备在生物医学研究中的应用在现代科技日益发展的时代,微电子技术的应用越来越广泛,其中生物医学领域是一个应用非常广泛的领域。
微电子设备的应用为生物医学研究和医疗治疗提供了许多可能性,可以帮助医生更好地了解疾病发生的原因和治疗方式,也可以提高医疗领域的效率和精确度。
一、微电子技术在生物医学研究中的应用1.神经研究神经研究是微电子技术在生物医学研究中的一个应用,通过微小的电极可以监测到神经元的活动,对于研究神经系统的运作过程有非常重要的作用。
此外,微电子设备还可以用于病态神经元的抑制或刺激,从而帮助治疗神经疾病,例如帕金森病、抑郁症等。
2.纳米疫苗纳米疫苗是一种新型疫苗,由微小的粒子组成,可以针对不同种类的疾病进行疫苗开发。
微电子技术可以帮助制备纳米粒子,并对它们进行定位,从而提高疫苗的效果和精确度,进一步帮助人们预防疾病。
3.细胞治疗细胞治疗是一种非常新的疗法,可以通过先抽取细胞,然后进行修复和重新注入患者体内来治疗疾病。
微电子设备可以帮助检测和监测这一过程中的关键环节,例如细胞的培养、检测和分离等,从而提高治疗效果。
二、微电子技术在医疗治疗中的应用1.微型医疗设备微电子技术可以帮助制造出微型医疗设备,例如可植入式血糖仪、可植入式心脏起博器、可植入式聋人耳植入物等。
这些设备可以帮助医生更好地了解病情和治疗方案,也可以方便患者进行监测和治疗,提高治疗的效果和舒适度。
2.医疗成像微电子技术可以用于医疗成像设备,例如核磁共振仪、X射线机、超声波等。
这些设备可以协助医生对患者进行诊断,并指导治疗方案,提高了医生判断疾病的准确性和治疗方案的科学性。
三、微电子设备的未来应用微电子设备是生物医学领域的重要组成部分,其应用前景非常广阔。
未来,微电子设备将会广泛应用于快速诊断、治疗、机器人介入手术等领域,从而提高了生物医学领域的效率、准确性和可靠性,为人类健康事业带来更大的发展空间。
总之,微电子技术在生物医学领域的应用为医生和患者提供了更加有效和精确的治疗方案,促进了生物医学科技的发展。
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微电子技术在生物医学中的应用
摘要:微电子技术与生物学之间有着非常紧密的联系。
一方面微电子技术的发展,将大大地推动生物医学的发展,另一方面生物医学的研究成果同样也将对微电子技术的发展起着巨大的促进作用。
在这里我将主要从生物医学传感器、植入式电子系统、生物芯片这三个方面结合当前国际上最新进展来介绍两者之间的关系与发展。
关键字:微电子技术生物医学
一、引言
生物医学电子学是由微电子学、生物和医学等多学科交叉的边缘科学,为使得生物医学领域的研究方式更加精确和科学,所以将电子学用于生物医学领域。
在生物医学与电子学交叉作用部分中最活跃、最前沿、作用力最大的一项关键技术就是微电子技术。
特别是随着集成电路集成度的提高和超大规模集成电路的发展,元件尺寸达到分子级,进入了分子电子学时代,用有机化合物低分子、高分子和生物分子作芯片,它们具有识别、采集、记忆、放大、开关、传导等功能,更大大促进了医学电子学的发展。
下面将主要从生物医学传感器、植入式电子系统、生物芯片这三个方面结合当前国际上最新进展来介绍两者之间的关系与发展。
二、生物医学传感器
生物医学传感器的作用是把生物体和人体中包含的生命现象、状态、性质、变量和成分等生理信息(包括物理量、化学量、生物量等)转化为与之有确定函数关系的电信息。
生物医学传感器是生物医学电子学中最关键的技术,它是连接生物医学和电子学的桥梁。
主要可分为如下几类:电阻式传感器,电容式传感器,电感式传感器,压电式传感器,光电传感器,热电式传感器,光线传感器,电化学传感器以及生物传感器等。
它通过各种化学、物理信号转换器捕捉目标物与敏感膜之间的反应,然后将反应程度用连续的电信号表达出来,从而得出被检测样品的浓度。
生物医学传感器的微型化和集成化是其中最重要的发展方向之一,其主要原因:1)它是实现生物医学设备微型化、集成化的基础;2)将使得生物医学测量和控制更加精确——达到分子和原子水平。
是生物体成分(酶、抗原、抗体、激素、DNA) 或生物体本身(细胞、细胞器、组织),它们能特异地识别各种被测物质并与之反应;后者主要有电化学电极、离子敏场效应晶体管( ISFET ) 、热敏电阻器、光电管、光纤、压电晶体(PZ) 等,其功能为将敏感元件感知的生物化学信号转变为可测量的电信号。
因而它具有快速大量处理信息的能力,和诊断精确的特点。
常见的生物医学传感器主要可分为以下几种:电阻式传感器,电感式传感器,电容式传感器,压电式传感器,热电式传感器,光电传感器以及生物传感器等。
医学领域的生物传感器发挥着越来越大的作用。
在临床医学中,酶电极是最
早研制且应用最多的一种传感器。
利用具有不同生物特性的微生物代替酶,可制成微生物传感器,广泛应用于:药物分析、肿瘤监测、血糖分析等。
三、植入式电子系统
植入式电子系统是一种埋植在人体或生物体内的电子设备,它用来测量生命体内的生理、生化参数的变化,或用来诊断与治疗一些疾病,即实现在生命体自然状态下体内直接测量和控制功能或者代替功能残缺的器官。
随着高可靠性、低功率集成电路的发展,植入式电子系统的能源供给方式的多样化,无毒性生物相容性等性能优良的生物材料研究的深入,以及显微外科手术水平的不断提高,使得植入式电子系统得到飞速的发展,植入式电子学已成为生物医学电子学中一个极为重要的组成部分。
植入电子系统主要包括:植入式测量系统、植入式刺激器、植入式药疗(控制)装置、植入式人工器官及辅助装置等设备。
采用植入式电子测量与控制装置主要具有如下优点:1、可保证生物体在处于自然的生理状态条件下对各种生理、生化参数进行连续的实时测量与控制;2、采用植入式测量装置后可大大减少各种干扰因素,因此体内的各种信息不需经皮肤测量就可得到更加精确的数据;3、便于对器官和组织的直接调控,能获得理想的刺激和控制响应,有利于损伤功能的恢复和病情的控制;4、可以用来治疗某些疾病,比如癫痫、瘫痪等;5、用来代替某些器官的功能,比如肾脏、四肢、耳蜗等。
植入式电子系统在微电子方面研究的关键技术主要有:1、植入式天线的设计技术。
主要是解决效率与天线微型化之间的矛盾;2、RF射频电路的设计技术。
射频电路是植入体内部分与体外部分通信的关键电路;3、低功耗植入式集成电路设计技术,它一方面是要保证植入式系统在有限能源的前提下能在体内长期稳定工作,另一方面是电路产生过多热量会对生命体本身造成危害;4、植入式系统的能量供给技术。
由于经常把把植入体内设备拿出体外进行充电是不实际的,目前一般采用下述四种方式给体内供能:植入式电源、红外线偶合供能、射频供能或者是利用体内其他能量的转换,比如温差供电,利用血液中氢和氧进行燃料电池反应或利用生物体自身的机械能等;5、微弱信号的提取技术。
生物信号都是微弱信号,而且往往存在着背景噪音都很强大的情况;6、一些前沿的数字信号处理技术的应用。
比如利用人工神经网络技术与线性预测技术来通过脑电实时控制多自由度的假肢的研究,以及基于小波变换的语音信号处理技术应用于人工耳蜗等;7、植入式电子系统的制作与封装技术。
主要研究的是如何利用生物相容性优良的生物材料来对集成电路进行封装,这样既能保证植入到体内的系统不会对生命体造成危害,也能保证其能在人体环境中长期稳定地工作。
四、生物芯片
生物芯片是根据生物分子间特异相互作用的原理,将生化分析过程集成于芯片表面,从而实现对DNA、RNA、多肽、蛋白质以及其他生物成分的高通量快速检测。
狭义的生物芯片概念是指通过不同方法将生物分子固着于硅片、玻璃片(珠)、塑料片(珠)、凝胶、尼龙膜等固相递质上形成的生物分子点阵。
因此生
物芯片技术又称微陈列技术,含有大量生物信息的固相基质称为微阵列,又称生物芯片。
生物芯片在此类芯片的基础上又发展出微流体芯,亦称微电子芯,也就是缩微实验室芯片。
生物芯片的第一个应用领域是检测基因表达。
但是将生物分子有序地放在芯片上检测生化标本的策略是具有广泛的应用,对基因组DNA进行杂交分析可以检测DNA编码区和非编码区单个碱基改变、确失和插入,DNA杂交分析还可用于对DNA进行定量,这对检测基因拷贝数和染色体的倍性是很重要的。
因此生物芯片对于基因工程的发展具有重大意义。
五、结束语
现代和未来的信息社会中,信息处理系统要对自然和社会的各种变化做出反应,首先需要通过传感器将外界的各种信息提取出来并转换成信息系统中的信息处理单元(即计算机)能够接收和处理的信号。
微电子技术在这些领域中起的关键作用,生物医学的发展对微电子技术也起了巨大促进作用,这两者相互促进,,微电子技术的发展将为生物医学带来巨大的变革,同样生物医学也将会给微电子技术的创新提供崭新的思路。
参考文献:
谢翔;张春;王志华微电子技术在生物医学中的应用与发展[期刊论文] -电路与系统学报2003(2)
夏俊芳. 刘箐生物芯片应用概述[期刊论文]-生物技术通报2010(7)。