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一、《高分子材料流變學》課程發展
高分子材料流變學是一門伴隨著高分子科學和行業發展而逐步建立起來的重要學科，針對高分子材料特殊的流動變形行為及其機理展開研究，起到連接高分子結構性能和高分子工程的橋梁作用。
現在，高分子科學理論研究及工藝、設備的設計優化的發展進步離不開高分子材料流變學知識的輔助，整體發展趨勢要求高分子專業人才必須具備基本的高分子材料流變學知識。
青島科技大學自1986年起開始設立《高分子材料流變學》課程，是國內最早開設該課程的高校之一，迄今已有20多年的教學歷史，同時跟蹤學科的發展，教學團隊亦針對學科的前沿問題開展科研工作，在國際上形成了一定的學術影響力。在長期的教學、科研實踐積累和和對高分子流變學教學理解逐步深化的基礎上，教學團隊按照比較科學完整的體系，編寫出版了《高分子材料流變學》教材，并得到國內院校的認可；另一方面，《高分子材料流變學》教學也凸現了專業特色，使學生質量有所提高。通過引導學生開展理論聯系實際、針對性強的流變理論研究與工程設計實踐，所培養的學生學科專業知識全面，了解學科發展前沿，在以后的科研和工作實踐中展現出較強的解決問題能力。
二、《高分子材料流變學》的特點及教學原則
高分子材料流變學是隨著高分子的合成、加工工程和實際應用的需要，于20世紀50年代逐步發展起來的新學科。一方面，深入其核心需要較多的數學、物理和力學基礎；另一方面，其知識體系與高分子化學、高分子物理、高分子的加工工程等有機聯系。《高分子材料流變學》完整的知識框架至少涵蓋如下三方面的內容：①高分子結構流變學，其從分子運動角度出發，構筑分子結構模型，關聯材料宏觀力學響應行為和微觀的分子運動過程，說明二者的聯系。②高分子工程流變學，其從宏觀唯象的角度出發，進行應力－應變或應變速率分析，研究與高分子材料加工工程有關的理論與技術問題。③流變測量學，運用流變學基本原理設計儀器設備，表征高分子材料的流變行為。
《高分子材料流變學》理論深奧、內容繁雜、學科交叉性強，其比較科學完整的教學體系，一方面要保證流變學理論的完備性，系統介紹復雜應力、應變描述、材料流變本構方程理論等，另一方面要適應高分子材料專業的要求，加強高分子熔體溶液奇異的非線性黏彈性等內容的教學，并解釋說明在高分子加工和流變測量中出現的種種現象與規律。較之其他課程，《高分子材料流變學》對學生的數學物理素養和高分子背景知識有相當的要求，所以教學過程中存在“教師教學難，學生學習難”的兩難通病。在長期的教學實踐中，我們總結出了講授《高分子材料流變學》應貫徹兩個重要的教學原則：①首先要注意照顧學生的專業背景，對復雜的數學、力學公式和簡單明確的基本概念采用不同的處理方法；強調邏輯清晰和語言簡明，避開數學基礎上的難點，詳細詮釋流變學抽象概念和基本物理量確切的物理意義，幫助學生盡快領會高分子流變學要點。②再者，注重流變學知識的實際應用，強調理論與實踐結合。在保持課程應有的理論體系、系統性、嚴謹性的同時側重介紹其在高分子合成的分子設計、高分子工程、高分子材料性能控制等方面的應用實例。
筆者在教學實踐中，結合自己的科研實踐，將自己從事的國家自然科學基金研究課題成果作為實例，介紹高分子流變的發展及其在高分子學科中的應用。實踐證明，教師本身學以致用的實例示范可以引導學生能夠盡快領會流變學知識，在科學與工程實踐中發揮了良好作用。
三、具體教學方法
筆者從事《高分子材料流變學》的教學實踐以來，深刻體會到這是一個不斷加深對課程特點的認識，不斷改進教學方法的過程。不僅要求授課教師對課程內容有深刻理解，同時在知識傳授上亦需要“善巧方便”。下面幾點，是筆者對教學方法的簡單總結。
1.教師引導。在開始教授新的知識要點前，若能提供一個科研或工程應用中的實例引發學生的興趣，則往往可獲得較好的課堂教學效果。在課堂上，要注意鼓勵學生主動學習，形成師生互動的氛圍。若學生在課堂上有所疑問，可以暫停教學，增加學生討論環節。結束時，簡要介紹課程后續內容提要，利于學生自學。
2.理論結合實際。《高分子材料流變》是一門理論性和應用性都很強的交叉學科，其理論知識部分比較晦澀，必須與實際結合才能使學得的知識深化和牢固，也才能引起學生的興趣。教學中會出現學生感覺內容艱深，興趣不大的現象，在理論基礎的學習過程中尤為明顯。而當理論知識與實際背景結合時，學生往往饒有興致。因此將理論知識寓于合適的實際背景中進行講授，效果明顯。當然這也需要教師本人有自己的科研實踐作基礎，能夠跟蹤高分子流變的發展前沿。
3.采用多媒體教學。教師無法強迫學生學習，其角色只是教學過程中的引導者。隨著教學設備的完善，多媒體教學在授課中所占比重逐步增大。在教學實踐中，我們發現多媒體豐富的信息傳遞模式可以有效抓取學生的注意力，激發好奇心；另外，多媒體教學中重點內容突出，有利于學生掌握知識點，還可以加大信息量，減少板書量，在有限的課時內講授更多知識。
4.教師傳授與學生自學相結合。在教學時數有限的條件下，為使學生學到更多知識，除教師摒棄傳統板書，采用多媒體對基礎理論等重要內容進行課堂授課外，可以采用的途徑是發揮學生主觀能動性。在研究生教學中，我們在相關書籍和文獻中摘取一些流變學應用和發展前沿方面的內容供學生自學使用，以作為課堂教學內容的補充。另外，要求學生結合自己的研究課題，從中提煉出高分子材料流變學的科學問題，既加深理解學生對所學知識的理解，又幫助其較好地完成課題研究任務。
5.加強實驗教學的促進作用。流變參數的測定是高分子材料流變學的重要方面，其本身就是流變學理論的實際應用之一，同時測量結果也反映了材料本身的結構特征。在“毛細管流變儀測量熔體流動行為”的相關實驗中，我們訓練學生表征所測樣品的黏性、彈性特征，分析樣品黏彈特性與其分子結構之間的關系。
通過實驗教學，可以讓學生了解如何在實際工作上應用流變學知識，對課堂教學起到良好的補充和促進作用。
四、結束語
通過《高分子材料流變學》教學內容的合理設置，教學方法的改進，為高分子材料行業培養出合格的有用人才，促進高分子材料行業繁榮發展，是教師的職責所在。在高分子材料行業發展迅速，新材料層出不窮，已有材料的加工改性也相當活躍的今天，材料表征、分子剪裁設計、加工工藝控制等方面都需大批高層次的掌握流變學的科研和技術人員。這既是對高分子材料專業的畢業生提出的新要求，也是《高分子材料流變學》學科發展的動力。在青島科技大學的關心和資助下，《高分子材料流變學》課程正在進行教學改革以適應發展要求。因此筆者不避粗陋，將自己的粗淺的教學經驗體會總結如上，同時也希望得到流變學教學工作上的諸位同仁的指導。
參考文獻：
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一、功能高分子材料的概念及開發意義
功能高分子材料，是指具有一定傳遞或存儲物質、信息及能量作用的高分子和高分子復合材料。這使得功能高分子材料不僅具有原來的力學性能，同時還兼具如光敏性、導電性、化學反應活性、生物相容性、選擇分離性、能量轉換性等一系列其他特定性能。按照其功能劃分，功能高分子材料主要可分為4類：①物理功能：具體包括超導、導電、磁化等功能；②化學功能：具體包括光的聚合、降解、分解等；③生物功能：具體來說包括生理組織及血液的適應性等；④介于化學、物理之間的功能：主要是指高吸水、吸附等功能方面。
功能高分子材料由于具備特殊的功能，受到了各個領域的廣泛重視，特別是其不可替代的諸多特性都為很多領域的技術進步提供了基礎和前提，甚至已經因此而誕生出了一批先進的、符合社會發展潮流的新產品。因此，當前各國都加大了對功能高分子材料的人力物力財力投入，面對時間各國的競爭，我國也需要盡快加大對功能高分子材料的研發力度，從而擺脫我國國防、電子、醫藥和其他尖端領域嚴重依賴國外功能高分子材料市場的困境。
二、功能高分子材料的研究現狀分析
目前針對功能高分子材料的研究和應用現狀，主要集中于功能高分子材料的光功能、電功能、生物功能以及反應型功能應用這幾個方面：
1.光功能高分子材料
目前的光功能功能高分子材料的研究和應用主要體現在光固化材料、光合作用材料、光顯示用材料以及太陽能光板這幾個方面，這些具體的應用能通過對光的吸收、儲存、傳輸、以及轉換功能，實現對光能的有效利用。例如，目前已經能夠通過光功能高分子材料的運用實現光傳導來幫助植物的光合作用。此外，運用光功能高分子材料實現手機的太陽能充電也已經成為現實。
2.電功能高分子材料
電功能高分子材料，除了具備良好的導電性能外，其電導率還能根據應用狀況的不同，在半導體、金屬態和絕緣體的范圍進行變化。此外，由于電功能高分子材料一般密度較小、易于加工，同時具備良好的耐腐蝕性，在當前的工業領域中也被廣泛的應用。
3.生物功能高分子材料
生物功能高分子材料在生物領域被廣泛的應用。如常見的有，由生物功能高分子材料所制成的人體植入物（視網膜植入物、腦積水引流裝置等）以及人體義肢等。
4.反應型功能高分子材料
這種高分子材料是一種具備很強化學活性的高分子材料，能夠有效的促進化學反應。它是通過對構建高分子骨架，并將小分子反應活性物質通過離子鍵、共價鍵、配位鍵或物理吸附作用進行骨架填充，以實現高分子功能才能的強化化學合成與化學反應的效果。
三、功能高分子材料的發展前景及趨勢分析
功能高分子材料具備很多優勢特征，這些都使得其更加符合經濟發展和社會發展的需求，這也使得功能高分子材料的研究工作在各國的競爭中日益白熱化。而去隨著投入的不斷深化，和技術的不斷完善。新型功能高分子材料必然在我們的尖端科學及日常生產生活中扮演越來越重要的角色。功能高分子材料的幾種發展趨勢。
1.復合高分子材料
目前，功能高分子材料正逐步由均質材料向著復合高分子材料的方向發展，同時其材料的功能也向著多功能材料的方面發展。復合高分子材料往往是在一種基體材料（如金屬、陶瓷、樹脂等）上，加入增強或增韌作用的高聚物，再通過將多相物復合成一體，就形成了新的復合高分子材料，這種高分子材料能夠充分發揮各相的性能優勢，因此具有廣泛的發展應用前景。在今后的發展中，航天科技、醫療衛生、生活家居、甚至汽車制造等領域，都需要各種高性能的復合高分子材料。
2.環境友好型高分子材料
經濟的粗放發展，給整個地球h境都帶來了深重的災難，而隨著人們對環保問題的日益重視，各國對各種材料的生態可降解性要求也日益突出。因此，環境友好型高分子材料的開發和深入研究工作，也引起了各國的重視。當前，生物降解技術和環境友好型高分子材料技術大多掌握在發到國家，我國目前還處于追趕階段。隨著世貿組織對環保觀念的更加重視，環境友好型高分子材料在產品中的應用優勢也將日益顯著，為了把握這一趨勢，我國要積極開發研究出有自主知識產權的生物降解技術和環境友好高分子材料。
環境友好型高分子材料，通過易水解的高分子的作用在各種生物酶的作用下，能夠加速材料的水解反應，幫助材料進行生物降解。這種高分子材料目前研究的重點方向在理化性能、生物相容性、降解速率的控制以及緩釋性等方向。
3.隱身性能高分子材料
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）38-0198-02
青島農業大學化學與藥學院生物功能材料專業成立于2011年，專業成立時間短，國內開設此專業的院校也非常少。開設的專業課程主要有：《高分子化學與物理》、《生物醫用高分子材料》、《可降解與吸收材料》、《生物材料學》、《無機生物材料》等。其中，《生物醫用高分子材料》是生物功能材料專業的重要專業課程，界定該課程的講授內容、探討其講授方法、發展其教學規劃、增強該課程的培養效果，是非常有意義的一項課題。《生物醫用高分子材料》課程是一門交叉課程，醫學、生命科學、化學及材料等學科專業均有開設，相互之間密切相連，其研究與開發兼有重大的社會與經濟需求。此課程在生物功能材料專業中開設，有利于學生對生物醫用高分子的概念、分類、結構、應用等的學習，培養學生對生物功能材料的研究興趣，提高其自主思考、創新能力。相對于《無機化學》、《有機化學》、《分析化學》等基礎課程，生物醫用高分子的相關研究尚短，理論不成熟、系統，且內容眾多、繁瑣，而該課程開課學時僅32學時。這樣的課時設置給我們的授課帶來了極大難度。如何上好《生物醫用高分子材料》、如何在有限的時間內對該課程進行系統的講解，讓學生對《生物醫用高分子材料》課程有一個清晰、系統的認識，將是該課程授課教師需要重點探索的問題。作者從事高分子、生物材料的相關教學工作，具有一定的教學經驗，就如何更好地開展《生物醫用高分子材料》課程教學，凸顯其在生物功能材料專業中的作用，介紹相關見解和體會如下。
一、課程內容與學生（生物功能材料專業）素質、能力之間構效關系的建立
課程內容是學生接觸到的直觀材料，是指導學生思考、分析、學習的基本要素。課程內容選擇的適當與否，直接關系到所培養學生素質、能力的高低。選擇合適的講授內容，應遵循原則如下：
1.課程內容是否可引起學生的興趣？興趣是學生學習的動力。課程內容的設計是引導學生學習的第一步，一個優秀的課程內容預示著成功了一半。本教學中部分章節重點講述人工器官、醫療診斷用高分子材料，如牙科材料、眼科材料、醫用縫合線等，貼近生活中的應用，一下子拉近了生物醫用高分子材料與大家的距離，在讓學生感覺有趣的情況下引發他們的思考，做到事半功倍的效果。同時，讓學生真正了解到課堂上學習的知識是有用的、與生活密切相關的，擊潰社會、校園傳播的“讀書無用論”，激發學生學習的興趣、動力。
2.課程內容是否與專業人才培養目標息息相關？本專業為生物功能材料，致力于生物功能材料高素質、強能力人才的培養，選擇課程內容時應密切聯系“生物”、“功能”、“材料”三概念。選擇一本《生物醫用高分子材料》教材，并不意味著本教材所有內容均需詳細講解，與專業人才培養相關的重點講解，不相關的則可只言片語帶過。如緒論中對生物醫用高分子材料的發展、由來的講解，可用0.5學時或更少的時間講述；而對該材料的生物相容性、安全性評價及其應用，則需重點講述。有目的、有選擇性地講授課程內容，突出重點，結合實際應用講解。
3.課程內容是否緊跟學術前沿？《生物醫用高分子材料》課程中，部分章節對典型的生物醫用高分子材料進行了講解，如聚乳酸、聚磷酸酯等。本科學生主要專注于理論知識的學習，及一定程度創新、動手能力的培養，對于化學、材料合成方法、技術的發展知之甚少。講授《生物醫用高分子材料》課程時，適當介紹相關材料研究的最新熱點，如聚乳酸的合成方法、特殊的性能等，有利于學生綜合素質能力的培養。
4.課程內容與開設課時是否匹配？針對課時較少的現狀，需對教學內容進行合理的安排。首先講述高分子材料的生物相容性、安全性，及其和生物體的相互作用；再次講述生物醫用高分子材料在人工器官、醫療診斷、藥物緩控釋、組織工程等領域中的應用；接著講述生物醫用高分子材料的性能及其改性；最后依據前面信息，總結關系規律，講述生物醫用高分子材料的設計方法。這樣既保證了對該課程的系統講解，使學生對生物醫用高分子材料的基本概念、分類及應用有了初步了解，又沒有因為課程過難或過多給學生造成負擔。
二、教學方法的優化探討
眾所周知，大學的課堂基本上都是教師高談闊論，學生按部就班，到了考試周就劃重點，瘋狂背，及格就萬事大吉，但這并不是我們設計的目標結果，我們的目標是希望每一位學生都真真正正地學到知識。因此，有必要建立良好的教學方法、教學模式、教學手段。教學方法是教師和學生為了實現共同的教學目標，完成共同的教學任務，在教學過程中運用的方式與手段的總稱。包括教師教的方法（教授法）和學生學的方法（學習方法）兩大方面，是教授方法與學習方法的統一。教授法必須依據學習法，否則便會因缺乏針對性和可行性而不能有效地達到預期的目的。但由于教師在教學過程中處于主導地位，所以在教法與學法中，教法處于主導地位。在課堂上應使用多媒體與板書相結合的教學方法。多媒體教學可具體、直觀、生動地表達抽象的現象，促進學生對知識的理解、吸收。比如，制作材料合成、加工、性能表征及應用的視頻，打破傳統的“說―聽”教學模式。新的方法是積極鼓勵引導學生參與到課堂中來，激發學生學習的積極性，努力讓學生主動學，讓學習效率更高。材料包括材料的組成、材料的性能、材料的使用，三者之間環環相扣，抓住了這一點就能很好的讓同學們更好地理解一種材料的產生，更能鍛煉同學們的整體思維。鼓勵同學們自主學習，學生在課堂的時間是非常短暫的，更多的是課余時間，老師在課堂上提出幾個探討性的問題，鼓勵同學們成立小組相互討論，引導同學們上網查詢資料，到圖書館資料室查資料，增加自己的眼見，豐富知識。使同學們在課堂學的知識能理論聯系實際，學以致用。在課堂上講到一種材料，如硅膠，可以作為隆胸的材料等。通過具體實際的例證說明此種材料的用途，加深同學們的理解。在課堂上讓同學們認真地做筆記，在做筆記的同時也加深了理解，同時也能讓同學們更加深入的思考。同時在教學過程中，應開展互動式教學，促進教師、學生之間的緊密溝通交流。作者在課堂上采取提問、討論與學生上講臺相結合的教學方法，增加了教與學雙方的主動性，取得了較好的效果。比如在講述生物醫用高分子材料相容性與安全性知識點時，在課前教師可先提出問題：補牙時使用劣質材料，則會導致牙齒發炎、疼痛，分析其原因、闡述理由。讓學生通過預習和查閱資料獨立思考，得出自己的結論。下次上課時，可讓學生先就自己的結論相互討論，教師進行糾正或補充。這樣既促使學生進行了課前預習，也提高了學生的自學能力。
三、結語
以上就是我們對生物醫用高分子材料課程教學內容、教學方法的探索和改革，改革的目的是讓同學們更好地理解學習知識，讓學習的效率更高。更好地培養專業基礎知識穩扎、具有創新性思維的優秀專業人才，而達到這一目的，無疑改革和創新才是動力源泉與保證。
參考文獻：
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隨著人類文明的進步與社會經濟生活的發展，能源危機、人類重大疾病相關問題、環境問題等一系列對全球造成影響的科學技術問題的出現使得化學學科、特別是高分子學科成為所有學科的中心學科。例如，基于共軛聚合物半導體材料的有機發光二極管、場效應晶體管和聚合物太陽電池等最新的科研成果將成為未來社會生活中主要的半導體元器件；高分子藥物的出現將能夠很大程度上對藥物釋放、藥物靶向性等方面進行控制而不需要增加更多的臨床藥物試驗；生物醫用高分子在改善人類生活質量方面更是意義非凡。而各種塑料、纖維、橡膠、涂料、粘合劑等高分子材料更是關系到人們衣、食、住、行的方方面面。可以說，現代人的生活已經離不開高分子化學和高分子材料。因此，對高分子科學的研究越來越受到國內外學者的關注。高分子科學的誕生源于高分子合成化學，其基本概念源自于有機化學、物理化學等化學、材料學科，這種情況導致我國現有的高分子科學領域從業人員來源多樣。其中，從本科階段即接受高分子化學教育的比例依然很低，很多從事高分子材料、高分子化學、高分子物理、高分子工程等領域研究的人員本科主修為無機化學、物理化學、有機化學、材料學等專業。一定程度上，這些研究人員存在對高分子化學體系缺乏系統認知的可能。在我國高等學校進行高分子化學教學教育活動，是提高我國現有的高分子科學領域的從業人員基本素養與技能、促進我國高分子科學發展、壯大的重要途徑。近年來，高等學校為主導的國家級或省級“協同創新中心”的設置，使我國高等學校進入新一輪的由教學型（教學科研型）大學向科研型大學轉變的歷程中。為快速實現這種轉變，培養高層次、研究型的高分子科學領域人才愈發顯得必要和重要。目前，主要的國際學術會議、頂級國際學術期刊均以英語為主。
通過學術會議、、論文檢索等在這些國際知名的學術舞臺上進行高分子方面學術活動與信息交流，觀察國際高分子學科的發展動向，無疑是我國高分子學科跟進國際學術發展步伐和超越世界學術水平的基本條件。為此，我們必須建立培養能夠熟練使用英語進行高分子化學相關學科聽、說、讀、寫應用的國際性專業人才的教育體制和培養機制，強化我國高分子方面的科技隊伍建設。換言之，在本科階段開展高分子化學雙語教學，為培養具有國際化交流能力的研究生和高層次高分子科學從業者，對我國高分子學科的發展具有非常重要的意義。在高等學校開展高分子化學雙語教學存在諸多問題亟待解決。現有的雙語教學限于學生專業英語基礎薄弱、高分子化學本身內容龐雜、學生在以往幾乎沒有任何高分子化學學習經歷和基礎等多方面、多層次原因導致高分子化學雙語教學過程中面臨如下問題：1）學生的基礎參差不齊，授課對象中有部分學生在高中階段甚至從未學過化學；2）課程的知識體系中涉及較多的有機化學、物理化學理論；3）我們選用的教材是理工兼用、教材全面但缺乏系統和針對性，而英文教材價格昂貴、內容更是紛繁復雜；4）高分子化學雙語課程的目標除了教給學生基本的高分子合成化學的基本原理和方法外，還需要使學生建立起英文思維的習慣和基礎概念，如何實現這個目標，也是需要我們進行探索和研究的；5）高分子化學這門課程相關無論中英文教材均在理論綜合性，如何將這些貌似無用的枯燥理論加以應用，同時，在教學中從工程的角度予以描述，以彰顯其重要實用性作用，需要我們加以思考；6）某些高校尚不具備同時兼顧專業知識和相應英語水平的教師，學生極少有機會接觸國際交流的學術活動，缺乏感性認識，無法調動學習積極性。更多情況則是雙語教學流于形式，課上、課下全漢語，單純的授課課件是英語；或者脫離了知識傳遞的根本目標，語言障礙導致學生不能有效的掌握高分子化學的知識。這樣，雙語教學的“形”與“體”脫節，成為“兩張皮”。無論哪種情況的出現，對高分子化學雙語教學都會產生嚴重影響。另外，高分子化學雙語教學的執行情況的另一重要考量指標是教學質量。特別是以科學研究和國際交流為導向時，考察雙語教學的教學質量和教學效果的指標也需慎重考慮，并加以確認。在教學實踐中，我們發現完善教學內容，教學方式與手段，通過激發學生學習興趣和專業興趣，能克服其對雙語教學中英文的畏懼和排斥都有益處；制作精減的英文講義、多媒體課件深入研制等方法和措施的實施，安排學習英文講座視頻等都有利于雙語課程的講授。
1）高分子化學雙語教學的核心是知識而非形式。對于知識性的內容編排，我們的做法是做了三份相互關聯的輔助教材：a）專業術語的定義和解釋，并針對性的配插圖，方便學生理解和記憶；b）對于課程內容去蕪存菁，制作一份大約5萬字的全英文簡明讀本，內容從高分子化學歷史、命名法、聚合方法、原理、典型計算、逐步聚合和鏈式聚合、聚烯烴、活性聚合等內容進行覆蓋，完善高分子化學知識體系，使學生從整體上把握教材的主線，掌握高分子化學概念、分子量概念、各種聚合方法、聚合反應原理、高分子材料分類與理化特性等；c）收集經典英文文獻14篇。此外，對于上述內容另配置各一份講義，輔助閱讀。這樣做的目的包括：簡明讀本覆蓋了經典教材核心內容并包含教材內容總體的80%，重復利用教學和課余時間，讓全部學生盡可能的掌握這部分分內容而不是試圖讓學生學100%的內容，但只是掌握更低比例———當然，對于學有余力的同學，鼓勵其在教師輔助下，完成全部教學內容的掌握。
2）在教學方法上做出努力，采用高分子理論框架、線索教學法；講薄到講厚教學法；關鍵詞教學法；避免按章節步步為營的方法等。例如，理論框架、線索教學法的執行發方法是，每次課都用5分鐘左右，把課程內容以簡短的內容說明，并指出其與其他章節內容之間的關聯性，讓學生能更好的把握課程脈絡。“講薄到講厚”是指，每學期開學以兩次課分別用中文和英文分別解釋全部簡明教程相關講義，讓學生一開始就熟悉全部內容的關鍵處，這樣，其閱讀輔助材料和課堂學習思路更明確清晰，真正能明白課程“精要80%”的含義。“關鍵詞教學法”是指在厘清脈絡框架的基礎上，對輔助教材中文獻部分涉及的理論相關關鍵詞，集中突破，讓學生能理論和實踐兩方面都獲得提高。
3）利用視頻和錄像內容輔助教學。制作教學錄音和錄像，給學生共享，讓學生課下可以繼續觀摩課堂內容，培養其聽和說的能力。不斷構建新的新的本科雙語教育模式，使本科生能從雙語教學過程中分享課程教育國際化的機會，從中受益，并獲得在其他場所不能獲得的實踐和能力鍛煉，從而提高整體素質、創新意識及綜合能力。安排學生參加國際學術會議，到場聽取英語母語國家的專家匯報，同時錄制會議報告錄像和錄音。
4）組織學生檢索高分子化學基礎理論相關英文文獻、制作課件，并互相評閱，提升學生使用英文交流的能力。從科研的角度讓學生體會雙語教學“重點在讀懂、其次在會寫，然后是能聽懂和能說”的含義。
5）對于課堂教學效果的考察采用按照學習內容分段考核，并以英文形式呈現。例如，逐步聚合及其原理和聚酯、聚酰胺放在一起考核；自由基聚合物及其原理和實施方法一起考核；工程塑料、天然產物、環境污染和降解與穩定化放在一起考核等。這樣的做法，讓授課內容的排列更加緊湊，也讓學生更好的把握知識點的相關性。
6）強調背景預備知識積累，強化雙語教學對其他相關化學課程的關聯性，培養學生專業英語綜合素養，以期對學生閱讀英文文獻、其他相關英文課程教科書有所裨益。上述的教學思想和教學新方法的采用雖然在一定程度上大幅度增加了教師備課、授課工作量，但是從全局的角度看，能通過高分子化學單獨一門功課的教授，培養學生對專業英語的掌握，甚至到一定時間，可以接受全英文教學。在實施兩年后，我們大體有以下一些感受。1）教與學雙方的主動性都被調動起來，讓教學過程變得更豐富；教師自編教學講義，必然會更加熟悉，更加明白其意義，在講授過程中，看到自己的成果被學生接受，會更加有熱情。2）國際會議現場交流，前言文獻和研究內容引入課堂等顯著增加了學生對英文感性認識，增加其學習熱情，更有利于雙語教學的實施。3）全局教學、富有線索和邏輯的分段教學、合理的考核內容安排讓學生能更好的認識到自己學習的不足，避免學生到了期末才開始突擊學習的壓力和無奈，把問題發現在平時。通過階段考核，讓教師能合理的調節講授的節奏。4）課外文獻調研和互評報告能提供學生自主學習的靈活空間，讓學生能主動的進行自我培養，有利于獨立學習能力的提高。總之,在過去幾年的高分子化學雙語教學中，我們通過合理的教學改革措施的使用，提高教學質量和教學效果，為將來這些接受良好英語授課培養的學生進入科研崗位，從事研究生學習打下良好的基礎。當然，這些方法也有繼續改進的空間，我們也將繼續進行深入研究與探索，總結經驗，探索培養具有創新意識和創造能力的高分子科學人才的新思路和新方法。
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［7］鄒漢濤,劉曉洪,黃年華,等.《高分子化學》教學方法的探討[J].武漢科技學院學報,2009(3):58～60.
［8］李麗.多媒體在高分子教學中的應用[J].高分子通報,2006(02).
職業學校的化學教學是為了提高學生的化學素質，為其他專業課程的學習打好基礎。在教學中不能僅關心提高課程內容的理論水平，和化學學科知識技能的傳授，更重要是培養學生化學的綜合素質和創新意識，最終達到提高綜合國力的目的。特別是目前化學與社會、化學與材料、化學與能源、化學與環境、化學與生命科學等的關系越來越密切。社會、生活、生產、科學技術的創新對化學的需要也越來越大。因此原來的職業學校的化學教學模式，已落后于化學的發展。本文對職業學校的化學教學的新模式做些粗淺的探討。
一、化學教學模式的構建原則
在教學模式在構建過程中應該遵循下面的原則：
1．基礎性原則。
職業學校的化學課程是其他專用課程的基礎，決定了化學教學是一種基礎性的課程，從構建教學模式上來說，主要以化學基本知識的普及為框架滲透有關化學與社會的內容。
2．社會價值原則。
職業學校的學生畢業就是社會的高素質的勞動者，所以在教學模式上“化學與社會”內容十分廣泛，作為新的教學模式上應全程體現教學的社會價值。
3．實踐性原則。
化學是門實踐性比較強的課程，在教學模式構建中，要重視實驗環節，使學生既掌握化學實驗技術，又培養學生獨立工作能力和科學研究與創新能力等，達到理論與實踐的統一。
4．發展性原則。
由于新材料、新技術、新能源、環境等方面是知識不斷出現，所以在教學模式上要體現現代課程意識，要不斷將動態的具有較高價值的新成果引入教學過程。在教學模式上要不斷改革。
二、化學教學新模式的類型
遵循上述原則，我們在課改實踐中總結出以下基本教學模式
1．主題型教學模式。
“化學—人類進步的關鍵”這個是化學新課程的總主題，在整個化學教學過程中應該盡可能體現這一主題。在實際教學中我們根據知識體系的結構采取不同的分主題來實施教學。氮族元素結合生物圈中氮的循環，聯系農業生產的氮肥，以氮肥為主題；化學反應與能量、原電池原理以開發新能源為主題；硅和硅酸鹽工業、金屬和合成材料以材料為主題；如糖類、蛋白質、油脂可以人類重要的營養物質為主題；烴以石油化工為主題。
主體型教學模式可以使學生認識到自己所學內容的社會價值及其實用性，有利于學生學習興趣的激發和保持。
2．用途聯系型模式。
在元素化合物教學中應該將現代最新的有價值的有關元素化合物用途納入教學之中。如在鹵素學習時，可聯系海水化學資源的開發、利用和飲水與消毒化學；在學習NO的性質時，可聯系醫學新成就，介紹NO對人體某些疾病的治療作用，然后提出問題：為什么大量NO吸入人體有害，而少量的NO吸入卻能治療某些疾病？在硅和硅酸鹽學習時，可聯系新型無機高分子材料等；在學習有機高分子材料時，可聯系智能高分子材料、導點高分子材料、醫用高分子材料、可降解高分子材料、高吸水性高分子材料等。
用途聯系型模式使學生理解學習化學的重要性，激發學生學好化學的社會責任感。
3．情境滲透型模式。
對某些與中學基礎知識有密切關系的新的應用型成果可采取情境滲透型模式。例如，進行晶體類型與性質學習時，可以設定情境：將晶體缺陷對晶體生長、晶體的力學性能、電學性能、磁學性能和光學性能等有重要影響，如許多過渡金屬氧化物中的價態可以變化并形成非整比化合物，從而使晶體具有特意色彩等光學性質，甚至具有半導性或超導性。討論具有NaCl型結構的NiO晶體發生晶體缺陷形成的非整比化合物NiXO的結構特征等。
情境滲透型模式，增加了學生學習的親和力，促進了知識間的聯系，培養學生創新意識和創新能力。
4．實驗探究式模式。
化學是以實驗探究為基本特征的，因此，化學教學也應體現這一特征，并將其作為化學教學的主模式。探究的內容有物質的組成、結構、性質、變化規律以及物質的實用性等。在教學中，可把一些演示實驗改為邊講邊實驗，將驗證性實驗改為探索性實驗。如：聯系生物實驗“空氣中SO2含量的測定”，可讓學生聯系化學知識設計反應原理，根據具體操作，提出問題：為什么抽拉活塞時不能過快也不能過慢？設計“HCO3－結合H＋容易還是CO32－結合H＋容易”等探索性實驗。
實驗探究式模式，發揮學生的積極性和主動性，激發學生的求知欲，進而引導學生去探索化學知識的價值活動。
5．調查研究型模式。
對于某些與社會聯系緊密的、具有開放性的問題可采用“調查研究型”策略。如：調查食品添加劑的用途、種類；調查合成洗滌劑的成分、性能、種類、價格；調查各種電源的組成、性能、價格、使用壽命等；調查工業污染的現狀并提出合理的建議等。
調查研究型模式，通過接觸社會、接觸生活的方式，進一步使學生認識到化學在社會生活中的應用。
6．專題探究型模式。
化學與能源、材料、環境、人體健康、軍事等社會問題領域有著密切的聯系，教學中，可以將上述領域內容作為專題組織學生進行交流討論。教師和學生可以通過查閱圖書資料、上網進行充分的討論前準備。
專題探究型模式，既拓寬了學生對化學的視野，又培養了學生多渠道獲取信息的能力，同時也很好的體現了教學的民主性。
綜上所述，面對知識經濟的挑戰，聯系當前社會發展的實際，是構建化學教學模式一種科學方法。職業學校里的化學教育，無論是從理論還是從實踐的角度來看，都是一個大型的系統工程。在教學中應該根據教學內容的不同合理的選擇不同的教學模式。
關鍵詞：納米材料 生物醫學 應用
1應用于生物醫學中的納米材料的主要類型及其特性
1.1納米碳材料
納米碳材料主要包括碳納米管、氣相生長碳纖維也稱為納米碳纖維、類金剛石碳等。
碳納米管有獨特的孔狀結構［1］，利用這一結構特性，將藥物儲存在碳納米管中并通過一定的機制激發藥物的釋放，使可控藥物變為現實。此外，碳納米管還可用于復合材料的增強劑、電子探針（如觀察蛋白質結構的afm探針等）或顯示針尖和場發射。納米碳纖維通常是以過渡金屬fe、co、ni及其合金為催化劑，以低碳烴類化合物為碳源，氫氣為載體，在873 k～1473 k的溫度下生成，具有超常特性和良好的生物相溶性，在醫學領域中有廣泛的應用前景。類金剛石碳（簡稱dlc）是一種具有大量金剛石結構c—c鍵的碳氫聚合物，可以通過等離子體或離子束技術沉積在物體的表面形成納米結構的薄膜，具有優秀的生物相溶性，尤其是血液相溶性。資料報道，與其他材料相比，類金剛石碳表面對纖維蛋白原的吸附程度降低，對白蛋白的吸附增強，血管內膜增生減少，因而類金剛石碳薄膜在心血管臨床醫學方面有重要的應用價值。
1.2納米高分子材料
納米高分子材料，也稱高分子納米微粒或高分子超微粒，粒徑尺度在1 nm～1000 nm范圍。這種粒子具有膠體性、穩定性和優異的吸附性能，可用于藥物、基因傳遞和藥物控釋載體，以及免疫分析、介入性診療等方面。
1.3納米復合材料
目前，研究和開發無機—無機、有機—無機、有機—有機及生物活性—非生物活性的納米結構復合材料是獲得性能優異的新一代功能復合材料的新途徑，并逐步向智能化方向發展，在光、熱、磁、力、聲［2］等方面具有奇異的特性，因而在組織修復和移植等許多方面具有廣闊的應用前景。國外已制備出納米zro2增韌的氧化鋁復合材料，用這種材料制成的人工髖骨和膝蓋植入物的壽命可達30年之久［3］。研究表明，納米羥基磷灰石膠原材料也是一種構建組織工程骨較好的支架材料［4］。此外，納米羥基磷灰石粒子制成納米抗癌藥，還可殺死癌細胞，有效抑制腫瘤生長，而對正常細胞組織絲毫無損，這一研究成果引起國際的關注。北京醫科大學等權威機構通過生物學試驗證明，這種粒子可殺死人的肺癌、肝癌、食道癌等多種腫瘤細胞。
此外，在臨床醫學中，具有較高應用價值的還有納米陶瓷材料，微乳液等等。
2納米材料在生物醫學應用中的前景
2.1用納米材料進行細胞分離
利用納米復合體性能穩定，一般不與膠體溶液和生物溶液反應的特性進行細胞分離在醫療臨床診斷上有廣闊的應用前景。20世紀80年代后，人們便將納米sio2包覆粒子均勻分散到含有多種細胞的聚乙烯吡咯烷酮膠體溶液中，使所需要的細胞很快分離出來。目前，生物芯片材料已成功運用于單細胞分離、基因突變分析、基因擴增與免疫分析（如在癌癥等臨床診斷中作為細胞內部信號的傳感器［5］）。倫敦的兒科醫院、挪威工科大學和美國噴氣推進研究所利用納米磁性粒子成功地進行了人體骨骼液中癌細胞的分離來治療病患者［6］。美國科學家正在研究用這種技術在腫瘤早期的血液中檢查癌細胞，實現癌癥的早期診斷和治療。
2.2用納米材料進行細胞內部染色
比利時的de mey博士等人利用乙醚的黃磷飽和溶液、抗壞血酸或檸檬酸鈉把金從氯化金酸（haucl4）水溶液中還原出來形成金納米粒子，（粒徑的尺寸范圍是3 nm～40 nm），將金納米粒子與預先精制的抗體或單克隆抗體混合，利用不同抗體對細胞和骨骼內組織的敏感程度和親和力的差異，選擇抗體種類，制成多種金納米粒子—抗體復合物。借助復合粒子分別與細胞內各種器官和骨骼系統結合而形成的復合物，在白光或單色光照射下呈現某種特征顏色（如10 nm的金粒子在光學顯微鏡下呈紅色），從而給各種組織“貼上”了不同顏色的標簽，為提高細胞內組織分辨率提供了各種急需的染色技術。
2.3納米材料在醫藥方面的應用
2.3.1納米粒子用作藥物載體
一般來說，血液中紅血球的大小為6000 nm～9000 nm，一般細菌的長度為2000 nm～3000 nm［7］，引起人體發病的病毒尺寸為80 nm～100 nm，而納米包覆體尺寸約30 nm［8］，細胞尺寸更大，因而可利用納米微粒制成特殊藥物載體或新型抗體進行局部的定向治療等。專利和文獻資料的統計分析表明，作為藥物載體的材料主要有金屬納米顆粒、無機非金屬納米顆粒、生物降解性高分子納米顆粒和生物活性納米顆粒。
磁性納米顆粒作為藥物載體，在外磁場的引導下集中于病患部位，進行定位病變治療，利于提高藥效，減少副作用。如采用金納米顆粒制成金溶液，接上抗原或抗體，就能進行免疫學的間接凝聚實驗，用于快速診斷［9］。生物降解性高分子納米材料作為藥物載體還可以植入到人體的某些特定組織部位，如子宮、陰道、口（頰、舌、齒）、上下呼吸道（鼻、肺）、以及眼、耳等［10］。這種給藥方式避免了藥物直接被消化系統和肝臟分解而代謝掉，并防止藥物對全身的作用。如美國麻省理工學院的科學家已研制成以用生物降解性聚乳酸（pla）制的微芯片為基礎，能長時間配選精確劑量藥物的藥物投送系統，并已被批準用于人體。近年來生物可降解性高分子納米粒子（nps）在基因治療中的dna載體以及半衰期較短的大分子藥物如蛋白質、多肽、基因等活性物質的口服釋放載體方面具有廣闊的應用前景。藥物納米載體技術將給惡性腫瘤、糖尿病和老年癡呆癥的治療帶來變革。
2.3.2納米抗菌藥及創傷敷料
ag+可使細胞膜上蛋白失去活性從而殺死細菌，添加納米銀粒子制成的醫用敷料對諸如黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠濃桿菌等臨床常見的40余種外科感染細菌有較好抑制作用。
2.3.3智能—靶向藥物
在超臨界高壓下細胞會“變軟”，而納米生化材料微小易滲透，使醫藥家能改變細胞基因，因而納米生化材料最有前景的應用是基因藥物的開發。德國柏林醫療中心將鐵氧體納米粒子用葡萄糖分子包裹，在水中溶解后注入腫瘤部位，使癌細胞部位完全被磁場封閉，通電加熱時溫度達到47℃，慢慢殺死癌細胞。這種方法已在老鼠身上進行的實驗中獲得了初步成功［11］。美國密歇根大學正在研制一種僅20 nm的微型智能炸彈，能夠通過識別癌細胞化學特征攻擊癌細胞，甚至可鉆入單個細胞內將它炸毀。
2.4納米材料用于介入性診療
日本科學家利用納米材料，開發出一種可測人或動物體內物質的新技術。科研人員使用的是一種納米級微粒子，它可以同人或動物體內的物質反應產生光，研究人員用深入血管的光導纖維來檢測反應所產
生的光，經光譜分析就可以了解是何種物質及其特性和狀態，初步實驗已成功地檢測出放進溶液中的神經傳達物質乙酰膽堿。利用這一技術可以辨別身體內物質的特性，可以用來檢測神經傳遞信號物質和測量人體內的血糖值及表示身體疲勞程度的乳酸值，并有助于糖尿病的診斷和治療。
2.5納米材料在人體組織方面的應用
納米材料在生物醫學領域的應用相當廣泛，除上面所述內容外還有如基因治療、細胞移植、人造皮膚和血管以及實現人工移植動物器官的可能。
目前，首次提出納米醫學的科學家之一詹姆斯貝克和他的同事已研制出一種樹形分子的多聚物作為dna導入細胞的有效載體，在大鼠實驗中已取得初步成效，為基因治療提供了一種更微觀的新思路。
納米生物學的設想，是在納米尺度上應用生物學原理，發現新現象，研制可編程的分子機器人，也稱納米機器人。納米機器人是納米生物學中最具有誘惑力的內容，第一代納米機器人是生物系統和機械系統的有機結合體，這種納米機器人可注入人體血管內，進行健康檢查和疾病治療（疏通腦血管中的血栓，清除心臟脂肪沉積物，吞噬病菌，殺死癌細胞，監視體內的病變等）［12］；還可以用來進行人體器官的修復工作，比如作整容手術、從基因中除去有害的dna，或把正常的dna安裝在基因中，使機體正常運行或使引起癌癥的dna突變發生逆轉從而延長人的壽命。將由硅晶片制成的存儲器（rom）微型設備植入大腦中，與神經通路相連，可用以治療帕金森氏癥或其他神經性疾病。第二代納米機器人是直接從原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置，可以用其吞噬病毒，殺死癌細胞。第三代納米機器人將包含有納米計算機，是一種可以進行人機對話的裝置。這種納米機器人一旦問世將徹底改變人類的勞動和生活方式。
瑞典正在用多層聚合物和黃金制成醫用微型機器人，目前實驗已進入能讓機器人撿起和移動肉眼看不見的玻璃珠的階段［13］。
納米材料所展示出的優異性能預示著它在生物醫學工程領域，尤其在組織工程支架、人工器官材料、介入性診療器械、控制釋放藥物載體、血液凈化、生物大分子分離等眾多方面具有廣泛的和誘人的應用前景。隨著納米技術在醫學領域中的應用，臨床醫療將變得節奏更快，效率更高，診斷檢查更準確，治療更有效。
參考文獻
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［3］賴高惠編譯.化工新型材料，2002，（5）：40
［4］苗宗寧等.實用臨床醫藥雜志，2003，（3）：212-214
［5］崔大祥等.中國科學學院院刊，2003，（1）：20-24
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［7］胥保華等.生物醫學工程學雜志，2004，（2）：333-336
［8］張立德，牟季美.納米材料和結構.北京：科學出版社，2001：510
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［10］姚康德，成國祥.智能材料.北京：化學工業出版社，2002：71
［11］李沐純等.中國現代醫學雜志，2003，13：140-141
關鍵詞：納米材料生物醫學應用
1應用于生物醫學中的納米材料的主要類型及其特性
1.1納米碳材料
納米碳材料主要包括碳納米管、氣相生長碳纖維也稱為納米碳纖維、類金剛石碳等。
碳納米管有獨特的孔狀結構［1］，利用這一結構特性，將藥物儲存在碳納米管中并通過一定的機制激發藥物的釋放，使可控藥物變為現實。此外，碳納米管還可用于復合材料的增強劑、電子探針（如觀察蛋白質結構的AFM探針等）或顯示針尖和場發射。納米碳纖維通常是以過渡金屬Fe、Co、Ni及其合金為催化劑，以低碳烴類化合物為碳源，氫氣為載體，在873K～1473K的溫度下生成，具有超常特性和良好的生物相溶性，在醫學領域中有廣泛的應用前景。類金剛石碳（簡稱DLC）是一種具有大量金剛石結構C—C鍵的碳氫聚合物，可以通過等離子體或離子束技術沉積在物體的表面形成納米結構的薄膜，具有優秀的生物相溶性，尤其是血液相溶性。資料報道，與其他材料相比，類金剛石碳表面對纖維蛋白原的吸附程度降低，對白蛋白的吸附增強，血管內膜增生減少，因而類金剛石碳薄膜在心血管臨床醫學方面有重要的應用價值。
1.2納米高分子材料
納米高分子材料，也稱高分子納米微粒或高分子超微粒，粒徑尺度在1nm～1000nm范圍。這種粒子具有膠體性、穩定性和優異的吸附性能，可用于藥物、基因傳遞和藥物控釋載體，以及免疫分析、介入性診療等方面。
1.3納米復合材料
目前，研究和開發無機—無機、有機—無機、有機—有機及生物活性—非生物活性的納米結構復合材料是獲得性能優異的新一代功能復合材料的新途徑，并逐步向智能化方向發展，在光、熱、磁、力、聲［2］等方面具有奇異的特性，因而在組織修復和移植等許多方面具有廣闊的應用前景。國外已制備出納米ZrO2增韌的氧化鋁復合材料，用這種材料制成的人工髖骨和膝蓋植入物的壽命可達30年之久［3］。研究表明，納米羥基磷灰石膠原材料也是一種構建組織工程骨較好的支架材料［4］。此外，納米羥基磷灰石粒子制成納米抗癌藥，還可殺死癌細胞，有效抑制腫瘤生長，而對正常細胞組織絲毫無損，這一研究成果引起國際的關注。北京醫科大學等權威機構通過生物學試驗證明，這種粒子可殺死人的肺癌、肝癌、食道癌等多種腫瘤細胞。
此外，在臨床醫學中，具有較高應用價值的還有納米陶瓷材料，微乳液等等。
2納米材料在生物醫學應用中的前景
2.1用納米材料進行細胞分離
利用納米復合體性能穩定，一般不與膠體溶液和生物溶液反應的特性進行細胞分離在醫療臨床診斷上有廣闊的應用前景。20世紀80年代后，人們便將納米SiO2包覆粒子均勻分散到含有多種細胞的聚乙烯吡咯烷酮膠體溶液中，使所需要的細胞很快分離出來。目前，生物芯片材料已成功運用于單細胞分離、基因突變分析、基因擴增與免疫分析（如在癌癥等臨床診斷中作為細胞內部信號的傳感器［5］）。倫敦的兒科醫院、挪威工科大學和美國噴氣推進研究所利用納米磁性粒子成功地進行了人體骨骼液中癌細胞的分離來治療病患者［6］。美國科學家正在研究用這種技術在腫瘤早期的血液中檢查癌細胞，實現癌癥的早期診斷和治療。
2.2用納米材料進行細胞內部染色
比利時的DeMey博士等人利用乙醚的黃磷飽和溶液、抗壞血酸或檸檬酸鈉把金從氯化金酸（HAuCl4）水溶液中還原出來形成金納米粒子，（粒徑的尺寸范圍是3nm～40nm），將金納米粒子與預先精制的抗體或單克隆抗體混合，利用不同抗體對細胞和骨骼內組織的敏感程度和親和力的差異，選擇抗體種類，制成多種金納米粒子—抗體復合物。借助復合粒子分別與細胞內各種器官和骨骼系統結合而形成的復合物，在白光或單色光照射下呈現某種特征顏色（如10nm的金粒子在光學顯微鏡下呈紅色），從而給各種組織“貼上”了不同顏色的標簽，為提高細胞內組織分辨率提供了各種急需的染色技術。
2.3納米材料在醫藥方面的應用
2.3.1納米粒子用作藥物載體
一般來說，血液中紅血球的大小為6000nm～9000nm，一般細菌的長度為2000nm～3000nm［7］，引起人體發病的病毒尺寸為80nm～100nm，而納米包覆體尺寸約30nm［8］，細胞尺寸更大，因而可利用納米微粒制成特殊藥物載體或新型抗體進行局部的定向治療等。專利和文獻資料的統計分析表明，作為藥物載體的材料主要有金屬納米顆粒、無機非金屬納米顆粒、生物降解性高分子納米顆粒和生物活性納米顆粒。
磁性納米顆粒作為藥物載體，在外磁場的引導下集中于病患部位，進行定位病變治療，利于提高藥效，減少副作用。如采用金納米顆粒制成金溶液，接上抗原或抗體，就能進行免疫學的間接凝聚實驗，用于快速診斷［9］。生物降解性高分子納米材料作為藥物載體還可以植入到人體的某些特定組織部位，如子宮、陰道、口（頰、舌、齒）、上下呼吸道（鼻、肺）、以及眼、耳等［10］。這種給藥方式避免了藥物直接被消化系統和肝臟分解而代謝掉，并防止藥物對全身的作用。如美國麻省理工學院的科學家已研制成以用生物降解性聚乳酸（PLA）制的微芯片為基礎，能長時間配選精確劑量藥物的藥物投送系統，并已被批準用于人體。近年來生物可降解性高分子納米粒子（NPs）在基因治療中的DNA載體以及半衰期較短的大分子藥物如蛋白質、多肽、基因等活性物質的口服釋放載體方面具有廣闊的應用前景。藥物納米載體技術將給惡性腫瘤、糖尿病和老年癡呆癥的治療帶來變革。
2.3.2納米抗菌藥及創傷敷料
Ag+可使細胞膜上蛋白失去活性從而殺死細菌，添加納米銀粒子制成的醫用敷料對諸如黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠濃桿菌等臨床常見的40余種外科感染細菌有較好抑制作用。
2.3.3智能—靶向藥物
在超臨界高壓下細胞會“變軟”，而納米生化材料微小易滲透，使醫藥家能改變細胞基因，因而納米生化材料最有前景的應用是基因藥物的開發。德國柏林醫療中心將鐵氧體納米粒子用葡萄糖分子包裹，在水中溶解后注入腫瘤部位，使癌細胞部位完全被磁場封閉，通電加熱時溫度達到47℃，慢慢殺死癌細胞。這種方法已在老鼠身上進行的實驗中獲得了初步成功［11］。美國密歇根大學正在研制一種僅20nm的微型智能炸彈，能夠通過識別癌細胞化學特征攻擊癌細胞，甚至可鉆入單個細胞內將它炸毀。
2.4納米材料用于介入性診療
日本科學家利用納米材料，開發出一種可測人或動物體內物質的新技術。科研人員使用的是一種納米級微粒子，它可以同人或動物體內的物質反應產生光，研究人員用深入血管的光導纖維來檢測反應所產生的光，經光譜分析就可以了解是何種物質及其特性和狀態，初步實驗已成功地檢測出放進溶液中的神經傳達物質乙酰膽堿。利用這一技術可以辨別身體內物質的特性，可以用來檢測神經傳遞信號物質和測量人體內的血糖值及表示身體疲勞程度的乳酸值，并有助于糖尿病的診斷和治療。
2.5納米材料在人體組織方面的應用
納米材料在生物醫學領域的應用相當廣泛，除上面所述內容外還有如基因治療、細胞移植、人造皮膚和血管以及實現人工移植動物器官的可能。
目前，首次提出納米醫學的科學家之一詹姆斯貝克和他的同事已研制出一種樹形分子的多聚物作為DNA導入細胞的有效載體，在大鼠實驗中已取得初步成效，為基因治療提供了一種更微觀的新思路。
納米碳材料主要包括碳納米管、氣相生長碳纖維也稱為納米碳纖維、類金剛石碳等。
碳納米管有獨特的孔狀結構［1］，利用這一結構特性，將藥物儲存在碳納米管中并通過一定的機制激發藥物的釋放，使可控藥物變為現實。此外，碳納米管還可用于復合材料的增強劑、電子探針（如觀察蛋白質結構的AFM探針等）或顯示針尖和場發射。納米碳纖維通常是以過渡金屬Fe、Co、Ni及其合金為催化劑，以低碳烴類化合物為碳源，氫氣為載體，在873K～1473K的溫度下生成，具有超常特性和良好的生物相溶性，在醫學領域中有廣泛的應用前景。類金剛石碳（簡稱DLC）是一種具有大量金剛石結構C—C鍵的碳氫聚合物，可以通過等離子體或離子束技術沉積在物體的表面形成納米結構的薄膜，具有優秀的生物相溶性，尤其是血液相溶性。資料報道，與其他材料相比，類金剛石碳表面對纖維蛋白原的吸附程度降低，對白蛋白的吸附增強，血管內膜增生減少，因而類金剛石碳薄膜在心血管臨床醫學方面有重要的應用價值。
1.2納米高分子材料
納米高分子材料，也稱高分子納米微粒或高分子超微粒，粒徑尺度在1nm～1000nm范圍。這種粒子具有膠體性、穩定性和優異的吸附性能，可用于藥物、基因傳遞和藥物控釋載體，以及免疫分析、介入性診療等方面。
1.3納米復合材料
目前，研究和開發無機—無機、有機—無機、有機—有機及生物活性—非生物活性的納米結構復合材料是獲得性能優異的新一代功能復合材料的新途徑，并逐步向智能化方向發展，在光、熱、磁、力、聲［2］等方面具有奇異的特性，因而在組織修復和移植等許多方面具有廣闊的應用前景。國外已制備出納米ZrO2增韌的氧化鋁復合材料，用這種材料制成的人工髖骨和膝蓋植入物的壽命可達30年之久［3］。研究表明，納米羥基磷灰石膠原材料也是一種構建組織工程骨較好的支架材料［4］。此外，納米羥基磷灰石粒子制成納米抗癌藥，還可殺死癌細胞，有效抑制腫瘤生長，而對正常細胞組織絲毫無損，這一研究成果引起國際的關注。北京醫科大學等權威機構通過生物學試驗證明，這種粒子可殺死人的肺癌、肝癌、食道癌等多種腫瘤細胞。
此外，在臨床醫學中，具有較高應用價值的還有納米陶瓷材料，微乳液等等。
2納米材料在生物醫學應用中的前景
2.1用納米材料進行細胞分離
利用納米復合體性能穩定，一般不與膠體溶液和生物溶液反應的特性進行細胞分離在醫療臨床診斷上有廣闊的應用前景。20世紀80年代后，人們便將納米SiO2包覆粒子均勻分散到含有多種細胞的聚乙烯吡咯烷酮膠體溶液中，使所需要的細胞很快分離出來。目前，生物芯片材料已成功運用于單細胞分離、基因突變分析、基因擴增與免疫分析（如在癌癥等臨床診斷中作為細胞內部信號的傳感器［5］）。倫敦的兒科醫院、挪威工科大學和美國噴氣推進研究所利用納米磁性粒子成功地進行了人體骨骼液中癌細胞的分離來治療病患者［6］。美國科學家正在研究用這種技術在腫瘤早期的血液中檢查癌細胞，實現癌癥的早期診斷和治療。
2.2用納米材料進行細胞內部染色
比利時的DeMey博士等人利用乙醚的黃磷飽和溶液、抗壞血酸或檸檬酸鈉把金從氯化金酸（HAuCl4）水溶液中還原出來形成金納米粒子，（粒徑的尺寸范圍是3nm～40nm），將金納米粒子與預先精制的抗體或單克隆抗體混合，利用不同抗體對細胞和骨骼內組織的敏感程度和親和力的差異，選擇抗體種類，制成多種金納米粒子—抗體復合物。借助復合粒子分別與細胞內各種器官和骨骼系統結合而形成的復合物，在白光或單色光照射下呈現某種特征顏色（如10nm的金粒子在光學顯微鏡下呈紅色），從而給各種組織“貼上”了不同顏色的標簽，為提高細胞內組織分辨率提供了各種急需的染色技術。
2.3納米材料在醫藥方面的應用
2.3.1納米粒子用作藥物載體
一般來說，血液中紅血球的大小為6000nm～9000nm，一般細菌的長度為2000nm～3000nm［7］，引起人體發病的病毒尺寸為80nm～100nm，而納米包覆體尺寸約30nm［8］，細胞尺寸更大，因而可利用納米微粒制成特殊藥物載體或新型抗體進行局部的定向治療等。專利和文獻資料的統計分析表明，作為藥物載體的材料主要有金屬納米顆粒、無機非金屬納米顆粒、生物降解性高分子納米顆粒和生物活性納米顆粒。
磁性納米顆粒作為藥物載體，在外磁場的引導下集中于病患部位，進行定位病變治療，利于提高藥效，減少副作用。如采用金納米顆粒制成金溶液，接上抗原或抗體，就能進行免疫學的間接凝聚實驗，用于快速診斷［9］。生物降解性高分子納米材料作為藥物載體還可以植入到人體的某些特定組織部位，如子宮、陰道、口（頰、舌、齒）、上下呼吸道（鼻、肺）、以及眼、耳等［10］。這種給藥方式避免了藥物直接被消化系統和肝臟分解而代謝掉，并防止藥物對全身的作用。如美國麻省理工學院的科學家已研制成以用生物降解性聚乳酸（PLA）制的微芯片為基礎，能長時間配選精確劑量藥物的藥物投送系統，并已被批準用于人體。近年來生物可降解性高分子納米粒子（NPs）在基因治療中的DNA載體以及半衰期較短的大分子藥物如蛋白質、多肽、基因等活性物質的口服釋放載體方面具有廣闊的應用前景。藥物納米載體技術將給惡性腫瘤、糖尿病和老年癡呆癥的治療帶來變革。
2.3.2納米抗菌藥及創傷敷料
Ag+可使細胞膜上蛋白失去活性從而殺死細菌，添加納米銀粒子制成的醫用敷料對諸如黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠濃桿菌等臨床常見的40余種外科感染細菌有較好抑制作用。
2.3.3智能—靶向藥物
在超臨界高壓下細胞會“變軟”，而納米生化材料微小易滲透，使醫藥家能改變細胞基因，因而納米生化材料最有前景的應用是基因藥物的開發。德國柏林醫療中心將鐵氧體納米粒子用葡萄糖分子包裹，在水中溶解后注入腫瘤部位，使癌細胞部位完全被磁場封閉，通電加熱時溫度達到47℃，慢慢殺死癌細胞。這種方法已在老鼠身上進行的實驗中獲得了初步成功［11］。美國密歇根大學正在研制一種僅20nm的微型智能炸彈，能夠通過識別癌細胞化學特征攻擊癌細胞，甚至可鉆入單個細胞內將它炸毀。
2.4納米材料用于介入性診療
日本科學家利用納米材料，開發出一種可測人或動物體內物質的新技術。科研人員使用的是一種納米級微粒子，它可以同人或動物體內的物質反應產生光，研究人員用深入血管的光導纖維來檢測反應所產生的光，經光譜分析就可以了解是何種物質及其特性和狀態，初步實驗已成功地檢測出放進溶液中的神經傳達物質乙酰膽堿。利用這一技術可以辨別身體內物質的特性，可以用來檢測神經傳遞信號物質和測量人體內的血糖值及表示身體疲勞程度的乳酸值，并有助于糖尿病的診斷和治療。
2.5納米材料在人體組織方面的應用
納米材料在生物醫學領域的應用相當廣泛，除上面所述內容外還有如基因治療、細胞移植、人造皮膚和血管以及實現人工移植動物器官的可能。
目前，首次提出納米醫學的科學家之一詹姆斯貝克和他的同事已研制出一種樹形分子的多聚物作為DNA導入細胞的有效載體，在大鼠實驗中已取得初步成效，為基因治療提供了一種更微觀的新思路。
納米生物學的設想，是在納米尺度上應用生物學原理，發現新現象，研制可編程的分子機器人，也稱納米機器人。納米機器人是納米生物學中最具有誘惑力的內容，第一代納米機器人是生物系統和機械系統的有機結合體，這種納米機器人可注入人體血管內，進行健康檢查和疾病治療（疏通腦血管中的血栓，清除心臟脂肪沉積物，吞噬病菌，殺死癌細胞，監視體內的病變等）［12］；還可以用來進行人體器官的修復工作，比如作整容手術、從基因中除去有害的DNA，或把正常的DNA安裝在基因中，使機體正常運行或使引起癌癥的DNA突變發生逆轉從而延長人的壽命。將由硅晶片制成的存儲器（ROM）微型設備植入大腦中，與神經通路相連，可用以治療帕金森氏癥或其他神經性疾病。第二代納米機器人是直接從原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置，可以用其吞噬病毒，殺死癌細胞。第三代納米機器人將包含有納米計算機，是一種可以進行人機對話的裝置。這種納米機器人一旦問世將徹底改變人類的勞動和生活方式。
瑞典正在用多層聚合物和黃金制成醫用微型機器人，目前實驗已進入能讓機器人撿起和移動肉眼看不見的玻璃珠的階段［13］。
納米材料所展示出的優異性能預示著它在生物醫學工程領域，尤其在組織工程支架、人工器官材料、介入性診療器械、控制釋放藥物載體、血液凈化、生物大分子分離等眾多方面具有廣泛的和誘人的應用前景。隨著納米技術在醫學領域中的應用，臨床醫療將變得節奏更快，效率更高，診斷檢查更準確，治療更有效。
中圖分類號：TB324 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）09-0174-02
1 產生背景
①起源。核磁共振（NMR）現象源于核自旋和磁場的相互作用，最先在1945年由哈佛大學的Edward Mills Purcell和斯坦福大學的Felix Bloch分別獨立觀測到。為此他們獲得1952年諾貝爾物理學獎。在核磁共振中，有許多核自旋的相互作用，每一種都可能包含著豐富的結構和動力學信息，加上能夠定量分析且對樣品無損傷以及可針對特定原子的特點，使核磁共振成為一種十分理想、強大的分析手段。
②發展（從液體核磁到固體核磁）。1946年美國Varian公司研制出世界上第一臺超導磁場的核磁共振譜儀（HR-200型，200MHZ，場強4.74T）。1964年后，核磁共振譜儀經歷兩次重大的技術革命：其一是磁場超導化；其二是脈沖傅立葉變換技術。從根本上提高了核磁共振波譜儀的靈敏度，譜儀的結構也有了很大的變化。2004年布魯克Biospin公司推出了全球第一款用于核磁共振領域的900 MHz主動屏蔽式超導核磁共振磁體產品900US2TMmagnet，是當時最高場強的主動屏蔽式磁體產品。從20世紀70年代開始，在磁共振頻譜學和計算機斷層技術等基礎上，又發展起一項嶄新的核磁共振成像技術，在醫學臨床上獲得巨大成功。普通核磁共振波譜儀所測樣品多為液體，物質的許多性質在液態時是無法觀察到的，為此固體核磁技術應運而生。現在利用固體核磁共振技術研究高分子化合物可以表征材料的分子結構進而監視反應的進度，在礦物分析、表面吸附和表面化學反應方面也具有獨特的優勢。
2 基本原理
由于聚集態的差異使得固體和液體的物理性質不盡相同，為固體核磁技術的實現增加了難度。下面從兩個方面來簡單介紹固體核磁技術的實現。
如果我們將樣品分子視為一個整體，則可將固體核磁中探測到的相互作用分為樣品內部的相互作用和外加環境對樣品的作用。
樣品內部的相互作用。主要是樣品內在的電磁場在與外加電磁場相互作用時產生的多種相互作用力，這主要包括：化學環境（分子中由于內在電磁場屏蔽外磁場的強度、方向等）；分子內與分子間偶極自旋偶合相互作用，對于自旋量子數I>1/2的四極核尚存在四極作用。
外部環境對樣品的作用有。由處于縱向豎直方向的外加靜磁場作用于特定的核磁活性的核上產生的塞曼相互作用，核子相對映的頻率為拉莫爾頻率；由處于X-Y平面的振蕩射頻場產生的作用與待測樣品的擾動磁場。
在固體核磁共振實驗中首先用強的靜磁場使樣品中核子的能級發生分裂，能級分裂后，處于高能級與低能級的核子數目分布改變，符合波爾茲曼分布原理：處于低能級的核子數目較多而高能級的數目較少，最終產生一個沿豎直向上的凈磁化矢量。
此磁化矢量在受到沿x-y平面的振蕩射頻磁場作用后產生扭矩最終將沿豎直方向的磁化矢量轉動特定的角度。在固體核磁共振實驗中，由于分子處于固體狀態從而難以使體系中的偶極自旋偶合作用通過分子熱運動而平均化。同時，分子間偶極自旋偶合作用相對很強，通常靜態條件下觀察到的核磁共振譜往往是信息被偶極自旋偶合作用掩蓋下的寬線譜。在固體核磁測試中，雖然質子的自然豐度與旋磁比都比較高，但是由于體系中質子數目多，相互偶極自旋耦合強度遠高于稀核，例如13C和15N等，因此在大多數情況下固體核磁采用魔角旋轉技術（MAS）與交叉極化技術（CP）可得到高分辨的雜核固體核磁譜。對于1H 必須采用魔角旋轉與多脈沖結合方式（CRAMPS）將質子的磁化矢量轉至魔角方向方能得到高分辨質子譜。
①魔角旋轉。在靜態固體NMR譜中主要展現的是化學位移各向異性、偶極自旋耦合和四極相互作用的信息，這些物理作用往往展現出的是寬線譜。如果在研究中對這些信息不感興趣，而更多關注于化學位移與J-耦合時，可通過將樣品填充入轉子，并使轉子沿魔角方向高速旋轉，即可實現譜線窄化的目的。這是因為上述作用按時間平均的哈密頓量均含有因子（1-3cos2θ），因此如果將樣品沿θ=54.7°（即正方體的體對角線方向）旋轉時，上述強的化學位移各向異性、偶極自旋偶合和四極相互作用被平均化，而其他相對較弱的相互作用便成為主要因素，因此有利于得到高分辨固體核磁共振譜。
②交叉極化。對于13C、15N等體系雖然通過魔角旋轉技術有效地壓制了同核偶極相互作用，但是這些核的旋磁比很小，自然豐度比較低，如果采用直接檢測這些核的實驗方法將導致整個實驗過程的靈敏度非常低。為進一步提高這些核的實驗靈敏度，又發展了交叉極化技術。通過該技術可將1H核的磁化矢量轉移到13C或15N等雜核上，從而提高實驗靈敏度。交叉極化過程的詳細物理解釋需要采用平均哈密頓理論，在此不做描述。
③核去偶。固體核磁共振實驗中采用高功率去偶技術是為了進一步提高圖譜的分辨率與靈敏度。經過高功率照射后使原來存在偶極作用的氫與雜原子之間的作用消失，這樣原來所呈現的多峰就合并為一個，使得譜線的強度增加，并且使譜圖的重疊減弱，有利于識譜。但是不可避免的是在此過程中由于去偶技術的采用也使得反映有關原子周圍的化學環境、原子間相對距離等信息被消除。
3 應用
固體核磁技術和液體核磁技術皆脫胎自核磁共振之基礎，其本質是通過分析核磁共振譜線的特征，以達到測知物質結構之目的，謂之核磁共振波譜分析。更進一步的，固體核磁于生物大分子、材料學、有機合成領域，乃至更前沿的地質勘測和人腦研究，無非是把目前高度發展的電子信息處理技術加諸核磁共振波譜的結果之上，以得出更深層次的結論。以下是固體核磁技術幾個具體的應用方向。
3.1 探索物質微觀結構和理化機制
核磁共振譜技術是將核磁共振現象應用于分子結構測定的一項技術。對于有機分子結構測定來說，核磁共振譜扮演了非常重要的角色，核磁共振譜與紫外光譜、紅外光譜和質譜一起被有機化學家們稱為“四大名譜”。核磁共振技術發展得最成熟、應用最廣泛的是氫核共振。除此之外C、P等核磁共振譜亦擁有各自的優勢。目前利用高分辨核磁共振譜儀測定的有機化合物的核磁共振譜圖早已逾十萬種，許多實驗室都出版了譜圖集。
利用這些已有的技術條件，對反應物或產物進行結構解析和構型確定成為可能。更深層次地，合成反應中的電荷分布及其定位效應、探討反應機理等也可更加方便的得到探討，并從微觀上解釋大分子的性質和結構的關系。最終根據動力學數據給出較確切的反應機理。
此外，利用固體核磁共振方法也可解決某些凝聚態物理范疇的晶體結構的問題，研究固體中分子的動力學和熱力學性質。例如，利用固體核磁共振方法研究硅酸鹽材料（如水泥、玻璃）的形成過程。
3.2 人類日常生活息息相關的方面
人類生活密切依賴于高分子材料，從睜開雙眼開始，幾乎所有的活動無可避免的涉及高分子材料。合成樹脂、塑料、橡膠、纖維，乃至于必不可少的藥物等，這些必需品的生產或多或少需要利用到固體核磁技術。
固體核磁共振技術在高分子聚合物和合成橡膠中的應用包括多元共聚物的定性和定量分析、異構體的鑒別、基團鑒別和規整性的分析等。
在藥學中，固體核磁共振技術在活性藥物化合物的篩選方面，憑借它極高的效率和準確性有著很大的應用前景。其中以分子為基礎對活性藥物的篩選是其它方法不可取代的。依靠固體核磁技術簡便性、無損傷性和連續性，可以對人體之中的藥物反應進行直接的觀測，這對與藥理學的研究有著極大的價值。
3.3 醫學
醫學領域是固體核磁最具價值的應用領域之一。由于人體中的大量碳水化合物，成熟的氫核磁共振成像技術以其在區分病變與正常組織的差異時表現的卓越能力格外引人注目。
核磁共振成像技術是核磁共振在醫學領域的應用。人體內含有非常豐富的水，不同的組織，水的含量也各不相同，如果能夠探測到這些水的分布信息，就能夠繪制出一幅比較完整的人體內部結構圖像。
作為少有的精確快速而又對人體無害的醫學檢測手段，有數據顯示：全球每年有接近一億的病例利用核磁共振成像技術進行檢查。值得矚目地，固體核磁技術在對大腦等軟組織的有很強的分辨力，不僅僅能夠顯示有形的實體病變，而且還能夠對腦、心、肝等的功能性反應進行精確的判定。
然而，固體核磁技術也面臨自身的局限。作為解剖性影像診斷，固體核磁技術在一些病變方面顯得捉襟見肘。同時核磁儀器的昂貴成本亦限制其應用。此外，固體核磁儀器的發熱問題也是其在生物醫學方面面臨的挑戰之一。概言之，在醫學領域固體核磁技術已初顯成效，但仍面臨諸多挑戰。
4 前景
固體核磁技術在材料學和生化機理等領域的研究為人類的生活提供了大量實際的便利，它甚至還有更具歷史意義一面：人類從未停止探索生命的起源和去向，隨著固體核磁技術對于人腦的研究，或許人類即將獲得“智慧從何而來”的答案。利用固體核磁共振研究生物體的細微理化機制或許就是人類打開生命奧秘的鑰匙。
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作者注：對大多數人說來，雖然聽說過形狀記憶合金，或者知道那種在太空中能夠自動張開的網狀天線是用形狀記•k合金做的，但是對于形狀記憶聚合物就知之甚少了。所以，對于“形狀記憶效應在材料科學中是一種比較普遍的效應”的說法，可能會難以接受。一方面因為在日常生活中缺乏感性體驗，另一方面則與缺少材料科學基礎知識有關。
目前，有機高分子材料已經成為應用極其普遍的基本材料之一，同時它們也是石油化工企業產品中重要的一員。由于學時的限制，中學化學教材除去介紹兩類基本的聚合反應外，剩下的大都屬于常識類型的用途介紹。遺憾的是，在人們的印象里，“白色污染”的印象似乎超過了塑料對人類現代生活的正面作用。從而使得高分子領域蘊含的極其豐富的新技術和新用途未能充分顯示，以至于丟失了激勵學生探索未知及創新思維，能體現“科學技術是第一生產力”的這樣一個重要平臺。
通過對有記憶功能的高分子材料和電活性聚合物(見另文)的簡單介紹，有助于我們形成“材料的性質和應用，同樣可以通過另一個層面的組成和結構(聚合鏈的組成和結構；以及材料中聚合物的組成和它們之間的空間排列)來進行設計和調控”的初步認識。而這種視角的形成，應當是化學課程的基本任務之一。
文中涉及的科學技術領域，遠非初等化學所能覆蓋，但是具有初等物理學、生物學和醫學基礎知識的讀者，應當能夠把握住這類材料的性質和應用間的關系。其次，本文只介紹了熱感應型形狀記憶高分子，此外還有光感應型和化學感應型(例如通過介質的pH變化或因與某種離子的結合而導致的材料宏觀結構或性能的變化)等類型，讀者如果有志于探索這類材料的新的感應形式和拓寬它們的用途，多讀一點書，多探索一些問題，多產生一些聯想，學習興趣和探索積極性也就能夠持久不懈。有了“不會的東西是可以自己學的”的信心，培育探究性或研究性學習習慣的教育目標，才得以成為現實。
汽車外殼上的凹痕，通過局部加熱，就會像壓扁了的乒乓球浸泡在熱水中一樣，可以恢復原狀；登山服的透氣性可以根據環境的溫度自動調節；機器中的零部件可以按照預定的程序，根據外界溫度變化實現有序地自動拆卸；供藥系統可以根據患者的體溫或血液的酸度自動地調控藥劑釋放的劑量和速度；斷骨外的套管可以在體溫的作用下自行束緊，并能夠在創傷愈合后自動化為烏有……。這些看來既像魔術又像神話的設想，通過化學家和材料科學家發明的一類新型材料――形狀記憶材料，都已經逐一地變成了現實。有人把這類材料稱為“智能材料”，并非過譽之詞。
1形狀記憶合金和形狀記憶聚合物
具備形狀記憶功能的材料由來已久，如形狀記憶合金(SMA)，發現于20世紀30年代，經過幾十年的發展，已經有了鎳鈦合金、銅基合金和20世紀70年代韋曼(c.M.Wayman)所開創的鐵基合金等幾個爪系列，并已經在工程中(如經日照后能自動張開的由鈦鎳合金絲編織而成的拋物面形天線，飛行器或海底輸油管接頭等)和醫用材料中(如人工關節、脊柱矯正器和防止肺動脈栓塞癥的微型篩狀過濾器等)獲得應用。形狀記憶高聚物(sMP)在材料科學和技術領域中也已經不是陌生之物。20世紀80年代末，日本捷聞、可樂麗、旭化成和三菱重工等公司就開發出聚降冰片烯、反式1，4-聚異戊二烯和聚氨酯等形狀記憶乙樹脂。但是一種材料具有的某種新功能的被發現，并不意味著它―定在材料目錄中占有一席之地，能否為工程技術人員所采用，往往需要經過一個或長或短時間的考驗。不僅與材料的生產成本和性能的好壞有關，生產工藝的成熟與否，亦即對該功能的調控能力和該功能的抗疲勞能力(即壽命)能否達到要求，是必須反復考察與確定的重要方面，有時甚至成為起決定性作用的因素。從這里可以再次看到科學和技術的關系，以及它們著重點的差別。
2形狀記憶高聚物的工作原理
有記憶功能的高聚物(規范的術語應當是“高分子形狀記憶材料”)可以分為熱塑性和熱固性兩類。二者在產生形狀記憶效應時的主要機制大致相同。這類高聚物在外力作用下，可以產生大的彈性形變，并且可以方便地(如降低溫度)使這種形變保持下來，但是在外加某種刺激信號(如加熱)時，又可以恢復到原來的形狀。這種變化過程，稱為形狀記憶效應。這類材料不僅具有可逆變形的能力，還同時具有保持變形和解除變形的能力。在常溫下呈固態、加熱后轉變為熱彈性態的高聚物，原則上都有可能表現出一定的形狀記憶效應，所以形狀記憶效應在材料科學中是一種比較普遍的效應。
不難想到，為了保持固有的形狀，材料中的高分子鏈對于形變應當有足夠的剛性；但是在適當的外力下發生形變時，卻要求高分子鏈的局部有較高的柔性。如果希望它具有較高的形變記憶能力，在高分子鏈中應當有一定比率的鏈節具有足夠的剛性，從而保持著器件整體的“拓撲不變性”，所以，剛性結構和柔性結構并存；適當的比率和整合方式，是根據所需形變記憶功能進行材料設計時首先應當考慮的問題。形狀記憶材料中的剛性結構部分不僅起著保持器件內部基本結構框架的作用，而且對發生變形的柔性結構部分起著調控作用。因此，可以粗略地認為，剛性結構組分是保留“記憶”的前提；“變形”功能則主要由柔陛結構組分完成。
3變溫是控制形狀記憶乙高聚物的常用手段
能夠滿足以上條件的高聚物有兩類，在常溫下，一類呈玻璃態，另一類呈結晶態，但是在受熱后都能轉變為高彈性態。因此它們的變形控制變量都是溫度。由于材料在常溫下的狀態不同，轉變為高彈性態的過程有所不同，發生狀態改變的溫度或溫度區間分別記為Tm(熔化溫度)和Tg(玻璃化溫度)。下表是已經開發出來的幾種高分子形狀記憶材料和它們的部分用途。
因材質不同，形狀記憶合金和形狀記憶高聚物各有自己的特殊用途。不過高分子材料的價格較低、可供選擇的品種較多。此外，還具有如通過單體的化學修飾和聚合體的改勝比較容易實現其性能的精確調控、有些高聚物具有良好的生物相容性和/或生物降解性等優點，使得它們在醫療、電子及航天等高新技術中具有很好的發展前景。
5倍受青睞的聚氨酯樹脂
在高分子形狀記憶材料中，聚氨酯樹脂是近年來倍受青睞的一類高聚物。聚氨酯規范的名稱為聚氨基甲酸酯，是由多異氰酸酯和多元醇或芳香二胺等共聚而成的，主鏈上含有-HNCO-O-的重復鏈節。選擇不同的共聚單體和不同的聚合反應過程，可以生成熱塑性或熱固性樹脂；也可以制成多種性能的彈性體、纖維、泡沫塑料、膠粘劑和涂料。
聚氨酯的大分子是由柔性很大的長鏈段和剛性的短鏈段交替組成的嵌段共聚物，在內部組成和結構上已經具備產生形狀記憶效應的基本條件。聚氨酯的物理性能優異，并且可以通過原料配方和聚合過程加以調控，比較容易實現按照所需功能進行分子和材料設計的要求。此外，這類材料還具有容易成型、容易著色，以及易于和其他材料相互粘結等優點，因此在工程技術上得到了極廣泛的應用。例如聚氨酯泡沫塑料可以做成軟質(開孔)、硬質(閉
孔)或自結皮泡沫塑料，分別應用于汽車制造、家具制作、建筑絕熱、冰箱冷庫等領域。聚氨酯纖維(氨綸)既具有纖維的基本特征，又具有類似橡膠的特性，具有耐老化、耐撓曲、耐磨、耐化學試劑和易染色等優良性能，已用于各種內衣、游泳衣、飛行服、人造皮膚、外科手術縫線等的制造。
6形狀記憶高聚物用途的推陳出新
當材料的制造和性能調控的方式和方法逐漸成熟之后，如何發揮材料所固有的特殊性能以解決近代社會的生活和生產中的種種問題，是科技創新的另一個必須重視的研究方向。使形狀記憶高分子材料成為一類高度智能化的材料，是目前材料科學與技術領域中的研究熱點之一。德國的A.Lendlein和美國的R.Langer著重于開發聚氨酯塑料的生物降解性能，1997年創辦了mnemoScience公司，研究用可生物降解的SMP制造創傷手術所需的器件以代替原有的大型器件的新方法。通過內窺鏡精確地定位植入由形狀記憶聚合物制成的器件，如斷骨的外套管、血管的內擴管、血液的過濾網等后，在體溫的作用下，都可以通過形狀的恢復，達到治療的目的。這種治療方法，不僅可以減小放置器件時所需的外切口，而且由于器件本身在人體中可以逐步地通過降解而消失，不需要為取出器件而進行第二次手術。
日本三菱重工的一個子公司開發出一種名為Diaplex的由聚氨酯纖維制成的織物，是一種具有形狀記憶功能的面料，可用于制造在環境溫度較高時能夠產生散熱和水氣通道的智能防寒服。通過加溫處理，使汽車外殼、機殼和建筑物某些部件能夠自動除去凹痕的形狀記憶高聚物制品，也在開發之中。最為有趣的是，有人萌生了用形狀記憶聚合物制造機器人四肢的想法，據信將有可能用跳躍來代替現在的機器人那種步履蹣跚的方式。
7回收電子垃圾的新思路
電子技術的飛速發展和產品的不斷換代，對于社會生產水平和人民生活質量的提高都起到了極大的作用，但是隨之而來的廢棄電子設備和產品(簡稱WEEE)的回收或處理問題，即所謂的電子垃圾的問題，也已經成為環境問題中另一個難題。這是因為電子元件的原材料涉及面極廣，種類繁多，其中不僅含有貴金屬，同時也含有不少能夠污染環境的重金屬元素和有機物，加以體積較小或構造復雜的器件或零件很多，不能采用簡單的機械粉碎、填埋或焚燒的處理方式。值得關注的是，目前在發達國家中這類垃圾雖然只占到城市垃圾總量的4％左右，但是它的增長速度卻是其他垃圾的3倍！
如果把現在用于電子產品的許多緊固件，如螺釘、羅紋套管、夾子等改用SMP材料制造，它們將可以通過加熱的方法自行脫落。配合一條依據不同溫度逐一脫落的流水線，那么，在處理廢棄電子設備和器件時，就可以同時實現元件、材料的自動分級和拆卸過程的自動化。這種技術稱作“智能材料自動拆卸”技術(ADSM)。ADSM技術已經受到許多大型電子產品制造商的關注，摩托羅拉、諾基亞、柯達、菲利普和索尼等公司有關的研究計劃都有深淺程序不同的參與。而可用于移動電話、相機、立體聲系統和計算機的具有上述功能的螺絲、夾子、線圈、連桿和磁盤等的試驗成功，使得人們對ADSM技術的市場前景進一步看好。盡管它的大規模使用還有待于時日，但是這種技術思想的提出體現了人們環保意識的進一步覺醒，同時也是科學技術和社會進步之間的相互促進的新理念的又一次實踐。
8別開生面的凝膠態形狀記憶聚合物
目前應用較多的形狀記憶聚合物，還包括呈凝膠態的聚合物。例如以接枝共聚物為代表的聚丙烯酸(PAA)，由聚環氧丙烷(PPO)和聚環氧乙烷(PE0)生成的嵌段共聚物，和N-異丙基丙烯酰胺(IPAAM)等。由這類高聚物形成的水凝膠不僅在水溶液中可以發生遠超過本身體積的大倍數的可逆性的溶脹，而且溶脹和反溶脹的速率對某種或某幾種外界因素十分敏感。這些因素包括溫度、壓強、pH、離子強度、第二溶劑、光、電磁場等等。甚至可以做成對某種化學物質(如纖維素)敏感的水凝膠。
基于水凝膠的上述特性，已經開發出具有特定用途的傳感系統，如藥物可控緩釋系統，機器人人工肌肉、光子閥、分子分離系統、電磁感應閥等等。
參考文獻：
中圖分類號：G642.4？搖 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）50-0071-02
一、引言
隨著高分子科學與技術的不斷發展，高分子科學已滲透于各個學科與領域，形成了一個無法替代的交叉學科。對于江南大學輕化工程專業（染整方向）的本科生，要求掌握有關高分子的基本理論知識和應用技能，開設了《高分子化學與物理》課程。主要包括高分子化學和高分子物理兩個部分，其中高分子化學部分側重高分子合成的基本理論知識，高分子物理部分則側重于高分子的結構與性能[1-3]。該課程是輕化工程專業的學科平臺課之一，課程的學時數為48學時，在這樣少的學時條件下，要使那些對于高分子完全陌生的學生理解并掌握高分子的基本概念與原理，合理安排授課內容和講授方式是非常重要的。通過不斷地嘗試和教學實踐，作者積累了一定的教學經驗，取得了比較滿意的教學效果。
二、課堂教學方法嘗試
（一）課堂教學與專業基礎課相結合
雖然高分子化學和物理的基礎知識所涉及的面較廣，理論性較強，但對于輕化工程專業（染整方向）的本科生來說，要求不很深，希望學生在理解基本概念和掌握基礎理論的基礎上能夠靈活地運用，并為后續課程的學習打下堅實的基礎，培養他們分析與解決實際問題的能力。例如在講授逐步聚合反應機理和特點時，通常會介紹聚氨酯的合成，概念很抽象，難于理解。可與后續專業課《纖維化學與物理》的內容進行有效結合，采用舉例的方法加深學生的理解，避免死記硬背。例如介紹聚氨酯彈性纖維（俗稱“氨綸”），這種纖維織物具有很好的回彈性，穿著時伸縮自如，增強了舒適感，并能顯現出優美的體型和曲線美，可制作各種內衣、游泳衣、緊身衣、彈力褲和絲襪等，在日常生活中具有廣泛的應用。再如，在講授自由基共聚合時，就可與《纖維化學與物理》和《染整工藝原理》課程中腈綸的染色進行結合，均聚聚丙烯腈制得的纖維不易染色，手感及彈性都較差，還常呈現脆性，不適應紡織加工和服用的要求，為此聚合時加入少量第二單體（結構單體，通常選用含酯基的乙烯基單體，可以減弱聚丙烯腈大分子間的作用力，改善纖維的手感和彈性，克服纖維脆性，有利于染料分子進入纖維內部）和第三單體（染色單體，使纖維引入具有染色性能的基團，改善纖維的染色性能，一般選用可離子化的乙烯基單體），一般成纖聚丙烯腈大多采用三元共聚物。從而有利于學生深入理解自由基共聚合的意義。
（二）課堂教學與生活、生產實踐相結合
理論聯系實際，密切貼近生活。通過大學生工業見習、實習提高輕化工程專業（染整方向）本科生理論知識學習與生產實踐相結合的能力。認識實習的目的在于認識與專業對口的相關生產工藝流程和設備結構、原理等，促進學生在完成業務實習目的的基礎上，實現勞動教育和認識社會教育相結合。因此，我們利用暑假安排學生參與高聚物合成和加工的相關工業見習。生產實習的主要目的是使學生將學習過的專業理論知識具體化并得到鞏固提高，通過深入生產現場進行調查研究，參與生產勞動操作，充當生產一線工人，養成良好的工作作風。這些工作擴大了輕化工程專業（染整方向）學生的知識面，加深了基礎知識的理論。
此外，高分子材料已成為現代社會生活中衣、食、住、行、用各個方面所不可缺少的材料。日常生活中常見的制品所用的原料很多都是高分子材料，為了幫助學生認知聚合物，在講授聚合物的分類和應用時，將具體的生活制品用圖片的形式展示給學生，可以幫助學生更形象生動地記憶聚合物的名稱和具體應用。例如可以講解“限塑令”、保鮮膜的質量問題、汽車輪胎、電腦外殼、裝修過程使用的涂料、油漆等，每一個都與高分子的基礎知識息息相關，也是學生關心的話題。所以，在教學過程中，我們盡量避免單純講授抽象的基本的概念和理論，而是從一些實際現象引出問題，再通過理論分析加以解釋、歸納，這樣不僅可以引起學生興趣，重要的是可以加深學生對基本理論知識的理解和掌握，達到事半功倍的效果。
（三）課堂教學與科學研究相結合
江南大學紡織服裝學院是學校“211”工程重點建設學科，形成了紡紗、織布、染整和服裝設計與表演等完整的學科體系，尤其在紡織材料的研究與開發方面具有很強的實力，依托科研背景和科研實力，培養學生的創新能力，促進教學質量的提高。因此，除了教授學生基礎理論知識以外，還可以充分利用學校自身的科研資源優勢，結合學科的發展方向，引導優秀的學生參與前沿的科學研究，激發學生的創新潛能和創造力。如在國家、江蘇省和江南大學等各級大學生創新訓練計劃的支持下，以大三學生作為項目負責人，吸收他們參與到課題研究中，在導師指導下進行自主選題和實驗方案設計，使得學生了解了相關領域的科研動態，將學習的理論知識進行應用，加深了基本概念的掌握與理解，培養了學生的科研興趣，提高了學生將知識轉化為生產力的能力。有效建立了科研與教學協調發展、科研促進教學的機制與體制，對創新型人才的培養起著重要的作用，是提高專業人才培養質量的需要、實現教學創新與培養創新性人才的需要。
例如，在講授高分子溶液時，就可與自身的研究方向進行有效的結合。我們知道生產實踐中可分為濃溶液（如油漆、涂料、膠粘劑、紡絲液、制備復合材料用到的樹脂溶液——電影膠片片基等）和稀溶液（如分子量測定及分子量分布）。而在科學研究中，正是利用高分子的濃溶液（紡絲液）經過靜電紡絲就可制備直徑小于1000nm的纖維（俗稱“納米纖維”），這種纖維因具有較大的比表面積、獨特的網路結構和豐富的孔隙率等優異性能而備受研究人員的關注，可望廣泛應用于過濾和分離材料、防護服、固定酶、生物醫學（如細胞支架、創傷敷料、組織工程、藥物緩釋和DNA傳輸）、電子器械（如傳感器和晶體管）和能源應用（染料敏化太陽能電池、鋰離子電池和生物燃料電池）等，在制作課堂幻燈片時引入直觀的圖片，并加以說明。這些知識的引入可有助于加深學生對基本概念的理解，也拓展了學生對微觀納米材料的認識，提高了學生進一步學習和從事科研工作的興趣。
三、結語
通過近幾年的課堂教學方法改革，提高了學生的學習興趣和對知識的理解，為后續課程的學習奠定了一定的基礎。通過這些措施，更好地培養了學生的創新意識，提高了學生的創新能力，而且該專業的畢業生中有很多人從事與高分子相關的行業，學科交叉特色明顯。本文簡單介紹了江南大學輕化工程專業（染整方向）本科生課程《高分子化學與物理》的教學改革的嘗試，對其他開設輕化工程專業的高校有一定的參考意義。
參考文獻：
