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雙碳的基本內涵范文1
關鍵詞:碳稅 產業轉型 雙重紅利
隨著我國經濟的快速發展,碳排放量每年以更快的速度增加,至今,中國的溫室氣體排放量約60億噸,占世界平均水平的87%。據國際能源機構的預測,中國化石能源燃燒排放的二氧化碳將會超過美國,成為世界第一排放大國。從經濟發展來看,我國經濟的高速發展依然建立在高耗能、高污染的基礎上,整體生產方式比較落后,迫切需要一種經濟手段引導企業革新技術、更替設備,提高核心競爭力。2009年6月22日美國眾議院通過了“清潔能源安全法案”,美國政府將從2020年開始對不限制碳排放量的國家的高碳產品征收“碳關稅”,歐盟也準備采取相似的貿易保護措施,這必然會對中國的對外貿易造成巨大影響。
一、碳稅的理論與實踐
碳稅(carbontaxes)通常被認為是成本有效的減排工具,通過引入碳稅,以減少溫室氣體排放量,兼顧環境與經濟的雙重效益,提升環境質量與產業競爭力。庇古在《福利經濟學》中提出,在國家的碳治理中可以通過碳稅的課征減少溫室氣體的排放量,同時溫室氣體排放量與燃料含碳量直接相關,所以可以按照含碳量征稅,故稱為“碳稅”。因為溫室氣體排放具有較強的外部性,因此政府有必要干預,針對排污者收稅,以彌補私人成本和社會成本間的差距,將污染成本加到產品價格中。
碳稅的理論基礎正是使外部性內在化,從而避免大氣層這一公共資源出現“公地的悲劇”(Tragedy of the commons)。碳稅偏重效率原則,它使相關產品的價格更加充分地反映地球溫度上升、生態環境破壞和能源利用效率低的成本。通過價格傳導,使消費者主動選擇更加環保節能的產品,抑制對高污染、高能耗的高碳產品的需求,應用市場機制增強可持續消費的內在動力,優化資源配置,以實現帕累托最優( Paretocriterion)。
碳稅實施包括兩個主要方面,一方面課征碳稅,另一方面同時降低一些其他租稅,包括中低收入戶的所得稅及間接稅,在總稅收不增之稅收中立性原則下,使租稅負擔再分配,即所謂的環境稅移轉(environmental tax shift)或綠色租稅移轉(green taxshift)。碳稅改革不但可改善環境質量,增加財政收入,若將其收入用來取代其他具扭曲性的租稅時(例如所得稅、增值稅及社會保險費等),不僅增進租稅效率,還可促進經濟增長、提高社會福利、改善所得分配,具有雙重紅利。
碳稅的改革首先發生在一些高福利的歐洲國家,包括北歐國家(丹麥、挪威、瑞典與芬蘭)以及英國與荷蘭。這些國家的高福利導致了其財政負擔過重,對經濟實體的課稅過高的問題,自上世紀90年代起,這些國家紛紛開始推行綠色稅制改革,通過課征環境稅(如碳稅、空污費、硫稅)取得財政收入,再將其用以減輕高社會福利帶來的財政負擔或是以此降低其他具有扭曲性質的租稅,試圖達成雙重紅利的愿景。例如,1991年瑞典實行一項重大的稅制改革,導致相當于其6%GDP的稅收重新分配,其基本目標為減少許多扭曲性的稅收(如降低所得稅)。1997年美國的佛蒙特州與明尼蘇達州亦開始進行相關改革,而德國與意大利則于90年代末期陸續實施,而碳稅在我國目前還處于論證階段。
二、碳稅影響產業發展的實現機理
(一)高碳產業碳排放外部性的消除
環境資源一直被認為是取之不盡、用之不竭的,任何人皆可不花費任何成本而享用。對于環境資源的耗損或對于環境造成的污染,亦無須負任何責任,導致環境污染的實施者,不用支出任何成本即得以享受經濟利益,相反的,環境損害的結果,卻由全社會承擔,不但環境損害支出成本分配不當,且亦造成污染者肆意排放造成環境負擔。
碳排放的成本難以在市場上自行消除,因為這項成本與形成污染的產品的生產者或消費者之間,并沒有發生直接的關系。成本的外部化,使得污染并不會影響產品的生產者與消費者之間的交易。在這個問題上,大部分學者主張通過政府的干預并建立一套分配機制,將一直以來為人們所忽視的環境污染造成的社會成本內部化,合理地將成本反應到制造污染或因污染而獲利者,使其因為考慮成本增加的負擔而自愿減少及控制污染的制造,以解決環境污染的問題,并進而使市場交易分配公平化,這一分配機制與費用負擔也是碳稅課征的基礎。
碳稅的征收原則是污染者付費原則(PolluterPays Principle,PPP)又稱為“不補貼原則”(No-subsidy Principle)[2]。污染者付費原則之意義亦被擴展到相當于“外部成本內部化原則”(internalizing the externality),通過成本分析將環境損害所造成的社會支出及填補所需要的成本劃歸由污染者即使用者負責,將得以公平分配社會國家支出的成本,并得以有效抑制二氧化碳排放。
碳稅雖然是一種成本,但是對于制造和銷售環保技術和產品的行業卻是發展的機會。對環保產品的需求,會刺激企業研究開發節約生產生活能源的專門技術,加大對設備的投資,引導新技術產生,推動新興產業的發展,最終實現提升投資和消費結構的目標,提高我國中長期的國際競爭力,實現經濟和社會的可持續發展。
(二)雙重紅利的實現
碳稅的改革除了主張應課征碳稅以落實污染者付費原則外,其核心內容還強調這些稅收的使用方式,通過這些稅收的有效使用,解決相關的環境和經濟問題。英國經濟學家亞瑟·庇古(Arthur C. Pigou)提出了應當根據污染所造成的危害對污染者課稅,并將稅收用于彌補私人成本和社會成本的間的差距,但是并未考慮到稅收的用途對經濟活動可能產生的影響。“雙重紅利”的概念首先由Pearce (1991)首度提出,他認為政府對碳稅的課征,應該保持稅收中立的立場,將碳稅的收入用于降低其他對經濟引導產生干預的稅收,可以產生抑制環境污染及產生稅收扭曲成本的雙重紅利,其定義的第一重紅利是環境稅率的提升和降低其他扭曲性稅收對環境造成的均衡效應;第二重紅利是稅賦改革后遏止交互效應所剩余的效應。雙紅利理論的實質是:利用碳稅的課征與循環,同時達到改善環境質量以及增進社會福利兩項目的兩個效應:
1.庇古效應(Pigouvian effect)(第一重紅利):通過經濟杠桿,使污染者降低污染物的制造,直至邊際防治成本等于污染稅率為止。這是課征環境稅的主要目的,體現的是碳稅的價格效應。
2.稅收循環效應(revenue effect)(第二重紅利):利用環境稅收到的稅收降低具扭曲性的租稅,以增進經濟效益,促進經濟增長,提高社會福利,改善所得分配,體現的是碳稅的再分配效應。
三、碳稅對產業轉型的引導效果
碳稅與產業轉型具有密切關系。以圖2說明,碳稅基本運作方式就是在碳稅的價格效應與碳稅的再分配效應上展開其影響。
圖1:碳稅的價格效應和再分配效應
在碳稅的價格效應方面,通過對能源產品的課征,提高能源產品的價格,進而通過供應鏈的渠道,層層影響,而達到改變整個經濟體的效果。如圖上半部所示,對能源產品課征碳稅,將提高能源產品的價格,若稅率高到足以影響廠商與個人的行為,這一“價格效應”即發揮作用,此時價格效應將促使廠商減少化石能源使用,同時也會尋找其他替代能源,減少化石能源使用無可避免的會對既有的石化廠商以及供應鏈上的廠商產生不利影響。然而,廠商或個體尋找替代能源的動機,將會誘發出新的產業開發與使用替代能源,因此也會產生新的產業鏈,價格效應提業轉型的動力。再者,在尋找替代能源與應用技術時,個體廠商為了避免高價格的影響,也會尋求提高能源使用效率的方法與產品,此也創造節能產品與服務的商機與市場;此外,在短期仍以燃煤為主要發電方式的情況下,碳捕捉成為目前減少二氧化碳的主要方法,這一技術為技術領先國家帶來巨大的利益。因此,碳稅在價格效應方面,促使依賴化石能源的產業逐漸淘汰,讓新興產業及低耗能的產業逐漸興起,產業轉型于是產生。最后,低能源產業的興起、環境質量的改善,將使環境獲得保護(第一重紅利),在這方面歐洲部分國家為我們提供了良好的示范。此外,為尋求節能低碳的產品與服務,公共交通將有可能取代個人交通的使用,都市形態也將轉變,以日本為例,日本相關能源稅費高,也造就了日本公共交通普及、汽車保有量相對少的都市形態,這也可以算是碳稅的額外紅利。
碳稅的再分配實際上是碳稅用途所產生的再分配效應,根據歐洲國家的施行經驗,在稅收中立性的原則下,碳稅產生的稅收將用于降低或者取代如所得稅等直接稅,間接創造就業機會和社會福利,同時,通過對扭曲性租稅的調整可達成收入再分配的功能。結合我國的實際,碳稅的用途可以用于降低營業稅和所得稅,提高收入和就業率,補貼環保產業的發展(如圖下半部分)。對產業而言,降低營業稅和所得稅實際上是降低了營運成本,低稅賦的環境有助于產業的發展,也有助于吸引國外投資,其對產業的影響不限于特定產業,在當前經濟環境下是具有現實意義的。對財政而言,碳稅的稅收收入可以彌補稅率降低的損失,而不必擴大財政赤字。再者,降低所得稅,將增加個人的可支配收入,有助于個人財富的累積與消費、投資能力的提升,將有助于產業維持或擴展其市場規模,并讓新興產業有發展的空間。同時,補貼公共交通有益于低碳節能的公共交通業興起,使相關產品與技術獲得支撐。因此,通過碳稅收入的運用,低稅賦的環境,有益于產業的發展,就業機會的增加。同時,個人因降稅獲得更多所得的支配權,可用于擴展投資、消費,使整個社會更加公平與經濟效率提高(第二重紅利),也讓產業獲得良好的增長環境,促進經濟增長。
總而言之,碳稅通過碳稅的價格效應與碳稅的再分配效應重新塑造了經濟的增長方式,在適當強度的碳稅政策下,征收碳稅對大部分地區經濟增長和大多數行業發展起促進作用。在此過程中,產業的轉型幅度也將是巨大的,依賴化石能源的產業將降低其在經濟發展的重要性,低碳及節能產業將積極進入,彌補空缺。然而,在舊產業推出,新產業進入的時候,不可能沒有陣痛,政府應有所堅持也應有所作為,在碳稅的課征范圍與稅率的高低上可以有所權衡,碳稅的稅收用途可以依情況調整,但碳稅的目標:促進環境保護與社會公平是不可改變的。
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雙碳的基本內涵范文2
關鍵詞低碳農業;溫室氣體;生物技術;固碳;固氮
中圖分類號F062.2文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2011)02-0315-02
ApplicationsofBiotechnologyintheContextofLow-carbonAgriculture
QIAN Li-na 1ZHOU Zhen 2
(1 School of Life Science,Xuzhou Normal University,Xuzhou Jiangsu 221116; 2 School of Mines,China University of Mining and Technology)
AbstractAgriculture is the important source of greenhouse gas. The urgent affairs are to develop low-carbon agriculture,reduce agricultural greenhouse gas emissions and improve agricultural ecological environment.Biotechnology could be used to cultivate new varieties of crops. The crop resistance to pests and herbicides should be enhanced. And the carbon sequestration and nitrogen fixation ability should be improved.And thus it will improve the human living environment,reduce the greenhouse effect and promote the continuous extension of the agricultural industrial chain.This paper put forward low carbon agriculture on the base of the relationship between agricultural production and climate change and describe the applications of biotechnology in the low-carbon agricultural production.
Key wordslow-carbon agriculture;greenhouse gas;biotechnology;garbon sequestration;nitrogen fixation
目前,隨著經濟的快速發展,氣候變化形勢越來越嚴峻。同時,氣候變化將使農業生產的不穩定性增加,產量波動增大,這就對農業結構調整提出新要求。發展適應氣候變化、減少溫室氣體排放的低碳農業經濟已迫在眉睫。據聯合國糧農組織估計,低碳農業系統可以抵消80%因農業導致的全球溫室氣體排放量[1]。然而我國的農業是一種高耗能、高污染、高排放的“三高”農業生產方式。實現農業的可持續發展,必須促使高碳經濟向低碳經濟的轉變,通過農業科學技術來發展低碳農業,以應對未來我國農業的發展。
1農業生產與氣候變化
WMO2008年溫室氣體公報公布了各種溫室氣體增溫效應比例,CH4和N2O的影響比例達21%,這兩者主要來源于農業和農業相關的生產活動[2-3];同時,農業是大氣碳含量增加的第二大來源。最新數據表明,農業直接和間接排放的溫室氣體對全球變暖的影響超過50%。全球氣候變暖連帶著一系列的氣候變化最終又影響農業生產的穩定性,從而影響產量,這將對國民經濟造成一定的打擊。由此可以看出,農業生產與氣候變化極為密切。若要從根本上解決全球氣候變暖的問題,就必須減少溫室氣體的排放,發展低碳農業。
2低碳農業
2.1低碳農業內涵
低碳農業應該是低耗能、低排放、低污染的“三低”農業生產經營方式;是在農業生產、經營中排放最少的溫室氣體,同時獲得整個社會最大收益的一種經營模式;其本質是節約型、效益型、安全型農業。低碳農業以減少碳排放、增加碳匯和適應變化技術為手段,通過開發生物質能源和可再生能源,進而維護全球生態安全,改善全球氣候條件[4]。
2.2低碳農業發展策略
目前,我國低碳農業發展策略主要包括4個方面:一是加大宣傳力度,培育低碳理念,以科學發展觀指導低碳農業的發展;二是強化科學研究,加快技術創新,全面開發與推廣低碳農業技術;三是結合各地實際情況,探索合適模式,大力發展低碳農業產業化;四是破除制度障礙,完善保障體系,促進低碳農業可持續發展[5]。其中,技術創新和制度創新是關鍵因素。隨著高新技術的快速發展,采用生物技術促進低碳農業的發展是一有效途徑。
3生物技術在低碳農業生產中的應用
農業是國民經濟的基礎,也是生物技術應用最廣闊、最活躍、最富有挑戰性的領域。常規農業生產嚴重影響環境,而生物技術能用來降低農業對環境的影響,實現低碳農業生產。運用生物技術培育作物新品種,提高作物的抗病蟲害、除草能力,固碳和固氮能力,進而改善人類生活環境,降低溫室效應,促進農業產業鏈不斷延伸。
3.1生物技術提高作物的抗病蟲害、除草能力
降低殺蟲劑和除草劑的噴藥量,可以長期消減二氧化碳的排放量。因此,利用生物技術培育農作物新品種、增強防病蟲害能力勢在必行。由于與病蟲害防治有關的各類基因的發現以及植物轉基因和微生物重組技術的一系列突破,用于植物保護的基因工程產品首先得到開發,并且有11種作物,100多種轉基因抗蟲、抗病、抗除草劑植物品種已在進行商品化生產。我國轉基因棉花的應用顯著減少了農藥的使用量,降低了勞動強度;國外抗除草劑轉基因大豆的應用,實現了密植和免耕。2006年因殺蟲劑和除草劑用量的減少而削減的二氧化碳排放量估計為120萬t,相當于50萬輛汽車的排放量,通過免耕方法提高了土壤固碳量,二氧化碳固存量達1 360萬t,相當于減少了600萬輛汽車的排放量[6]。據ISAAA報告,1996―2006年累計減少使用殺蟲劑有效成分約30萬t,使全球農藥對環境的破壞性影響降低15.5%。
3.2生物技術提高植物固碳能力
生物固碳就是利用微生物和植物的光合作用,提高生態系統的碳吸收和儲存能力,將二氧化碳資源轉化為碳水化合物和氧氣,變廢為寶,從而減少二氧化碳在大氣中的濃度,減緩全球變暖的趨勢。生物固碳因其成本低廉、無副作用且可實現人類可持續發展等優點越來越受到國際社會的重視[7-8]。
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我國具有先進的選種育種技術,可借助先進的轉基因生物育種技術,提高作物的生產力和固碳能力,為生物固碳提供保障。多年生草本植物中,C4植物的固碳速率比一般C3植物要高,C4植物和豆科植物的功能群組可以提高生態系統的固碳效率5~6倍[9]。近年來,基因工程在固碳領域取得了一系列成果,如C4植物玉米和高粱等的C4基因先后被克隆導入C3雙子葉植物矮牽牛、煙草、馬鈴薯。2007年,我國科學家成功完成轉C4光合固碳相關基因水稻的育種研究,轉基因疏導使水稻的PEPC活性提高了20倍,光合速率和和羧化效率也分別比原種提高55% 和50%,光飽和點比原種提高200 μmol/(m2?s),其產量提高14%~22%[10]。
3.3生物技術提高作物固氮能力
農業生產中氮肥的大量使用,使土壤中有效氮元素大量增加,氮素作為硝化和反硝化作用的底物,其含量增加必然導致N2O排量增加[11]。研究表明,農田土壤N2O排放量在一定施氮量范圍內隨施氮量的增加而上升[12],生物固氮的發展可替代化肥為農作物提供氮素。
生物固氮是指某些種類的原核生物利用體內的固氮酶,將空氣中的氮氣還原為氨,為植物生長提供氮素。現已從含C 的作物如玉米、高粱、甘蔗、黍的根際,分離出不同的聯合固氮菌。對它們性質的研究已經廣泛開展,主要側重從分子遺傳角度改造基因,提高固氮效率[13]。有研究表明,銨對西固氮螺菌Yu62菌固氮酶活性的抑制已基本研究清楚,構建成脫銨阻遏的工程菌株UB37,在玉米田間小區試驗中達到減少氮肥用量20%的效果[14-15]。根瘤菌對宿主有專一性,在對宿主專一性基因了解的基礎上,用基因重組等方法擴大宿主范圍,特別是擴大到非豆科植物上結瘤和固氮是始終的愿望[16]。目前,已有研究表明,中國科學院遺傳研究所把帶有固氮基因的質粒PRD1從大腸桿菌K12jc5564導入到無固氮能力的水稻根系菌4502Y中,表現出較強的固氮能力[17]。
同時,利用生物技術了解、掌握土壤和作物根際微生物群落的多樣性變化和活動機制,是農業生產適應氣候變化的一個重要措施。2007年,福建省農業科學院生物技術研究所利用PCR-RFLP檢測水稻根際土壤及根組織內外固氮微生物的nifH基因,證明了水稻根際土壤和水稻根組織的固氮微生物具有顯著的多樣性,也初步顯示了土壤中某些固氮微生物能定植于水稻根內或根表[11]。還有研究發現,C4作物比C3作物具有較高的氮肥利用率,同種作物內不同基因型間的氮肥利用率也有差異,品種的改善可使氮肥利用率提高20%~30%[18]。因此,用生物技術改良作物以及菌種的營養遺傳性狀,篩選出符合人們要求的產物,實現肥料的高效利用,在我國將有良好的發展前景。
4小結
低碳農業是現代農業為了應對能源危機和氣候變暖而產生的一種新的經濟形態,低碳農業不只是一個時尚的概念,而且還是人類建設低碳優質生活的必然選擇。生物技術在低碳農業生產中的應用,不僅能改善人類生活環境,降低溫室效應,而且還能促進農業產業鏈的不斷延伸,同時還能帶動農業產業科學技術的不斷升級。可以預見,生物技術在今后低碳農業生產發展中將起到一個主導的作用。
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雙碳的基本內涵范文3
[關鍵詞] 專業碩士學位;全日制;導師組制
[中圖分類號] G643 [文獻標志碼] A [文章編號] 1008-2549(2016)11-0023-03
一 引言
經濟全球化趨勢迫使國內企業必須瞄準國際市場,對核心產品和關鍵技術實行轉型升級,這就對我國的高等教育提出了新的更高要求。在原有學術型碩士研究生培養模式下,學生缺乏工程實踐訓練和創新能力等已成為不爭的事實,這使得研究生教育改革勢在必行。在十二五末期,我國將實現學術型與專業型碩士的培養規模相當。近年來,在國家研究生教育政策引導下,全日制專業碩士學位研究生的培養在要求具備扎實理論基礎的同時,更對工程應用和創新能力提出了高要求。
目前,盡管學術界對于研究生培養模式的概念存在爭議,沒有統一的定義,但可以明確的是它主要涉及“要培養什么樣的人”及“怎樣培養”兩方面的內容。其中,指導教師在培養工作中顯得至關重要。單一導師制起源于德國,其特點是每一研究生由一位導師獨立指導,類似于學徒式研究生培養模式[1]。這種單一導師制弊端明顯,已基本被淘汰。為解決單一導師制帶來的困境,近年來我國在探索研究培養模式中經歷了單一導師制向雙導師制或導師組制的轉變[2-4]。根據《關于開展2014年學位授權點專項評估工作的通知》(學位〔2014〕17號)要求,將在5年時間內完成全國范圍的研究生學位授權的合格評定[5]。這無疑為研究生培養模式中的導師制改革注入了一劑強心劑,每個專業學位授權點單位都必須認真對待。因此,本文言說的雙導師組制正符合研究生培養模式改革的發展趨勢。正如湖南大學姚利民教授所指出,必須強化導師的指導責任,增加導師的指導投入,使研究生在全程學習、研究中得到所需的指導[6]。
二 現行導師制存在的問題分析
從全國范圍來看,目前大多數高校已采用了雙導師制或導師組制培養碩士研究生。這種導師制一般是由來自高校和企業的指導教師對需要實施指導的研究生進行聯合指導培養[7]。校內導師是具有碩導資格的專業教師,校外導師則是具有豐富實踐經驗的企業技術專家。校內導師側重理論教學和學術指導,校外導師側重實踐教學和工程實踐能力培養。但現行導師制在運行實踐過程中,表現出以下不足。
1 缺乏制度規范
有的培養單位在形式上倡導雙導師制或導師組制,但缺乏制度保障和運行機制。校外導師僅僅是掛名作擺設,學生從入學到畢業根本沒有得到校外指導;有的為應付校外實習報告的撰寫,臨時安排學生到企業生產線走馬觀花地參觀一下,最后讓企業在學生實習報告上蓋章存檔了事;有的聘請了校外指導教師,但沒有出臺校外指導教師的相關薪酬待遇規定,從而挫傷了校外導師的積極性。除上述情況外,企業對人才培養的責任認識不足也妨礙了雙導師制的實施,一是部分企業在開展聯合培養工作時主要考慮市場最大化和利潤收益,而是企業自身認為國家沒有強制規定其承擔研究生培養的義務,“教育”功能被弱化;二是部分企業基于知識產權保護不愿意讓學生接觸核心技術項目,學生很難對產業背景和新產品研發有深刻認識。這些問題的出現,主要歸結于培養單位對雙導師制或導師組制重視不夠、校企之間在導師制建設上缺乏科學合理的制度規范和合作雙贏機制,直接影響著現行導師制作用的發揮。
2 缺乏“以學生為中心”的教育理念
長期以來,受到“以教師為中心”的教學模式影響,我國碩士研究生培養“以學生為本”的教育理念沒有真正落實。目前,全日制專碩研究生培養大體涵蓋校內+校外導師、課堂、實驗室+實習基地等三個系統。整個培養過程基本以畢業論文答辯為考核目標,教學過程往往過分強調課堂教學,以至我們的學生懶于動手,不愿參與工程實踐;實習過程是學校的指導教師安排,注重形式,很難真正鍛煉學生的創新實踐能力和工程意識。理念只是一個精神、意識層面的哲學概念,要把“以學生為中心”落實為專業學位研究生教育的辦學理念,必須一切以學生的全面發展和能力培養為中心,為學生打造一個校企合作的培養平臺。首先,應在培養目標與定位、培養方案制定、課程體系設置、工程實踐訓練、過程監控與組織管理等方面,始終圍繞學生的個性特點,培養其實踐創新能力。其次,應積極探索給學生更多自主選擇權,實現自主選專業、選課程、選導師、選實習單位的培養機制。第三,通過建立校企合作保障和激勵機制,以各種方式鼓勵企業、導師和教學管理者投入更多精力去關注學生、關愛學生、指導學生,踐行教育以學生為本的真諦。
3 學術型學位培養觀念尚未完全轉變
近年來,高層次應用人才在就業大潮中越來越受到青睞,專碩研究生人才培養已成為研究生教育不可替代的重要類型。然而許多專碩學位點培養單位仍沿用學術型研究生的培養模式來制訂專碩研究生的培養計劃。學術型碩士生導師兼任專碩研究生導師的現象仍然普遍存在。在專碩研究生指導過程中,校內導師仍然沿用原有學術型研究生的指導模式或方法,過分強調理論知識傳授和學術研究能力,不太注重專業實踐能力的培養。校外導師只負責企業實踐環節,沒有參與研究生培養方案的制定,不了解甚至不參與校內培養環節。特別是,許多高校在專業型研究生培養的質量保障方面沒有建立工程實踐的的過程監控和考核評價等制度,致使通過工程實踐教學培養學生的實踐創新能力的初衷無法真正實現,其培養成效也就難以體現。
三 “雙導師組制”的構建
我校化學工程與技術學科碩士研究生學位授權點已有十余年的培養經歷,其中“化學工程”是專業學位授權點專業。近年來,我校對“化學工程”專碩培養模式進行了實踐。筆者所在的“化工新材料”導師組在專碩研究生培養中探索出了一種新的導師組運行機制──“雙導師組制”。這種“雙導師組制”堅持“以校內+校外責任導師培養為主”的原則,圍繞每位研究生指導,組建“校內導師組+校外導師組”的結構模式。
在校內導師組組建方面,圍繞每位研究生培養,除了通過研究生與導師互選機制確定1名校內責任導師以外,還配備1-2名副導師和1-2名導師助理協助指導。副導師應具有碩導資格,且具備基礎理論雄厚、知識視野開闊、學術思想活躍的特點,主要協助責任導師指導項目研究方案、學位論文撰寫、工程實踐等。導師助理應具有一定科研實力和指導能力,但條件上又未能達到碩士生導師遴選標準的年輕博士教師。導師助理可擔任研究生重點課程和學位課程的主講教師,參加學術交流、訪學和帶領研究生參加工程實踐鍛煉等。導師助理不納入碩士生導師的管理序列,但需上報研究生培養所在二級學院備案。對于進入導師組的導師助理,二級學院在職稱晉升、人事任用方面鼓勵優秀青年教師脫穎而出。
在校外導師組建立方面,以校外工程實踐基地為平臺,校企合作科研項目為紐帶,企業根據校內責任導師的研究背景和與企業的項目合作研況,為每位研究生確定一名具有較強實踐水平和研發能力的高級職稱技術人員作為校外責任導師,并配置1-2名項目共同研發工程師作為導師助理。其中,校外責任導師是學校正式聘任的校外兼職導師,享受學校發放的相應薪酬待遇。每位專碩研究生的學位論文課題與校企合作科研項目的研發內容直接相關。校外導師組除負責企業實踐環節的培養任務外,還全程參與培養方案制定、課堂教學、學術講座等校內培養環節。
四 “雙導師組制”的實踐探索與優勢分析
近年來,“化學工程”碩士專業學位授權點所屬的“化工新材料”導師組與自貢國家高新技術產業開發區內的知名企業合作,對“雙導師組制”的實施進行了積極探索。
1 “雙導師組制”有利于校企導師資源的共享
“化工新材料”導師組利用學校科研團隊優勢、圖書館文獻資源和省重點實驗室科研設備條件,通過科研技術合作與企業導師組密切合作,為川南地方企業的新產品研發,技術推廣等服務。由于校外導師組中的責任導師是我校正式聘任的兼職教師,享有相應薪酬待遇,借助他們在企業的工作便利條件,對專碩學位研究生的工程能力訓練起到了實實在在的推動作用。在校內培養環節運行期間(前2學年),以校內導師組指導為主;校外實踐環節(第3學年)則以校外導師組為主;所有導師組成員在研究生培養中全程參與,各有側重。導師組成員具有不同院校畢業背景,使得讓學生有機會接觸到不同的學術觀點和思維方式,從而大大拓寬研究生的科研視野,促進了專業型碩士研究生人才培養。
2 以校企合作科研項目為紐帶,有利于校內外導師間的真誠合作
目前,就研究生培養過程中的校企合作而言,大部分高校主動積極,而企業顯得十分被動。我校“化學工程”專業碩士授權點,通過與自貢國家高新技術產業開發區內的行業龍頭企業開展橫向科研項目合作,讓校內外導師們組成若干課題組,既為校內外導師之間搭建了合作平臺,又兼顧了企業追求經濟利益的宗旨,而且研究生可以在校企合作項目中得到科技創新和工程實踐鍛煉。例如,近年來,我們與中橡集團炭黑工業研究設計院在國家自然科學基金、省杰出青年基金、省科技支撐計劃、校企橫向合作等項目中聯合申報、合作研究、共享成果。2011~2014年,共有8名研究生參與這些項目研究,并在該研究設計院完成工程實踐訓練環節,既推動了研究院的新產品研發和技術創新,又借助項目研發完成了工程實踐鍛煉環節。最近,我們正聯合中昊晨光、自貢硬合和中橡碳研院等十余家川南知名企業,積極推進省科技廳立項支持的“川南納米新材料基礎科研服務平臺”建立。可以預見,未來幾年借助于該基礎科研服務平臺,以校企合作科研項目為紐帶的“雙導師組制”,將繼續堅持以研究生科技創新和工程實踐能力為主線,以校企雙贏、平等合作為基礎,協同完成專碩研究生的培養工作。
3 設置導師助理崗位,有利于吸納青年教師進入校內導師組鍛煉
目前,在我國高校實施的雙導師制中,大多數學校要求導師組成員具有導師資格,吸納青年教師進入校內導師組的運行機制尚未建立,難以實現“業務精湛、結構合理、勇于創新”的導師組教師隊伍建設目標。在“雙導師組制”的實踐探索中,“化工新材料”校內導師組目前吸引了5名36歲以下的博士青年教師擔任導師助理,形成了包括正高、副高和中級等不同職稱和學歷層次教師的研究生指導小組。這種年齡結構合理的成員結構,既發揮了老導師的經驗優勢,又考慮年輕教師的活力。因此,圍繞“雙導師組”制,在校內導師組中設置導師助理崗位,吸納青年教師進入導師組鍛煉,不僅可以讓青年教師接受經驗豐富的導師的指導,還可以進入導師組的學術團隊參與課題研究,有利于實現研究生培養工作的可持續發展。為培養導師助理的學歷和研究能力,目前“化工新材料”校內導師組有1名青年教師正在川大讀博進修,1人在國家炭黑材料研究中心高級訪問,另1人獲得“西部項目”教師出國留學計劃資助。
4 “雙導師組制”有利于提高研究生創新實踐能力和解決就業難題
近年來,通過“雙導師組制”培養模式的實踐探索,我校“化學工程”碩士專業學位研究生的技術創新能力和工程實踐能力明顯提高,其中2013-2014年有2人獲得國家獎學金,3人獲得校級優秀論文,1人獲省優論文,申請發明專利6項,11人次參加國內外學術會議。研究生在工程實踐鍛煉期間的積極表現獲得了企業的好評。例如,2012級研究生付曉燕在成都拓利化工實業有限公司為期1年半的工程實踐鍛煉中,全程參與了校企合作項目“改性硅酸鹽膠粘劑的研制”,并以此為基礎完成了學位論文。通過工程實踐鍛煉期間的工作和生活,研究生們發現地方企業面臨的技術難題為他們施展個人能力提供了實踐舞臺,一些研究生表達了畢業后留在實踐單位工作的意向。例如,2014和2015年,各有1名研究生與中昊晨光化工院和中橡集團碳研院簽約留在單位工作。正是這種校內、校外“雙導師組”制讓研究生有更多機會直接參與企業的工程實踐和科研項目,從而有效幫助研究生在學術和實踐能力上同步提高,同時還可以為實踐單位提前考察人才,并優先獲得畢業生的挑選權。
五 結語
在未來幾年,國務院學位辦將陸續對全國專碩學位培養工作進行全面檢查。這必將促使各研究生培養單位深化研究生人才培養模式改革,其中導師組的構建與運行實踐是其中重要環節之一。通過“雙導師組制”在筆者單位的實踐來看,以校企合作科研項目為紐帶,將研究生培養過程與企業新產品研發和技術創新工作有機結合,是保障校企合作框架下導師組制長期高效運行的關鍵所在。
參考文獻
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雙碳的基本內涵范文4
更輕 更快 更環保
XJ第一代車型1968年誕生,第四代XJ是在2003年誕生的,使用了業內最潮的全鋁車身。英國制造業的發展之快,讓其德國對手感到吃驚。
捷豹的全鋁車身制造廠位于英國伯明翰的Castle Bromwich。全鋁車身與傳統車身的最大不同是,全身沒有一個焊接點,而是采用鉚接和膠合的航空技術,因此,新車身比上一代要輕150公斤。
XJ對中國富人喜愛加長的癖好摸的一清二楚,XF也隨之而來。2013款XJ和XF更是在發動機上細分,分別有搭載全新3.0升機械增壓和2.0升渦輪增壓發動機的兩個版本。不得不承認,英國人對中國市場的尊重再次超越了對手。
不僅如此,2013款XJ 3.0和2.0全部使用ZF八速變速器,外加反應在0.2秒之內的啟動/停止系統,捷豹的燃油經濟性提高了5%。儀表盤上特有的綠色ECO按鍵,可以讓車主改正自己的駕駛習慣。
捷豹的啟動/停止系統也極具“中國特色”——捷豹考慮到中國人的駕駛習慣:第一,車主喜歡將擋位放在N檔上,啟動/停止系統依然可以工作;第二,制動踏板沒有踩死之前,該系統不會認為是“停車”,這好像就是為“首堵”這樣的大城市準備的,也可以阻止中國式的等紅燈、變道時“加塞兒”的惡劣行為。哈哈,街上遇到新XJ,千萬別動歪念頭。
內涵來自經典 外觀全靠氣質
捷豹有超過75年尊重經典、不斷創新的品牌文化,這在2013款全新捷豹也得到延續。
2013款XJ的前臉屬于小改款,標志性霸氣醒目的金屬陰影豹臉、鍍鉻處理的網狀進氣格柵、自適應氙氣大燈、弧線形的車頂曲線、豹爪LED尾燈以及隨處可見的JAGUAR標志。
XJ基本上可以理解是一部轎跑,外形設計簡練,沒有美式的肌肉感,也沒有德式的腰線,但它的外觀就在給你傳遞一個信息:是一只緊抓地面,隨時會撲向獵物的富貴豹。XJ每一處線條、每一種質感,無時無刻不在提醒著車主要注意自己的氣質,不能同流合污。
XJ在內飾上不惜工本。車內原木飾板由伯明翰的Browns Lane工廠制造,每輛車的飾板均取自同一棵樹木,以保證兩側木紋能完美對應;而從木材選擇到沖壓上漆到完成車內木飾板,則需要整整18個步驟。其高貴之處就是,這些天然的木紋,獨特到無可復制。
為了滿足更多的客戶的選擇,新捷豹XJ也有其他材料的內飾可以選擇,不過,不變的是配上出自傳統英式西服定制理念的雙針線縫皮革座椅,恰到好處地顯示出捷豹的典雅。
此外,2013款捷豹XJ用英國Meridian的音響系統取代了B&W,有7.1音效的20個喇叭,15聲道音響系統,這簡直是一個聽覺的盛宴。
再也等不下去了,讓我們一起去試駕吧......
2.0升發動機是豪華車的創新嗎?
2013款XJ分別有搭載3.0升V6和2.0升直4發動機。兩款不同發動機自然影響各自的表現力。XJ的后排空間舒服的一塌糊涂,極大地滿足“中國式虛榮”。拉開車門,坐在真皮座椅里,看著皮革與木質飾板的混揉視覺效果,聞著淡淡的阿爾卑斯小牛皮皮革香—嗯,這應該就是豪華的味道。
2013款XJ3.0采用V6機械增壓發動機,電腦調校的非常到位,6500rpm時可以到達250kW,但低速3550rpm時,扭矩可以達到450Nm。這個能耐來自捷豹發動機的DIOVCT(雙獨立可變凸輪正時)和SGDI(噴霧引導式直噴)技術,需要火花塞定向技術的更新及電極的精準性。這些功能使得新捷豹V6發動機的壓縮比達到10.5:1。在三亞高速路上,我的時速超過200km/h,遠沒有達到手冊上的250km/h極限,但數次遭到“監控系統”的電話警告。畢竟不是在專業賽道上,但我絲毫不會懷疑富貴豹絕對能做到。
8速變速器我還是首次上手。其平順性讓我絕對俯首,不過,我的問題是,據說9速變速器也已經面市,那么變速器的終極目標是多少擋?這個問題我要留給編輯部的技術專家了,我現在只是來享受8速的樂趣吧。
2.0升的豪華車?誰聽說過?XJ做到了。特別是,2013款捷豹2.0發動機是專為中國定制的,所以,我也不得不多費些筆墨隆重推介一下。
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一、國內外能源運行環境將保持平穩
2012年以來,世界經濟復蘇乏力帶動全球能源需求總體趨緩,能源價格呈現震蕩下行走勢,美國頁巖氣規模化應用改變了國際能源供需格局。國內能源需求隨經濟下行顯著放緩,全社會用電量增速降至2010年以來的低點,煤炭價格顯著回落,庫存持續保持高位,節能指標完成順利。夏季來水頗豐使得水電出力較大,保障能源供應充足,全國能源供需總體平衡。但新能源產業經歷近年來的快速發展后遇到“瓶頸”,低水平重復建設導致光伏、風電等行業均出現嚴重的產能過剩,在歐美雙反的“推動”下,新能源產業到了要調整發展思路的階段。2013年,世界經濟溫和回升將帶動能源需求增加,但美國實施的能源獨立戰略將減少能源進口,對世界能源需求總量增長起到抑制作用,總體來看,2013年全球能源需求將有所回升,但回升幅度不大,能源價格小幅上漲。國內能源需求隨經濟弱勢回穩有所回升,由于本輪“穩增長”政策并未像以前一樣進行大規模投資,其對能源需求的帶動作用也較之前溫和,預計全年能源需求總量將達38億噸標準煤,增速約為5%,低于往年7-8%的平均水平。能源供需基本平衡,節能指標完成壓力不大,需關注經濟回暖時企業訂單增加帶來的產業用能快速反彈,導致出現區域性和時段性能源供應緊張。
二、2013年北京市能源供需趨勢基本平衡
在全市經濟增長放緩、天氣較為適宜、能源利用效率提高等多重因素作用下,2012年能源需求呈現低位增長態勢,預計全年能耗總量7200萬噸標準煤上下,同比僅增長3%左右,供需總體平衡,能源供應平穩。2013年北京市經濟有望回升,但仍處于調整階段,產業結構持續優化,經濟增長動力逐步由要素投入轉向創新驅動,整體能源消費仍處于低彈性增長周期中,能源需求增速將較2012年略有回升,預計能源消費總量為7500萬噸標準煤,增速提高到4%左右。從能源供給端看,2013年北京市能源投資仍將延續2012年的良好增長態勢,特別是在壓減燃煤工作推進、能源結構調整步伐加快的帶動下,氣、電、熱等清潔能源領域的投資仍將快速增長。同時,2013年加快建設四大熱電中心、大唐煤制氣、陜京三線、以及南水北調工程、交通軌道的配套電網等一批重大項目,并完成部分項目俊工,有效緩解能源供應和運輸瓶頸。但由于北京市能源主要依靠外部調入,自主調控余地較小,在遇到極端天氣、突發事件等不確定情況,能源運行保障仍然存在一定壓力。總體來看,預計2013年北京市能源運行平穩,供需基本平衡。
三、二產用能將有所回升、三產和居民用能剛性增強
2012年以來,在基礎產業能耗持續下滑的帶動下,第二產業能耗呈現小幅下降趨勢,預計全年能耗2450萬噸標準煤,同比下降1.5%;三產和居民能耗在經濟趨緩和天氣較為適宜的情況下,仍然保持穩定剛性增長,預計全年能耗分別3290和1365萬噸標準煤,同比增長6.2%和4.5%。2013年,隨著國內和北京市經濟弱勢回升,2012年下滑2013顯的水泥、化工等產品市場需求或有所恢復,從而帶動基礎行業能耗會較2012年有所回升;在“現代三工廠”、“薩博”等重點項目建成投產、滿產以及奔馳汽車、諾基亞、中芯國際改造升級完成的帶動下,汽車、電子、鋼材等行業能耗會較快增長;中西藥的旺盛需求將帶動醫藥制造業能耗保持較快增長,總體來看,二產能耗較2012年會有所回升,預計全年增長2.5%。2013年三產總體呈現趨穩的發展態勢,帶動能耗保持穩定增長,其中生產業能耗增長將保持穩定、生活業維持低速狀態、文化創意產業繼續較快增長,預計第三產業全年增長6.3%,在節能家電產品熱銷帶動產品升級的影響下,居民能耗也將保持穩定增長,預計增幅為4.6%,但若出現極端天氣不排除出現更大幅度的增長。
四、持續提高能源利用效率
2012年北京市繼續發揮產業結構升級調整對節能降耗的促進作用,強化技術、管理和行為節能的協同創新,啟動“碳排放權”交易試點、深入實施節能產品惠民工程、成功舉辦節能環保展覽會,節能降耗效果顯著,年度萬元 GDP能耗降幅將超過4%,進一步提高全社會能源利用效率。2013年隨著北京市產業結構進一步優化升級,工業結構調整對節能降耗的推動將較“十二五”前兩年顯著減弱,北京市切實進入了一個更加依賴技術進步、宣傳引導和有效管理的“內涵促降”新階段,節能重點領域轉入建筑和交通領域,亟需加強系統的頂層設計與城市功能的持續完善,應嘗試通過中心城功能的疏解、城市公交系統建設、新城產業和服務設施配套升級、交通路網運行速度提升、彈性工作制等手段提升城市運行效率,減少不必要的能源損耗。可以預見,隨著四條地鐵新線路的建成通車,地鐵路網顯著完善,將有效提升公交出行比例,而碳排放權交易的試點開展將真正發揮市場機制的作用,促進企業自主節能,而節能產品的普及更新、先進技術的應用推廣,新地方能耗標準的實施,和市民節能環保理念的持續增強,將抵消部分因經濟復蘇帶來的新增能耗,助推全社會資源利用效率進一步提高,預計2013年萬元 GDP能耗下降3.5%左右,“十二五”前三年累計下降率接近14%。
五、能源品種供需總體平衡,結構更加優化
2013年,北京市主要能源品種供需總體平衡,電力、天然氣穩中有緊,成品油、煤炭相對寬松,壓減燃煤工作的穩步實施有利于能源結構的持續優化,預計北京市優質能源比例將從2012年的73%(預計值)上升至76%。一是全社會用電量穩中趨緊。2013年隨著全市經濟小幅回升,電力需求將呈穩中有升態勢,全國及華北地區電力總體平衡,不會出現大面積的拉閘限電狀況,但北京市高峰時段、局部負荷集中地區運行壓力持續,預計2013年社會用電量930億千瓦時,同比增長7%;預計2012年全年電力消費870億千瓦時,同比增長6%。二是汽柴油供需仍將偏松。2013年汽柴油消費仍將延續2012年低速平穩增長態勢,汽油隨機動車保有量將呈現小幅剛性增長,柴油受經濟活躍程度影響,2013沒有明顯改善并繼續低速增長,供需仍將偏松,預計2013年全年消費量約為770萬噸,同比增長2.5%,預計2012年全年消費750萬噸,同比增長2.3%。三是電煤供需寬松。2013年隨著壓減燃煤工作繼續推進,國華關停和燃煤鍋爐替代完成,煤炭需求繼續下降,仍將延續2012年供大于求的局面,預計2013年煤炭需求2000萬噸左右,同比下降13%;預計2012年全市煤炭消費2300萬噸左右,同比下降2.8%。四是天然氣保持持續快速增長。2013年西南熱電中心投運,城六區燃煤鍋爐房改燃氣鍋爐房完成,天然氣消費仍將保持快速增長,總量預計將達92億立方米以上,增速在15%以上;預計2012年全市天然氣消費總量80億立方米,同比增長12%,冬季日高峰用氣量將突破7200萬立方米。五是可再生能源和新能源開發利用保持較快增長。2013年隨著北京市新能源試點示范深入推進,一批光伏電站、光伏屋頂、風電站項目穩步推進,地熱采暖制冷、太陽能采暖等新能源安居工程的進一步實施,新能源車進入推廣普及階段,北京市新能源和可再生能源利用總量有望達到350萬噸標準煤,在北京市能源消費總量中的比中提升至4.6%。
六、繼續推進價格機制改革、呈現能源價格上漲
總體上來看,2012年能源價格呈下降態勢,國際原油價格在年初中東地緣政治沖突推動下高位開局,但受需求不振、美國大力發展頁巖氣等因素影響,總體震蕩下行;國內煤炭價格先降后穩,預計價格處于歷史低位。國內資源品價格機制改革進展有限,7月推出居民階梯電價調整,對資源品價格改革做出了有益嘗試,但在2012年通脹壓力緩解的良好時機,煤電、天然氣等關鍵領域資源品定價機制改革未有2013顯突破。2013年在世界經濟和國內經濟增長均向好的大背景下,能源價格將改變2012年的下降態勢,出現小幅震蕩上揚。中東地緣政治沖突導致原油供應不確定性風險加大,以及主要國家央行實行量化寬松貨幣政策,推動國際原油價格走高,并在局部時段出現快速暴漲的情況。
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納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1~100nm)或由納米粒子作為基本單元構成的材料.納米粒子也叫超微顆粒,處于原子簇和宏觀物體交界的過渡區域,這樣的體系既非典型的微觀系統亦非典型的宏觀系統,是一種典型的介觀系統,與常規尺度物質相比具有表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應等[1-2].納米技術是通過對納米尺度物質的操控來實現材料、器件和系統的創造和利用,例如在原子、分子和超分子水平上的操控.納米技術應用于生物領域產生了納米生物技術,納米生物技術的發展已經對醫學產生很大的影響,過去的幾十年中,市場上已經出現基于納米技術的一些藥物,許多具有藥物診斷和藥物傳輸功能的納米材料都可以應用到生物醫學中.納米技術打開了微米尺度以外的世界,而細胞水平上的生理和病理過程都發生在納米尺度,因此納米技術將對生物醫學產生深遠影響.納米生物技術和生物醫學以及其他技術的關系如圖1所示[3].本文僅對量子點、納米金、碳納米管、氧化鐵和富勒烯等納米材料在生物醫學中的應用研究現狀及發展前景做一綜述.
2納米材料在生物醫學中的應用
2.1量子點
量子點(quantumdots,QDs)是一種粒徑為2~10nm的半導體納米晶,主要包括硒化鎘、碲化鎘、硫化鎘、硒化鋅和硫化鉛等.與傳統的有機熒光染料相比,QDs具有激發波長可調、熒光強度更高、穩定性更強、不易發生光漂白和同時激發多種熒光等優點.通過對多種量子點同時進行激發,可以達到多元化檢測的目的,有利于進行高通量篩選.QDs的發射光譜隨尺寸大小和化學組成變化而有所改變,因此可以通過控制QDs的尺寸和化學組成使得其發射光譜覆蓋整個可見光區[4].隨著QDs尺寸的減小,其電子能量的不連續性產生獨特光學性質,因此,QDs可以作為熒光探針用于生物分子成像,進行生物分子的識別.Goldman等[5]利用親和素修飾CdSe/ZnSQDs,通過親和素-生物素化抗體的特異性結合形成熒光納米粒子復合抗體,探討了在蛋白毒素檢測領域的應用前景.Genin等[6]以QDs為探針對半胱氨酸蛋白進行檢測,檢測時間可以持續到150s,檢測機理是將QDs與有機熒光染料分子CrAsH、半胱氨酸依次結合,利用形成的復合體進行檢測.Liang等[7]研究鏈酶親和素修飾的QDs對mi-croRNA的定量檢測效果,利用QDs發出的熒光信號對microRNA的含量進行測定,最低檢測限達到0.4fmol.Shepard等[8]利用量子點和Cy3,Cy5熒光染料共同作用,對炭疽桿菌進行多元檢測,大大提高了檢測效率,與傳統的雙光色檢測相比體系通量提高了4倍.杜保安等[9]采用水相合成法合成了Mn2+摻雜CdTe量子點,通過在CdTe量子點中摻雜Mn2+,進一步改良CdTe的發光性能及熱穩定性,擴大了量子點的應用范圍.聚乙二醇(polyethyleneglycol,PEG)因其容易和氨基、羧基、生物素等多種功能化基團反應而常用于QDs的表面改性,而且PEG還能夠增加QDs的化學穩定性.研究發現,用低聚PEG-磷酸酯膠束包覆QDs后分散于水中,其熒光強度幾周內都不會發生改變,若分散于磷酸鹽溶液中,80h后熒光強度只降低10%[10].QDs特殊的光學性質使得它已逐步應用于光發射二極管、生物化學傳感器、太陽能電池、生物分子成像和納米醫學等領域.
2.2金納米粒子
金納米粒子(AuNPs)具有獨特的光學性質、良好的生物相容性、易修飾生物分子以及制備簡單等特點,因此在生物傳感、分子成像、腫瘤治療和藥物傳輸等生物醫學領域得到廣泛研究.Wang等[11]利用N-羥基琥珀酰亞胺修飾的AuNPs實時檢測人體血液中鏈霉素和生物素的相互作用,發現經修飾后的AuNPs具有3μg/mL的低檢出限和3~50μg/mL的寬動態檢測范圍,為構建全血中蛋白檢測和細胞分析的新型光學生物傳感器提供了思路.Huang等[12]將金納米棒連接上表皮生長因子抗體后作用于癌細胞,發現金納米棒附近的分子表現出更強、更敏銳和極化的拉曼光譜,這對于腫瘤的早期準確檢測成像具有很大意義.Wei等[13]研究了AuNPs和紫杉醇對HepG2肝癌細胞凋亡的影響,發現AuNPs單獨或與紫杉醇協同作用可以引起HepG2細胞凋亡,AuNPs可以增強紫杉醇對HepG2細胞的抑制和凋亡作用.Tong等[14]研究發現葉酸結合的金納米棒在近紅外光照射下可以破壞質膜,這是由于細胞內鈣離子的快速增多進而導致肌動蛋白動態異常造成的.但是,關于AuNPs的研究還處于初級階段,許多問題尚需進一步的深入研究.例如:如何制備各種形態和結構以及可控成分的AuNPs,如何在治療過程中實現定向輸送和釋放的靶向性以及使AuNPs作為探針的信號放大以便用于生物檢測等都需要進一步的探索.本課題組Liu等[15]研究了AuNPs對成骨細胞系MC3T3-E1的增殖、分化和礦化功能的影響,結果表明,20,40nm的AuNPs均促進MC3T3-E1細胞的增殖、分化和礦化功能,且呈現出劑量和時間依賴性.RT-PCR結果表明,20,40nm的AuNPs均促進runt相關轉錄因子2(Runx2)、骨形態發生蛋白2(BMP-2)、堿性磷酸酶(ALP)和骨鈣素(OCN)基因的表達.結果顯示,AuNPs能夠促進MC3T3-E1細胞成骨分化及礦化功能,而且影響隨納米顆粒的尺寸變化有所不同.Runx2,BMP-2,ALP和OCN4種基因可能相互影響,從而刺激MC3T3-E1細胞的成骨分化.實驗結果提示,與骨中羥基磷灰石晶體尺寸相似的AuNPs可能扮演了一個晶核的角色,從而刺激其周圍細胞的增殖、分化和礦化,形成鈣的沉積.隨后Liu等[16]又研究了AuNPs對骨髓基質細胞(MSCs)增殖、成骨和成脂分化的影響,結果表明,AuNPs可以促進MSCs向成骨方向分化,抑制向成脂方向及成脂橫向分化.結果揭示了AuNPs是如何進行細胞內活動進而影響骨髓基質細胞的功能,對合理設計用于組織工程和其他生物醫學方面的新材料具有重要意義.
2.3碳納米管
碳納米管(carbonnanotubes,CNTs)的結構,形象地講是由1個或多個只含sp2雜化碳原子的石墨薄片卷曲成的納米級圓筒.根據石墨片層數不同,CNTs可分為單壁碳納米管(SWCNTs)和多壁碳納米管(MWCNTs).CNTs的長度從幾百納米到幾毫米不等,但它們的直徑均在納米量級,SWCNTs和MWCNTs的直徑分別在0.4~3.0nm和2~500nm.MWCNTs也是由幾個石墨片層的圓筒構成,層間距在0.3~0.4nm.CNTs可以在藥物供給系統與細胞之間形成圓筒形的渠道,輸送肽、蛋白質、質粒DNA或寡核苷酸等物質.CNTs還能促進骨組織的修復生長,促進神經再生,減少神經組織瘢痕產生.Kam等[17]將CNTs胺基修飾后,通過生物素連接具有熒光的抗生素蛋白鏈菌素,孵育白血病細胞HL60一定時間后,發現細胞內產生較強的熒光,且隨CNTs濃度和孵育時間的延長,熒光強度不斷增強,證明CNTs能將大分子蛋白載入HL60細胞內.Feazell等[18]研究胺基化的SWCNTs運輸鉑(Ⅳ)復合物的效果,結果發現鉑(Ⅳ)復合物以胺基化SWCNTs為載體進入癌細胞,并且其細胞毒性比連接前高出100多倍,為提高腫瘤化療藥物的敏感性提供了新思路.Zhang等[19]采用原代培養小鼠成骨細胞(OBs)為模型,研究了SWCNTs(直徑<2nm)、DWCNTs(直徑<5nm)和MWCNTs(直徑<10nm)對OBs增值、分化和礦化功能的影響,結果表明,它們均抑制OBs的增殖、橫向分化和礦化功能,且呈現時間和劑量依賴性,并且明顯抑制了OBs中Runx-2和Col-Ⅰ蛋白的表達水平.Liu等[20]進一步研究了SWCNTs(直徑<2nm)和MWCNTs(直徑<10nm)對骨髓基質細胞(MSCs)增殖、成骨分化、成脂分化和礦化的影響,結果表明,SWCNTs和MWCNTs明顯抑制了MSCs的增殖,且呈現出了劑量依賴關系.SWCNTs和MWCNTs抑制MSCs增殖和成骨分化的機制可能是通過調節依賴于Smad的骨形態發生蛋白(BMP)信號通路而起作用.結果提示,CNTs對OBs和MSCs的生長起著重要的調控作用,其生物安全性評價還需進行充分研究以便將來進行合理設計用于生物醫學.由于碳納米管獨特的結構,其外表面既可以非共價吸附各種分子,還可以共價鍵合多種化學基團,內部則可以包埋小分子,從而提高了其表面負載率及實現增溶和靶向等.在生物醫學上,鑒于碳納米管具有的生物膜穿透性和相對低的細胞毒性,在藥物傳遞方面具有較好的應用前景.碳納米管的應用給腫瘤的診斷與治療帶來了新的機遇,隨著對其用作藥物載體的深入研究,低毒高效的修飾性碳納米管有望在將來廣泛應用于臨床[21].
2.4氧化鐵納米粒子
氧化鐵納米粒子由于具有超順磁性,是一類具有可控尺寸、能夠外部操控并可用于核磁共振成像(MRI)造影的材料.這使得氧化鐵納米粒子廣泛應用于蛋白質提純、醫學影像、藥物傳輸和腫瘤治療等生物醫學領域.Wang等[22]采用一種新方法將色酮偶聯到Fe3O4納米顆粒上,合成的結合物使色酮在培養基中的溶解度急劇增加,從而使HeLa細胞吸收色酮能力增強,結合物能更有效抑制HeLa細胞增殖,這種色酮耦合的Fe3O4納米粒子可以作為多功能輸送系統用于診斷和治療.Wei等[23]研究發現Fe3O4納米顆粒可以特異性檢測H2O2和葡萄糖,并且具有很高的靈敏度.結果顯示,對H2O2的檢測精度可達到3×10-6mol/L,對葡萄糖的檢測精度達到5×10-5~1×10-3mol/L.Xie等[24]發展了一種新方法用于制備超微磁性納米顆粒,其中小配體4-甲基苯膦二酚用作表面活性劑來穩定顆粒的表面,其與氧化鐵表面具有很強的螯合作用,進而與環狀多肽鏈接,可用于靶向診斷腫瘤細胞.劉磊等[25]通過化學共沉淀法制備了鐵磁性納米粒子(FeNPs),并以W/O反相微乳法制備了包埋熒光染料三聯吡啶釕配合物Ru(bpy)2+3的二氧化硅納米粒子(SiNPs)和二氧化硅磁性納米粒子(Si/FeNPs),并研究了不同濃度的FeNPs,SiNPs和Si/FeNPs對肝癌細胞HepG2的增殖、細胞周期、表面形態和超微結構的影響,結果表明FeNPs對HepG2細胞增殖和周期沒有顯著影響,SiNPs和Si/FeNPs能夠促進細胞生長分裂,具有促增殖作用;SiNPs和Si/FeNPs通過細胞膜的包吞作用隨機進入細胞內,進入細胞后,不影響細胞的形態和超微結構.實驗結果對進一步研究修飾特異性抗體、蛋白或負載抗癌藥物之后的二氧化硅納米粒子在一定交變磁場作用下的抗腫瘤效果具有重要意義.氧化鐵納米粒子是目前國內外大力研究的一種新型靶向給藥系統,應用前景十分廣泛.但是成功應用于活體腫瘤靶向納米探針和納米載藥體目前仍然存在很多障礙:1)表面進行化學修飾后,氧化鐵納米納米粒子的磁化量降低;2)納米氧化鐵上嵌入配基結合位點可能會降低它的靶向特異性,并且所載藥物常常在內涵體或溶酶體中釋放,而不是靶細胞的胞質;3)在到達腫瘤組織之前,結合或封裝的化療藥物在血液中很快釋放.氧化鐵納米粒子和其他可生物降解的、生物相容性好的聚合物微團的結合可能會解決上述問題.可以預期,隨著人們對磁性納米粒子聚合物研究的不斷深入,磁性納米氧化鐵粒子將在腫瘤的診斷及治療中發揮越來越重要的作用.
2.5富勒烯
富勒烯(C60)是一個由12個五元環和20個六元環組成的球形三十二面體,外形酷似足球,直徑為0.71nm.六元環的每個碳原子均以雙鍵與其他碳原子結合,形成類似苯環的結構.富勒烯、金屬內嵌富勒烯及其衍生物由于獨特的結構和物理化學性質,在生物醫學領域有廣泛的應用.如抗氧化活性和細胞保護作用、抗菌活性、抗病毒作用、藥物載體和腫瘤治療等[26].Hu等[27]發現丙氨酸修飾的水溶性富勒烯衍生物能夠抑制過氧化氫誘導的細胞凋亡,其機制是通過清除細胞內外活性氧而抑制細胞凋亡.Yin等[28]研究發現C60(C(COOH)2)2,C60(OH)22和Gd@C82(OH)223種富勒烯衍生物可以降低細胞內活性氧水平來保護過氧化氫誘導的細胞損傷,其清除的活性氧自由基包括超氧陰離子、單線態氧和羥基自由基等.Mashino等[29]研究發現甲基吡咯碘修飾的富勒烯衍生物可以通過抑制大腸桿菌的能量代謝對其活性起到抑制作用.Chen等[30]發現Gd@C82(OH)22能有效抑制腫瘤生長并對機體不產生任何毒性,其對H22肝癌動物模型抗腫瘤效率比環磷酰胺和順鉑都高,其抑瘤效果并不像傳統藥物對腫瘤的直接殺傷作用,而是通過其他機制來完成.實驗結果表明Gd@C82(OH)22能提高免疫應答能力,促進巨噬細胞和T細胞分泌IL-2,TNF-α和IFN-γ等一系列免疫因子,同時促進血液中T細胞亞型Th1型因子IL-2,IFN-γ和TNF-α的分泌,說明它的抑制腫瘤生長效果有可能是通過激活機體免疫功能實現的[31].Zhou等[32]采用差速離心和ICP-MS測定方法研究了Gd@C82(OH)22在荷瘤小鼠組織中的亞細胞分布情況,結果表明此納米顆粒可以進入細胞,其亞細胞分布模式與GdCl3顯著不同,Gd@C82(OH)22在動物體內是以整個完整碳籠形式存在,且在代謝過程中碳籠不會打開釋放出內部的Gd3+.隨后研究了Gd@C82(OH)22和C60(OH)22對荷Lewis肺轉移瘤小鼠氧化應激水平的影響,發現2種富勒烯衍生物可以通過清除自由基抑制脂質過氧化下調氧化應激相關指標,降低由于腫瘤轉移到肺造成的肺損傷[33].這些結果都為解釋Gd@C82(OH)22納米顆粒的抗腫瘤生長機制提供了證據,對開展金屬富勒烯在抗腫瘤藥物領域的研究具有很大意義.