化学工程学科交叉与创新研究(2016春博士课程).pptx

化学工程学科交叉与创新研究(2016春博士课程).pptx

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InterdisciplinaryandInnovativeResearchofChemicalEngineering化学工程学科交叉与创新研究化学工程学科交叉与创新研究-过程工程过程工程内容之一内容之一化工学院化工学院刘天庆刘天庆Introductionl为什么要进行学科交叉？

为什么要进行学科交叉？

发现新的研究领域；综合各学科的优势解决疑难问题；发现新的研究领域；综合各学科的优势解决疑难问题；创新创新l科学研究为什么必须创新？

科学研究为什么必须创新？

l化学工程为什么可以与多个学科交叉？

化学工程为什么可以与多个学科交叉？

化学工程的化学工程的定义：

定义：

研究化学工业和其他过程工业生产中所进行的研究化学工业和其他过程工业生产中所进行的化学过化学过程程和和物理过程物理过程共同规律的一门工程学科。

共同规律的一门工程学科。

从化学工程本身的特点出发，与化学、物理、工程、机械、电子等均有关从化学工程本身的特点出发，与化学、物理、工程、机械、电子等均有关联；联；在研究手段方面与在研究手段方面与现代仪器设备现代仪器设备和和数学数学有关联；有关联；在研究背景方面与在研究背景方面与环境环境和和生物生物或或生命生命科学技术有关；科学技术有关；1.ChemicalEngineeringµbesfermentationbiorefineryAbiorefineryisafacilitythatintegratesbiomassconversionprocessesandequipmenttoproducefuels,power,andchemicalsfrombiomassBiofoulingMixedfoulingoccursonthesurfacesofindustrialequipmentthesequenceofmixedfoulingformationonasurface,microbesorCalciumdepositsfirstly?

Anyinteractionbetweenthem?

onlinemonitoringshouldbeusedbehaviorofmixedfoulingondifferentmaterialsCurrently，superhydrophobicmaterialsandsmartmaterialsareusedtopreventfouling,toinhibitbacterialadhesionandbiofoulingformation2.Chemicalengineering&bioseparationproteinsvirusRelatedtechnologies:

membrane,adsorption（chromatograph）,lyophilization,etc3.Chemicalengineering&lifesciencecellengineeringstemcellprocessing:

toexpanditsnumberandcontrolitsdifferentiationtissueengineeringRelatedtechnologies:

bioreactors,membrane,microencapsulation4.Chemicalengineering&modernmathematicsTosolvenon-linearcomplicatedproblems:

fuzzyneuralnetworkscellularautomatonLatticeBoltzmannmethod（LBM）-5.Chemicalengineering&moderninstrumentsModerninstruments:

AFM,AtomicforcemicroscopeEPMA,ElectronicprobemicroanalyzerMPM,MultiphotonMicrospectrumESEM,EnvironmentalscanningelectronmicroscopyLSCM6.Chemicalengineering&advancedmaterialsTemperature-responsivematerialsSuper-hydrophobicmaterials-Homework1）科学研究为什么必须要创新？

主要的科研创）科学研究为什么必须要创新？

主要的科研创新途径有哪些新途径有哪些？

2）简述你日后的研究课题或研究方向，你准备）简述你日后的研究课题或研究方向，你准备怎么做以获得创新性的研究结果怎么做以获得创新性的研究结果？

3）简述纳米材料在化工或生物化工或环境工程）简述纳米材料在化工或生物化工或环境工程等学科的重要应用及其原理或机理。

等学科的重要应用及其原理或机理。

TheendThankyouforyourattention为什么要创新？

为什么要创新？

（认识自然，社会的发展与进步，国家安全）（认识自然，社会的发展与进步，国家安全）创新的方式创新的方式1）原始创新：

新发现或新理论创建；为了实现某个目标从）原始创新：

新发现或新理论创建；为了实现某个目标从研究思想到研究内容以及研究手段等都是前人所没有做过研究思想到研究内容以及研究手段等都是前人所没有做过的；的；2）部分创新：

）部分创新：

某种方法尚未尝试；某种方法尚未尝试；前人的工作内容不够全面，做扩展性工作（实验参数的扩前人的工作内容不够全面，做扩展性工作（实验参数的扩充等）；充等）；becareful!

将别的学科的研究方法用于本学科将别的学科的研究方法用于本学科Cellengineering11）细胞工程的主要内容细胞工程的主要内容22）与化学工程相关联的内容）与化学工程相关联的内容细胞大规模培养的生物反应器技术细胞大规模培养的生物反应器技术干扰素、单克隆抗体等高附加值生物产品的生产干扰素、单克隆抗体等高附加值生物产品的生产病毒与疫苗的大规模生产病毒与疫苗的大规模生产LAK,CIKLAK,CIK等杀肿瘤细胞的制备技术等杀肿瘤细胞的制备技术stemcellprocessingengineering1）什么是干细胞？

主要的种类、研究与应用现状及前景什么是干细胞？

主要的种类、研究与应用现状及前景2）干细胞分类概述干细胞分类概述3）Currentsituationofstemcellprocessing4）怎样提出一个具有明确创新的研究项目建议书？

怎样提出一个具有明确创新的研究项目建议书？

Whytodoit（them）?

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Tissueengineering11）组织工程简介组织工程简介22）种子细胞的来源与大规模扩增）种子细胞的来源与大规模扩增33）支架材料制备技术支架材料制备技术44）种子细胞在支架材料中的接种种子细胞在支架材料中的接种55）细胞与支架构建物的体外培养方法细胞与支架构建物的体外培养方法6）6）反应器中的流体力学条件、施加物理刺激的考虑及重力的作用反应器中的流体力学条件、施加物理刺激的考虑及重力的作用77）软骨与心肌组织在生物反应器内的培养结果软骨与心肌组织在生物反应器内的培养结果8）8）我们实验室的部分工作我们实验室的部分工作9）9）有可能对组织工程领域产生重要影响的生物反应器技术的下一步进展有可能对组织工程领域产生重要影响的生物反应器技术的下一步进展包括：

包括：

（11）改进对整个培养基组成的控制，）改进对整个培养基组成的控制，（22）对体外培养的工程组织提供生理水平机械刺激的新方法，）对体外培养的工程组织提供生理水平机械刺激的新方法，（33）引导和）引导和/或模拟体外工程组织血管化的新技术，或模拟体外工程组织血管化的新技术，（44）植入之前体外培养的适宜条件和周期的确定，）植入之前体外培养的适宜条件和周期的确定，（55）从动物模型系统扩展到人的细胞源和规模。

）从动物模型系统扩展到人的细胞源和规模。

造血干细胞扩增：

造血干细胞扩增：

造血干细胞来源造血干细胞来源骨髓骨髓外周血外周血脐带血脐带血Whattodo:

脐带血造血干细胞脐带血造血干细胞+生物反应器生物反应器+微胶囊微胶囊造血干细胞扩增需要基质细胞滋养：

共培养造血干细胞扩增需要基质细胞滋养：

共培养临床应用时需将造血干细胞与基质细胞分离临床应用时需将造血干细胞与基质细胞分离项目名称：

项目名称：

脐带脐带血干血干/祖细胞体外共培养模式与培养效果祖细胞体外共培养模式与培养效果的机理研究的机理研究thegelnetworkstructuresofaCa-alginategelbeadInteractionsbetweenhematopoieticcellsandthestromaWhattodoandHowtodo：

1.将脐带血中的将脐带血中的MSCs和和HSCs分离开来；分离开来；2.将将MSCs固定于海藻酸钠微胶珠内，研究固定于海藻酸钠微胶珠内，研究海藻酸钠和氯化钙溶液浓度、反应时间等参数海藻酸钠和氯化钙溶液浓度、反应时间等参数对微胶囊内孔道结构的影响；对微胶囊内孔道结构的影响；3.采用旋转壁式生物反应器和搅拌式采用旋转壁式生物反应器和搅拌式Spinner生物反应器，将胶囊化的生物反应器，将胶囊化的MSCs和未胶囊化的和未胶囊化的HSCs进行进行悬浮态共培养悬浮态共培养，确定适宜该共培养，确定适宜该共培养体系的生物反应器类型。

体系的生物反应器类型。

微微胶胶囊囊化化的的MSCs与与HSPCs在在旋旋转转壁壁式式生生物物反反应应器器内内共共培培养养示示意意图图。

反反应应器器的的内内外外筒筒以以同同样样的的角角速速度度转转动动，左左图图为为某某一一微微胶胶囊囊内内外外两两种种细细胞胞近近距距离离有有效效接接触触而而形形成成干干细细胞胞壁壁龛龛的的示意图，蓝色线为微胶囊壁。

示意图，蓝色线为微胶囊壁。

有效作用距离有效作用距离有效作用时间有效作用时间Whattodo:

组织工工程程学学定定义应应用用工工程程学学和和生生命命科科学学的的原原理理和和方方法法来来研研制制活活的的生生物物组组织织代代用用品品，用用于于修修复复、维维持持、改改善善人人体体组组织织的的功功能能。

Thedevelopmentofbiologicalsubstitutesforimplantationintothebodywiththepurposebeingtoreplace,repair,maintain,orenhancefunction.组织工工程程学学产生生背背景景传传统统材材料料在在组组织织和和器器官官的的修修复复和和移移植植中中发发挥挥了了巨巨大大的的作作用用，但但它它在在体体内内终终究究是是异异物物，不不管管是是永永久久性性植植入入还还是是暂暂时时性性植植入入，都都存存在在力力学学性性能能是是否否匹匹配配、磨磨损损、降降解解产产物物在在体体内内的的生生物物相相容容性性等等问问题题。

组组织织工工程程学学为为人人们们寻寻找找更更为为理理想想的的体体内内植植入入材材料料开开辟辟了了一一条条新新的的途途径径。

DonortissueDonortissueenzymecellsdegradablepolymerscaffoldimplantorcultureFunctional3DtissueTissueEngineeringScaffoldBioreactor组织工程的关键技术组织工程的关键技术种子细胞：

干细胞（种子细胞：

干细胞（stemcells）支架材料：

生物材料及其与细胞的相互作用支架材料：

生物材料及其与细胞的相互作用培养方式：

生物反应器三维