導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇納米技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞 納米技術(shù)；水處理；TiO2光催化劑

中圖分類號(hào) X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)021-0163-01

納米技術(shù)是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的一門(mén)新技術(shù)，介于納米材料能夠吸收水體中某些特殊的有機(jī)物，研究學(xué)者將納米科技引入到現(xiàn)代水處理中，表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。

1 傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)

工業(yè)生產(chǎn)、生活廢水中常常含有大量的有機(jī)物、泥沙、細(xì)菌等物質(zhì)，甚至有些物質(zhì)有巨大的毒性，為了除去這些有害物質(zhì)，我國(guó)常用的傳統(tǒng)方法有物理法、化學(xué)法和生物法。

1）物理法。物理法，顧名思義就是利用物理沉降、過(guò)濾等手段將污水中的懸浮污染物、泥沙等雜質(zhì)除去，常用的物理法有沉淀法、過(guò)濾法、離心法、氣浮法、蒸汽冷凝法等。

2）化學(xué)法?；瘜W(xué)法就是在污水中加入某種化學(xué)試劑，利用化學(xué)反應(yīng)來(lái)分離或者轉(zhuǎn)化污水中的雜質(zhì)及有毒物質(zhì)，常用的化學(xué)法有中和法、吸附法、混凝法、化學(xué)沉淀法、化學(xué)氧化法、離子交換法等。

3）生物法。生物法就是利用某種微生物分解廢水中的某種特定有機(jī)污染物，根據(jù)微生物的類別，生物法可以分為好氧生物處理和厭氧生物處理。

上述污水處理方法是我國(guó)常用的污水處理技術(shù)，這類污水處理方法的效果差、成本高，有些處理手段可能出現(xiàn)二次污染等問(wèn)題，降低了污水處理的效果。而納米技術(shù)的出現(xiàn)，以及其在水處理中的研究發(fā)展，可以提高污水處理技術(shù)水平。

2 納米技術(shù)和納米材料在世界的發(fā)展情況

納米材料和納米技術(shù)的出現(xiàn)，給未來(lái)高新技術(shù)的發(fā)展提供了一個(gè)很好的研究手段，各個(gè)國(guó)家都非常重視納米技術(shù)的研究。美國(guó)國(guó)家基金委員會(huì)（NSF）在1998年對(duì)納米功能材料進(jìn)行了大量研究，并對(duì)其加工和合成作為重要的基礎(chǔ)研究項(xiàng)目；日本在近7年以來(lái)制定了大量的納米科技研究項(xiàng)目，如Oglala計(jì)劃、量子功能器件的原理研究等；德國(guó)科研技術(shù)委員會(huì)也制定了發(fā)展納米科技的計(jì)劃。這都說(shuō)明國(guó)外對(duì)納米材料的研究都非常重視，在今后一段時(shí)間內(nèi)都是國(guó)際研究熱點(diǎn)和方向。

我國(guó)從“八五”期間以來(lái)，對(duì)納米材料的研究取得了非常豐富的成果：如：①大面積定向碳管陣列合成；②超長(zhǎng)納米碳管；③硅襯底上納米管陣列等，但是我國(guó)納米科技水平與國(guó)外還是有一些差距的，尤其是歐美國(guó)家，但是由于我國(guó)科研隊(duì)伍梯隊(duì)完善，基礎(chǔ)研究在國(guó)際上也具有一定地位，為我國(guó)納米材料研究奠定的基礎(chǔ)。

3 納米催化劑在水處理中的應(yīng)用

1）納米材料作催化劑的優(yōu)點(diǎn)及光催化原理。納米材料的尺寸非常小，1 nm=10-9 m，這么小的顆粒比表面積非常大，并且顆粒表面的鍵態(tài)與電子態(tài)與顆粒內(nèi)部有很大區(qū)別，表面原子配位不全會(huì)導(dǎo)致表面的活性位置增加，表現(xiàn)出催化特性。對(duì)納米材料表面特性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，隨著粒徑的減少，表面光滑程度變差，形成了凹凸不平的原子臺(tái)階，提高了水處理中化學(xué)反應(yīng)的接觸面。研究學(xué)者對(duì)超微粒進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其作為催化劑能夠提高化學(xué)反應(yīng)的效果。光催化材料具有無(wú)污染，使用方便、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)，其中半導(dǎo)體的光催化效應(yīng)是指：在光的照射下，價(jià)帶電子躍遷到導(dǎo)帶，價(jià)帶的孔穴會(huì)將周?chē)h(huán)境的羥基電子吸引過(guò)來(lái)，使得羥基變?yōu)樽杂苫?，成為?qiáng)氧化劑，將酯類最終變成CO2，保證有機(jī)物能夠完全降解，但是采用這種光催化劑在催化過(guò)程中半導(dǎo)體的能隙不能太寬也不能太窄，否者光催化效應(yīng)的效果不好。

2）TiO2光催化劑的優(yōu)缺點(diǎn)和納米TiO2的優(yōu)勢(shì)。TiO2具有良好的光催化效果，是水處理常用的光催化劑，其主要特點(diǎn)為：催化條件簡(jiǎn)單，只需要太陽(yáng)光即可，光催化劑吸收太陽(yáng)光中的紫外線，表現(xiàn)出較強(qiáng)的氧化性；在酸堿性變化較大的污水中也能保證穩(wěn)定性；污水處理中不產(chǎn)生有毒物質(zhì)和有毒氣體。

但是由于TiO2的禁帶寬度為3.2 eV，只能吸收太陽(yáng)光中波長(zhǎng)＜387 nm的紫外線，光利用率低，另外TiO2的光量子效率也很低，有待進(jìn)一步提高。研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)納米TiO2材料比一般的半導(dǎo)體材料的催化效果好，主要是因?yàn)椋孩儆捎诹孔映叽缧?yīng)使得導(dǎo)電和價(jià)帶能級(jí)變成了分立級(jí)能，能隙變寬，導(dǎo)電電位變得更低，但是價(jià)帶電位變得更高，使得納米材料表現(xiàn)出更強(qiáng)的氧化效果和還原能力；②由于納米半導(dǎo)體粒子的粒徑非常小，能夠通過(guò)擴(kuò)展效應(yīng)從粒子內(nèi)遷移到表面，有利于得到或失去電子，保證氧化反應(yīng)的正常進(jìn)行。

3）納米TiO2在水處理中的應(yīng)用。納米科技的發(fā)展為人類治理環(huán)境開(kāi)辟了一條行之有效的新途徑。

①有機(jī)污染物的處理。在太陽(yáng)光的照射下，納米TiO2通過(guò)產(chǎn)生的電子和空穴，表現(xiàn)出強(qiáng)還原性和氧化性，提高有機(jī)物降解的速度，氧化的產(chǎn)物為CO2、H2O等一些簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物。目前納米TiO2能夠氧化一些脂肪酸、芳香酸和酚類等有機(jī)物，也能降解燃料、除草劑、殺蟲(chóng)劑和表面活性劑等一類物質(zhì)。在利用納米材料進(jìn)行光催化過(guò)程中，納米TiO2作為空心小球，當(dāng)有機(jī)物通過(guò)這些小球時(shí)就會(huì)附著在上面，利用太陽(yáng)光中的紫外線完成降解過(guò)程。

②無(wú)機(jī)污染物的處理。除有機(jī)物外，許多無(wú)機(jī)物在納米表面也具有光化學(xué)活性，例如對(duì)Cr2O72-離子水溶液的處理，利用TiO2懸浮粉末經(jīng)光照將Cr2O72-還原為Cr3+對(duì)含氰廢水的處理，以TiO2光催化劑將CN-氧化為OCN-，再進(jìn)一步反應(yīng)生成CO2、N和NO3-；用Ti02光催化法可從Au(CN)4中還原Au，同時(shí)氧化CN-為NH3和CO2，該法可用于電鍍工業(yè)廢水的處理。不僅能還原鍍液中的貴金屬，而且還能消除鍍液中氰化物對(duì)環(huán)境的污染，是一種有實(shí)用價(jià)值的處理方法。大量試驗(yàn)結(jié)果表明，納米TiO2光催化反應(yīng)對(duì)于工業(yè)廢水具有很強(qiáng)的處理能力。但值得一提的是，由于光催化反應(yīng)是基于體系對(duì)光能量的吸收，因此要求被處理體系具有良好的透光性。對(duì)于高濃度的工業(yè)廢水，若雜質(zhì)多、濁度高、透光性差。反應(yīng)則難以進(jìn)行。因此該方法在實(shí)際廢水處理中，適用于后期的深度處理。

③微生物的滅殺。納米TiO2微粒本身對(duì)微生物無(wú)毒性，當(dāng)他們聚集在一起形成一定規(guī)模后才會(huì)對(duì)微生物造成一定危害。納米TiO2光催化可以通過(guò)直接或間接方式消滅微生物，直接方式主要是利用太陽(yáng)光激發(fā)TiO2，使得納米材料出現(xiàn)光生電子和光生空穴，直接導(dǎo)致細(xì)胞壁、細(xì)胞膜破損，細(xì)胞因?yàn)楣δ苄詥卧Щ疃霈F(xiàn)細(xì)胞壞死。在懸浮液體中，TiO2顆粒可以吸附在微生物的表面，或者被生物體細(xì)胞吞噬，這些納米TiO2顆粒利用產(chǎn)生的光生空穴和活性氧化直接與細(xì)胞內(nèi)的組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得細(xì)胞失活。由于太陽(yáng)光激發(fā)TiO2顆粒產(chǎn)生空穴具有非常強(qiáng)的氧化效果，并且生成的活性物質(zhì)具有很強(qiáng)的反應(yīng)活性。因此，不論是在懸浮液中還是在光陽(yáng)極表面，太陽(yáng)光激發(fā)TiO2顆粒均能夠殺死乳酸桿菌、面包酵母菌、大腸桿菌以及海拉細(xì)胞、T24細(xì)胞等。

納米技術(shù)作為21世紀(jì)前沿科學(xué)能夠在環(huán)境保護(hù)中表現(xiàn)出極大的應(yīng)用前景，可以預(yù)見(jiàn)，隨著納米技術(shù)研究的不斷深入和實(shí)用化進(jìn)程的加快，納米水處理技術(shù)將在本世紀(jì)得到充分的發(fā)展，在污水處理中取得令人振奮的成果。

參考文獻(xiàn)

[1]喬仁桂,崔德明,納米技術(shù)的發(fā)展及納米催化劑在水處理中的應(yīng)用[J].能源與環(huán)境,2007.

篇2

【摘要】

氧化鐵納米粒子是一種新型的磁功能材料，被廣泛應(yīng)用于生物、材料以及環(huán)境等眾多領(lǐng)域。本文介紹了超順磁氧化鐵納米粒子的制備方法，比較了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)；評(píng)述了磁性氧化鐵納米粒子在細(xì)胞、蛋白質(zhì)和核酸分離及生物檢測(cè)中的應(yīng)用，對(duì)多功能復(fù)合磁性氧化鐵納米粒子的構(gòu)建， 在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用具有的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】 超順磁性氧化鐵納米粒子； 制備； 生物分離； 生物檢測(cè)； 評(píng)述

Abstract Superparamagnetic iron oxide nanomaterials have been widely used in the biotechnology， materials and environmental chemistry， etc. In this review， the synthesis methods of superparamagnetic iron oxide， the merits and defects of these methods， and their application in cell， protein， nucleic acid separation and bioassay were reviewed.

Keywords Superparamagnetic iron oxide nanoparticles; Synthesis; Bioseparation； Bioassay; Review

1 引 言

磁性納米粒子是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型材料，因其具有獨(dú)特的磁學(xué)特性，如超順磁性和高矯頑力，在生物分離和檢測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景[1]。同時(shí)，因磁性氧化鐵納米粒子具有小尺寸效應(yīng)、良好的磁導(dǎo)向性、生物相容性、生物降解性和活性功能基團(tuán)等特點(diǎn)[2～4]， 在核磁共振成像、靶向藥物、酶的固定、免疫測(cè)定等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域表現(xiàn)出潛在的應(yīng)用前景[5～7]。但由于其較高的比表面積，強(qiáng)烈的聚集傾向，所以通常對(duì)其表面進(jìn)行修飾，降低粒子的表面，能得到分散性好、多功能的磁性納米粒子。對(duì)磁性納米粒子的表面進(jìn)行特定修飾，如果在修飾后的粒子上引入靶向劑、藥物分子、抗體、熒光素等多種生物分子，可以改善其分散穩(wěn)定性和生物相容性， 以實(shí)現(xiàn)特定的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。此外，適當(dāng)?shù)谋砻嫘揎椈虮砻婀δ芑€可以調(diào)節(jié)磁性納米粒子表面的反應(yīng)活性[8]，從而使其應(yīng)用在細(xì)胞分離、蛋白質(zhì)純化、核酸分離和生物檢測(cè)等領(lǐng)域。本文介紹了磁性氧化鐵納米粒子的制備方法， 比較了各種制備方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)其在生物分離及檢測(cè)中應(yīng)用的最新進(jìn)展進(jìn)行了評(píng)述。

2 磁性氧化鐵納米粒子的合成方法

磁性納米粒子的制備是其應(yīng)用的基礎(chǔ)。目前已發(fā)展了多種合成和制備方法，如共沉淀法、水熱合成法、溶膠凝膠法和微乳液法等，上述方法均可制備高分散、粒度分布均勻的納米粒子，并能方便地對(duì)其表面進(jìn)行化學(xué)修飾，這些方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)見(jiàn)表1。

在這些合成方法當(dāng)中，共沉淀法是水相合成氧化鐵納米粒子最常用的方法。該方法制備的磁性納米顆粒具有粒徑小，分散均勻，高度生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，但制得的顆粒存在形狀不規(guī)則，結(jié)晶差等缺點(diǎn)。通過(guò)在反應(yīng)體系中加入檸檬酸，可得到形狀規(guī)則、分散性好的納米粒子。利用這種方法合成的磁性納米材料被廣泛應(yīng)用在生物化學(xué)及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域[9]。微乳液法制備納米粒子，產(chǎn)物均勻、單分散，可長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，通過(guò)控制膠束、結(jié)構(gòu)、極性等，可望從分子規(guī)模來(lái)控制粒子的大小、結(jié)構(gòu)、特異性等。微乳液合成的磁性納米粒子僅溶于有機(jī)溶劑，其應(yīng)用受到限制。通常需要在磁性納米粒子的表面修飾上親水分子，使其溶于水，從而能應(yīng)用于生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

熱分解法是有機(jī)相合成氧化鐵納米粒子最多也是最穩(wěn)定的方法。利用熱分解法制備的納米Fe3O4顆粒產(chǎn)物具有好的單分散性，且呈疏水性，可以長(zhǎng)期穩(wěn)定地分散于非極性有機(jī)溶劑中。該方法合成的氧化鐵納米粒子雖然具有粒徑均一的特點(diǎn)，但必須在其表面偶聯(lián)親水性及生物相容性好的生物分子或制備成核殼結(jié)構(gòu)，才可用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。表1 磁性氧化鐵納米粒子的制備方法（略）

此外，綠色化學(xué)和生物方法合成氧化鐵納米粒子也備受關(guān)注[28，29]。磁性氧化鐵納米粒子除具有的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等納米粒子基本特性外，它同時(shí)還具有超順磁特性、類酶催化特性和生物相容性等特殊性質(zhì)，因此在醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用引起了人們的廣泛興趣。

3 磁性氧化鐵納米材料在生物分離與生物檢測(cè)的應(yīng)用

3.1 磁性氧化鐵納米材料在生物分離的應(yīng)用

磁性氧化鐵納米粒子可以通過(guò)外界磁場(chǎng)來(lái)控制納米粒子的磁性能，從而達(dá)到分離的目的，如細(xì)胞分離[30，31]、蛋白分離[32] 和核酸分離[33]等。此外磁性氧化鐵納米粒子由于兼有納米、磁學(xué)和類酶催化活性等性能，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)被檢測(cè)物的分離和富集，而且能夠使檢測(cè)信號(hào)放大，在生物分析領(lǐng)域也都具有很好的應(yīng)用前景[34，35]。磁性納米粒子（MNP）能夠應(yīng)用于這些領(lǐng)域主要基于它的表面化學(xué)修飾，包括非聚合物有機(jī)固定、聚合物有機(jī)固定、無(wú)機(jī)分子固定及靶向配體修飾等[36]（圖1）。納米粒子表面功能化修飾是目前研究的熱點(diǎn)。

3.1.1 磁性氧化鐵納米材料在細(xì)胞分離方面的應(yīng)用

細(xì)胞分離技術(shù)的目的是快速獲得所需目標(biāo)細(xì)胞。傳統(tǒng)細(xì)胞分離技術(shù)主要根據(jù)細(xì)胞的大小、形態(tài)以及密度的差異進(jìn)行分離，如采用微濾、超濾以及超離心等方法。這些方法操作簡(jiǎn)單，但是特異性差，而且存在純度不高、制備量偏小、影響細(xì)胞活性等缺點(diǎn)，因此未能被廣泛地用于細(xì)胞的純化研究[37]。近年來(lái)，隨著對(duì)磁性納米粒子研究的深入，人們開(kāi)始利用磁性納米粒子來(lái)分離細(xì)胞[38，39]。如磁性氧化鐵納米粒子在其表面接上具有生物活性的吸附劑或配體（如抗體、熒光物質(zhì)、外源凝結(jié)素等），利用它們與目標(biāo)細(xì)胞的特異性結(jié)合，在外加磁場(chǎng)的作用下將細(xì)胞分離、分類以及對(duì)其種類、數(shù)量分布進(jìn)行研究。張春明等[40]運(yùn)用化學(xué)連接方法將單克隆抗體CD133連接到SiO2/Fe3O4復(fù)合粒子的表面得到免疫磁性Fe3O4納米粒子，利用它分離出單核細(xì)胞和CD133細(xì)胞。經(jīng)培養(yǎng)后可以看出，分離出來(lái)的CD133細(xì)胞與單核細(xì)胞一樣，具有很好的活性，能夠正常增殖形成集落，并且在整個(gè)分離過(guò)程中對(duì)細(xì)胞的形態(tài)以及活性沒(méi)有明顯的毒副作用，這與Kuhara等[30]]報(bào)道的采用磁分離技術(shù)分離CD19+和CD20+細(xì)胞的結(jié)果一致。Chatterjee等[39]采用外源凝結(jié)素分別修飾聚苯乙烯包被的磁性Fe3O4微球和白蛋白磁性微球，利用凝結(jié)素與紅細(xì)胞良好的結(jié)合能力，快速、高效的分離了紅細(xì)胞。此外，磁性粒子在分離癌細(xì)胞和正常細(xì)胞方面的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也已獲得成功。

3.1.2 磁性氧化鐵納米材料在蛋白質(zhì)和核酸分離中的應(yīng)用

利用傳統(tǒng)的生物學(xué)技術(shù)（如溶劑萃取技術(shù)等）來(lái)分離蛋白質(zhì)和核酸程序非常繁雜，而磁分離技術(shù)是分離蛋白、核酸及其他生物分子便捷而有效的方法。目前在外磁場(chǎng)作用下，超順磁性氧化鐵納米粒子已廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)和核酸的分離。

Liu等[41]利用聚乙烯醇等表面活性劑存在下制備出共聚磁性高分子微球，表面用乙二胺修飾后用于分離鼠腹水抗體，得到很好的分離效果。Xu等[42]在磁性氧化鐵納米粒子表面偶聯(lián)多巴胺分子，用于多種蛋白質(zhì)的分離純化。多巴胺分子具有二齒烯二醇配體，它可以與氧化鐵納米粒子表面配位不飽和的Fe原子配位，形成納米顆粒多巴胺復(fù)合物，此復(fù)合物可以進(jìn)一步偶聯(lián)次氨基三乙酸分子（NTA），NTA分子可特異螯合Ni＋，對(duì)于具有6×His標(biāo)簽的蛋白質(zhì)的分離純化方面表現(xiàn)出很高的專一性。Liu等[43]用硅烷偶聯(lián)劑（AEAPS）對(duì)核殼結(jié)構(gòu)的SiO2/Fe2O3復(fù)合粒子的表面進(jìn)行處理，研究復(fù)合磁性粒子對(duì)牛血清白蛋白（BSA）的吸附情況，結(jié)果表明BSA與磁性復(fù)合粒子之間是通過(guò)化學(xué)鍵作用被吸附的，復(fù)合粒子對(duì)BSA的最大吸附量達(dá)86 mg/g，顯示出在白蛋白的分離和固定上有很大的應(yīng)用潛力。Herdt等[44]利用羧基修飾的吸附/解離速度快的核殼型（Fe3O4/PAA）磁性納米顆粒與Cu2+亞氨基二乙酸（IDA）共價(jià)交聯(lián)，通過(guò)Cu2+與組氨酸較強(qiáng)的親和能力實(shí)現(xiàn)了組氨酸標(biāo)記蛋白的選擇性分離，分離過(guò)程如圖2所示。

磁性納米粒子也是核酸分子分離的理想載體[45]。DNA/mRNA含有單一堿基錯(cuò)位，它們的富集和分離在人類疾病診斷學(xué)、基因表達(dá)研究方面有著至關(guān)重要的作用。Zhao等[46]合成了一種磁性納米基因捕獲器，用于富集、分離、檢測(cè)痕量的DNA/mRNA分子。這種材料以磁性納米粒子為核，包覆一層具有生物相容性的SiO2保護(hù)層，表面再偶聯(lián)抗生素蛋白維生素H分子作為DNA分子的探針，可以將10－15 mol/L DNA/mRNA有效地富集，并能實(shí)時(shí)監(jiān)控產(chǎn)物。Tayor等[47]用硅酸鈉水解法、正硅酸乙酯水解法制備SiO2/Fe2O3磁性納米粒子并對(duì)DNA進(jìn)行了分離。結(jié)果表明，SiO2功能化的Fe2O3磁性納米粒子對(duì)DNA的吸附分離效果明顯好于單獨(dú)Fe2O3磁性納米粒子的分離效果，但是其吸附機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

3.2 磁性氧化鐵納米材料在生物檢測(cè)中的應(yīng)用

3.2.1 基于磁學(xué)性能的生物檢測(cè)

磁性氧化鐵納米粒子因其特有的磁導(dǎo)向性、小尺寸效應(yīng)及其偶聯(lián)基團(tuán)的活性，兼有分離和富集地作用，使其在生物檢測(cè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。當(dāng)檢測(cè)目標(biāo)為低含量的蛋白分子時(shí)，不能通過(guò)聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）對(duì)其信號(hào)進(jìn)行放大，而磁微球與有機(jī)染料或量子點(diǎn)熒光微球結(jié)合可以對(duì)某些特異性蛋白、細(xì)胞因子、抗原和核酸等進(jìn)行多元化檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大的作用。Yang等[48]采用一對(duì)分子探針?lè)謩e連接熒光光學(xué)條碼（彩色）和磁珠（棕色），對(duì)DNA（頂端鑲板）和蛋白質(zhì)（底截鑲板）生物分子進(jìn)行目標(biāo)分析（圖3）。如果目標(biāo)DNA序列或蛋白存在，它將與兩個(gè)磁珠結(jié)合一起，形成了一個(gè)三明治結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)磁選，光學(xué)條碼可以在單磁珠識(shí)別目標(biāo)水平下，通過(guò)分光光度計(jì)或是在流式細(xì)胞儀讀出。通過(guò)此方法檢測(cè)目標(biāo)分子是基于數(shù)百萬(wàn)個(gè)熒光基團(tuán)組成的微米尺寸光學(xué)條碼信號(hào)的擴(kuò)增而檢測(cè)出來(lái)，其基因和蛋白的檢出限可達(dá)到amol/L量級(jí)，甚至更低。

Nam等［49］利用多孔微粒法（每個(gè)微?？商畛浯罅織l形碼DNA）和金納米微粒為基礎(chǔ)的比色法生物條形碼檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)了人白細(xì)胞介素2（IL2），檢出限可達(dá)到30 amol/L，比普通的酶聯(lián)免疫分析技術(shù)的靈敏度高3個(gè)數(shù)量級(jí)。Oh等 [50]利用熒光為基礎(chǔ)的生物條形碼放大方法檢測(cè)了前列腺特異性抗原（PSA）的水平，其檢出限也低于300 amol/L，而且實(shí)現(xiàn)了快速檢測(cè)。

在免疫檢測(cè)中，磁性納米粒子作為抗體的固相載體，粒子上的抗體與特性抗原結(jié)合，形成抗原抗體復(fù)合物，在磁力作用下，使特異性抗原與其它物質(zhì)分離，克服了放免和酶聯(lián)免疫測(cè)定方法的缺點(diǎn)。這種分離具有靈敏度高、檢測(cè)速度快、特異性高、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。Yang等[51]通過(guò)反相微乳液法制備了粒徑很小的SiO2包覆的Fe3O4磁性納米粒子，生物分子通過(guò)誘導(dǎo)這些高單分散的磁性納米粒子可用于酶的固定和免疫檢測(cè)。Lange等[52]采用直接或三明治固相免疫法（生物素基化抗IgG抗體和共軛連接鏈霉素的磁性納米粒子組成三明治結(jié)構(gòu)）和超導(dǎo)量子干涉法（SQUID），研究它們?cè)诖_定抗原、抗體相互作用免疫檢測(cè)中的應(yīng)用，結(jié)果表明特異性鍵合的磁性納米顆粒的馳豫信號(hào)大小依賴于抗原（人免疫球蛋白G，IgG）的用量，這種磁弛豫(Magnetic relaxation)免疫檢測(cè)方法得到的結(jié)果與廣泛使用的ELISA方法的結(jié)果相當(dāng)。

因磁性納米粒子獨(dú)特的性能，在生物傳感器上也有潛在的應(yīng)用前景。Fan等［53］在磁珠上偶聯(lián)被檢測(cè)物的一級(jí)抗體，在金納米顆粒上連接二級(jí)抗體，兩者反應(yīng)后，利用HClNaClBr2將Au氧化為Au3+，催化發(fā)光胺（Luminol）化學(xué)發(fā)光，人免疫球蛋白G（IgG）的檢出限可達(dá)2 × 10－10 mol/L ，實(shí)現(xiàn)了磁性納米顆粒化學(xué)發(fā)光免疫結(jié)合的方法對(duì)IgG進(jìn)行生物傳感分析（圖4）。

3.2.2 類酶催化特性在生物檢測(cè)中的應(yīng)用

Cao等[54]發(fā)現(xiàn)Fe3O4磁性納米粒子能夠催化H2O2氧化3，3'，5，5'四甲基聯(lián)苯胺（TMB）、3，3'二氨基聯(lián)苯胺四鹽酸鹽（DAB）和鄰苯二胺（OPD），使其發(fā)生顯色反應(yīng)，具有類辣根過(guò)氧化物酶（HRP）活性（圖5），而且其催化活性比相同濃度的辣根過(guò)氧化物酶高40倍。并且Fe3O4磁性納米粒子可以運(yùn)用磁分離手段進(jìn)行重復(fù)性利用，顯著降低了生物檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)成本，利用此特性可進(jìn)行多種生物分子的檢測(cè)。

利用葡萄糖氧化酶（GOx）與Fe3O4磁性納米粒子催化葡萄糖的反應(yīng)(見(jiàn)式（1）和(2))，通過(guò)比色法檢測(cè)葡萄糖，其檢測(cè)的靈敏度達(dá)到5×10－5 ～ 1×10－3 mol/L 。由于Fe3O4磁性納米粒子制備簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、活性高，成本低，因而比普通酶更有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，這也為葡萄糖的檢測(cè)提供了高靈敏度和選擇性的分析方法，在生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用上展現(xiàn)了巨大的潛能，為糖尿病人疾病的診斷提供了快速、靈敏的檢測(cè)方法。然而要提高檢測(cè)靈敏度，合成催化效率高的Fe3O4磁性納米粒子及多功能磁性納米粒子是關(guān)鍵。Peng等[56]用電化學(xué)方法比較了不同尺寸Fe3O4納米粒子的催化活性發(fā)現(xiàn)，隨著尺寸的變小，磁性納米粒子的催化活性變高。Wang等[57]制備的單分散啞鈴型PtFe3O4納米粒子，由于本身尺寸和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可更大限度地提高催化活性。本研究組已經(jīng)合成了分散性好和磁性高的氧化鐵納米粒子并對(duì)其進(jìn)行了表征，利用其磁學(xué)和催化特性，已開(kāi)展了葡萄糖等生物分子的檢測(cè)，該方法的檢出限達(dá)到1 μmol/L，具有靈敏度高、操作簡(jiǎn)便和成本低等優(yōu)點(diǎn)[58]。

總之，F(xiàn)e3O4磁性氧化鐵納米粒子不但具有顯著的超順磁性，而且具有類辣根過(guò)氧化物酶催化特性，可通過(guò)使用過(guò)氧化物敏感染料，設(shè)計(jì)了一系列（如乙肝病毒表面抗原等）的免疫檢測(cè)模型[59]，因此超順磁性納米粒子在生物分離和免疫檢測(cè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著納米技術(shù)的迅速發(fā)展，磁性氧化鐵納米粒子的開(kāi)發(fā)及其在生物醫(yī)學(xué)、生物分析、生物檢測(cè)等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越受到重視，但同時(shí)也面臨很多挑戰(zhàn)和問(wèn)題。（1）構(gòu)建并制備尺寸小、粒徑均一、分散性和生物相容性好及催化性能高的多功能磁性納米粒子；（2）根據(jù)被檢測(cè)生物分子的特點(diǎn)設(shè)計(jì)多功能磁性氧化鐵納米粒子，實(shí)現(xiàn)高靈敏度、特異性檢測(cè)；（3）利用納米氧化鐵顆粒作為分子探針進(jìn)行實(shí)時(shí)、在線、原位、活體和細(xì)胞內(nèi)生物分子的檢測(cè)。這些問(wèn)題不僅是納米材料在生物分子檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用需要解決的難點(diǎn)，也是目前其進(jìn)行生物分子檢測(cè)研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。

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篇3

制糖廢水處理技術(shù)

目前制糖廢水的處理技術(shù)主要包括物化法和生化法，由于制糖廢水的可生化性好，國(guó)內(nèi)外對(duì)此廢水的處理常采用生化法。生化法主要有厭氧處理法、好氧處理法、厭氧—好氧處理法等。

1物化法

物化法主要用于對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理，該方法包括:混凝沉淀法、吸附法、離子交換法、萃取法、擴(kuò)散滲析法、電滲析法等［7］。近年來(lái)，對(duì)物化法的研究涉及到一些新的領(lǐng)域，納米技術(shù)的應(yīng)用研究為制糖廢水的預(yù)處理提供了新的思路。鐘福新等［8］的研究表明，La/Fe共摻雜TiO2納米管陣列對(duì)甲基橙和制糖廢水具有催化降解效果。光照時(shí)間和pH是影響La/Fe摻雜TiO2納米管陣列光催化降解制糖廢水的主要因素，在強(qiáng)堿性條件下，La/Fe摻雜TiO2納米管陣列對(duì)制糖廢水的光催化降解效率最高，光照20h時(shí)可達(dá)97%以上。

2厭氧生物法

廢水的厭氧處理在有機(jī)物含量較高時(shí)很適用。由于厭氧處理時(shí)，污泥產(chǎn)生量少，對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素要求低，同時(shí)產(chǎn)生的甲烷可作潛在的能源，可消除氣體排放的污染，投資成本一般較低，運(yùn)行管理費(fèi)用也大大低于好氧工藝［9］。在制糖工業(yè)廢水處理中得到了廣泛的應(yīng)用。上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)是厭氧處理的一個(gè)有代表性的形式。在反應(yīng)器中，廢水從底部均勻進(jìn)入并向上運(yùn)動(dòng)，反應(yīng)器下部為濃度較高的污泥床，上部為濃度較低的懸浮污泥床，一般情況下處理甜菜制糖廢水時(shí)，容積負(fù)荷可達(dá)到20.7kgCOD/(m3•d)，COD去除率為82%左右［10］。河南某廠［11］建成1700m3UASB厭氧系統(tǒng)處理制糖廢水，在近中溫(30℃～35℃)條件下啟動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)進(jìn)水COD濃度平均為8000mg/L時(shí)，工程穩(wěn)定運(yùn)行，日處理廢水近1000m3，COD去除率80%以上，UASB有效容積負(fù)荷為5.0kgCOD/(m3•d)以上。運(yùn)行實(shí)踐證明，采用UASB工藝處理制糖廢水，具有有機(jī)負(fù)荷高，HRT短，無(wú)需填料、污泥回流裝置及攪拌裝置，效率高，運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)UASB工藝也存在以下缺點(diǎn):①三相分離器還沒(méi)有一個(gè)成熟的設(shè)計(jì)方法;②顆粒污泥的培養(yǎng)較困難，初次啟動(dòng)和形成穩(wěn)定顆粒污泥用時(shí)較長(zhǎng);③大多數(shù)UASB反應(yīng)器需對(duì)進(jìn)水懸浮物濃度進(jìn)行適當(dāng)控制，以防止堵塞和短流;④耐沖擊負(fù)荷能力不強(qiáng)，出水水質(zhì)還達(dá)不到傳統(tǒng)二級(jí)處理工藝的出水水質(zhì)。為了解決UASB顆粒污泥培養(yǎng)的問(wèn)題，可以在厭氧啟動(dòng)過(guò)程中加入惰性物質(zhì)，加速顆?；男纬?。韓洪軍等［12～13］的研究表明，在系統(tǒng)中加入顆?；钚蕴?，可以加快顆粒污泥的形成;Yu［14］等人向反應(yīng)器中投加150～300mg/LCa2+，提高了生物量的積累，加速了反應(yīng)器的啟動(dòng)。新型的反應(yīng)器是折流式厭氧反應(yīng)器(ABR)，它綜合了UASB反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)，屬于分階段多相厭氧生物處理工藝技術(shù)。該反應(yīng)器借助于廢水流動(dòng)和沼氣上升的作用，反應(yīng)器內(nèi)污泥上下運(yùn)動(dòng)，污水在折流板的作用下，水流繞其流動(dòng)而使其流經(jīng)的總長(zhǎng)度加長(zhǎng)，再加上折流板的阻擋及污泥的沉降作用，污泥在水平方向上的流速極其緩慢，生物固體被有效地截留在反應(yīng)器內(nèi)［15］。與UASB反應(yīng)器相比，ABR反應(yīng)器具有獨(dú)特的分格式結(jié)構(gòu)及推流式流態(tài)，具有運(yùn)行穩(wěn)定，操作靈活，工藝簡(jiǎn)單，投資少，固液分離效果、耐沖擊、對(duì)毒性物質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，良好的生物固體截留能力等優(yōu)點(diǎn)。ABR自問(wèn)世以來(lái)就一直備受研究者們的關(guān)注，人們從不同角度對(duì)其進(jìn)行研究探討，如反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新［16～17］、水力學(xué)特性的優(yōu)化［18～19］、反應(yīng)器啟動(dòng)及顆粒污泥的形成［20］、微生物群落分布及生理生態(tài)［21～22］研究等方面，從這些研究中可以總結(jié)出以下對(duì)優(yōu)化ABR工藝的措施:①減少降流區(qū)寬度，使主反應(yīng)區(qū)的升流區(qū)內(nèi)聚集更多的微生物，有利于厭氧污泥停留在上向流中，使每個(gè)小單位UASB優(yōu)勢(shì)更加突出:水流方向與產(chǎn)氣上升方向一致，不僅減少了堵塞的機(jī)會(huì)，還加強(qiáng)了氣體對(duì)污泥床的攪拌作用，使微生物與進(jìn)水基質(zhì)充分混合，有助于形成顆粒污泥;②增加了折流板角度，有利于進(jìn)水向上引向流室中心，實(shí)現(xiàn)了布水的均勻性，同時(shí)還可增大水力攪拌作用;③接種污泥用幾種不同來(lái)源的厭氧污泥混合而成，采用好氧曝氣法啟動(dòng)。ABR反應(yīng)器雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但目前國(guó)際上關(guān)于ABR反應(yīng)器的研究尚處于試驗(yàn)階段，實(shí)際工程應(yīng)用方面的研究實(shí)例還不多，國(guó)內(nèi)報(bào)道的工程應(yīng)用更少。因此，在ABR反應(yīng)器實(shí)際工程進(jìn)一步推廣之前，需要通過(guò)大量中試尋求合適的設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合機(jī)理分析，以便更深入地了解ABR的工藝特性，為生產(chǎn)應(yīng)用提供可靠的依據(jù)。

3好氧生物法

好氧生物法主要有活性污泥法和生物膜法。

1）活性污泥法?；钚晕勰喾ň褪且曰钚晕勰酁橹黧w的生物處理法，其實(shí)質(zhì)是以存在于污水中的有機(jī)物為培養(yǎng)基，在有氧的條件下，對(duì)各種微生物群體進(jìn)行混合連續(xù)培養(yǎng)，通過(guò)凝聚、吸附、氧化分解、沉淀等過(guò)程去除有機(jī)物的一種方法［23］。李鑫華等［24］研究采用活性污泥法處理甘蔗制糖廢水，工程規(guī)模日處理量Q=14000m3/d，經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，出水符合標(biāo)準(zhǔn)，且該工藝具有操作簡(jiǎn)單、維護(hù)技術(shù)要求低、處理效果好、投資及運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。但是，活性污泥法也存在抗沖擊負(fù)荷能力弱，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，易發(fā)生污泥膨脹等問(wèn)題。序批式活性污泥法簡(jiǎn)稱SBR法，主要構(gòu)筑物是SBR反應(yīng)池，在該池中依次完成進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、潷水、排泥等過(guò)程［25］。該工藝相對(duì)于連續(xù)式活性污泥法有處理構(gòu)筑物少、污泥好氧穩(wěn)定、抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)、氧利用率高、污泥膨脹的概率低、處理效果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。該工藝在實(shí)際工程中通常與其他工藝聯(lián)合使用，邯鄲市某生物技術(shù)中心［26］采用UASB—SBR工藝處理淀粉制糖廢水，SBR池的水力停留時(shí)間為12h，容積負(fù)荷為1.2kgCOD/(m3•d)，運(yùn)行結(jié)果表明，對(duì)COD的去除率可達(dá)85%以上，對(duì)BOD5的去除率達(dá)90%以上，對(duì)SS的去除率達(dá)85%以上，處理出水優(yōu)于國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，且該工藝處理效果好、技術(shù)成熟可靠、運(yùn)行穩(wěn)定。但是SBR因其序批操作的運(yùn)行方式也帶來(lái)了相應(yīng)的弊端:①對(duì)自動(dòng)控制設(shè)備的依賴性強(qiáng)，但是這些設(shè)備的故障率較高;②反應(yīng)器的利用率偏低;③單元進(jìn)水是間歇的，在污水廠來(lái)水和排水要求連續(xù)時(shí)需要把系統(tǒng)劃分為較多的的單元才能保證整體的連續(xù)性，或者是設(shè)置較大的進(jìn)水水量調(diào)節(jié)池;④間歇運(yùn)行曝氣器容易堵塞。針對(duì)SBR的缺點(diǎn)和不同的使用目的出現(xiàn)了很多變形工藝，其中用于制糖廢水處理的工藝有循環(huán)式活性污泥系統(tǒng)，即CASS工藝。該工藝在運(yùn)行方式上采用循環(huán)進(jìn)水，反應(yīng)器分為選擇器、缺氧區(qū)和主反應(yīng)區(qū)三個(gè)區(qū)。該工藝完善了活性污泥選擇器的設(shè)計(jì)，并且設(shè)計(jì)和運(yùn)行方式靈活，既體現(xiàn)了SBR的流程簡(jiǎn)單、建筑物少等優(yōu)點(diǎn)，又克服了SBR的一些缺點(diǎn)。有研究表明，CASS工藝用來(lái)處理制糖末端廢水具有明顯的優(yōu)勢(shì)。林傳松等［27］的研究表明，用CASS工藝處理制糖末端廢水，對(duì)系統(tǒng)的CODCr和SS的去除率分別為91.96%和73.77%，同時(shí)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物有明顯去除效果，省略了剩余污泥處理裝置，降低了建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行成本。通過(guò)控制工藝運(yùn)行條件可以優(yōu)化CASS工藝的處理效果，鄧超冰等［28］的實(shí)驗(yàn)表明，在曝氣時(shí)間為2h，曝氣量0.375m3/h，污泥濃度4000mg/L左右，沉淀時(shí)間60min，排水比1/3的條件下，工藝條件最佳。各因素對(duì)COD去除效果影響的主次關(guān)系是:曝氣量＞排水比＞沉淀時(shí)間，故在實(shí)際工藝運(yùn)行管理過(guò)程中可優(yōu)先考慮調(diào)節(jié)曝氣量。CASS運(yùn)行過(guò)程的控制一般由可編程序控制器來(lái)進(jìn)行，主要根據(jù)進(jìn)水量、DO、進(jìn)水水質(zhì)(COD、pH等)、出水水質(zhì)等進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，自動(dòng)調(diào)整各部件的運(yùn)行狀況以達(dá)到最佳的效果及最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)轉(zhuǎn)［29］。目前，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用的關(guān)鍵主要是進(jìn)一步完善工藝設(shè)計(jì)方法及研究其設(shè)計(jì)的有關(guān)參數(shù)，同時(shí)提高自動(dòng)控制裝置的可靠性及運(yùn)行和操作管理人員的素質(zhì)，使其更加符合國(guó)內(nèi)制糖廢水處理的實(shí)際情況。

2）生物膜法。生物膜處理法的工藝有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤(pán)、生物接觸氧化設(shè)備和生物流化床。其中用于制糖廢水處理的有內(nèi)循環(huán)好氧生物流化床工藝。該工藝是一種將微生物固定化技術(shù)與傳統(tǒng)流態(tài)化技術(shù)相結(jié)合的生化處理設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳質(zhì)效率高、負(fù)荷高、去除效率高、能耗低、抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)、占地少等優(yōu)點(diǎn)。田雪蓮等［30］利用內(nèi)循環(huán)好氧生物流化床對(duì)CODCr和NH3－N質(zhì)量濃度分別為350～580mg/L和7～12mg/L的甘蔗制糖廢水進(jìn)行處理，結(jié)果表明，在進(jìn)氣量為40L/h，水力停留時(shí)間為3～4h的條件下，CODCr和NH3－N的平均去除率分別為90.7%和86.5%，出水CODCr和NH3－N穩(wěn)定在60mg/L和2mg/L以下，表明采用內(nèi)循環(huán)好氧生物流化床處理制糖廢水具有良好的效果，為制糖廢水的高效處理提供了一種新方法。但是傳統(tǒng)生物流化床工藝仍存在不足，主要有以下幾點(diǎn):①流化床的流態(tài)化特性十分復(fù)雜，給設(shè)計(jì)造成了困難;②以沉淀原理為基礎(chǔ)的三相分離器中，泥水分離靠重力作用，以致分離效率依賴活性污泥沉降性能，而由于沉淀時(shí)間短，固液分離效果不理想，出水中SS含量可能很高，影響出水水質(zhì);③載體易流失。針對(duì)以上傳統(tǒng)生物流化床的缺陷，將其與膜分離單元有機(jī)結(jié)合，可解決傳統(tǒng)生物流化床出水懸浮物濃度偏高、載體易流失的問(wèn)題。

3）生物膜/活性污泥聯(lián)合工藝。該聯(lián)合工藝是把活性污泥法與生物膜法相結(jié)合的一種污水生物處理技術(shù)。它一方面具有生物膜法負(fù)荷高的特點(diǎn)，因而減少了構(gòu)筑物體積，降低了投資;另一方面也具有活性污泥法固液接觸充分的特點(diǎn)，有機(jī)污染物去除效率高，出水水質(zhì)穩(wěn)定良好［31］。鄭育毅等人［32］的研究表明，采用聯(lián)合工藝處理淀粉制糖廢水時(shí)可使出水水質(zhì)達(dá)到GB/8978－1996的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)比單純的活性污泥或生物膜工藝啟動(dòng)要快、運(yùn)行也更穩(wěn)定，且基本不會(huì)出現(xiàn)污泥膨脹等問(wèn)題。

4）好氧工藝存在的問(wèn)題。好氧處理技術(shù)有較多優(yōu)勢(shì)，如降解工藝的投資較低，操作條件簡(jiǎn)單，所以是有機(jī)污染廢水處理的首選，但是對(duì)于像制糖廢水這樣的含高濃度有機(jī)物的情況，好氧處理仍然存在著許多原理和工藝上的限制條件，因而在實(shí)際應(yīng)用上不如厭氧處理普遍，如運(yùn)行期間的污泥系統(tǒng)的規(guī)劃與治理，如何較好地防治污泥的膨脹等都成為學(xué)者的熱門(mén)研究問(wèn)題［33］。

制糖廢水處理工藝總結(jié)

(1)厭氧處理法中應(yīng)用較多的是UASB工藝，但該工藝存在不足，如顆粒污泥的培養(yǎng)困難等。針對(duì)該工藝的缺陷可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)工藝進(jìn)行改進(jìn)，如在系統(tǒng)中加入顆?；钚蕴?，加速顆?；男纬伞?2)厭氧處理法中較為先進(jìn)的工藝是ABR工藝，該工藝不僅綜合了UASB的優(yōu)點(diǎn)，而且在一定程度上彌補(bǔ)了UASB的缺陷，但ABR反應(yīng)器尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段，需要尋求合適的設(shè)計(jì)參數(shù)以在實(shí)際工程中進(jìn)一步推廣。(3)活性污泥處理法中用于制糖廢水處理的方法主要有連續(xù)式流活性污泥法和SBR法，但這兩種工藝仍存在弊端。針對(duì)這些弊端，CASS工藝的應(yīng)用具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但在工藝運(yùn)行管理過(guò)程中，要對(duì)運(yùn)行的參數(shù)(如曝氣量、排水比、沉淀時(shí)間等)進(jìn)行合理地控制，同時(shí)要提高自動(dòng)控制裝置的可靠性及運(yùn)行和操作管理人員的素質(zhì)。(4)生物膜法中用于制糖廢水處理的工藝主要是生物流化床工藝，對(duì)該工藝進(jìn)行合理的改進(jìn)，如將其與膜分離單元有機(jī)結(jié)合，可以彌補(bǔ)該工藝在實(shí)際運(yùn)行中的部分缺陷。(5)各處理工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)采用將多種工藝相結(jié)合的組合工藝，充分利用每種工藝的優(yōu)點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，協(xié)調(diào)控制工藝條件，以到達(dá)較經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的處理效果。孟慶輝等［36］的研究表明，對(duì)甜菜制糖廢水采用水解—好氧—化學(xué)氧化—混凝沉淀的處理工藝，突出了兩類生化處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，工程運(yùn)行費(fèi)用低，操作方便，且出水水質(zhì)優(yōu)于一般單純生物法。

篇4

關(guān)鍵詞：高技術(shù)產(chǎn)業(yè) 經(jīng)濟(jì)學(xué)特性 政策選擇 發(fā)展經(jīng)濟(jì)

高技術(shù)產(chǎn)業(yè)不同于其他的普通行業(yè)，其具有獨(dú)一無(wú)二的經(jīng)濟(jì)學(xué)特征，在成本、生產(chǎn)要素、競(jìng)爭(zhēng)以及價(jià)值鏈接等方面都有明顯體現(xiàn)，除了其經(jīng)濟(jì)學(xué)特性外，還具有傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)應(yīng)具備的特性。對(duì)于高技術(shù)產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的性質(zhì)，還是其獨(dú)有的經(jīng)濟(jì)學(xué)特征，都是在發(fā)展過(guò)程中不斷體現(xiàn)的。人才是掌握技術(shù)的根源，換言之，人才和技術(shù)是推動(dòng)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動(dòng)力。當(dāng)然，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的區(qū)別決定了我們?cè)谥贫ㄏ鄳?yīng)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)政策措施時(shí)，不能與同產(chǎn)業(yè)相提并論，應(yīng)針對(duì)其特有的特質(zhì)進(jìn)行科學(xué)化的經(jīng)濟(jì)學(xué)特性制定、選擇相關(guān)的產(chǎn)政策和措施。

一、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)學(xué)特性概述

二十一世紀(jì)是全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要時(shí)期，也是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速的時(shí)期，這一時(shí)期中計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、納米技術(shù)等的產(chǎn)生都為我們的生活帶來(lái)了極大的便利和利益，全世界正面臨著一場(chǎng)新的技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的大趨勢(shì)。高技術(shù)產(chǎn)業(yè)主要以技術(shù)和人才為發(fā)展基礎(chǔ)，在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中顯示了其越來(lái)越重要的不可代替的地位，不僅是對(duì)國(guó)家生產(chǎn)總值的貢獻(xiàn)，更是在一定程度上帶動(dòng)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和技術(shù)改進(jìn)，正是因?yàn)楦呒夹g(shù)產(chǎn)業(yè)，各行各業(yè)猶如雨后春筍般的不斷涌現(xiàn)。

傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展后，主要體現(xiàn)的特性是技術(shù)穩(wěn)定，規(guī)模經(jīng)營(yíng)。其技術(shù)支持具有穩(wěn)定性，但技術(shù)水平仍然較低，經(jīng)營(yíng)規(guī)模較大，但是起生產(chǎn)模式與管理概念相對(duì)落后，資金周轉(zhuǎn)緩慢，產(chǎn)品更新周期過(guò)長(zhǎng)，企業(yè)冗員，各部門(mén)科室繁瑣復(fù)雜，但是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，在解決勞動(dòng)力和就業(yè)壓力方面具有巨大的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)我國(guó)目前的經(jīng)濟(jì)進(jìn)行分析，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)仍然占主導(dǎo)地位，換句話說(shuō)，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)關(guān)系著國(guó)家的民生和經(jīng)濟(jì)支持。由于傳統(tǒng)的管理經(jīng)營(yíng)概念根深蒂固，國(guó)際上先進(jìn)的管理經(jīng)營(yíng)理念難以深入到傳統(tǒng)企業(yè)中，即使得到了應(yīng)用，但效果達(dá)不到預(yù)期。但就高技術(shù)產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，在很多方面都優(yōu)于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，它不僅具有傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的有點(diǎn)，還具備了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)不具備的經(jīng)濟(jì)學(xué)特性，那么深入研究高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)學(xué)特性，有利于高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并具有理論意義。

（一）高技術(shù)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)特性體現(xiàn)在成本上

只要是產(chǎn)業(yè)，都具有成本，但凡是經(jīng)營(yíng)運(yùn)作狀況良好的高技術(shù)企業(yè)其共同特點(diǎn)就是具有高固定成本和低邊際成本。什么是固定成本？就是在高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展前期所進(jìn)行的科學(xué)研發(fā)各項(xiàng)投入，如何才能夠保證在投入之后能夠有效回收利益，使其不會(huì)成為沉沒(méi)成本，那就需要在日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中將技術(shù)作為發(fā)展支柱和基礎(chǔ)，因此作為高技術(shù)企業(yè)來(lái)說(shuō)都會(huì)話費(fèi)巨大的自己進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)。什么是邊際成本？即是沒(méi)增加一項(xiàng)成果研發(fā)所投入的資金成本較低，但能去的較高的收益。也就是說(shuō)高技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)成功，重復(fù)生產(chǎn)不需要太多成本。例如計(jì)算機(jī)軟件的研發(fā)和面世，軟件的開(kāi)發(fā)往往都需要耗費(fèi)大量的資金和人工等成本，但是當(dāng)此軟件成功被研發(fā)后，在不斷的復(fù)制到多張盤(pán)上就不需要投入大量的成本，用較低的成本就能夠保持高成本不便。正是由于這樣問(wèn)題，很多企業(yè)因?yàn)楦呒夹g(shù)產(chǎn)業(yè)前期投資巨大，擔(dān)心后面無(wú)法收回成本而放棄高技術(shù)產(chǎn)業(yè)經(jīng)營(yíng)，在某種程度上來(lái)說(shuō)這不僅僅需要將高額自己支付給其他企業(yè)進(jìn)行科研成果的購(gòu)買(mǎi)，也是降低了本企業(yè)自主創(chuàng)新的能力。這樣一來(lái)，不利于企業(yè)更大程度的占有市場(chǎng)份額。

（二）高技術(shù)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)特性體現(xiàn)在生產(chǎn)要素方面

資金、人員配置和技術(shù)等都屬于一個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)要素，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主要靠的是降低成本來(lái)實(shí)現(xiàn)企業(yè)的發(fā)展，但是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)卻與之不同，更多地是依靠人才的力量和技術(shù)的更新來(lái)實(shí)現(xiàn)企業(yè)的發(fā)展，因此可以說(shuō)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展基礎(chǔ)就是技術(shù)和人才，而技術(shù)和人才也是建立在知識(shí)和智慧的發(fā)展之上的。這也為高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了源源不斷的動(dòng)力。

如今的社會(huì)是能源缺乏的時(shí)代，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展出來(lái)依靠技術(shù)和人才之外，萬(wàn)萬(wàn)不能依靠索取資源進(jìn)行發(fā)展，更加不能破壞資源來(lái)進(jìn)行配置外的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。也就是說(shuō)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)要素是技術(shù)、人才、智慧和知識(shí)。各高技術(shù)企業(yè)也制定了五花八門(mén)的人才政策來(lái)吸引高技術(shù)人才的加入，我國(guó)若想讓經(jīng)濟(jì)再上一個(gè)高度，就必須注重高技術(shù)人才的培養(yǎng)和引進(jìn)，那么教育就顯得尤為重要。在留住本國(guó)優(yōu)秀高技術(shù)人才之外，更要能吸引外來(lái)的人才為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

（三）高技術(shù)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)特性體現(xiàn)在競(jìng)爭(zhēng)上

高技術(shù)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)特性在競(jìng)爭(zhēng)方面的體現(xiàn)為對(duì)需求方規(guī)模經(jīng)濟(jì)的表現(xiàn)。高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品在當(dāng)今社會(huì)已經(jīng)出現(xiàn)了虛擬網(wǎng)絡(luò)化得現(xiàn)象，這是一種巨大的需求覆蓋，高技術(shù)產(chǎn)品在虛擬的網(wǎng)絡(luò)中的消費(fèi)者包括兩部分，網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)決定了需求方規(guī)模經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)生，而需求方規(guī)模經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)生有在一定程度上大力強(qiáng)化了網(wǎng)絡(luò)的需求效應(yīng)，這樣就能夠保證高技術(shù)企業(yè)的客戶雨來(lái)越多，那么高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的商品使用價(jià)值也會(huì)愈來(lái)愈大，產(chǎn)品的需求量得到迅速增長(zhǎng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定的臨界容量時(shí)，企業(yè)就占有了一定的市場(chǎng)份額，這就是一種競(jìng)爭(zhēng)標(biāo)準(zhǔn)。高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的固定資本巨大，上文提到的高技術(shù)企業(yè)的邊際成本極低，所以說(shuō)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)是一種集技術(shù)和資金為一體的密集型產(chǎn)業(yè)，也就是供給方規(guī)模經(jīng)濟(jì)。

（四）高技術(shù)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)特性體現(xiàn)在風(fēng)險(xiǎn)上

是投資都會(huì)具有風(fēng)險(xiǎn)。高技術(shù)產(chǎn)業(yè)在進(jìn)行有機(jī)化得道路上可以分成三個(gè)階段，第一個(gè)階段是對(duì)基礎(chǔ)研究進(jìn)行開(kāi)發(fā)，第二個(gè)階段是針對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)研發(fā)；第三個(gè)階段是在產(chǎn)品投放入市場(chǎng)后進(jìn)行有效的市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)和良好的售后服務(wù)階段。但是在這三個(gè)階段中，每個(gè)階段都面臨著很多不確定因素的影響，就是風(fēng)險(xiǎn)，在不同程度上影響著高技術(shù)產(chǎn)業(yè)企業(yè)的進(jìn)程是否成功，因此我們風(fēng)險(xiǎn)也要有一定認(rèn)識(shí)。高技術(shù)產(chǎn)業(yè)本身各方面都具有不確定性，因此要在科學(xué)可行的基礎(chǔ)之上進(jìn)行高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，同時(shí)，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)也是具有很大不確定性的，在這三個(gè)階段里，每個(gè)階段都有著這樣或那樣的不確定因素和風(fēng)險(xiǎn)，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的最終目的就是將研究出來(lái)的高技術(shù)產(chǎn)品順利投放到市場(chǎng)上得到消費(fèi)者的認(rèn)可，取得好的經(jīng)濟(jì)效益，因此要注意在投資前對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估以及對(duì)市場(chǎng)的預(yù)計(jì)。

二、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的政策

高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的政策確定應(yīng)該根據(jù)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的特性來(lái)進(jìn)行制定，因?yàn)槠溆歇?dú)特的經(jīng)濟(jì)學(xué)特征，因此不能與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)同日而語(yǔ)，制定合適的政策措施有利于高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并帶動(dòng)整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。與世界上的發(fā)達(dá)國(guó)家相比較，我國(guó)在高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的各個(gè)方面還存有很多弊端，不論是技術(shù)上還是管理經(jīng)營(yíng)上都具有較大的差距。因此我們?cè)诟倪M(jìn)的時(shí)候不僅要引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，更要認(rèn)識(shí)到自身的不足，從而“取其精華，去其糟粕”，“用人之長(zhǎng)，補(bǔ)已之短”，保證我國(guó)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅速穩(wěn)定的發(fā)展，為社會(huì)主義的經(jīng)濟(jì)事業(yè)貢獻(xiàn)能量。

（一）稅收政策

根據(jù)上述分析，可以得知的是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的成本特性具有不確定性，因此高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有較大的風(fēng)險(xiǎn)性，這就牽扯到一般投資者的前期高額資金投入問(wèn)題，因此政府在這一方面要給與一部分支持，注入適量的自己，不僅解決了投資者的資金問(wèn)題，又能帶動(dòng)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時(shí)還應(yīng)該根據(jù)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的生命周期來(lái)進(jìn)行不同的技術(shù)自己引導(dǎo)。在稅收政策方面，政府要根據(jù)地方實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和改革，在增值稅方面的改革最好是遵循漸進(jìn)，穩(wěn)步轉(zhuǎn)型的原則，因?yàn)楦呒夹g(shù)產(chǎn)業(yè)的資本有機(jī)成分高，如果增值稅不進(jìn)行調(diào)整就相當(dāng)于對(duì)高技術(shù)企業(yè)進(jìn)行了重復(fù)征稅，如此一來(lái)加重了企業(yè)的資金負(fù)擔(dān)。在所得稅方面，我國(guó)一直實(shí)行的有差別的稅收優(yōu)惠政策，對(duì)外來(lái)投資的稅收優(yōu)惠程度較大，這就導(dǎo)致了不平等競(jìng)爭(zhēng)的發(fā)生，因此最好的辦法是統(tǒng)一企業(yè)所得稅的繳納規(guī)范。

（二）人力資源政策

高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)知識(shí)的推動(dòng)。人才是掌握知識(shí)的載體，通過(guò)人才才能將知識(shí)轉(zhuǎn)化為技術(shù)更好地對(duì)高技術(shù)企業(yè)服務(wù)。因此政府應(yīng)該大力提倡發(fā)展技術(shù)型人才。高技術(shù)產(chǎn)業(yè)企業(yè)應(yīng)該高度重視技術(shù)人才的培養(yǎng)與引進(jìn)。各國(guó)為了發(fā)展高技術(shù)，爭(zhēng)相改進(jìn)教育科研體制，因此我國(guó)政府應(yīng)該增加對(duì)教育產(chǎn)業(yè)的投入和科學(xué)研究領(lǐng)域的成就獎(jiǎng)勵(lì)。設(shè)立專門(mén)的科學(xué)獎(jiǎng)金，對(duì)高技術(shù)人才給與高額報(bào)酬，并能夠創(chuàng)造優(yōu)良的科技研發(fā)環(huán)境。當(dāng)然，吸引外來(lái)人員為本國(guó)的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)服務(wù)也是發(fā)展高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的有效途徑，放寬對(duì)高技術(shù)人才的移民限制，提供優(yōu)厚的待遇政策。

（三）制定設(shè)和我國(guó)國(guó)情的戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃

針對(duì)我國(guó)的基本國(guó)情，當(dāng)務(wù)之急是組織領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)制定適合我國(guó)國(guó)情的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃，要結(jié)合我國(guó)的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、資源等方面，調(diào)整或制定一個(gè)合理的、科學(xué)的、可行的中長(zhǎng)期發(fā)展計(jì)劃，并能夠有效的將高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與國(guó)家的戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃進(jìn)行有機(jī)融合，首先在體制和機(jī)制上，為高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供基礎(chǔ)。

（四）增加對(duì)科研成果開(kāi)發(fā)的投資

從近些年來(lái)看，我國(guó)對(duì)各項(xiàng)科研成果的開(kāi)發(fā)投資呈上升趨勢(shì)，并保持有一定的增長(zhǎng)率，政府在提高對(duì)科研成果的資金投入外，更應(yīng)該制定相應(yīng)的優(yōu)惠鼓勵(lì)措施，激勵(lì)高技術(shù)企業(yè)積極踴躍的參加科技研發(fā)的隊(duì)伍當(dāng)中來(lái)，還要針對(duì)投資的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，建立一套有效的、科學(xué)的、合理的風(fēng)險(xiǎn)投資機(jī)制，不僅是對(duì)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)投資者就能寫(xiě)了利益保護(hù)，也是規(guī)范投資市場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)運(yùn)作，也是變相的推動(dòng)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

政府對(duì)于從事高技術(shù)研發(fā)的單位或組織應(yīng)提供無(wú)常的補(bǔ)貼與資金投入，對(duì)于有需要進(jìn)行信貸業(yè)務(wù)的高技術(shù)企業(yè)，政府應(yīng)適當(dāng)放寬貸款的限制條件，并能夠延長(zhǎng)還款時(shí)間或降低貸款利息。最重要的一點(diǎn)是要進(jìn)行知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，這也是對(duì)自己國(guó)家和社會(huì)負(fù)責(zé)。另外要在知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的法律法規(guī)進(jìn)行規(guī)范，加強(qiáng)立法保護(hù)，制定中小企業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)政策，這樣也有利于國(guó)家與國(guó)家質(zhì)檢的國(guó)際合作。

（五）興辦高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)

政府應(yīng)該大力發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園，將高新技術(shù)企業(yè)規(guī)劃到政府特批的工業(yè)院內(nèi)，能夠有效促進(jìn)科學(xué)研發(fā)一體化的發(fā)展，例如美國(guó)的硅谷，我國(guó)的中關(guān)村，還有日本的筑波科學(xué)城等，都是對(duì)高技術(shù)園區(qū)進(jìn)行有效統(tǒng)一規(guī)劃的好例子。各類技術(shù)工業(yè)園的興起，帶動(dòng)了各地的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

綜上所述，我們很清楚的了解到高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)學(xué)特性，并根據(jù)各個(gè)特性提出了一些政策措施，世界上發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了充分了解，我國(guó)也應(yīng)該引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)管理經(jīng)驗(yàn)以及改革措施，進(jìn)而更好的發(fā)展本國(guó)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

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