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篇1

關(guān)鍵詞:配位化學(xué);無機(jī)化學(xué);配位化合物;研究方向

一、配位化學(xué)的起源與研究范圍

配位化學(xué)是在無機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門邊沿學(xué)科。它所研究的主要對象為配位化合物(CoordinationCompounds,簡稱配合物)。早期的配位化學(xué)集中在研究以金屬陽離子受體為中心(作為酸)和以含N、O、S、P等給體原子的配體(作為堿)而形成的所謂“Werner配合物”。第二次世界大戰(zhàn)期間,無機(jī)化學(xué)家在圍繞耕耘周期表中某些元素化合物的合成中得到發(fā)展,在工業(yè)上,美國實(shí)行原子核裂變曼哈頓(Manhattan)工程基礎(chǔ)上所發(fā)展的鈾和超鈾元素溶液配合物的研究。以及在學(xué)科上,195l年P(guān)anson和Miler對二茂鐵的合成打破了傳統(tǒng)無機(jī)和有機(jī)化合物的界限。從而開始了無機(jī)化學(xué)的復(fù)興。

當(dāng)代的配位化學(xué)沿著廣度、深度和應(yīng)用三個(gè)方向發(fā)展。在深度上表現(xiàn)在有眾多與配位化學(xué)有關(guān)的學(xué)者獲得了諾貝爾獎(jiǎng),如Werner創(chuàng)建了配位化學(xué),Ziegler和Natta的金屬烯烴催化劑,Eigen的快速反應(yīng)。Lipscomb的硼烷理論,Wnkinson和Fischer發(fā)展的有機(jī)金屬化學(xué),Hoffmann的等瓣理論Taube研究配合物和固氮反應(yīng)機(jī)理,Cram,Lehn和Pedersen在超分子化學(xué)方面的貢獻(xiàn),Marcus的電子傳遞過程。在以他們?yōu)榇淼拈_創(chuàng)性成就的基礎(chǔ)上,配位化學(xué)在其合成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和理論的研究方面取得了一系列進(jìn)展。在廣度上表現(xiàn)在自Werner創(chuàng)立配位化學(xué)以來,配位化學(xué)處于無機(jī)化學(xué)趼究的主流,配位化合物還以其花樣繁多的價(jià)鍵形式和空間結(jié)構(gòu)在化學(xué)理論發(fā)展中。及其與其它學(xué)科的相互滲透中。而成為眾多學(xué)科的交叉點(diǎn)。在應(yīng)用方面,結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐。配合物的傳統(tǒng)應(yīng)用繼續(xù)得到發(fā)展。例如金屬簇合物作為均相催化劑,在能源開發(fā)中C1化學(xué)和烯烴等小分子的活化,螯合物穩(wěn)定性差異在濕法冶金和元素分析、分離中的應(yīng)用等。隨著高新技術(shù)的日益發(fā)展。具有特殊物理、化學(xué)和生物化學(xué)功能的所謂功能配合物在國際上得到蓬勃的發(fā)展。

自從Werner創(chuàng)建配位化學(xué)至今100年以來,以Lehn為代表的學(xué)者所倡導(dǎo)的超分子化學(xué)將成為今后配位化學(xué)發(fā)展的另一個(gè)主要領(lǐng)域。人們熟知的化學(xué)主要是研究以共價(jià)鍵相結(jié)合的分子的合成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變換規(guī)律。超分于化學(xué)可定義為分子間弱相互作用和分子組裝的化學(xué)。分子間的相互作用形成各種化學(xué)、物理和生物中高選懌性的識別、反應(yīng)、傳遞和調(diào)制過程。而這些過程就導(dǎo)致超分子的光電功能和分子器件的發(fā)展。

二、我國配位化學(xué)的研究現(xiàn)狀

我國配位化學(xué)的研究在前幾乎屬于空白。1949年后隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展,僅在個(gè)別重點(diǎn)高等院校及科研單位開展了這方面的教學(xué)和科研工作,60年代中期以前。主要工作集中在簡單配合物的合成、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用方面的研究。特別是在溶液配合物的平衡理論、混合和多核配合物的穩(wěn)定性、取代動(dòng)力學(xué)、過渡金屬配位催化以及稀土和W、Mo等我國豐產(chǎn)元素的分離提純以及配位場理論的研究。除了個(gè)別方面的研究外,總體來說與國際水平差距還較大。

80年代后。在改革開放政策指引下,我國的配位化學(xué)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。我國配位化學(xué)研究已步入國際先進(jìn)行列,研究水平大為提高。特別在下列幾個(gè)方面取得了重要進(jìn)展:

(1)新型配合物、簇合物、有機(jī)金屬化合物和生物無機(jī)配合物,特別是配位超分子化合物的基礎(chǔ)無機(jī)合成及其結(jié)構(gòu)研究取得豐碩成果,豐富了配合物的內(nèi)涵。

(2)開展了熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)機(jī)理方面的研究,特別在溶液中離子萃取分離和均向催化等應(yīng)用方面取得了成果。

(3)現(xiàn)代溶液結(jié)構(gòu)的譜學(xué)研究及其分析方法以及配合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的基礎(chǔ)研究水平大為提高。

(4)隨著高新技術(shù)的發(fā)展,具有光、電、熱、磁特性和生物功能配合物的研究正在取得進(jìn)展。它的很多成果還包含在其他不同學(xué)科的研究和化學(xué)教學(xué)中。

我國配位化學(xué)的進(jìn)展具有一系列特點(diǎn)。作為化學(xué)的重要分支領(lǐng)域之一的配位化學(xué)。在其學(xué)科本身發(fā)展的同時(shí)創(chuàng)造出更為奇妙的新材料,揭示出更多生命科學(xué)的奧妙。在研究對象上日益重視與材 料科學(xué)和生命科學(xué)相結(jié)合。在從分子進(jìn)到材料合成的研究中更加重視功能體系的分子設(shè)計(jì)。金屬離子在生物體系中的成鍵。除維生素B12中的Co-C鍵以外,幾乎都是以配位鍵形式結(jié)合。其功能體系組裝是一個(gè)更為復(fù)雜的問題。這時(shí)要求將正確的物種放在正確的位置(在與動(dòng)力學(xué)有關(guān)的問題中,還要按著正確的時(shí)間)才能發(fā)揮應(yīng)有的功能。高效、經(jīng)濟(jì)和微量的組合化學(xué)的應(yīng)用,將有助于分子合成和設(shè)計(jì)的實(shí)踐。

從超分子之類的新觀點(diǎn)研究分子的合成和組裝,在我國日益受到重視?；瘜W(xué)模板有助于提供組裝的物種和創(chuàng)造有序的組裝,但是其最大的困難在于克服熱力學(xué)第二定律所要求的無序。這時(shí)配位化學(xué)家的任務(wù)之一就是和熱力學(xué)進(jìn)行妥協(xié)。盡管目前我們了解一些局部的組裝規(guī)律和方法。但比起自然界長期進(jìn)化而得到的完滿而言。還有很大差距。正如有了一群能分別演奏各種樂器的音樂家。若沒有很好的指揮。還不能演奏出一場滿意的交響樂。其原因就是缺乏有意識地進(jìn)行組裝。對于組裝的本質(zhì)和規(guī)律。有很多基礎(chǔ)性研究有待深入進(jìn)行。

三、配位化學(xué)的研究方向

作為邊沿學(xué)科的配位化學(xué)日益和其他相關(guān)學(xué)科相互滲透和交叉。正如Lehn所指出。超分子化學(xué)可以看作是廣義的配位化學(xué)。另一方面,配位化學(xué)又是包含在超分子化學(xué)概念之中。配位化學(xué)的原理和規(guī)律,無疑將在分子水平上對未來復(fù)雜的分子層次以上聚集態(tài)體系的研究起著重要作用。其概念及方法也將超越傳統(tǒng)學(xué)科的界限。我國配位化學(xué)家在進(jìn)一步促進(jìn)它和化學(xué)內(nèi)有杌化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)、高分子化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、材料化學(xué)、生物化學(xué)、以及凝聚態(tài)物理、分子電子學(xué)等學(xué)科的結(jié)合方面有了很好的開端。進(jìn)一步的發(fā)展必將給配位化學(xué)帶來新的發(fā)展前景。

中醫(yī)是我國傳統(tǒng)、獨(dú)創(chuàng)的治療方式,但是,中藥制藥的制藥手段和方式正在突破傳統(tǒng)工藝,如中藥配位化學(xué)研究就是一個(gè)極有發(fā)展前途的新的研究方向。

我國幅員遼闊,資源豐富。經(jīng)濟(jì)建設(shè)中有備方面的要求。還存在一些無人問津的薄弱領(lǐng)域,例如配位光化學(xué)、界面配位化學(xué)、納米配位化學(xué)、新型和功能配合物以及配位超分子化合物的研究。金屬配合物的研究有明顯的應(yīng)用背景,具有開發(fā)成重大經(jīng)濟(jì)效益的潛力。它的基礎(chǔ)和理論性研究也處在現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展的前沿領(lǐng)域。對下一世紀(jì)我國化學(xué)學(xué)科的發(fā)展。必將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

【參考文獻(xiàn)】

[1]翟慕衡.配位化學(xué)[M].北京:安徽人民出版社,2007-09

[2]李英華,呂秀陽,劉霄,柳葉.中藥配位化學(xué)研究進(jìn)展[J].中國中藥雜志,2006年8月 31卷第16期

篇2

1．1光譜法研究含氟卟啉-蒽醌化合物與DNA相互作用卟啉類化合物具有較強(qiáng)的吸光和發(fā)光性能，是一種良好的大環(huán)芳香系光敏劑，蒽醌類化合物具有良好的DNA光斷裂特性，它們易于插入DNA堿基對之間，以不同的作用機(jī)理使DNA斷裂。含氟化合物具有強(qiáng)的生理活性，它有可能和生物組織相互作用而顯示出抗腫瘤作用。黃岡師范學(xué)院的趙勝芳等［4］采用微波輻射合成了以二肽鍵聯(lián)的含氟卟啉-蒽醌化合物及其金屬鋅配合物。用紫外可見光譜法和熒光光譜滴定法考察了兩種合成的目標(biāo)化合物與質(zhì)粒DNA的相互作用，探討了它們與DNA的作用模式。即卟啉-二肽-蒽醌化合物與DNA發(fā)生自堆積的外部鍵合。該研究將在生命科學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、配位化學(xué)的研究中得到廣泛應(yīng)用。

1．2基于DNA自組裝無酶循環(huán)放大猝滅化學(xué)發(fā)光法檢測核酸G-四鏈體DNA酶是一類具有催化功能的核酸分子，由于富含G的核酸分子可以在血紅素存在下，形成G-四鏈體的結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出類似于辣根過氧化物酶的活性，可以催化H2O2氧化魯米諾產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光?；谀繕?biāo)催化DNA自組裝，廣西師范大學(xué)的褚志丹等［5］基于G-四鏈體是富含鳥嘌呤堿基的DNA序列形成的一種特殊的DNA二級結(jié)構(gòu)，當(dāng)其與血紅素結(jié)合后，可顯示較強(qiáng)的過氧化物酶催化活性的事實(shí)，利用DNA自組裝、G-四鏈體的催化化學(xué)發(fā)光性能，構(gòu)建了一種無酶循環(huán)放大猝滅化學(xué)發(fā)光生物傳感新體系，用于DNA檢測。該傳感系簡單、低耗、靈敏。該研究將在生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)及生物學(xué)研究中得到廣泛應(yīng)用。

1．3基于DNA鏈置換酶輔助信號放大G-四鏈體脫氧核酶DNAzyme催化化學(xué)發(fā)光檢測腺苷腺苷在各種生物組織和器官功能的生理活性調(diào)節(jié)中起著重要的作用。因此檢測生物體中腺苷含量意義重大?；瘜W(xué)發(fā)光檢測具有靈敏度高、線性范圍寬、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)。廣西師范大學(xué)的李梅等［6］利用富含G堿基的DNA在血紅素和K+存在下，形成G-四鏈體結(jié)構(gòu)并表現(xiàn)出過氧化物酶活性的特點(diǎn)，結(jié)合DNA鏈置換反應(yīng)和核酸內(nèi)切酶的置換反應(yīng)，構(gòu)建了一種基于DNA鏈體脫氧核酶DNA鏈置換反應(yīng)和核酸內(nèi)切酶輔助信號放大的G-四鏈體脫氧核酶(DNAzyme)的催化發(fā)光檢測腺苷的新方法。該方法靈敏度高、選擇性好、檢測限量為0．5μmol/L，用于人血清中腺苷的檢測效果良好。

1．4南海紅樹林真菌Fusariumsp．301次級代謝產(chǎn)物研究紅樹林生態(tài)系統(tǒng)是一種分布在熱帶、亞熱帶潮間帶具有海洋環(huán)境特有森林類型的木本植物群落，其特殊環(huán)境孕育出的紅樹林內(nèi)生真菌是此生態(tài)系統(tǒng)的主要降解者，也是海洋真菌的第二大生態(tài)群落［7］。從1994年至今，國內(nèi)外對海洋真菌次級代謝產(chǎn)物的研究表明，紅樹林內(nèi)生真菌的次級代謝中含有極其豐富的結(jié)構(gòu)新穎且在抗腫瘤、抗氧化、抗真菌、細(xì)菌等藥理方面表現(xiàn)出良好活性的化合物。海洋真菌活性代謝產(chǎn)物已經(jīng)成為重要的新型藥物來源之一。為了尋找結(jié)構(gòu)新穎且具有藥理活性的海洋真菌次級代謝產(chǎn)物，中山大學(xué)的方平等［8］對一株采自?？谕┗涞募t樹林內(nèi)生菌Fusariumsp．301次級代謝產(chǎn)物，根據(jù)化合物的理化性質(zhì)、采用正反相硅膠、凝膠柱層析法和高效液相色譜法對其次級代謝產(chǎn)物進(jìn)行分離純化，通過波譜解析以及文獻(xiàn)數(shù)據(jù)對照的方法，分離得到并確定了5個(gè)鏈紅菌素類化合物的結(jié)構(gòu)。該研究將在生命科學(xué)、生物學(xué)及醫(yī)藥學(xué)中得到廣泛應(yīng)用。

1．5鹽酸氨溴索的電化學(xué)氧化作用鹽酸氨溴索(AMB)，trans-4-［(2-氨基-3，5-二溴芐基)氨基］環(huán)己醇鹽酸鹽，是治療呼吸系統(tǒng)疾病的一種特效藥物。它對活性自由基(ROS)有不同的清除能力，對羥基自由基(HO•)的清除能力強(qiáng)，對超氧陰離子(O2－)弱，對過氧化氫(H2O2)很少或沒有作用。因此研究AMB的氧化作用和過程對了解AMB的生化過程很有意義。為此西北大學(xué)的孫杰娟等［9］在酸性水溶液中，研究了鹽酸氨溴索(AMB)的伏安行為，參照取代苯胺的伏安特性，說明了AMB的氧化機(jī)理。該研究將在生命科學(xué)、醫(yī)藥學(xué)的研究中得到應(yīng)用。

2現(xiàn)代有機(jī)及生物分析在有機(jī)物分析分離科學(xué)中的應(yīng)用

2．1殼聚糖衍生化杯［4］芳烴鍵合硅膠固定相對八種單取代苯的分離及分析殼聚糖大分子中有活潑的羥基和氨基，具有較強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)能力和生物相容性;杯芳烴的孔腔大小可調(diào)，構(gòu)象和取代基可以人為控制。鄭州大學(xué)的盧靜等［10］利用二者的優(yōu)點(diǎn)將其結(jié)合制備了一種新型固定相并對八種單取代苯進(jìn)行了分離分析研究。他們的做法是采用自制殼聚糖衍生化杯［4］芳烴鍵合硅膠固定相(CBS4)，對8種單取代苯(苯胺、苯甲醛、苯酚、甲苯、氯苯、溴苯、碘苯、丁苯)進(jìn)行了分離、熱力學(xué)、疏水作用的研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，8種單取代苯在CBS4上分離時(shí)間短，分離效果好，符合反相色譜機(jī)理;分析物的保留時(shí)間會隨柱溫的增加而減小;疏水作用在分離單取代苯時(shí)起著重要作用。該研究將在分析分離科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生物學(xué)中得到應(yīng)用。

2．2Cu2+-羧甲司坦絡(luò)合物的光譜特征及其應(yīng)用羧甲司坦為一種黏痰調(diào)節(jié)劑，用于治療支氣管炎、支氣管哮喘等疾病引起的痰液黏稠，咳出困難者，但用量過大會有醫(yī)療副作用。為此廣西大學(xué)的林瑜等［11］根據(jù)羧甲司坦分子結(jié)構(gòu)特征，推測其分子應(yīng)該具有與金屬離子絡(luò)合的條件。通過紫外可見分光光度法考察了羧甲司坦與各種金屬離子絡(luò)合的可能性。他們的研究發(fā)現(xiàn)，羧甲司坦與Cu2+可以形成穩(wěn)定絡(luò)合物，該絡(luò)合物在237nm處有一個(gè)最大特征吸收峰。確定了絡(luò)合物的絡(luò)合比羧甲司坦Cu2+為2∶1，絡(luò)合物穩(wěn)定常數(shù)為4．98×109，在237nm處絡(luò)合物的摩爾吸光系數(shù)最大為4．74×103L/(mol•cm)建立了基于Cu2+絡(luò)合的紫外分光光度法定量測定羧甲司坦的新方法。該方法簡單、快速、靈敏、準(zhǔn)確，且成功的應(yīng)用于藥廠的產(chǎn)品分析，結(jié)果與標(biāo)量相符合。

3結(jié)束語

篇3

【關(guān)鍵詞】生物醫(yī)學(xué)工程普通化學(xué)課程教學(xué)改革

【中圖分類號】G【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2012）10C-0135-02

一、生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的特點(diǎn)

生物醫(yī)學(xué)工程旨在運(yùn)用工程技術(shù)的原理和方法，研究和解決生物學(xué)和醫(yī)學(xué)問題的新興、邊緣、交叉學(xué)科。其主要任務(wù)是：從工程學(xué)角度研究、解釋生物體特別是人體的生理、病理變化過程。其主要研究方向包括：生物系統(tǒng)的建模與仿真、生物醫(yī)學(xué)信號的檢測與分析、生物醫(yī)學(xué)成像和圖像處理、電磁場生物效應(yīng)、腦科學(xué)與認(rèn)知、人工器官以及相關(guān)的醫(yī)療設(shè)備的研制等。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)是醫(yī)療衛(wèi)生健康、保健性產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)和動(dòng)力，它所帶動(dòng)的產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，世界各國都在不斷加大對生物醫(yī)學(xué)工程的投入。經(jīng)過本專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生，不僅應(yīng)能夠在醫(yī)學(xué)中較熟練地運(yùn)用電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，而且還應(yīng)具備生物科學(xué)理論基礎(chǔ)以及醫(yī)工結(jié)合的研究和實(shí)驗(yàn)技能，以及醫(yī)療電子設(shè)備、醫(yī)學(xué)信息處理的初步開發(fā)、研究、應(yīng)用、維護(hù)和管理能力。本專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生擇業(yè)面寬，就業(yè)適應(yīng)能力強(qiáng)。畢業(yè)生既可以在醫(yī)療儀器行業(yè)從事新產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用，又可以在醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程部門比如醫(yī)學(xué)儀器、醫(yī)學(xué)影像設(shè)備與技術(shù)，國家技術(shù)監(jiān)督部門，以及其他電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息產(chǎn)業(yè)等部門從事研究、開發(fā)、維護(hù)與維修、教學(xué)及管理等方面的工作。此外，本專業(yè)的學(xué)生還可以進(jìn)入生物醫(yī)學(xué)工程、電子信息工程、通信工程與技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)等方向繼續(xù)深造。生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)培養(yǎng)要求知識方面：打好堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、外語、計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)和電子技術(shù)的基礎(chǔ)，掌握寬厚的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)知識，具備寬廣而深遠(yuǎn)的科技視野、強(qiáng)烈的求知欲望、事業(yè)心和創(chuàng)新意識。

二、普通化學(xué)課程及其教學(xué)的基本要求

（一）課程的地位、性質(zhì)和任務(wù)

化學(xué)是在原子、分子層次上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律的一門科學(xué)。在解決人類最關(guān)心的環(huán)境、材料、能源、醫(yī)藥保健、糧食增產(chǎn)、資源利用等問題中，化學(xué)科學(xué)處于中心地位。而普通化學(xué)則是化學(xué)的導(dǎo)言，它包含了現(xiàn)代化學(xué)的基本理論、基礎(chǔ)知識和基本技能，是現(xiàn)代大學(xué)生應(yīng)該普遍掌握的自然科學(xué)基礎(chǔ)知識的重要部分，是高等院校非化學(xué)專業(yè)必修的一門重要的基礎(chǔ)課。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生在一定程度上掌握一些必需的近代化學(xué)基本理論、基本知識和基本技能，并了解這些理論、知識和技能在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域中的應(yīng)用；培養(yǎng)學(xué)生具有應(yīng)用化學(xué)觀點(diǎn)分析生活、生產(chǎn)中的一些簡單的化學(xué)問題的初步能力；為今后的專業(yè)學(xué)習(xí)和工作打下一定的化學(xué)知識基礎(chǔ)。

（二）課程教學(xué)的基本要求

通過對普通化學(xué)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、化學(xué)平衡以及原子、分子結(jié)構(gòu)等方面的基本理論和基礎(chǔ)知識；掌握一定的元素化合物的基本知識；掌握重要的有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)、性能以及一些重要的有機(jī)合成反應(yīng)；掌握分析化學(xué)基本原理和一些重要的化學(xué)、儀器分析方法；并了解化學(xué)在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)、新材料的研究與應(yīng)用、能源開發(fā)與利用以及生命科學(xué)研究等領(lǐng)域的作用，為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)課程打下化學(xué)理論基礎(chǔ)。

三、普通化學(xué)教學(xué)改革的具體措施

（一）修改教學(xué)大綱

應(yīng)根據(jù)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的培養(yǎng)方案，修改普通化學(xué)的教學(xué)大綱，并將本課程分為理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)。理論課時(shí)為32學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)為16學(xué)時(shí)。首先從普通化學(xué)課程的地位、性質(zhì)和任務(wù)來定位。普通化學(xué)則是化學(xué)的導(dǎo)言，它包含現(xiàn)代化學(xué)的基本理論、基礎(chǔ)知識和基本技能，使學(xué)生掌握化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、化學(xué)平衡；掌握一定的元素化合物的基本知識；掌握重要的有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)、性能以及一些重要的有機(jī)合成反應(yīng)；掌握分析化學(xué)基本原理和一些重要的化學(xué)、儀器分析方法；并了解化學(xué)在生物醫(yī)學(xué)以及生命科學(xué)研究等領(lǐng)域的作用，為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)課程打下化學(xué)理論基礎(chǔ)。

為了培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，應(yīng)讓學(xué)生熟悉化學(xué)實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)室的基本規(guī)則；培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、正確記錄和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的習(xí)慣；了解常用化學(xué)儀器的性能、使用和維護(hù)方法。同時(shí)，應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，正確書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力；促使學(xué)生逐漸養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、實(shí)事求是的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和工作作風(fēng)，并初步具有獨(dú)立思考、獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以及獨(dú)立分析、綜合問題的能力，從而為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和進(jìn)一步的科學(xué)研究打下基礎(chǔ)。主要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如下：玻璃工操作實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）；離解平衡與沉淀一溶解平衡（2學(xué)時(shí)）；銅、鋅、銀、鎘及其離子的鑒定（2學(xué)時(shí)）；烴的性質(zhì)和鑒定（2學(xué)時(shí)）；粗鹽的提純（4學(xué)時(shí)）。

值得注意的是，理論教學(xué)大綱和實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱的修訂，應(yīng)體現(xiàn)專業(yè)特色明確、重點(diǎn)突出、思路清晰的教學(xué)思路。

（二）探索新的教學(xué)方法

1.理論聯(lián)系實(shí)際。普通化學(xué)是非化學(xué)化工類專業(yè)學(xué)生開設(shè)的一門基礎(chǔ)化學(xué)課，主要介紹化學(xué)學(xué)科基本情況，化學(xué)各個(gè)分支對社會發(fā)展的作用，化學(xué)學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢，化學(xué)與其他自然科學(xué)、工程技術(shù)學(xué)科的關(guān)系。因此，普通化學(xué)課程知識點(diǎn)多、內(nèi)容復(fù)雜、概念跨度大，需要與學(xué)生所學(xué)專業(yè)及實(shí)際情況有機(jī)結(jié)合起來。然而，在教學(xué)實(shí)踐中，本課程的教學(xué)課時(shí)不足，教學(xué)過程中，化學(xué)理論和化學(xué)與專業(yè)結(jié)合選擇是，教師往往容易顧此失彼，使化學(xué)教學(xué)演變成一堆化學(xué)名詞和專業(yè)術(shù)語的堆積，枯燥乏味。同時(shí)，學(xué)生重視度不夠、學(xué)習(xí)興趣不濃。但是化學(xué)知識在各種領(lǐng)域中不斷滲透，在日常社會生活中起著越來越重要的作用。面對實(shí)際問題，針對生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)特點(diǎn)，在教學(xué)過程中，教師可首先和學(xué)生進(jìn)行討論，解決如下問題：（1）學(xué)習(xí)的原動(dòng)力。（2）學(xué)習(xí)的方法和習(xí)慣；告訴大學(xué)課程內(nèi)容多，上課進(jìn)度快、信息量大，并且輔導(dǎo)課和習(xí)題課少，要掌握好學(xué)習(xí)方法；設(shè)計(jì)了從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一引發(fā)思考一理論內(nèi)容一實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一在線測試的教學(xué)路線。（3）學(xué)習(xí)精神，只有更加刻苦才有可能適應(yīng)大學(xué)階段的學(xué)習(xí)。通過討論和示范，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以求達(dá)到最佳教學(xué)效果。

將普通化學(xué)中基礎(chǔ)部分的講授與中學(xué)化學(xué)教學(xué)良好接軌，在上課時(shí)首先回顧一下中學(xué)化學(xué)相關(guān)知識點(diǎn)，再引入新的知識點(diǎn)。在講例題的采用為“先示例、后解析”的方式。上實(shí)驗(yàn)課，采用實(shí)驗(yàn)前提問和預(yù)習(xí)，代替實(shí)驗(yàn)課先講實(shí)驗(yàn)原理和步驟的方式，要求、鼓勵(lì)學(xué)生預(yù)習(xí)和思考。在指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)時(shí)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，引導(dǎo)學(xué)生深入思考。建議學(xué)校平時(shí)適當(dāng)開放實(shí)驗(yàn)室，為對化學(xué)感興趣的學(xué)生提供實(shí)際操作平臺。鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)個(gè)人興趣參加項(xiàng)目創(chuàng)新活動(dòng)，和指導(dǎo)教師一起選題，查閱文獻(xiàn)，學(xué)習(xí)相關(guān)知識，進(jìn)行科研活動(dòng)。當(dāng)然，也可結(jié)合其他課外科技活動(dòng)展開教學(xué)。

2引入實(shí)例。在實(shí)際的教學(xué)過程中，針對生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)特點(diǎn)，可適當(dāng)引入生活和專業(yè)應(yīng)用中的具體實(shí)施例。課堂講授時(shí)，利用具體實(shí)例，引入每一章節(jié)內(nèi)容，再將每一章節(jié)的重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容在學(xué)生深入挖掘的基礎(chǔ)上，將內(nèi)容分解成若干小問題或?qū)⑷舾上嚓P(guān)小問題合并起來，指導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想、討論思考、聯(lián)想歸納、比較總結(jié)本課程的目標(biāo)是系統(tǒng)講授化學(xué)基本理論和知識，加強(qiáng)基礎(chǔ)，提煉基本，按需拓寬，注重實(shí)踐性和應(yīng)用性。

在講到酸堿時(shí)，可把知識點(diǎn)延伸，把電子舌知識和酸堿性結(jié)合起來。電子舌測量酸味時(shí)就是利用酸性，檢測出酸的濃度，也就是將酸的濃度通過化學(xué)傳感器轉(zhuǎn)化為可檢測的信號，信號的強(qiáng)弱就能反映酸的濃度。同樣，電子舌檢測其他味覺，就是將其味覺物質(zhì)，通過化學(xué)傳感器轉(zhuǎn)化為可檢測的信號，通過信號的強(qiáng)弱來反映味覺物質(zhì)的含量，進(jìn)一步體現(xiàn)味道的內(nèi)涵。

可引入直觀形象的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)畫效果，加強(qiáng)學(xué)生對反應(yīng)機(jī)理和抽象概念的理解；同時(shí)，可采用動(dòng)態(tài)圖表，充分發(fā)揮各類圖形的優(yōu)勢。

3.突出重點(diǎn)，擴(kuò)大信息量。根據(jù)培養(yǎng)方案和生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的特點(diǎn)，可將下列內(nèi)容列為普通化學(xué)的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：熱力學(xué)的基本概念；蓋斯定律和標(biāo)準(zhǔn)生成焓、標(biāo)準(zhǔn)熵、標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能計(jì)算方法；化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判??；化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡移動(dòng)的規(guī)律及有關(guān)計(jì)算；分散體系的概念及分類；溶液的依數(shù)性；膠體分散體系的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)；弱酸、弱堿解離平衡；溶度積規(guī)則和溶解平衡；電極電勢的概念；用電極電勢的數(shù)據(jù)判斷氧化劑和還原劑的相對強(qiáng)弱及氧化還原反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向和程度；配位體的相關(guān)概念及命名規(guī)則；核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性；四個(gè)量子數(shù)的取值及物理意義。教學(xué)難點(diǎn)為：化學(xué)反應(yīng)等溫方程式的應(yīng)用；相似相溶液原理；能斯特方程式的應(yīng)用；吉布斯自由能變、原電池電動(dòng)勢、氧化還原反應(yīng)平衡常數(shù)的關(guān)系。根據(jù)重點(diǎn)和難點(diǎn)，可采取理論講解、PPT、板書和學(xué)生互動(dòng)相結(jié)合的教學(xué)模式，講解后再讓學(xué)生來回答問題，加深學(xué)生對重點(diǎn)知識點(diǎn)的印象與理解，在原有知識點(diǎn)的基礎(chǔ)上擴(kuò)大信息量。

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【關(guān)鍵詞】：滲透 物理 化學(xué) 同位素示蹤法 光學(xué)知識

自然界是一個(gè)相互聯(lián)系的、統(tǒng)一的有機(jī)整體，生物學(xué)與物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)等各門學(xué)科之間也是相互聯(lián)系、縱橫貫通的。因此必須加強(qiáng)學(xué)科間的橫向聯(lián)系，這樣有利于打破因單學(xué)科教學(xué)而造成的知識、思想的禁錮，解決多學(xué)科之間交叉滲透的一些問題.現(xiàn)代生物學(xué)研究需要大量運(yùn)用物理、化學(xué)等學(xué)科的知識和方法。因此，教師在生物教學(xué)中，要加強(qiáng)學(xué)生生物學(xué)科與其他學(xué)科，特別是理化學(xué)科之間的聯(lián)系。培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，有利于高素質(zhì)人才的培養(yǎng)。

一、生物與化學(xué)的滲透

高中生物內(nèi)容與化學(xué)有著高度的雙向滲透性（在大學(xué)中甚至就有一門生化學(xué)科）。在教材中，幾乎每一章都滲透著化學(xué)知識，一些生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)原理都是建立在一定的化學(xué)知識上。這些知識是理解生命現(xiàn)象的基礎(chǔ)。但是由于高中生物教材與化學(xué)教材知識點(diǎn)存在脫節(jié)。對于高一學(xué)生而言，高中生物最初一段時(shí)間所學(xué)的知識如：蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸及肽鍵的分子結(jié)構(gòu)等知識都難以理解及記憶。因此我上高一課的時(shí)候，對一些化學(xué)知識進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕忉?、補(bǔ)充。并且安慰學(xué)生生物學(xué)在開始時(shí)較難理解與記憶，萬事開頭難吧。以后的知識點(diǎn)好學(xué)多了，以防止學(xué)生一開始就失去學(xué)生物的信心和興趣。與化學(xué)知識的聯(lián)系滲透的例子主要有：

1.生物組織中的還原糖、蛋白質(zhì)和脂肪的鑒定原理與化學(xué)知識。

在化學(xué)學(xué)科中學(xué)過、做過許多物質(zhì)的鑒定實(shí)驗(yàn)，其原理大多是利用被鑒定的物質(zhì)與所用的化學(xué)試劑發(fā)生顏色反應(yīng)，或者產(chǎn)生沉淀。我們生物學(xué)上物質(zhì)鑒定也利用此原理：如某些化學(xué)試劑能夠使生物組織（如花生的子葉）的某些有機(jī)化合物產(chǎn)生特定的顏色反應(yīng)。

例如：①可溶性還原糖+ 斐林試劑（水浴加熱）磚紅色沉淀。

②脂肪 + 蘇丹Ⅲ染液（顯微鏡觀察）橘黃色。

③蛋白質(zhì) + 雙縮脲試劑（要先加NaOH 溶液創(chuàng)造堿性環(huán)境再加CuSO4 溶液）紫色反應(yīng)。

高一學(xué)生對什么是還原糖、蛋白質(zhì)和脂肪還不是很了解，因此先通過直觀的實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)他們學(xué)習(xí)生物的興趣。了解生物學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)的科學(xué)。

2.蛋白質(zhì)、核酸、糖類和脂質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與化學(xué)知識。

還是由于高中生物教材與化學(xué)教材知識存在脫節(jié)，高一學(xué)生有機(jī)化學(xué)還沒有學(xué)習(xí)。因此許多學(xué)生對氨基酸、核苷酸和多肽等結(jié)構(gòu)難以理解。教師除要把有關(guān)知識講透，還是要讓學(xué)生了解教材知識的脫節(jié)問題，以提振學(xué)生的信心。

3.同位素示蹤法在生物科學(xué)中的應(yīng)用與滲透。

高一學(xué)生對放射性同位素的概念還不了解，應(yīng)適當(dāng)加以介紹：同位素示蹤劑對研究對象進(jìn)行標(biāo)記， 可以利用放射性探測技術(shù)來跟蹤，判斷放射性原子通過什么路徑，運(yùn)動(dòng)到哪里去，以及分布情況等。用于示蹤技術(shù)的同位素一般是構(gòu)成細(xì)胞化合物的重要元素。例如3H、15N、18O、32P和35S等。在生物科學(xué)的許多實(shí)驗(yàn)中廣泛使用。如：

①分泌蛋白在細(xì)胞中合成部位及運(yùn)輸方向?？茖W(xué)家用3H標(biāo)記的亮氨酸注射豚鼠的胰臟腺泡細(xì)胞中，觀察放射性同位素的轉(zhuǎn)移情況。從而得到是按照：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體細(xì)胞膜的方向運(yùn)輸?shù)摹?/p>

②光合作用中氧氣的來源。1939年，魯賓和卡門研究光合作用中釋放的氧到底是來自于水，還是來自于二氧化碳。他們用氧的同位素18O標(biāo)記H218O和C18O2，做兩組光合作用的實(shí)驗(yàn)，最終證明了光合作用中釋放的氧全部來自水。

③ 噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)。1952年赫爾希和蔡斯用被35S（只標(biāo)記蛋白質(zhì)）和32P（只標(biāo)記DNA）標(biāo)記的噬菌體分別去侵染未標(biāo)記的細(xì)菌，然后測定子代噬菌體中含放射性同位素的情況，而得到DNA是遺傳物質(zhì)。

此外，在研究光合作用的暗反應(yīng)（卡爾文循環(huán)）、DNA分子半保留復(fù)制的確認(rèn)及胚胎發(fā)育的過程等方面也運(yùn)用到此化學(xué)知識。

二、與物理學(xué)的滲透

高中生物內(nèi)容與物理也有著高度的雙向滲透性，在《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》所列的具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中，許多都涉及物理學(xué)知識。例如，“使用顯微鏡觀察有絲分裂的細(xì)胞”應(yīng)用了光學(xué)知識；在 “葉綠體色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)中也涉及光譜的知識；而“神經(jīng)沖動(dòng)的產(chǎn)生和傳導(dǎo)”則要物理學(xué)上的關(guān)于電勢差的內(nèi)容。當(dāng)然，在各個(gè)版本教材中，還可能涉及其他的物理學(xué)知識。這些物理學(xué)的知識對于學(xué)生學(xué)習(xí)生物有著重要的促進(jìn)作用。下面對涉及到的主要物理學(xué)知識做一簡介。

1.與光學(xué)的聯(lián)系：

①光學(xué)知識和顯微鏡

顯微鏡是生物實(shí)驗(yàn)常用的儀器之一。在初中階段，學(xué)生已經(jīng)使用過顯微鏡，并在生物和物理教材中，對顯微鏡的結(jié)構(gòu)和原理做了簡單的描述。在高中階段，進(jìn)一步要求學(xué)生使用高倍顯微鏡來觀察各種細(xì)胞及結(jié)構(gòu)。（如：花生子葉中脂肪的檢測和觀察、觀察有絲分裂的細(xì)胞等實(shí)驗(yàn)）。 而顯微鏡的工作原理就涉及到物理學(xué)知識?？梢越o有興趣的同學(xué)提供有關(guān)材料或進(jìn)行講座。

②光學(xué)知識和色素

必修第一冊課本P100的例題：海洋中的藻類植物習(xí)慣上依其顏色分為綠藻、褐藻（如：海帶）和紅藻（如：紫菜），它們在海水中的垂直分布依次是淺、中、深，這與光能的捕獲有什么關(guān)系？要解釋好本題就得讓學(xué)生先了解有關(guān)光學(xué)的知識。

在光合作用“葉綠體色素的提取和分離”中也涉及到光譜的知識；在光合作用的研究史上，美國科學(xué)家恩吉爾曼的實(shí)驗(yàn)就是利用光通過棱鏡時(shí)的色散，得到葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光。

③ X射線衍射圖和DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的提出

必修二在介紹DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的提出時(shí)，出示一張富蘭克林使用X射線拍的DNA分子的衍射圖，但對這張照片是如何獲得、什么意思則沒有做說明。如果要了解這張圖，就需要物理學(xué)上，關(guān)于光的衍射的知識。其實(shí)從1951年開始，富蘭克林、威爾金斯就研究DNA對X射線的衍射，獲得了一系列DNA的X射線衍射圖譜，沃森和克里克則是根據(jù)這些圖譜、數(shù)據(jù)提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。從而奠定了現(xiàn)代分子生物學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)，開辟了生命科學(xué)的新紀(jì)元。

當(dāng)然在生物教材中還有許多與物理學(xué)的滲透點(diǎn)。利用物理因素（X射線、紫外線）提高了基因的突變率；有氧呼吸、無氧呼吸的能量轉(zhuǎn)換效率要聯(lián)系的熱力學(xué)第二定律等等。

正因?yàn)樯锟茖W(xué)與物理、化學(xué)等多學(xué)科知識的高度雙向滲透，高中生物教材中，幾乎每一章都滲透著物理、化學(xué)的知識，這些知識又是理解生命現(xiàn)象的基礎(chǔ)。因此要讓學(xué)生形成各學(xué)科間融會貫通的知識體系；培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力和創(chuàng)造力，從而造就高素質(zhì)的人才。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：原子力顯微鏡 探針 RNA聚合酶 分子間相互作用

一、原子力顯微鏡（AFM）簡介

原子力顯微鏡（AFM）有兩種類型：接觸式和非接觸式，分別基于排斥作用和吸引作用。原子力顯微鏡（AFM）試驗(yàn)中，探針尖端近似為顯微球，則針尖與樣品表面間的作用力為：F（Z）=2πR0B/3Z3其中Z為針尖與樣品之間的距離，R0為近似顯微球針尖的半徑，B為一個(gè)與物體介電常數(shù)有特殊關(guān)系的常量。原子力顯微鏡（AFM）探針安裝在一個(gè)靈活的懸臂上，激光二極管發(fā)出的一束激光經(jīng)懸臂反射后，打在一個(gè)分裂式光電二極管上，當(dāng)探針在樣品表面掃描時(shí)，由于樣品表面原子結(jié)構(gòu)起伏不平，懸臂也就隨之起伏，于是激光束的反射也就起伏。光電二極管將其接收、放大，即可獲得樣品表面凹凸信息的原子結(jié)構(gòu)圖像。原子量級的表面形態(tài)記錄是原子力顯微鏡（AFM）特有的性能。

二、原子力顯微鏡（AFM）的技術(shù)特點(diǎn)

原子力顯微鏡（AFM）本身的優(yōu)勢是其在生物學(xué)中得以迅速發(fā)展的主要原因。首先，原子力顯微鏡（AFM）技術(shù)的樣品制備簡單，無需對樣品進(jìn)行特殊處理，因此，其破壞性較其它生物學(xué)常用技術(shù)（如電子顯微鏡）要小得多；第二，原子力顯微鏡（AFM）能在多種環(huán)境（包括空氣、液體和真空）中運(yùn)作，生物分子可在生理?xiàng)l件下直接成像，也可對活細(xì)胞進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀察；第三，原子力顯微鏡（AFM）能提供生物分子和生物表面的分子/亞分子分辨率的三維圖像；第四，原子力顯微鏡（AFM）能以納米尺度的分辨率觀察局部的電荷密度和物理特性，測量分子間（如受體和配體）的相互作用力；第五，原子力顯微鏡（AFM）能對單個(gè)生物分子進(jìn)行操縱；另外，由原子力顯微鏡（AFM）獲得的信息還能與其它的分析技術(shù)和顯微鏡技術(shù)互補(bǔ)。

原子力顯微鏡（AFM）還具有對標(biāo)本的分子或原子進(jìn)行加工的能力，例如，可搬移原子，切割染色體，在細(xì)胞膜上打孔等等。綜上所述，原子級的高分辨率、觀察活的生命樣品和加工樣品的力行為成就了原子力顯微鏡的三大特點(diǎn)。

三、使用原子力顯微鏡（AFM）研究生化過程

原子力顯微鏡（AFM）能對轉(zhuǎn)錄的過程進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，在加入核苷酸后，沉積到云母上的延長復(fù)合物沿著DNA模板單向移動(dòng)。兩個(gè)對照實(shí)驗(yàn)證實(shí)RNAP與DNA的相對移動(dòng)與轉(zhuǎn)錄的實(shí)際情況相符。通過PAGE對反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行分析，結(jié)果顯示與云母結(jié)合的復(fù)合物具有活性，而且轉(zhuǎn)錄的速度與用原子力顯微鏡（AFM）測得的近似生物分子的構(gòu)象改變也是原子力顯微鏡（AFM）的重要觀察內(nèi)容。將尿素酶沉積到云母上并用原子力顯微鏡（AFM）掃描，在液池中加入尿素后發(fā)現(xiàn)，懸臂的垂直波動(dòng)明顯增加，這提示由酶活動(dòng)引起的構(gòu)象改變能直接通過原子力顯微鏡（AFM）記錄下來。

原子力顯微鏡（AFM）在研究分子識別中的應(yīng)用分子間的相互作用在生物學(xué)領(lǐng)域中相當(dāng)普遍，例如受體和配體的結(jié)合，抗原和抗體的結(jié)合，信息傳遞分子間的結(jié)合等，是生物體中信息傳遞的基礎(chǔ)。原子力顯微鏡（AFM）可作為一種力傳感器來研究分子間的相互作用。生物素（biotin）和抗生物素蛋白鏈菌素（streptavidin）間有高親和力，其相互作用的熱力學(xué)數(shù)據(jù)也較為清楚。因而，生物素和抗生物素蛋白鏈菌素是原子力顯微鏡（AFM）測定特異相互作用力的良好典型。

原子力顯微鏡（AFM）在物質(zhì)超微結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用： 原子力顯微鏡（AFM）可以直接觀察到表面缺陷、表面重構(gòu)、 表面吸附體的形態(tài)和位置、以及有表面吸附體引起的表面重構(gòu)等。原子力顯微鏡（AFM）可以觀察許多不同材料的原子級平坦結(jié)構(gòu)，例如，可以用原子力顯微鏡（AFM）對DL-亮氨酸晶體進(jìn)行研究，可觀察到表面晶體分子的有序排列，其晶格間距與X射線衍射數(shù)據(jù)相符。已有文獻(xiàn)報(bào)道了關(guān)于采用原子力顯微鏡（AFM）對APA薄膜的表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究的內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)了APA表面的特殊結(jié)構(gòu)，從而揭示了APA表面超微結(jié)構(gòu)對半滲透性的重要意義。目前，利用原子力顯微鏡（AFM）已獲得了DNA、透析薄膜、烷烴分子、脂肪酸薄膜以及多糖等的超微結(jié)構(gòu)的圖象。

四、原子力顯微鏡（AFM）在細(xì)胞檢測的應(yīng)用

應(yīng)用原子力顯微鏡（AFM）可研究活細(xì)胞或固定細(xì)胞如紅細(xì)胞、白細(xì)胞、細(xì)菌、血小板、心肌細(xì)胞、活腎上皮細(xì)胞及神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的動(dòng)態(tài)行為。原子力顯微鏡（AFM）對體外動(dòng)態(tài)細(xì)胞的分析具有非凡的能力。這些研究大都把樣品直接放置在玻片上，不需要染色和固定，樣品制備和操作環(huán)境相當(dāng)簡單。用免疫膠體金標(biāo)記細(xì)胞膜則打開了細(xì)胞表面抗原高分辨定位之門。原子力顯微鏡（AFM）細(xì)胞成像如：用原子力顯微鏡（AFM）研究活腎上皮細(xì)胞，可在漿膜小斑上以50nm的分辨率觀察細(xì)胞骨架元素、漿膜淺凹和膜結(jié)合絲。用原子力顯微鏡（AFM）觀察血小板的運(yùn)動(dòng)，可看到微絲結(jié)構(gòu)、顆粒傳輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)外側(cè)及活化中細(xì)胞成份的再分配。游走上皮細(xì)胞的漿膜可用原子力顯微鏡（AFM）實(shí)時(shí)成像。

五、應(yīng)用前景

原子力顯微鏡（AFM）現(xiàn)已成為一種獲得樣品表面結(jié)構(gòu)高分辨率圖像的有力工具。而更為吸引人的是其觀察生化反應(yīng)過程及生物分子構(gòu)象變化的能力。因此，原子力顯微鏡（AFM）在生物學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用前景毋庸置疑。而對于原子力顯微鏡（AFM）技術(shù)本身，以下幾個(gè)方面的進(jìn)展將更加有利于它在生物學(xué)中的應(yīng)用。大多數(shù)生物反應(yīng)過程相當(dāng)快速，原子力顯微鏡（AFM）時(shí)間分辨率的提高有助于這些過程的觀察。高分辨率是原子力顯微鏡的優(yōu)勢。其分辨率在理論上能達(dá)到原子水平，但目前還沒有實(shí)現(xiàn)，如何作出更細(xì)的針尖將有助于其分辨率的進(jìn)一步提高。而隨著樣品制備技術(shù)的完善，原子力顯微鏡（AFM）必將成為生物學(xué)領(lǐng)域中一種常規(guī)的研究工具。

參考文獻(xiàn)：

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[2]Thomas E Fisher Andres F Oberhanser， The study of protein mechanics with the atomic force microscope， Biochemical sciences 1999 volume：24 issue：10 379-384

[3]李鴻業(yè)夏國偉原子力顯微鏡及其在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用，濱州醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)。1997年第20卷第6期：615-617

[4]劉麗麗王金華劉安偉原子力顯微鏡對APA生物薄膜超微結(jié)構(gòu)的研究，中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào)。1999年第18卷第1期：30-34

[5]戴燕張平城等人免疫球蛋白G的原子力顯微鏡觀察，中國免疫學(xué)雜志。1995年第 11卷1期：45-47

[6]鄧國宏徐啟旺等細(xì)菌波動(dòng)生長過程的原子力顯微鏡觀察，第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)。2000年第22卷11期：1111-1112

篇6

關(guān)鍵詞：生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)；概念；歷史；進(jìn)展

收稿日期：2011-06-16

作者簡介：王振興（1984―），男，黑龍江齊齊哈爾人，福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院碩士研究生。

中圖分類號：F590文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-9944（2011）07-0195-02

1生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)概念

生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)（ecological stoichiometry）結(jié)合了生物學(xué)、化學(xué)和物理學(xué)等基本原理,包括了生態(tài)學(xué)和化學(xué)計(jì)量學(xué)的基本原理,考慮了熱力學(xué)第一定律、生物進(jìn)化的自然選擇原理和分子生物學(xué)中心法則的理論,是研究生物系統(tǒng)能量平衡和多重化學(xué)元素（主要是碳、氮、磷）平衡的科學(xué),以及元素平衡對生態(tài)交互作用影響的一種理論,這一研究領(lǐng)域使得生物學(xué)科不同層次（分子、細(xì)胞、有機(jī)體、種群、生態(tài)系統(tǒng)和全球尺度）的研究理論能夠有機(jī)地統(tǒng)一起來［1］。

2生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)小史

1862年李比希提出的最小因子定律（Liebig's law of the minimum）,這個(gè)理論認(rèn)為低于某種生物需要的最少量的任何特定因子,是決定該種生物生存和分布的根本因素。這個(gè)定律闡述的精華就是生物體中元素的組成平衡對于生物體生長是非常重要的。李比希認(rèn)為化學(xué)在動(dòng)物和植物生理學(xué)研究中具有不可替代的地位,許多生命有機(jī)體對于貧瘠環(huán)境的適應(yīng)的研究以此為基礎(chǔ)產(chǎn)開,大量證據(jù)表明,限制性元素的含量不同會影響有機(jī)體元素的組成。

1925年,Lotka首先將物理-化學(xué)系統(tǒng)熱力學(xué)定律與生物世界相聯(lián)系起來,著成了《物理生物學(xué)的基礎(chǔ)》（Elements of Physical Biology） 一書,提出了一個(gè)重要的模型s捕食者-獵物相互作用模型,這個(gè)模型定量闡述了生物之間的相互作用關(guān)系。許多生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)理論由于他的思想的影響得到了廣泛的完善和發(fā)展。1958年,哈佛大學(xué)的A.Redfiel首次提出了Redfield比率:海洋浮游生物的C、N、P有特定的組成,摩爾比為106:16:1,后人認(rèn)為這個(gè)比率不是不變的,而是受海洋環(huán)境和生物相互作用的調(diào)節(jié)。這個(gè)假設(shè)的提出極大發(fā)展了海洋生物地球化學(xué)研究。

1986年Reiners 集合前人的研究結(jié)果,提出了化學(xué)計(jì)量學(xué)理論在生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用,并且結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)理論提出了生態(tài)學(xué)研究的理論模型。

自Reiners提出生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué),拉開了化學(xué)計(jì)量學(xué)在生態(tài)學(xué)中應(yīng)用的序幕,科學(xué)家們在20多年的時(shí)間內(nèi)取得了矚目的成績。研究結(jié)果顯示,不僅群落結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)、物種共生、營養(yǎng)級動(dòng)態(tài)、生物的養(yǎng)分限制受生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的影響,生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)與供求平衡和全球生物地球化學(xué)循環(huán)等關(guān)系也受生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的制約。因此,生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)成了探索從個(gè)體到生態(tài)系統(tǒng)的統(tǒng)一化的一個(gè)重要理論,成為連接分子、細(xì)胞、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)等不同尺度生物學(xué)研究的新工具,為研究營養(yǎng)級動(dòng)態(tài)、生物多樣性和生物地球化學(xué)循環(huán)提供了嶄新的視點(diǎn)［2］。

生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)近年來在國內(nèi)發(fā)展較快。最近的研究不僅包括了不同生態(tài)系統(tǒng)類型之間不同演替階段植物之間生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征的差異,還包括了植物葉片生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征的季節(jié)變化,以及植物葉片和細(xì)根不同器官之間計(jì)量特征的關(guān)聯(lián)［3］。

3生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)在我國的研究進(jìn)展

3.1不同生態(tài)系統(tǒng)類型之間

自從生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)被作為生態(tài)系統(tǒng)研究的一個(gè)重要補(bǔ)充理論,已經(jīng)在需多個(gè)方面得到了應(yīng)用,比如種群動(dòng)態(tài)、森林演替和碳循環(huán)。盡管我國在這方面的研究起步較國外玩,但是也在東部南北樣帶、草地生態(tài)系統(tǒng)及全國水平的陸地生態(tài)系統(tǒng)做了大尺度的研究。2004年,McGroddy等總結(jié)了世界范圍內(nèi)森林生態(tài)系統(tǒng)的葉片和凋落物的生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征,發(fā)現(xiàn)了不同生物群（溫帶闊葉林、溫帶針葉林和熱帶森林）具有不同的生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征,但有關(guān)同一區(qū)域不同森林類型間的生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究還未曾報(bào)道,于是吳統(tǒng)貴［4］以珠江三角洲3種典型森林類型（常綠闊葉林、針闊混交林和針葉林）為研究對象,分析了各類型優(yōu)勢喬木葉片C、N、P化學(xué)計(jì)量特征。閆恩榮［5］以浙江天童常綠闊葉林、常綠針葉林和落葉闊葉林為對象,通過對葉片和凋落物C:N:P比率與N、P重吸收的研究,揭示3種植被類型N、P養(yǎng)分限制和N、P重吸收的內(nèi)在聯(lián)系。

3.2不同演替階段之間

2004年,Wardle等研究發(fā)現(xiàn),如果沒有災(zāi)難性的干擾,當(dāng)森林生態(tài)系統(tǒng)演替到后期時(shí),生產(chǎn)力經(jīng)常會呈現(xiàn)下降的趨勢,而且新鮮的凋落物和腐殖質(zhì)中氮磷比增加,這說明隨著演替進(jìn)行,森林生態(tài)系統(tǒng)受到磷的限制。我國南亞熱帶森林分布在低緯度地區(qū),是氮限制的區(qū)域,而這個(gè)地區(qū)由于工業(yè)化,城市化的迅速發(fā)展,存在高氮沉降的現(xiàn)象,所以植被和土壤中氮、磷狀況及其比值特點(diǎn)就需要進(jìn)一步深入研究。劉興詔［6］選擇南亞熱帶森林演替過程3個(gè)階段（初期、中期和后期）的典型森林生態(tài)系統(tǒng)為研究對象,在測定植物與土壤中全氮,全磷含量的基礎(chǔ)上,揭示了該地區(qū)的森林演替過程中植物與土壤的氮磷化學(xué)計(jì)量特征。

3.3不同季節(jié)變化之間

已有研究表明植物葉片的養(yǎng)分含量隨季節(jié)而變化。在新葉中N和P隨著生長季節(jié)的變化而變化,通過研究葉片養(yǎng)分含量季節(jié)變化,可以估算葉片養(yǎng)分的轉(zhuǎn)移,植物葉片在凋落前將養(yǎng)分轉(zhuǎn)移到生長組織中,降低了因?yàn)槿~片凋落而引起的養(yǎng)分損失,提高了植物對養(yǎng)分的利用效率,這是植物保存養(yǎng)分的一個(gè)重要途徑,可以減少植物對土壤養(yǎng)分的過分依賴。由于N和P是植物生長的重要限制元素,所以N、P在樹木體內(nèi)的轉(zhuǎn)移受到普遍的重視。雖然對葉片養(yǎng)分含量季節(jié)變化以多有研究,但進(jìn)行分析時(shí)多是以濃度為基礎(chǔ)。當(dāng)葉片成熟時(shí),干重會增加,因?yàn)槔w維素和木質(zhì)素增加了。以干重的百分比來表示養(yǎng)分,那么碳在成熟葉中的積累以及在老葉中的減少將使養(yǎng)分含量的計(jì)算產(chǎn)生偏差。因?yàn)槿~片充分展開后的大小形狀變化不大,所以單位葉面積的養(yǎng)分含量變化可以客觀地反映養(yǎng)分轉(zhuǎn)移,基于此,薛立［7］對日本中部10 種樹木葉片中氮和磷的季節(jié)變化及其轉(zhuǎn)移做了研究,更加精確的揭示了植物葉片的養(yǎng)分含量的季節(jié)變化規(guī)律。

3.4植物葉片和不同器官之間

理解物種性狀演化的一個(gè)關(guān)鍵是查明植物葉片和不同器官之間計(jì)量特征的聯(lián)系,闡明不同器官結(jié)構(gòu)和功能屬性的關(guān)系,這對于確定控制功能性狀的內(nèi)在機(jī)制以及性狀間的比例關(guān)系是非常有益的,許多全球生態(tài)系統(tǒng)機(jī)理模型將因此得到重大改進(jìn),周鵬等對調(diào)查研究了植物葉片和細(xì)根不同器官之間計(jì)量特征的關(guān)聯(lián),以此來探索溫帶草地草本植物各功能性狀在不同器官內(nèi)是否具有一致的關(guān)系；這些性狀在不同器官間是否存在一致的相關(guān)關(guān)系。

4結(jié)語

盡管葉片生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究涉及到了植物生態(tài)學(xué)的多個(gè)尺度,但是各個(gè)尺度上的生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)研究并未同步展開。已有的研究顯示我國的生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征與全球尺度的生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征有所不同,但是,目前針對生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究,主要是針對植物個(gè)體水平和物種水平的研究調(diào)查,對于群落水平的研究報(bào)道尤為罕見,植物在群落水平和個(gè)體水平生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征是否相似,目前還是個(gè)未知數(shù),這一問題關(guān)系到能否將不同植物個(gè)體的特征和生理生態(tài)功能與群落以及生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)相連接,統(tǒng)一各個(gè)尺度的相關(guān)問題,綜合理解群落乃至生態(tài)系統(tǒng)水平的化學(xué)計(jì)量學(xué)特征以及相關(guān)功能。楊闊［8］等就探討了群落水平的化學(xué)計(jì)量學(xué)特征及隨環(huán)境的變化,這必將是以后研究的一個(gè)重要方向。

參考文獻(xiàn)：

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Research Advances and Prospect of Ecological Stoichiometry in China

Wang Zhenxing

（College of Life Sciences,Fujian Normal University,Fujian,Fuzhou 350108,China）

篇7

[關(guān)鍵詞] 中醫(yī)藥基礎(chǔ)理論；經(jīng)絡(luò)臟腑；臟象；中藥藥性；超分子；化學(xué)；物質(zhì)基礎(chǔ)；方證關(guān)聯(lián)；中藥；中藥復(fù)方；氣析；中醫(yī)藥現(xiàn)代化

[收稿日期] 2013-06-09

[基金項(xiàng)目] 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（81073142，81173558，81270055）；國家博士點(diǎn)基金項(xiàng)目（20124323110002）；湖南省自然基金重點(diǎn)項(xiàng)目（11JJ2055）；湖南省教育廳十二五藥學(xué)重點(diǎn)學(xué)科項(xiàng)目

[通信作者] 賀福元，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事中藥藥理學(xué)、中藥藥劑學(xué)、中醫(yī)藥超分子機(jī)制及數(shù)理特征化研究工作，Tel：（0731）5381372，E-mail：

超分子化學(xué)（supramolecular chemistry）根源于配位化學(xué)，有人稱之為廣義配位化學(xué)（generalized coordination chemistry），是30多年來迅猛發(fā)展起來的一門交叉學(xué)科，它與材料科學(xué)、信息科學(xué)、生命科學(xué)等學(xué)科緊密相關(guān)，是當(dāng)代最前沿的化學(xué)研究領(lǐng)域之一。這個(gè)領(lǐng)域起源于堿金屬陽離子被天然和人工合成的大環(huán)和多環(huán)配體，即冠醚和穴醚的選擇性結(jié)合。1967年C J Pederson報(bào)道了冠醚配位性能的發(fā)現(xiàn)，揭開了超分子化學(xué)發(fā)展的序幕。1973年，D J Cram基于在大環(huán)配體與金屬或有機(jī)分子絡(luò)合化學(xué)方面的研究，提出了以配體（受體）為主體，以絡(luò)合物（底物）為客體的主客體化學(xué)。超分子化學(xué)概念和術(shù)語是1978年J M lehn模擬蛋白質(zhì)螺旋結(jié)構(gòu)自組裝體的研究內(nèi)容而引進(jìn)的，在一定程度上超越了大環(huán)與主客體化學(xué)而進(jìn)入了所謂“分子工程”領(lǐng)域，即在分子水平上制造有一定結(jié)構(gòu)的分子聚集體而起到一定的特殊性質(zhì)的工程，并進(jìn)一步提出了超分子化學(xué)即“超越分子的化學(xué)”的概念。“基于共價(jià)鍵存在著分子化學(xué)領(lǐng)域，基于分子組裝體和分子間鍵而存在著超分子化學(xué)”是對分子與超分子化學(xué)的中肯詮釋。自從1987年P(guān)ederson，Cram和Lehn因?yàn)閷Τ肿踊瘜W(xué)領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)而獲得該年度的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)以來，超分子化學(xué)便蜚聲世界，受到了科學(xué)界和大眾的廣泛關(guān)注[1]。

分子化學(xué)是原子之間通過化學(xué)鍵作用形成分子，是以分子為研究對象的化學(xué)，可稱為特征化學(xué)；而超分子化學(xué)是以多種弱相互作用力而非化學(xué)鍵為基礎(chǔ)，是由多個(gè)分子通過這種弱的分子間非共價(jià)鍵的相互作用為研究對象的化學(xué)，和原子間由化學(xué)鍵作用而形成分子的化學(xué)不同，超分子化學(xué)是研究分子間相互作用的科學(xué)，也可以稱為表觀化學(xué)[2-3]。

超分子化合物是由主體分子和一個(gè)或多個(gè)客體分子之間通過非共價(jià)鍵作用而形成的復(fù)雜而有組織的化學(xué)體系。主體通常是富電子的分子，可以作為電子給體，如堿、陰離子、親核體等；客體是缺電子的分子，可作為電子受體，如酸、陽離子、親電體等。超分子體系中主體和客體之間不是經(jīng)典的配位鍵，而是分子間的弱相互作用，即氫鍵、主客體作用、靜電作用、π-π堆積作用等，其鍵能大約為共價(jià)鍵的5%～10%，且具有累加性，但形成的基礎(chǔ)是相同的，都是分子間的協(xié)同和空間的互補(bǔ)，因此可以認(rèn)為，超分子化學(xué)是配位化學(xué)概念的擴(kuò)展。

中醫(yī)藥基礎(chǔ)理論是中華民族幾千年同疾病臨床斗爭的結(jié)晶，其正確性與科學(xué)性不容置疑。眾所周知，中醫(yī)藥理論是建立在對人體有序的多分子群作用基礎(chǔ)上的宏觀規(guī)律表征，長期以來大家多是從宏觀方面尋找解決問題的線索，對于能否從微觀物質(zhì)基礎(chǔ)層面找到詮釋物質(zhì)基礎(chǔ)多持否認(rèn)的態(tài)度，并且認(rèn)為這是中醫(yī)藥理論區(qū)別于西醫(yī)的固有特點(diǎn)，這些觀點(diǎn)容易強(qiáng)化“中醫(yī)藥不存在微觀物質(zhì)屬性”的觀點(diǎn)。這主要有2個(gè)原因，一是中醫(yī)藥長期的宏觀思維阻礙了以體現(xiàn)中醫(yī)藥理論為核心的微觀物質(zhì)的尋找，從思想上固執(zhí)地認(rèn)為找不到，也不想怎么找到，這多體現(xiàn)在中醫(yī)藥院校的人才思維之中；二是長期尋找無果，由于對現(xiàn)代非醫(yī)學(xué)科學(xué)缺乏系統(tǒng)而精心的學(xué)習(xí)，沒有找準(zhǔn)現(xiàn)代非醫(yī)學(xué)科學(xué)理論，只牽強(qiáng)附會地將中醫(yī)藥理論與現(xiàn)代科學(xué)湊合，多借助現(xiàn)代科學(xué)儀器設(shè)備從“靜態(tài)”的角度進(jìn)行人體觀察，卻試圖找到能反映宏觀“動(dòng)態(tài)”中醫(yī)藥理論的微觀物質(zhì)基礎(chǔ)，其結(jié)果注定要失敗，這多體現(xiàn)在非中醫(yī)藥院校的人才思維之中。由于中醫(yī)藥理論的微觀物質(zhì)運(yùn)行規(guī)律長期不明，累遭非中醫(yī)人士的詬病，因此能否從微觀層面找到中醫(yī)藥理論化學(xué)作用的本質(zhì)規(guī)律是能否詮釋中醫(yī)藥理論并為現(xiàn)代社會所接受（所謂的中醫(yī)藥現(xiàn)代化）的關(guān)鍵，長期縈繞在作者心頭。近年作者在研究網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的成分群與網(wǎng)絡(luò)靶點(diǎn)的作用規(guī)律、在研究中藥“穴藥”法歸經(jīng)理論、在研究單成分的構(gòu)效關(guān)系時(shí)，首次接觸到了超分子化學(xué)，發(fā)現(xiàn)兩者有天然淵源關(guān)系，這種大小分子群間作用的印跡模板（鑰匙）關(guān)系理論正是整合人體“海洋般”分子群相互作用而表現(xiàn)出的宏觀規(guī)律，闡述中醫(yī)藥理論的“不二法門”理論。因此，本文先從超分子化學(xué)的研究現(xiàn)狀入手，然后與中醫(yī)的經(jīng)絡(luò)臟腑理論與中藥藥性理論結(jié)合，剖析人體大小分子群作用的超分子運(yùn)行規(guī)律，證明能從微觀物質(zhì)作用規(guī)律層面上勾畫出中醫(yī)藥基礎(chǔ)理論，據(jù)此可提出中醫(yī)藥基礎(chǔ)理論微觀與宏觀現(xiàn)代化的途徑與框架圖。

1 超分子化學(xué)的研究現(xiàn)狀

1.1 超分子化學(xué)研究的3個(gè)階段

超分子化學(xué)研究經(jīng)過了主客體化學(xué)、分子識別化學(xué)和自組裝化學(xué)3個(gè)發(fā)展階段。主客體化學(xué)是以主體洞穴包裹客體小分子而形成超分子，為超分子研究的起初階段，只追求特異的非化學(xué)鍵組成的超分子特異性結(jié)構(gòu)；分子識別化學(xué)與醫(yī)學(xué)有歷史淵源，早源于免疫學(xué)的抗體與抗原識別化學(xué)，抗體依抗原表面決定簇識別而合成抗體，兩者結(jié)合可形成巨大的超分子；自組裝化學(xué)是基于既有氫鍵供體又有氫鍵受體的易形成氫鍵的分子，或基于既有電子供體又有電子受體的易形成傳荷絡(luò)合物分子，當(dāng)這種分子以特定的結(jié)構(gòu)存在時(shí)會自組裝成高分子聚合物。當(dāng)然，這3個(gè)過程不是嚴(yán)格的順承關(guān)系，而是相互滲透和相互關(guān)聯(lián)的。例如，在模擬細(xì)胞膜的研究中，超分子化學(xué)家就同時(shí)運(yùn)用了主客體化學(xué)和超分子自組裝化學(xué)的知識和手段。荷蘭的Reinhoudt率先提出了分子印刷板（molecular-printboard）的新概念[4]，即將修飾有主體分子（自組裝單分子層）的表面作為分子印刷板。這種富集了大量主體分子的表面像自然界的細(xì)胞膜一樣具有表面識別位點(diǎn)，在這種表面上，客體分子通過超分子相互作用可以有效定位。由超分子化學(xué)研究的3個(gè)階段可知，其理論將對中醫(yī)藥基礎(chǔ)理論的解釋將會產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響。

1.2 超分子中的主要主體化合物

超分子的主體化合物是指構(gòu)成超分子印跡孔穴（通道）的化合物，其中潛在特異的可結(jié)合的模板分子，兩者為鑰鎖關(guān)系。在超分子化學(xué)的發(fā)展過程中，越來越多的主體分子被發(fā)現(xiàn)或者合成，目前經(jīng)典的超分子化學(xué)中的主體化合物如下。

1.2.1 冠醚配合物 這是最早發(fā)現(xiàn)和研究的化學(xué)超分子物質(zhì)。冠醚一般是具有（CH2CH2X）重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的大環(huán)化合物，其中X代表雜原子。從環(huán)上所含雜原子來看，冠醚化學(xué)己從最初的全氧冠醚發(fā)展到硫、硒、氮、磷、砷、硅、鍺和錫等雜冠醚。冠醚化合物都具有確定的大環(huán)結(jié)構(gòu)，不像一般非環(huán)配體那樣，只是在形成金屬配合物時(shí)才形成環(huán)[5]。

1.2.2 環(huán)糊精和環(huán)糊精包合物 環(huán)糊精（cyclodextrin，CD）也稱作環(huán)聚葡萄糖，是由若干D-吡喃葡萄糖單元環(huán)狀排列而成的一組低聚糖的總稱。它具有圓筒狀疏水性內(nèi)腔和親水性外沿，與柔性的開鏈類似物相比具有特別的物理和化學(xué)性質(zhì)。Villiers于1891年通過用酶降解淀粉發(fā)現(xiàn)了環(huán)糊精并分離出來，1904年Scharidinerge表征它們?yōu)榄h(huán)狀低聚糖，1938年Freudenberg等把它們描述成吡喃葡萄糖單元通過α-1，4-糖苷鍵連接構(gòu)成的大環(huán)化合物。迄今為止，己有不少專著與若干長篇綜述、多于1 400個(gè)以上的專利和數(shù)以千計(jì)的文章描述環(huán)糊精及其包合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用。在藥劑學(xué)上已有廣泛的應(yīng)用，多采用β-環(huán)糊精。含有環(huán)糊精結(jié)構(gòu)的自組裝體己經(jīng)被應(yīng)用到分子識別[6]、藥物輸運(yùn)[7]、超分子凝膠[8]和微反應(yīng)器等領(lǐng)域。我國著名化學(xué)家徐光憲院士曾經(jīng)特別指出環(huán)糊精超分子科學(xué)是21世紀(jì)化學(xué)領(lǐng)域11個(gè)突破口之一[9]。

1.2.3 杯芳烴 杯芳烴是一類對位烷基苯酚通過亞甲基在酚羥基鄰位連接而構(gòu)成的一類大環(huán)化合物，是酚醛樹脂縮合的環(huán)狀化合物。最有代表性的是20世紀(jì)40年代Zinke等用對叔丁基苯酚和甲醛在氫氧化鈉存在下加熱得到的由對叔丁基苯酚結(jié)構(gòu)單元和亞甲基交替連接的四聚體。該化合物的分子模型表明它的形狀像一個(gè)杯子或花瓶，故稱之為杯芳烴。在杯芳烴p-tert-butylcalix（n）-arene的杯狀結(jié)構(gòu)底部緊密而有規(guī)律地排列著n個(gè)酚羥基，而杯狀結(jié)構(gòu)的上部具有疏水性的空穴。前者鰲合和輸送陽離子，后者則能與中性分子形成配合物。由于杯芳烴的這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，離子和中性分子均可作為其形成配合物的客體。

1.2.4 瓜環(huán) 瓜環(huán)是一類由n個(gè)甘脲單元和 2n個(gè)亞甲基橋聯(lián)起來的大環(huán)化合物，具有剛性疏水性穴腔及親水性端口的特殊結(jié)構(gòu)，與客體作用后有可能改變客體物質(zhì)的理化性質(zhì)，使得瓜環(huán)成為超分子化學(xué)的重要主體之一。瓜環(huán)作為一種潛在的藥物運(yùn)轉(zhuǎn)、緩釋或控釋載體，藥物與瓜環(huán)作用后，可顯著地改變藥物性質(zhì)。瓜環(huán)是繼冠醚、環(huán)糊精和杯芳烴等大環(huán)化合物之后的一類新型大環(huán)化合物[10-11]。

1.2.5 其他類型的大環(huán)化合物 ①葫蘆脲：由尿素、乙二醛和甲醛之間的簡單反應(yīng)獲得的大環(huán)化合物[12]。葫蘆脲與環(huán)糊精或其他大環(huán)化合物相比，其另一特征是具有更加剛性的結(jié)構(gòu)；②卟啉和酞菁：卟啉是在卟吩環(huán)上擁有取代基的一類大環(huán)化合物的總稱。卟吩是由4個(gè)吡咯環(huán)和4個(gè)次甲基橋聯(lián)起來的大π共軛體系；卟吩分子中4個(gè)吡咯環(huán)的8個(gè)β位和4個(gè)中位的氫原子均可被其他基團(tuán)所取代，生成各種各樣的卟吩衍生物，即卟啉。酞菁是與卟啉結(jié)構(gòu)相近的大環(huán)化合物。卟吩環(huán)“中位”上的碳原子被氮原子取代即為酞菁。環(huán)上未曾和氫結(jié)合的氮原子可以接受2個(gè)質(zhì)子，形成正二價(jià)離子；已和氫結(jié)合的氮原子又能給出2個(gè)質(zhì)子，形成負(fù)二價(jià)的離子，而同正價(jià)的金屬離子形成配合物。卟啉和酞菁陰離子對過渡金屬離子有很強(qiáng)的配位能力[13]；③環(huán)肽：環(huán)肽是以多個(gè)氨基酸的肽鍵構(gòu)成的環(huán)狀化合物，廣泛存在于自然界中，已報(bào)道的環(huán)肽大多來自于海棉狀和海洋中的節(jié)肢動(dòng)物等低等生物中，實(shí)際上環(huán)肽和類環(huán)肽也廣泛存在于微生物、真菌、藻類和高等植物，并在生物體的生命活動(dòng)中扮演著重要的角色。除此，還有雜多酸類、多胺類、樹狀、液晶類等超分子化合物[14]。

1.2.6 人體巨復(fù)超分子體 首先人體內(nèi)的單分子、超分子通過自組織、自組裝、自識別與自復(fù)制組成一定功能的超分子，在眾多小分子模板基礎(chǔ)上進(jìn)行超分子主體結(jié)構(gòu)的合成，如參與的各種生化代謝反應(yīng)酶合成、基于氨基酸的蛋白質(zhì)合成、基于葡萄糖的肝糖元合成，基于核苷酸的DNA，RNA合成等。這此合成的超分子主體又以亞單位合成巨大功能性超分子主體，眾多功能性巨大超分子主體組成細(xì)胞器，眾多細(xì)胞器構(gòu)成細(xì)胞，然后通過自我復(fù)制分化成各種功能類型的細(xì)胞，再聯(lián)接形成器官組織，最終構(gòu)成整個(gè)人體。在這個(gè)多級的超分子主體生成過程，母體超分子保留了子體超分子的印跡模板，因此人體就是一個(gè)擁有各種層次印跡模板，按一定的空間孔穴通道結(jié)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)接所形成的巨復(fù)超分子體。

1.3 超分子的結(jié)構(gòu)與作用的主要特征

1.3.1 超分子結(jié)構(gòu)的主要特征 由上述的主體化合物可知超分子結(jié)構(gòu)特征有：①超分子是主體與客體兩部分分子組成的非成鍵化合物，可以結(jié)合也可以脫離，主客體分子存在一定的分子構(gòu)象關(guān)系，兩者結(jié)合程度由構(gòu)象決定；②主體分子中存在一定形狀的孔穴，容納與孔穴模板相同或相似小分子，不相同或不相似的小分子難能進(jìn)入孔穴或結(jié)合不緊，兩者存在鑰鎖關(guān)系；③超分子主體之間可結(jié)合形成更大的超分子主體化合物； ④主體分子可以環(huán)合生成封閉孔穴，也可非環(huán)合聚合成開放孔穴，以螺旋狀、片狀、膠束、納米囊、聚合亞單、細(xì)胞器及細(xì)胞等各種形式，由小分子到大分子形成各種超分子聚集主體；細(xì)胞是龐大超分子聚集主體體系，人體更是巨復(fù)超分子聚集主體體系，包含了從單分子到各種超分子聚集體的通道結(jié)構(gòu)與印跡模板；⑤各種層次的超分子主體化合物以特定的孔穴模板相連，形成經(jīng)絡(luò)臟腑，組織器管，能與相一致的模板小分子進(jìn)行作用；⑥超分子的主體與客體結(jié)合后形成的超分子，會改變主客體分子的性質(zhì)，宏觀上會表現(xiàn)出小分子在主體分子中的遷移、理化性質(zhì)的各向異性，同時(shí)主體分子的理化性質(zhì)也會發(fā)生變化。

1.3.2 超分子作用的主要特征 具有分子間的自組織、自組裝、自識別和自復(fù)制。

自組織：分子自組織通常指許多相同的分子，由于分子間力的協(xié)同作用而自動(dòng)組織起來，形成有一定結(jié)構(gòu)但數(shù)目可以多少不等的多分子聚集體，有以下特點(diǎn)：①包括在空間上或時(shí)間上都表現(xiàn)出自發(fā)的有序性體系；②包括空間結(jié)構(gòu)和平衡結(jié)構(gòu)和非平衡的結(jié)構(gòu)兩者的瞬間動(dòng)力學(xué)的有序性，結(jié)構(gòu)的有序性，結(jié)合的非線性化學(xué)過程的有序性及能量流動(dòng)和時(shí)間方向上的有序性；③僅僅限于非共價(jià)鍵的超分子層次；④多組分在分子組分間由分子識別或在動(dòng)力學(xué)過程中產(chǎn)生特殊相互作用，表現(xiàn)出超分子的自組織和長程有序性，從而形成多分子有序體。簡而言之，就是越有序，組織性越好。如分子層、分子晶、體膜、液晶、膠束、膠體、細(xì)胞器、細(xì)胞等都是自組織的有序體，人體更是自組織的有序體。

自組裝：自然界中存在眾多的自組裝作用，在生物過程中，基質(zhì)和蛋白質(zhì)受體的結(jié)合，酶反應(yīng)中的鎖鑰關(guān)系，蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)絡(luò)合物的組裝，免疫抗體抗原的結(jié)合，分子間遺傳密碼的讀碼翻譯和轉(zhuǎn)錄，神經(jīng)遞素誘發(fā)信號等。自組裝體包含了①分子識別：主體有選擇性地識別客體并以某種方式與客體配位形成化合物。②分子催化：自組裝的超分子配合物具有反應(yīng)性和催化作用，體現(xiàn)高效能、高選擇性。生物體內(nèi)的氧化、還原、?；D(zhuǎn)移、β-消除、C-C鍵形成及斷裂等可在特定的酶中進(jìn)行[15]。③分子轉(zhuǎn)移：組裝后的超分子常能促進(jìn)光子、電子或離子的傳遞。

自識別：分子在自組裝過程會產(chǎn)生自識別。這是在主客體體系中，主體有選擇性地識別客體并以適宜的形式形成主客體化合物，亦超分子體系，與沒有相互作用的主體和客體的混合物相比，這種超分子體系體現(xiàn)出不同的特性。主體識別各種客體的主要方式有與主體空穴的大小形狀匹配、配位點(diǎn)特性及數(shù)目、配體種類與數(shù)目、電荷強(qiáng)弱等。

自復(fù)制：超分子的自復(fù)制作用就相當(dāng)于DNA 的自復(fù)制。對于后者，首先是DNA 雙螺旋的兩辮拆開，兩根母辮即形成模板，它們的復(fù)制原理是一樣的。

1.4 超分子的研究與檢測手段

現(xiàn)階段超分子化學(xué)的目標(biāo)主要集中于超分子形成中的機(jī)制及應(yīng)用研究，如確定分子間作用力的協(xié)同；研究分子識別與位點(diǎn)識別的機(jī)制與過程；研究不同結(jié)構(gòu)層次的組裝體、組裝過程及組裝方法，尤其是生物活性體系及低維體系的組裝，自然界的自組裝，以及超分子體系中結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系等等。

由于主客體分子間包合作用力的主要來源是分子間存在的范德華力、疏水作用力及氫鍵作用力等，超分子體系分子間弱相互作用力的理論研究目前常用的方法有量子化學(xué)和統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)2種。量子化學(xué)方法主要在電子結(jié)構(gòu)水平上準(zhǔn)確地研究分子間弱相互作用力，可望在深層次的理論水平上揭示生命現(xiàn)象的本質(zhì)[16]，用于超分子體系弱相互作用力研究的量子化學(xué)方法有abinitio，HF，SCF，MP，DFT等方法。熱力學(xué)方法主要是研究超分子中的主客體作用的形成隨著溫度變化的重要的熱力學(xué)參數(shù)。主要主體分子、客體分子與超分子的自由能變（ΔGsup）和平衡常數(shù)Ksup，可用熱力學(xué)的方法研究過程的狀態(tài)函數(shù)變量[17]。用 Schneid提出的成對作用的自由能線性估算方法進(jìn)行超分子自由能變（ΔGsup）的研究，可得到較滿意的結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)方法有多種形式，用譜學(xué)方法研究分子間弱相互作用已成為實(shí)驗(yàn)研究的主要手段。紅外光譜法：形成了超分子體系時(shí)，相互作用部位或基團(tuán)伸縮振動(dòng)受到影響，從而吸收峰頻率發(fā)生一系列的位移，根據(jù)位移可對超分子體系間選擇性作用力作半定量研究；核磁共振法：形成超分子體系時(shí)，選擇性部位原子的化學(xué)環(huán)境發(fā)生變化，根據(jù)化學(xué)位移發(fā)生變化的值可研究超分子體系的弱相互作用。分子散射法：對于簡單超分子體系給出精確的分子間相互作用勢函數(shù)，根據(jù)散射數(shù)據(jù)可以確定超分子體系的弱相互作用，但對復(fù)雜超分子體系無能為力；X 射線單晶衍射法：則可通過鍵長及鍵角直觀地確定超分子體系的弱相互作用力，另外還有色譜法和生成熱測定法。其余研究超分子化學(xué)的手段也很多，例如可見光譜和熒光光譜、圓二色光譜、電位法和色譜法等[18-21]。

1.5 超分子藥物與應(yīng)用

1.5.1 超分子藥物研究 在藥物制備、合成與發(fā)現(xiàn)中超分子化學(xué)得到了廣泛的應(yīng)用。①超分子動(dòng)態(tài)組合化學(xué)用于藥物發(fā)現(xiàn)：以酶、受體型蛋白等作為模板加入到動(dòng)態(tài)組合庫中，庫中與之最有親和力的成分就被放大，而與之無作用的成分將減少。這些放大的成分是該庫中最有可能成為先導(dǎo)化合物的成分。②超分子載體用于藥物合成：在多相合成藥物時(shí)，可采用金屬超分子載體形式將金屬催化劑由水相轉(zhuǎn)移到有機(jī)相而促進(jìn)藥物的合成。③包合型超分子藥物制備：將主體分子包合客體藥物分子制成超分子包合物，形成分子膠囊可改良藥物的水溶性與穩(wěn)定性。目前，多采用環(huán)糊精作為主體分子包合親脂性藥物以增加其生物利用度。如采用β-環(huán)糊精包合物包合大蒜素[22]、苯佐卡因[23]。利用環(huán)糊精制備結(jié)腸、腦、特殊細(xì)胞靶向給藥系統(tǒng)[24]。還可用來掩蓋藥物的不良?xì)馕?，降低藥物的刺激性與毒副作用等[25]。④印跡模板技術(shù)用于藥物分離：先將被分離的物質(zhì)作為模板分子與高分子材料進(jìn)行聚合，然后水解釋放模板藥物分子。

超分子化學(xué)藥物可能改變藥物的穩(wěn)定性和在人體的傳送機(jī)制，即改進(jìn)藥物在體內(nèi)的膜運(yùn)輸，使藥物達(dá)到特定的作用靶點(diǎn)，提高和特異靶點(diǎn)結(jié)合的能力，提高藥物的有效利用度，降低藥物的毒副作用。因此可能開發(fā)出具有新的結(jié)構(gòu)、藥理、藥效和劑型的藥物。

1.5.2 超分子藥物 對超分子藥物進(jìn)行了概括，主要包括以下幾類①抗癌超分子藥物：基于卟啉及唑類化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及抗癌活性[26]，如替加氟和硝基咪唑類卟啉[27]。替加氟修飾的卟啉化合物對肝癌細(xì)胞 SMCC-7721、結(jié)腸癌Volo細(xì)胞的體外抑瘤有較好活性。②抗炎鎮(zhèn)痛類超分子藥物：如將阿司匹林、 煙酰胺與鋅離子形成的絡(luò)合物超分子佛立沙后，不僅改善了阿司匹林的胃腸道刺激性，還有效地提高了其鎮(zhèn)痛抗炎作用[28]。鋅（II）-巴氯芬絡(luò)合物超分子的止痛活性也強(qiáng)于其母體藥物[29]。③抗瘧類超分子藥物：將青蒿素與環(huán)糊精制成絡(luò)合物超分子，水溶性得到了很大改善，其口服生物利用度得到了提高。還有二茂鐵喹是含二茂鐵結(jié)構(gòu)的抗瘧類絡(luò)合物，可以長期穩(wěn)定的在生物體內(nèi)表現(xiàn)出抗瘧活性，已成為抗瘧類候選藥物[30]。 ④抗菌類超分子藥物：將過渡金屬與抗生素或其他潛在抗菌化合物形成的絡(luò)合物大部分具有比配體本身更好的抗菌活性，如將喹諾酮類、磺胺類、席夫堿類、縮氨硫脲類和大環(huán)類與過渡金屬Au（I），Ag（Ⅰ），Pd（Ⅱ）等生成超分子，從這些絡(luò)合物超分子中篩選出了良好抗菌活性的藥物分子。⑤抗結(jié)核類超分子藥物：異煙肼是一個(gè)良好的金屬離子螯合劑，能與錳（Ⅱ），鈷（Ⅱ），鎳（Ⅱ），銅（Ⅱ），鋅（Ⅱ），鎘（Ⅱ），鉛（Ⅱ）及稀土等金屬離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，研究發(fā)現(xiàn)將異煙肼及其衍生物制成絡(luò)合物超分子可提高其脂溶性[31-32]，增強(qiáng)其抗結(jié)核作用。⑥心血管系統(tǒng)的超分子藥物：將硝苯地平、尼群地平、卡托普利、尼卡地平和尼莫地平制成β-CD或HP-β-CD包結(jié)絡(luò)合物，可有效提高該類藥物的穩(wěn)定性、生物利用度和溶解性等。將硝苯地平分別用2-HP-β-CD和羥丙基纖維素制成雙層片劑，可通過調(diào)節(jié)二者比例來滿足不同釋藥速率要求[33]。

由上可知，目前的超分子藥物多為過渡態(tài)金屬絡(luò)合物和β-CD的包合物兩大類，多以化學(xué)藥物的形式研究報(bào)批，總體研究層次不高，作為中藥及復(fù)方制劑的化學(xué)成分存在天然的超分子形式，并且中藥本身就是生物體的模板分子產(chǎn)物，具有與人體共模板的生物相容性，因此作為超分子的中藥藥物的研究更有廣闊的空間。

2 生物體內(nèi)、中藥超分子存在形式及超分子現(xiàn)象

超分子化學(xué)的起源在一定程度上來自生物體系，如植物進(jìn)行光合作用的葉綠素是卟啉環(huán)的鎂絡(luò)合物超分子；血紅蛋白吸收和運(yùn)載氧的血紅素是卟啉環(huán)的鐵絡(luò)合物超分子等。在生物體內(nèi)，超分子的主體是各種酶、受體、基因、免疫系統(tǒng)的抗體和離子載體的接受位點(diǎn)等，客體是底物、抑制劑、抗原或者藥物等。主客分子的共同協(xié)作用是產(chǎn)生生命現(xiàn)象的基礎(chǔ)，因此可以說生命體系是一個(gè)巨復(fù)的生物超分子體系[34-35]。

2.1 糖類

可以分為單糖類、低聚糖和多聚糖類及其衍生物，有均多糖與雜多糖之分。高聚糖類的螺旋結(jié)構(gòu)是開環(huán)的主體分子，可與小分子形成超分子，如淀粉與碘呈藍(lán)色；環(huán)糊精是由5～7個(gè)葡萄糖而成的閉環(huán)聚合主體分子，可與很多分子量較小的藥物形成超分子，改善藥物的不良水溶性與穩(wěn)定性；氨基糖類也是很好的細(xì)胞間質(zhì)連接物，與脂肪、蛋白質(zhì)構(gòu)成細(xì)胞間孔穴通道，是構(gòu)成中醫(yī)經(jīng)絡(luò)臟腑的重要物質(zhì)基礎(chǔ)；同時(shí)糖類又是很好的氫供體與受體，分子間可相互作用、結(jié)合及自組裝形成超分子體系；單糖也可作為客體分子與其他的主體分子結(jié)合形成超分子體系；而多糖則可以作為主體分子包合其他中藥成分構(gòu)成超分子體系。由于糖類的普遍存性，研究糖類的超分子形式對解釋人體的經(jīng)絡(luò)臟腑現(xiàn)象有重大作用。

2.2 氨基酸、蛋白質(zhì)類

自然界中各種形式的氨基酸300左右，但能以肽鍵形成蛋白質(zhì)的為20種，均為α-氨基酸。蛋白質(zhì)是超分子主體最好的表現(xiàn)形式。?，F(xiàn)的酶類及催化作用，抗體抗原反應(yīng)，受體、轉(zhuǎn)運(yùn)體及各種離子通道均能發(fā)現(xiàn)超分子物質(zhì)及能尋找到超分子作用蹤影。蛋白質(zhì)的螺旋、β-片層及四級結(jié)構(gòu)形式是形成天然超分子體最杰出的代表。與糖類一樣，蛋白質(zhì)普遍存在，因此蛋白質(zhì)的超分子形式對解釋人體內(nèi)經(jīng)絡(luò)臟腑現(xiàn)象具有更加重大意義。

2.3 核苷酸及DNA類

生物體的遺傳信息靠核苷酸順序結(jié)構(gòu)產(chǎn)物DNA貯存，構(gòu)成DNA的核苷酸雙螺旋結(jié)構(gòu)本身就是超分子物質(zhì)。在DNA，RNA的合成及基于RNA信息合成蛋白質(zhì)均是以超分子形式而發(fā)生作用。

2.4 苷類

苷類是糖或糖的衍生物與非糖物質(zhì)（稱為苷元或配基）通過糖的端基碳原子連接而成的化合物，也是在自然界廣泛存在的天然產(chǎn)物。根據(jù)其結(jié)構(gòu)中苷元、糖或糖的衍生物的存在形式，可自身結(jié)合形成各種形式的超分子，如甾醇類與甾體皂苷形成的分子復(fù)合物，金屬離子與苷元的酚羥基、羧基形成的絡(luò)合物，多電子苷與缺電子苷形成的傳荷絡(luò)合物等；同時(shí)也可與體內(nèi)的大分子主體形成超分子化合物。

2.4.1 醌及苷類 這是一類分子中具有醌式結(jié)構(gòu)的化合物，分子中多具有酚羥基，有一定的酸性。醌類為缺電子基團(tuán)，可與供電子基團(tuán)，如酚、苯胺形成傳荷絡(luò)合物，如氫醌復(fù)合物；也可與β-環(huán)糊精（β-CD）衍生物形成包合物，同樣可被多糖螺旋形成包合物；也可與空軌道的金屬離子形成絡(luò)合物；也易與酰胺鍵形成氫健絡(luò)合物；也可與蛋白質(zhì)形成氫鍵絡(luò)合物等超分子。

2.4.2 香豆素及苷類 其基本骨架可視為由鄰羥基桂皮酸形成的內(nèi)酯，在稀堿溶液中內(nèi)酯環(huán)可水解開環(huán)，生成能溶于水的順鄰羥桂皮酸的鹽，加酸后可環(huán)合成為原來的內(nèi)酯。主要與多糖、蛋白質(zhì)等主體分子形成超分子。

2.4.3 木脂素及苷類 這為苯丙素的二聚體，本類化合物可作為客體分子與多糖、蛋白質(zhì)主體分子結(jié)合形成超分子。

2.4.4 黃酮類 泛指具有2個(gè)苯環(huán)通過中間三碳鏈相互聯(lián)結(jié)而成的一類化學(xué)成分。為多電子供體，可與空軌道的金屬離子、氫鍵受體、電子受體等形成超分子；也可作為客體分子與多糖、蛋白質(zhì)主體分子結(jié)合形成超分子體系。

2.5 萜類和揮發(fā)油

萜類和揮發(fā)油由異戊二烯單位構(gòu)成，分單萜、倍半萜、二萜等。根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同形成超分子能力相差很大。大多可作客體分子與β-環(huán)糊精孔穴分子形成包合分子；也可自身聚合成樹脂，也可形成分子復(fù)合物；也可形成低共熔物；也可與吐溫等表面活性劑形成氫鍵復(fù)合物與傳荷絡(luò)合物，也可作為客體分子與多糖、蛋白質(zhì)主體分子結(jié)合形成超分子體系。

2.6 生物堿

生物堿是一類存在于生物體內(nèi)的含氮有機(jī)化合物，結(jié)構(gòu)復(fù)雜而多樣。可作為客體小分子被包合成超分子；在酸性條件下可與重金屬、有機(jī)酸、多電子基團(tuán)形成復(fù)合物；與鞣質(zhì)結(jié)合形成超分子；環(huán)肽類大分子可作為主體分子包合其它成分形成超分子，因此在不同條件下，不同結(jié)構(gòu)的生物堿可能形成不同形式的超分子，因此生物堿應(yīng)是形成各種超分子物質(zhì)較為豐富的一類化合物，加上它富有強(qiáng)大的生物活性，因此研究生物堿各種形式的超分子對闡明中醫(yī)藥理論具有重大意義。

2.7 甾體類

甾體類是一類結(jié)構(gòu)中具有環(huán)戊烷駢多氫菲甾核的化合物?？勺鳛榭头肿舆M(jìn)行包合，另外最重要的是β-甾醇類形成有機(jī)分子復(fù)合物超分子。

2.8 三萜類

三萜類是一類基本骨架由30個(gè)碳原子組成的萜類化合物?？勺鳛榭头肿?、氫或電子供受體形成超分子復(fù)合物，也可作為客體分子與多糖、蛋白質(zhì)主體分子結(jié)合形成超分子體系。與糖結(jié)合形成皂苷具有表面活性作用，自已可以聚合成膠束形成超分子。

2.9 鞣質(zhì)

鞣質(zhì)是一類復(fù)雜的多元酚類化合物的總稱，可與蛋白質(zhì)結(jié)合形成致密、柔韌、不易腐敗又難透水的超分子化合物；也可與生物堿復(fù)合生成超分子；同時(shí)自身聚合生成鞣紅超分子；還可與重金屬鹽如醋酸鉛、醋酸銅等產(chǎn)生超分子沉淀。因此鞣質(zhì)是中藥成分中最易生成超分子的一類物質(zhì)。

由上可知生命體及中藥中各種成分均可以以主體或客體形成超分子，是研究超分子化學(xué)，闡明生命現(xiàn)象的最好載體材料。

3 具有超分子載體特性的生物體決定了超分子化學(xué)對闡明中醫(yī)藥理論科學(xué)內(nèi)涵的特殊影響

誠如前述作為生物體的人體與中藥可以看成是一個(gè)由單分子、超分子、聚合超分子及巨復(fù)超分子構(gòu)成的復(fù)雜體系。在由小分子構(gòu)成整個(gè)人體有序超分子過程中，其超分子主體保留了客體小分子的印跡模板，形成孔穴通道結(jié)構(gòu)與外界發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)行物質(zhì)能量聯(lián)系，否則生命現(xiàn)象難以為繼。當(dāng)人體的各類小分子在心臟搏血功能的推動(dòng)下，人體各組織器官的主體分子對客體小分子表現(xiàn)出機(jī)體結(jié)構(gòu)的各向異性作用，亦“氣析”現(xiàn)象。水為洗脫劑，溶于水的各類客體分子與組織器官主體分子的孔穴通道產(chǎn)生印跡作用，包括“分子篩、離子交換、吸附、分配與親合色譜”的各種形式，體現(xiàn)出“印跡模板”特征的“氣析”（由于這種作用是產(chǎn)生中醫(yī)氣的本源，并且各組織器官能能象色譜學(xué)那樣區(qū)別客體分子，故定義為“氣析”）現(xiàn)象，亦經(jīng)絡(luò)臟腑現(xiàn)象。其結(jié)果是與組織器官“印跡模板”相吻合的分子產(chǎn)生作用，而不吻合的分子就難產(chǎn)生作用。因此，中醫(yī)經(jīng)絡(luò)臟腑理論正是對人體眾多大小分子群在血液流動(dòng)下所表現(xiàn)出各種 “印跡模板”形式的超分子印跡作用規(guī)律高度總結(jié)：具有相同或相似的“印跡模板”分子通道結(jié)構(gòu)便構(gòu)成了經(jīng)絡(luò)臟腑；通過通道結(jié)構(gòu)與外界機(jī)體子體小分子作用就形成了臟象；具有與之相同或相似的“印跡模板”中藥分子便構(gòu)成了中藥有效成分；中藥有效成分與經(jīng)絡(luò)臟腑的印跡作用便形成了中藥藥性理論和功效[36]；中藥復(fù)方配伍又能顯著性地改變這一超分子印跡作用規(guī)律，由此便形成了中醫(yī)藥的“理、法、方、藥”基礎(chǔ)理論的微觀物質(zhì)基石。

誠如上述分析，人體各個(gè)臟器與血液中的各類成分作用的選擇性或偏向性，用現(xiàn)在的化學(xué)語言表述為分子間作用的結(jié)構(gòu)因素的各向異性，亦超分子鑰鎖關(guān)系；而宏觀上就是幾千年來中醫(yī)藥總結(jié)出來的臨床用藥的藥性理論。其實(shí)這種類似的作用在單分子藥物與靶點(diǎn)的構(gòu)效關(guān)系研究中已有表述，也很容易用超分子的自組織、自組裝、自識別與自復(fù)制解釋，但由于中醫(yī)藥研究者沒有將其歸納總結(jié)上升到分子群間的超分子印跡作用規(guī)律，以超分子化學(xué)解釋罷了。

由于與生物體具有自然淵源的中藥及復(fù)方成分必然是這個(gè)巨大的超分子體系中的一部分，中醫(yī)藥基礎(chǔ)理論正是這種形形的各種形式的超分子共同作用的宏觀現(xiàn)象。因此超分子化學(xué)在闡明中醫(yī)藥基礎(chǔ)理論中所蘊(yùn)藏的巨大作用是其他現(xiàn)代科學(xué)理論所無與倫比的。據(jù)目前僅有的超分子化學(xué)知識，對中醫(yī)基礎(chǔ)理論可作初步解釋如下。

3.1 經(jīng)絡(luò)及現(xiàn)象

經(jīng)絡(luò)的宏觀屬性已為大量的針灸臨床治病實(shí)踐所證實(shí)，但微觀屬性卻沒有完全闡明。據(jù)目前研究結(jié)果，對經(jīng)絡(luò)認(rèn)識有：①神經(jīng)系統(tǒng)觀；②廣義的經(jīng)絡(luò)觀；③生化物質(zhì)觀，代表性觀點(diǎn)有P物質(zhì)的觀點(diǎn)，細(xì)胞外基質(zhì)的觀點(diǎn)，鈣離子（Ca2+）富集觀點(diǎn)；④經(jīng)絡(luò)的生物物理學(xué)特性研究，表明聲傳播的高振聲、低頻聲和聲信號循經(jīng)性，電傳導(dǎo)的低電阻、高電容、良導(dǎo)絡(luò)性[37]，體表紅外線熱輻射軌跡的循經(jīng)性，體表發(fā)光強(qiáng)度與對稱的循經(jīng)性，磁振動(dòng)線的循經(jīng)性，圖象掃描（用正電子發(fā)射斷層掃描儀的透射掃描圖象和發(fā)射掃描圖象的融合技術(shù)顯示出示蹤跡循經(jīng)遷移線在體內(nèi)的三維斷層圖像及立體透視圖像[38]）。古人采用內(nèi)視的方法觀察經(jīng)絡(luò)的走向。據(jù)上述研究結(jié)果可知，經(jīng)絡(luò)的組織形態(tài)學(xué)位置至今仍在肉眼觀察能力之外，沒有一種公認(rèn)的學(xué)說進(jìn)行解釋，但大量的臨床與科學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，人體經(jīng)絡(luò)及現(xiàn)象是客觀存在的。

如果將目前的經(jīng)絡(luò)研究結(jié)果與人體超分子化學(xué)結(jié)合，由超分子的自組織、自組裝、自識別與自復(fù)制的性質(zhì)可以推斷人體特定模板分子孔穴通道結(jié)構(gòu)，亦經(jīng)絡(luò)的必然存在。因此人體經(jīng)絡(luò)的微觀物質(zhì)基礎(chǔ)是：基于細(xì)胞內(nèi)外巨型超分子主體物質(zhì)的一定“印跡模板”分子孔穴空間有序排列通道結(jié)構(gòu)；而經(jīng)絡(luò)現(xiàn)象是：基于這一通道的體內(nèi)“印跡模板”分子在心臟搏血作用下，按“氣析”所表現(xiàn)出的印跡宏觀作用現(xiàn)象，體現(xiàn)出各組織器官“印跡模板”通道的各向異性。根據(jù)主體通道結(jié)構(gòu)與客體“印跡模板”分子的鑰鎖對應(yīng)關(guān)系，具特定通道結(jié)構(gòu)的經(jīng)絡(luò)必然體現(xiàn)與客體“印跡模板”分子相一致的光、電、磁、熱等效應(yīng)。由此推知，與十四經(jīng)絡(luò)一致，人體的主體“印跡模板”孔穴通道大體上為14種模式，而這種微觀的“印跡模板”分子孔穴通道相互混雜重疊，你中有我，我中有你，散布于各個(gè)實(shí)體臟器之中，因此相互干擾大，同時(shí)經(jīng)絡(luò)中的客體小分子受當(dāng)時(shí)的身體狀態(tài)、飲食習(xí)慣不同而變化，因此采用目前的“靜態(tài)”的觀察方法是很難發(fā)現(xiàn)其蹤跡的，但如果采用“靜態(tài)”與“動(dòng)態(tài)”相結(jié)合的超分子化學(xué)研究方法，定能找到“蛛絲馬跡”，本團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已展開了各臟器的體外印跡吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究工作，結(jié)果初步驗(yàn)證上述假說。

3.2 臟腑理論

如果經(jīng)絡(luò)的微觀物質(zhì)基礎(chǔ)及現(xiàn)象得以闡明，則中醫(yī)的臟腑理論自出。心、肝、肺、脾、腎臟象系統(tǒng)為與心、肝、肺、脾、腎經(jīng)絡(luò)相似的超分子主體“印跡模板”孔穴通道結(jié)構(gòu)，但可能更規(guī)則，更集中。同樣六腑也與相應(yīng)的經(jīng)絡(luò)有相似超分子主體“印跡模板”孔穴通道結(jié)構(gòu)。臟腑所體現(xiàn)的臟象與功能也與超分子主體孔穴通道印跡作用相關(guān)，是血液中客體分子物質(zhì)與組織器官主體分子“氣析”作用的結(jié)果。由于五臟、六腑有各自的超分子主體物質(zhì)孔穴通道，且相互混存重疊，只是在各臟器中的比例大小不同而已，所以不能用簡單的西醫(yī)形態(tài)學(xué)的研究來發(fā)現(xiàn)經(jīng)絡(luò)臟象，按目前西醫(yī)的實(shí)體解剖器官來闡明中醫(yī)藥理論是行不通的。因此，對于中醫(yī)藥基礎(chǔ)理論研究，只能基于超分子化學(xué)，以經(jīng)絡(luò)臟腑與各分子所表現(xiàn)出的“共“印跡模板”氣析”規(guī)律的研究為核心，建立人體內(nèi)超分子孔穴通道、“印跡模板”、遷移規(guī)律、微觀物質(zhì)與宏觀現(xiàn)象關(guān)聯(lián)的新分析方法才能揭示中醫(yī)藥作用規(guī)律。其中小分子對經(jīng)絡(luò)臟腑孔穴通道的“印跡模板”規(guī)律，也就是各經(jīng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)“印跡模板分子”的研究尤為重要，也最為困難。

3.3 氣的物質(zhì)特征

中醫(yī)所述氣抽象而不好解釋，但根據(jù)經(jīng)絡(luò)的微觀物質(zhì)基礎(chǔ)及產(chǎn)生臟象的超分子印跡作用原理則變得容易解釋。中醫(yī)所述的氣是指運(yùn)行于經(jīng)絡(luò)臟腑主體之中的客體分子及作用關(guān)系。根據(jù)經(jīng)絡(luò)臟腑主體與客體的特點(diǎn)，可分為①元?dú)猓悍褐杆薪?jīng)絡(luò)臟腑主體之中的客體分子及作用關(guān)系，包括先天、后天所產(chǎn)生主、客體分子及相互作用關(guān)系。②宗氣：與呼吸相關(guān)的經(jīng)絡(luò)臟腑主體及客體小分子及作用關(guān)系。③營氣：運(yùn)行于經(jīng)絡(luò)臟腑主體的食物客體分子及作用關(guān)系。④衛(wèi)氣：與免疫功能相關(guān)的經(jīng)絡(luò)臟腑主體的客體小分子及作用關(guān)系。⑤經(jīng)絡(luò)臟腑之氣：運(yùn)行于具體經(jīng)絡(luò)臟腑主體的客體小分子及作用關(guān)系。因此中醫(yī)氣的共同特點(diǎn)是所觀察經(jīng)絡(luò)臟腑主體與客體分子的“印跡模板”特征及“超分子印跡”作用關(guān)系。根據(jù)主體與客體的作用及表現(xiàn)形式不同而分類，關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，僅用中醫(yī)抽象的概念難以解釋和理解，若用超分子化學(xué)則變得非常清楚明了，而且還可以測定。

3.4 中藥藥性理論

同樣中藥藥性理論也就不難研究了?；谂c經(jīng)絡(luò)臟腑“印跡模板”是中藥有效成分的物質(zhì)基礎(chǔ)理論，可建立超分子“印跡模板”通道法：根據(jù)各經(jīng)絡(luò)臟腑孔穴通道特征，建立最佳的模板分子模型，然后采用分子相似度方法，分析各分子與各經(jīng)絡(luò)臟腑的相似程度，再經(jīng)多元統(tǒng)計(jì)學(xué)可以得出所含成分群的中藥對哪個(gè)經(jīng)絡(luò)臟腑的選擇性最強(qiáng)，效應(yīng)最好，首先解決中藥歸經(jīng)問題；再根據(jù)各經(jīng)絡(luò)的分布走向，分析中藥成分群的升降沉??；再研究味蕾的超分子孔穴分子模板特征并將其與藥物歸經(jīng)結(jié)果聯(lián)系，則解決中藥的五味問題；再結(jié)合中藥毒性效應(yīng)，闡明中藥有毒無毒問題；最后將中藥作用規(guī)律與生物熱效應(yīng)關(guān)系，解決中藥四性問題。因此中藥與經(jīng)絡(luò)臟腑的超分子印跡作用規(guī)律，亦中藥的歸經(jīng)理論既是研究中藥藥性突破口，也是闡明中醫(yī)經(jīng)絡(luò)臟腑理論的突破口，而中藥四性問題研究表面容易，實(shí)際最難，只有等到中醫(yī)藥研究方法的全部建立后才能研究，在掌握中藥作用前后主、客成分的變化規(guī)律后，可建立熱力學(xué)方程解決。

3.5 中醫(yī)藥理、法、方、藥理論

當(dāng)經(jīng)絡(luò)、臟象、氣與中藥藥性基礎(chǔ)問題解決，則可闡明中醫(yī)基礎(chǔ)理論、中醫(yī)的診斷、方劑學(xué)等基礎(chǔ)性學(xué)科問題；構(gòu)建中醫(yī)藥的理、法、方、藥基礎(chǔ)理論。

中醫(yī)基礎(chǔ)理論：構(gòu)建起以經(jīng)絡(luò)、臟象、氣為核心的印跡作用規(guī)律研究方法及理論體系，包括微觀的經(jīng)絡(luò)臟腑超分子作用機(jī)制，宏觀的超分子作用現(xiàn)象測定方法及狀態(tài)函數(shù)表征體系。

中醫(yī)診斷學(xué)：構(gòu)建主、客體分子的“印跡模板”超分子化學(xué)作用規(guī)律的中醫(yī)診斷系統(tǒng)，包括微觀與宏觀、體內(nèi)與體外、宏觀現(xiàn)象測定與狀態(tài)函數(shù)表征、測算與預(yù)測等相統(tǒng)一的理論體系。創(chuàng)立適用于中醫(yī)藥基礎(chǔ)理論“氣析”的現(xiàn)代診斷儀器系統(tǒng)。

方劑學(xué)：構(gòu)建基于中藥群體配伍超分子群對經(jīng)絡(luò)臟腑“印跡模板”作用規(guī)律的預(yù)測及驗(yàn)證科學(xué)體系，闡明中醫(yī)方劑的配伍理論。

其他臨床學(xué)科：將中醫(yī)藥理論與臨床諸科的特點(diǎn)結(jié)合，構(gòu)建中醫(yī)臨床諸科的疾病的病因分析、治則、治法及遣方用藥的科學(xué)體系。

因此，就目前的已知超分子化學(xué)知識來看，超分子化學(xué)對詮釋中醫(yī)藥基礎(chǔ)理論將會產(chǎn)生重大的作用，應(yīng)引起中醫(yī)藥現(xiàn)代化工作者的高度重視。

4 當(dāng)前中醫(yī)藥基礎(chǔ)理論現(xiàn)代應(yīng)注意的問題

自從1997年全國第一次召開中醫(yī)藥現(xiàn)代化戰(zhàn)略研討會至今，中醫(yī)藥理論現(xiàn)代化歷程快20年了，雖取得了一些成績，但突破性的進(jìn)展甚微，究其原因，主要存在以下應(yīng)注意的問題。①強(qiáng)調(diào)中醫(yī)的整體觀念，但研究時(shí)卻難能推行：眾所周知，中醫(yī)藏象證候、中藥復(fù)方作用機(jī)制、經(jīng)絡(luò)研究為實(shí)現(xiàn)中醫(yī)藥現(xiàn)代化的三大基礎(chǔ)關(guān)鍵樞紐問題，目前一般都將三者分開單列研究，盡管單獨(dú)研究可取得一時(shí)成果，但要獲得突破性進(jìn)展困難。這種研究方法容易割裂中醫(yī)治病“理、法、方、藥”的整體關(guān)系，與中醫(yī)藥的整體觀相悖。由于中醫(yī)的理、法需中藥干預(yù)則明；方、藥需對證治療才靈；理、法、方、藥需整體貫通方活。因此在中醫(yī)藥現(xiàn)代化過程中，應(yīng)將其作整體融為一爐進(jìn)行研究才能收到事半功倍的效果。②中醫(yī)藥基礎(chǔ)理論自成體系，不需要現(xiàn)代化。目前中醫(yī)藥現(xiàn)代化進(jìn)展不大，研究處于低潮，有一部分對現(xiàn)代科學(xué)知識還不了解的中醫(yī)藥工作者認(rèn)為中醫(yī)藥難能、也不需要現(xiàn)代化，持這種觀點(diǎn)的人最終會損害中醫(yī)。③過分強(qiáng)調(diào)整體，忽視微觀。整體觀念是中醫(yī)特色，但不能認(rèn)為中醫(yī)只有整體而沒有微觀，應(yīng)重視整體與微觀的辨證關(guān)系。眾所周知，物理學(xué)既研究宏觀物質(zhì)的運(yùn)行規(guī)律，如力學(xué)、電磁學(xué)；也研究微觀物質(zhì)的運(yùn)行規(guī)律，如原子結(jié)構(gòu)理論，統(tǒng)計(jì)物理學(xué)；也研究宏觀與微觀的關(guān)系，如熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)方程。因此宏觀與微觀物質(zhì)運(yùn)行規(guī)律是相互聯(lián)系的，中醫(yī)藥也是如此。有中醫(yī)藥經(jīng)絡(luò)臟腑理論的臨床存在，必然有其微觀的物質(zhì)基礎(chǔ)進(jìn)行支撐。④區(qū)分宏觀與微觀的測定與表征方法。目前盡管中醫(yī)藥理論強(qiáng)調(diào)宏觀特征，但研究思路與方法卻是微觀成分；因此應(yīng)區(qū)別宏觀與微觀的研究與表征方法不同，宏觀采用狀態(tài)函數(shù)表征，多測定光、電、磁、色等宏觀變化，微觀采用化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)表征，多測定物質(zhì)的量變及化學(xué)性質(zhì)等。⑤中醫(yī)與西醫(yī)結(jié)合。中西醫(yī)來源于不同體系的醫(yī)學(xué)理論，盡管目前還難能從科學(xué)的本源上實(shí)現(xiàn)結(jié)合，但隨著中醫(yī)藥理論作用物質(zhì)基礎(chǔ)的揭示，中西醫(yī)藥會從微觀化學(xué)本源基礎(chǔ)進(jìn)行結(jié)合：基于單分子化學(xué)成就西醫(yī)理論；基于超分子化學(xué)則輝煌中醫(yī)理論。⑥中醫(yī)藥的發(fā)展方向。由上述中醫(yī)藥超分子化學(xué)分析可以預(yù)知本世紀(jì)將是中醫(yī)藥理論現(xiàn)代的世紀(jì)。代表了未來化學(xué)發(fā)展方向的超分子化學(xué)也同樣代表以此為基礎(chǔ)的中醫(yī)藥理論是未來生命學(xué)科的發(fā)展方向。⑦藥物研究方向。同樣基于生物體超分子理論，藥物將由目前單一“化學(xué)型”藥物向基于“印跡模板“超分子客體群的宏觀“數(shù)理型”藥物方向發(fā)展。

由上可知，隨著中醫(yī)藥超分子化學(xué)研究的不斷深入，隨著以上問題的不斷廓清與解決，中醫(yī)藥與西醫(yī)將在化學(xué)與超分子化學(xué)間消融，以超分子理論表征的現(xiàn)代化的中醫(yī)藥理論將會成為21世紀(jì)醫(yī)藥發(fā)展的主流方向。

5 中醫(yī)藥基礎(chǔ)理論現(xiàn)代化路線圖

經(jīng)過上述分析可知，中醫(yī)藥現(xiàn)代化的過程已非常清晰，中醫(yī)藥現(xiàn)代化實(shí)際上是用超分子化學(xué)重新整合中醫(yī)藥理論并進(jìn)行表述的過程。對于超分子化學(xué)研究中所采用的方法在一定程度上適用于人體的超分子作用規(guī)律研究，但由于人體是更為復(fù)雜的超分子體系，體內(nèi)各種主、客體分子混雜，相互干擾。因此創(chuàng)立適用于人體的超分子物質(zhì)、性質(zhì)與現(xiàn)象的研究技術(shù)與現(xiàn)代儀器將會更加重要與艱苦。下面就中醫(yī)藥現(xiàn)代化的框架圖進(jìn)行說明。

5.1 首次創(chuàng)立中醫(yī)藥體內(nèi)超分子化學(xué)與技術(shù)研究方法

在超分子化學(xué)與技術(shù)（主要是體外）的研究基礎(chǔ)上，結(jié)合中醫(yī)藥物質(zhì)基礎(chǔ)的特殊情況，創(chuàng)建以研究生物體（主要為人體）為主的超分子化學(xué)與技術(shù)方法研究平臺。

5.2 展開經(jīng)絡(luò)超分子印跡孔穴通道的物質(zhì)基礎(chǔ)研究，闡明經(jīng)絡(luò)實(shí)質(zhì)

采用超分子化學(xué)手段，展開經(jīng)絡(luò)超分子印跡孔穴通道的基本屬性、特異性與各向異性研究，闡明經(jīng)絡(luò)的科學(xué)內(nèi)涵，主要難點(diǎn)在于尋找標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)絡(luò)“印跡模板”分子，作為探針分子研究經(jīng)絡(luò)，通過光、電、磁、色等組織性質(zhì)的各向異性變化，顯現(xiàn)經(jīng)絡(luò)的實(shí)體。

5.3 展開臟腑超分子印跡孔穴通道的物質(zhì)基礎(chǔ)研究，闡明臟腑實(shí)質(zhì)

采用超分子化學(xué)手段，展開臟腑超分子印跡孔穴通道的基本屬性、特異性與各向異性研究，闡明臟腑的科學(xué)內(nèi)涵，主要難點(diǎn)是怎樣克服各實(shí)體臟器孔穴相互混雜干擾測定的難題，建立各經(jīng)絡(luò)臟腑孔穴印跡模板專屬性高的檢測方法。

5.4 展開經(jīng)絡(luò)臟腑實(shí)質(zhì)（超分子印跡孔穴通道）與功能關(guān)系研究，闡明臟象與氣的實(shí)質(zhì)

采用超分子化學(xué)手段，展開經(jīng)絡(luò)臟腑實(shí)質(zhì)的特性與其功能屬性關(guān)聯(lián)性的研究，闡明微觀超分子物質(zhì)基礎(chǔ)與宏觀臟象、氣的內(nèi)在聯(lián)系的本質(zhì)規(guī)律，解決氣的物質(zhì)屬性。主要難點(diǎn)是怎樣測定各孔穴通道與模板分子的印跡效應(yīng)，建立中醫(yī)經(jīng)絡(luò)臟腑、氣血的測定方法與儀器。

5.5 展開經(jīng)絡(luò)臟腑的宏觀狀態(tài)函數(shù)的表征方法研究，建立臟象表征方法

采用生物數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)原理，展開經(jīng)絡(luò)臟腑宏觀狀態(tài)函數(shù)的表征方法，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，闡明微觀超分子作用規(guī)律與宏觀臟象表征規(guī)律，主要難點(diǎn)是建立微觀分子與宏觀統(tǒng)計(jì)學(xué)的數(shù)學(xué)模型及參數(shù)體系。這一過程叫中醫(yī)藥數(shù)理特征化（而非中醫(yī)藥數(shù)字化），也就是用數(shù)學(xué)、物理學(xué)、物理化學(xué)方法表征基于巨復(fù)超分子體系的宏觀綜合性質(zhì)。

整合上述5個(gè)方面，結(jié)合現(xiàn)在的中醫(yī)基礎(chǔ)理論，將創(chuàng)立起以超分子化學(xué)為基石的中醫(yī)經(jīng)絡(luò)臟腑理論與數(shù)理特征化現(xiàn)代學(xué)科體系。完成這一過程，可實(shí)現(xiàn)中醫(yī)基礎(chǔ)理論、針灸及中醫(yī)診斷學(xué)科現(xiàn)代化。

5.6 展開中藥微觀物質(zhì)基礎(chǔ)及宏觀狀態(tài)函數(shù)的表征方法研究，闡明中藥微觀物質(zhì)基礎(chǔ)的實(shí)質(zhì)

采用超分子化學(xué)、免疫學(xué)與現(xiàn)代儀器科學(xué)建立基于印跡孔穴為基礎(chǔ)的免疫芯片中藥成分高通量分析方法；結(jié)合生物數(shù)學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、化學(xué)計(jì)量學(xué)和計(jì)算化學(xué)原理，展開中藥微觀物質(zhì)基礎(chǔ)的宏觀狀態(tài)函數(shù)的表征方法，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，闡明中藥微觀超分子結(jié)構(gòu)與宏觀臟象作用的印跡表征規(guī)律，主要難點(diǎn)為中藥全成分群快速高通量測繪分析方法的建立。

5.7 建立中藥藥性與功效研究方法，實(shí)現(xiàn)中藥學(xué)現(xiàn)代化

如前述，采用超分子化學(xué)、生物數(shù)學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、化學(xué)計(jì)量學(xué)和計(jì)算化學(xué)原理展開中藥歸經(jīng)、升降沉浮、五味、毒性及四性及功效研究，構(gòu)建以經(jīng)絡(luò)臟腑的超分子作用規(guī)律為核心的中藥藥性及功效理論。實(shí)現(xiàn)中藥學(xué)學(xué)科現(xiàn)代化，主要難點(diǎn)是構(gòu)建中藥藥性定量表征體系。

5.8 建立中藥復(fù)方配伍研究方法，實(shí)現(xiàn)方劑學(xué)現(xiàn)代化

采用超分子化學(xué)、生物數(shù)學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、化學(xué)計(jì)量學(xué)和計(jì)算化學(xué)原理展開中藥復(fù)方配伍及方證關(guān)聯(lián)研究，構(gòu)建以經(jīng)絡(luò)臟腑的超分子作用規(guī)律為核心的中藥復(fù)方配伍理論，實(shí)現(xiàn)方劑學(xué)現(xiàn)代化。

5.9 中醫(yī)臨床諸學(xué)科的現(xiàn)代化

以已現(xiàn)代化的中醫(yī)藥學(xué)科的研究方法為基礎(chǔ)，展開中醫(yī)臨床諸科病因與病機(jī)、治則與治法、遣方用藥規(guī)律研究，實(shí)現(xiàn)諸學(xué)科現(xiàn)代化。

5.10 中藥學(xué)諸學(xué)科的現(xiàn)代化

以已現(xiàn)代化的中醫(yī)藥學(xué)科的研究方法為基礎(chǔ)，展開中藥學(xué)諸學(xué)科，如中藥藥劑學(xué)、中藥鑒定學(xué)、中藥炮制學(xué)與中藥藥理學(xué)規(guī)律研究，實(shí)現(xiàn)諸學(xué)科現(xiàn)代化。

這樣就可以創(chuàng)立以中醫(yī)藥經(jīng)絡(luò)臟腑為基礎(chǔ)，以中藥復(fù)方多成分群用藥為特點(diǎn)，以超分子化學(xué)印跡作用規(guī)律為表達(dá)內(nèi)容的“理、法、方、藥”現(xiàn)代化的中醫(yī)藥理論體系。至此，作為以單物質(zhì)屬性研究擅長的西醫(yī)將與中醫(yī)藥理論融合成新的醫(yī)學(xué)體系：既體現(xiàn)單分子特征化學(xué)屬性，又體現(xiàn)多分子的超分子表觀化學(xué)屬性的醫(yī)學(xué)理論體系，宏觀與微觀實(shí)現(xiàn)高度的統(tǒng)一。

值得一提的是目前超分子化學(xué)研究方法多為體外建立的方法，對于像人體這樣包含了極其復(fù)雜的超分子復(fù)合體，上述方法能否適用還需驗(yàn)證，但創(chuàng)建適用于人體的超分子分析方法及儀器設(shè)備將對闡述中醫(yī)藥基礎(chǔ)理論至關(guān)重要，是實(shí)現(xiàn)中醫(yī)藥現(xiàn)代化的瓶頸問題，充滿著挑戰(zhàn)。

綜上所述，本文首次闡明了超分子化學(xué)理論可以重構(gòu)中醫(yī)藥基礎(chǔ)理論的科學(xué)內(nèi)涵，這為實(shí)現(xiàn)中醫(yī)藥現(xiàn)代化與國際化奠定了基礎(chǔ)。

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Special impact of supramolecular chemistry on Chinese medicine theories

HE Fu-yuan， ZHOU Yi-qun， DENG Kai-wen， DENG Jun-lin， SHI Ji-lian，

LIU Wen-long， YANG Yan-tao， TANG Yu， LIU Zhi-gang

（1. Department of Pharmaceutics， Hunan University of Chinese Medicine， Changsha 410208， China；

2. Property and Pharmacodaynamic Key Laboratory of Chinese Material Medica， State Administration of

Chinese Medicine， Changsha 410208， China；

3. Pharmaceutical Preparation Technology and Evaluation Laboratory of Chinese Medicine， Hunan University of

Chinese Medicine， Changsha 410208， China；

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5. Supramolecular Mechanism and Mathematic-Physics Chracterization for Chinese Materia Medica，

Hunan University of Chinese Medicine， Changsha 410208， China）

[Abstract] The paper aimed to elucidate the specific impact of supramolecular chemistry on the Chinese medicine theories（CMT）in their modernization， after had summarized up the research status of supramolecular chemistry and analyzed the possible supramolecular forms of Chinese medicine（CM）， as well as considered the problems in modernization of CM theories. On comparison of the classical chemistry that delt with chemical bonds among atoms，the supramolecular chemistry was rather concerned with varietes of weak noncovalent bonds intermolecules， and reflected the macro-apparent chemical properties of each molecules， and was the most appropriate chemical theories to explain the CMT and microcosmic materials. The molecules in the human body and Chinese material medica（CMM）formed supramolecules by way of self-assembly， self-organization， self-recognition and self-replication， with themselves or with complexation， composition， chelation， inclusion， neutralization etc. Meridian and Zang-fu viscera in CMT might be a space channel structure continuously consisted of unique molecules cavity that was imprinted with the supramolecularly template inside and outside of cells， through which the molecules in CMM interacted with the meridian and Zang-fu viscera. When small molecules in human body imprinted with macromolecules in meridian and Zang-fu viscera， in other words， they migrated along within imprinting channels of meridian and Zang-fu viscera on behavior of "Qi chromatography" impulsed by the heart beat， finally showed up on macroscopic the anisotropy of tissue and organ， as described namely as visceral manifestation in Chinese medical science. When small molecules in CMM interacted with imprinting channel on meridian and Zang-fu viscera， the natural properties and efficacy regularities of CMM was reflected on macroscopic. Therefore， the special representation forms of basic CMT is based on the macroscopic expression of "Qi chromatography" abided by imprinting effect regularities， and on whether the imprinted template of small molecules matched with cavity template of macromolecules in meridian and Zang-fu viscera， only is the adequate representation of supramolecular chemistry for them. The CMM materials is the mixture including single molecules and supramolecules. The compatibility for CM prescriptions can significantly change the function rules. Therefore in the study of basic CMT， we should pay special attention to the laws of supramolecular chemistry. It is the most essential differences of the CMT from the modern medicine which established by the laws of single molecular theories.

篇8

作為新陳代謝的活性中間體,正常狀態(tài)下自由基在生物體中保持相對穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡。細(xì)胞自身的細(xì)胞色素c(Cytochromec,Cyt.c)、超氧化物歧化酶（Superoxidedismutase,SOD)等具有抗氧化能力，可以將自由基轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)進(jìn)行自我修復(fù)，這一系列的過程對細(xì)胞增殖、凋亡、損傷具有重要的影響,并在細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中起著十分重要的作用。當(dāng)細(xì)胞受到外界剌激或發(fā)生病變過程中會產(chǎn)生過量O2'_自由基,使得細(xì)胞產(chǎn)生氧化應(yīng)激，引起癌癥、神經(jīng)性疾病、帕金森病等生理病變,從而對細(xì)胞的生理和病理功能產(chǎn)生重要的影響。因此,檢測生物體中O〗_自由基的濃度具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

然而，因?yàn)樽杂苫哂醒趸钚愿?、體內(nèi)濃度低、壽命短等特點(diǎn),所以需要發(fā)展原位、實(shí)時(shí)、活體的自由基檢測方法。電化學(xué)方法具有操作簡單、易微型化、靈敏度高、易于原位、實(shí)時(shí)、在體檢測等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注,其中，基于酶傳感器的電化學(xué)分析方法最為引人注目。

2溶液/電極界面的設(shè)計(jì)及酶的直接電子傳遞

2.1溶液/電極界面的設(shè)計(jì)

針對自由基的電化學(xué)分析,對溶液/電極界面進(jìn)行設(shè)計(jì)以改善和提高電極的分析性能是一個(gè)極其關(guān)鍵的問題^2?16。酶自身體積較大,而活性中心通常都深埋在其內(nèi)部,從而加大了活性中心到電極表面的電子傳遞距離，不利于實(shí)現(xiàn)直接電子傳遞。第二代酶傳感器采用氧化還原電子媒介體在酶的氧化還原活性中心與電極之間傳遞電子，但存在媒介體的流失和干擾大的缺陷，給O〗_自由基的準(zhǔn)確測定帶來干擾,從而極大限制了其實(shí)際應(yīng)用。第三代酶傳感器的開發(fā)使這個(gè)領(lǐng)域向前邁進(jìn)了一大步。通過界面設(shè)計(jì)優(yōu)化,利用酶的直接電子傳遞機(jī)理克服了原先的不足，能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)胞或生物體中自由基的直接檢測。界面設(shè)計(jì)優(yōu)化是人為地設(shè)計(jì)電極表面微結(jié)構(gòu)和其界面反應(yīng)，通過將酶固定在電極表面上,使暴露的電活性中心更接近電極表面，實(shí)現(xiàn)酶與電極之間快速的電子傳遞,達(dá)到預(yù)期檢測的目標(biāo)。2.1.1分子設(shè)計(jì)分子自組裝是對固體表面進(jìn)行修飾最為有效的手段之一。高度有序、結(jié)構(gòu)可控、定向密集的穩(wěn)定分子層為保持酶蛋白質(zhì)的天然結(jié)構(gòu)和構(gòu)象提供理想的微環(huán)境。同時(shí)，單分子作為加快電子傳遞的促進(jìn)劑，可以用于探索電極表面分子微結(jié)構(gòu)和宏觀電化學(xué)響應(yīng)之間的關(guān)系。巰基化物在金屬表面自組裝是目前研究得最廣泛、最深入的一類物質(zhì)。其自組裝膜有序性強(qiáng),不易聚合,條件控制容易等優(yōu)點(diǎn)擴(kuò)展其在傳感方面研究和應(yīng)用的范圍。Tian等^在金電極表面自組裝一層巰基半胱氨酸單分子膜來考察溶液中SOD的電化學(xué)活性，同時(shí)以裸金電極作為對比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)SOD能夠固定于分子修飾電極的表面上,使得電極反應(yīng)更容易實(shí)現(xiàn),這可能由于半胱氨酸在界面自發(fā)形成的一種熱力學(xué)穩(wěn)定分子層，更有利于實(shí)現(xiàn)SOD“軟著陸”。隨后，他們又將3種SOD(Cu,Zn-SOD,Fe-SOD和Mn-SOD)分別固定在巰基半胱氨酸修飾的金電極界面上，首次同時(shí)實(shí)現(xiàn)3種SOD的直接電子傳遞；巰基半胱氨酸作為促進(jìn)劑加快電子的傳遞。通過分子設(shè)計(jì)在界面上自組裝單分子體系考察電子轉(zhuǎn)移過程，為更深層次的分子設(shè)計(jì)和功能組裝反饋信息M。

此外,作為一種常用的選擇性結(jié)合組氨酸標(biāo)記蛋白質(zhì)的方式，次氮基三乙酸/組氨酸（NTA/HT)技術(shù)成為組氨酸結(jié)合最成功的模版。其將蛋白質(zhì)定向有序固定在電極表面上,并加快電子傳遞。Joln_等㈣利用該通用模版技術(shù)成功將蛋白質(zhì)固定在金電極表面上，通過大環(huán)效應(yīng)使NTA衍生物的三氮雜環(huán)與金屬離子穩(wěn)定反應(yīng),使得該體系具有更高的穩(wěn)定性。Wang等^1首次利用NTA/HT技術(shù)將SOD修飾到電極表面上,極大提高了電子傳遞速率，電子傳遞常數(shù)為（24±1.1)S!1;同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了SOD的直接電化學(xué),并進(jìn)一步應(yīng)用于鼠腦在局部缺血和再灌注的過程中自由基濃度變化的檢測。

在簡單的蛋白質(zhì)^分子仿生體系中，分子設(shè)計(jì)在提高傳感器檢測底物的靈敏度、控制活性中心與電極表面距離、加快長程電子轉(zhuǎn)移等電分析化學(xué)的應(yīng)用和理論方面發(fā)揮了重要作用。

2.1.2納米材料利用酶的特異性檢測O2'_自由基時(shí),往往受限于酶負(fù)載量過少或缺乏電子傳遞導(dǎo)體從而致使電信號過小或者電子傳遞過慢,影響傳感器的整體分析性能。納米材料是材料學(xué)中最基礎(chǔ)、最活躍的組成部分。不同于體材料和單個(gè)分子，納米材料具有小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)等獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),特別是良好的生物相容性和穩(wěn)定性，可作為負(fù)載酶的良好基質(zhì)，在傳感領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。

Brown等M將直徑12nm單層金溶膠顆粒修飾二氧化錫電極,實(shí)現(xiàn)了溶液中Cyt.c的直接、可逆電化學(xué)，且無需任何預(yù)處理步驟。金溶膠顆粒可看作是空間緊密而獨(dú)立的微電極組合體。但隨著納米顆粒的聚集,Cyt.c的電化學(xué)變的準(zhǔn)可逆或者不可逆,表明納米金屬尺寸和形貌在實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)的直接電子傳遞中也起到極其關(guān)鍵的作用。Zhu等122首次利用1,5或二硫醇交替連接Au、Ag膠體制備多層Au/Ag膜,在溫和條件下通過氯金酸溶液去除成孔物質(zhì)納米Ag,通過層層自組裝技術(shù)在氧化銦錫（ITO)電極表面制備了納米多孔金膜。Cyt.c保持其生物催化活性，電子轉(zhuǎn)移速率為3.9s!1。同時(shí),該第三代傳感器具有良好的選擇性和穩(wěn)定性,其檢出限達(dá)到6.3x106mol/L,線性范圍是1.0x105~1.2x102mol/L。

Bi等M通過將多壁碳納米管修飾玻碳電極上實(shí)現(xiàn)了SOD的固定。多壁碳納米管表面的晶格缺陷提供了較高的局部電子密度,有利于電子在酶蛋白和碳納米管之間傳遞；同時(shí),特殊結(jié)構(gòu)的碳納米管可以作為“分子導(dǎo)線”，加快電子傳遞到SOD的活性中心，以上兩方面因素致使SOD在電極表面上實(shí)現(xiàn)直接電子傳遞。

Deng等M利用蒸汽方法直接在預(yù)處理ITO表面沉積上一層花狀ZnO納米材料，設(shè)計(jì)出新型納米材料界面,增大了基底的比表面積和導(dǎo)電性。同時(shí)，生物相容性保持了SOD的高生物催化活性，結(jié)合ZnO作為“納米導(dǎo)線”加快電子的傳遞作用，實(shí)現(xiàn)了SOD的直接電子傳遞,構(gòu)筑了第三代生物傳感器，異相電子傳遞常數(shù)可達(dá)（10.4±1.8)s!l。Zhu等123將Cyt.c固定在SiO:納米材料修飾的玻碳電極表面上，實(shí)現(xiàn)了Cyt.c的直接電化學(xué)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)Cyt.c的直接電子傳遞及微環(huán)境的改變與SiOi雙功能結(jié)構(gòu)的空間幾何構(gòu)象有關(guān)。該模型能夠定性的解釋納米材料的尺寸和濃度對氧化還原蛋白的直接電子傳遞的影響，同時(shí)也為廣泛應(yīng)用無機(jī)納米材料來促進(jìn)電子傳遞提供一種新思路。

隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展和壯大,各種納米材料在傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛。納米材料所具有的高比表面積、高活性、特殊物理性質(zhì)及生物相容等特性使其成為應(yīng)用于傳感方面最有前途的材料之一。2.2基于酶直接電子傳遞的傳感器

直接電子傳遞是蛋白質(zhì)分子與電極表面在沒有任何媒介和試劑的情況下直接進(jìn)行電荷交換，這樣有利于電子傳遞效率的提高,更能反映生物體系內(nèi)的氧化還原系統(tǒng),為揭示生物體內(nèi)電子傳遞的機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。但是酶蛋白的活性中心通常是深埋在其內(nèi)部，當(dāng)其固定在裸電極表面時(shí),沒有合適的界面微

環(huán)境來實(shí)現(xiàn)其直接電子傳遞,致使阻礙其在活體檢測方面的實(shí)際應(yīng)用。通過界面設(shè)計(jì)使修飾電極可以建立理想的接觸界面,暴露酶的電活性中心，實(shí)現(xiàn)酶與電極之間快速的直接電子傳遞,并利用其對自由基的選擇性達(dá)到預(yù)期的檢測目的，對于預(yù)防和治療疾病以及抗氧化藥物的研發(fā)都具有現(xiàn)實(shí)意義。

2.2.1基于Cyt.c的傳感器Cyt.c是一種存在于線粒體內(nèi)膜外側(cè)的金屬蛋白分子，是呼吸鏈中一個(gè)重要的電子載體。通過血紅素輔基中心鐵離子價(jià)態(tài)的變化來傳遞電子，在細(xì)胞呼吸鏈中具有舉足輕重的作用。研究其在電極上的電子傳遞及與O2'_自由基的生物作用，對于了解生命體內(nèi)的能量轉(zhuǎn)化和物質(zhì)代謝具有重要的意義。因此,探索實(shí)現(xiàn)Cyt.c與電極表面之間的直接電子傳遞成為電分析化學(xué)研究的方向之一?！ooper等將巰基半胱氨酸自組裝到裸金電極表面,通過碳二亞胺縮合反應(yīng)固定Cyt.c,考察了yt.c與電極之間的電子傳遞情況,結(jié)果顯示Cyt.c在電極表面實(shí)現(xiàn)直接電子傳遞；其表觀電位為2mV(vs.SCE),表明此傳感器具有潛在實(shí)際應(yīng)用的可行性。Cooper等M采用電化學(xué)分析方法檢測黃嘌昤/黃嘌昤氧化酶體系酶化反應(yīng)產(chǎn)生的自由基，其原理如圖1所示。酶化反應(yīng)產(chǎn)生O〗_自由基還原Cyt.c,自身被氧化成Oi;同時(shí)還原態(tài)的Cyt.c在電極表面正電位下迅速被氧化為氧化態(tài)?；诖朔磻?yīng)機(jī)理,他們實(shí)現(xiàn)了嗜中性粒細(xì)胞中應(yīng)激產(chǎn)生的02’_自由基的動(dòng)態(tài)檢測，且引起的電流響應(yīng)速率與02"自由基的產(chǎn)生速率成線性關(guān)系。-傳感器的靈敏度取決于負(fù)載活性酶的數(shù)量以及酶與自由基的反應(yīng)速率。Wegrich等63利用定點(diǎn)誘變技術(shù)在Cyt.c活性位點(diǎn)附近引進(jìn)帶正電荷的賴氨酸,考察其在巰基分子修飾的金電極上的分析性能。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明誘變重組的Cyt.c均具有氧化還原圖10廠電流傳感器的作用機(jī)理示意圖電活性,能夠?qū)崿F(xiàn)直接電化學(xué)，并且與O2’_自由基的Fig.1Mechanismofoperationofamperometric反應(yīng)速率顯著加快?；谡T變Cyt.c構(gòu)筑的電化學(xué)生sensor物傳感器在靈敏度和穩(wěn)定性上都有不同程度的提

高。納米材料的不斷發(fā)展為電極界面設(shè)計(jì)提供了新的契機(jī),其巨大的比表面積和良好的生物相容性,既

能增大酶的負(fù)載量,又能較好的保持酶蛋白的高催化活性，同時(shí)作為良好導(dǎo)體加快電子的傳遞。Rahimi

等M將多層碳納米管/室溫離子液體的納米復(fù)合材料與Cyt.c混勻后，直接滴涂到玻碳電極表面上,簡單有效地制備了O〗_第三代生物傳感器。首先,多層碳納米管作為電子促進(jìn)劑,加快Cyt.c和電極之間的電子傳遞;其次,室溫離子液體保持了Cyt.c的空間構(gòu)象結(jié)構(gòu)和生物催化活性,二者協(xié)同提高了傳感器的

靈敏度、響應(yīng)時(shí)間、檢測限等分析性能。正如人們所期望的，基于Cyt.c的O〗_傳感器可避免抗壞血酸、尿酸的干擾，能夠在低電位下檢測。然而,作為過氧化物酶的本質(zhì)特點(diǎn),Cyt.c同樣能夠還原來自酶化反應(yīng)產(chǎn)生和體內(nèi)共存的&O2,受其干擾。雖然Gobi等M報(bào)道可以通過設(shè)計(jì)電極來控制Cyt.c的過氧化酶活性,但Cyt.c不是O〗-的特異性酶,這極大限制了其在復(fù)雜生物體系中的選擇性檢測的作用。眾所周知，SOD可高活性和選擇性地將O〗-歧化為O:和H2O2M,從而完成O〗-高選擇性測定。因此,采用SOD替代Cyt.c來構(gòu)筑高靈敏度和高選擇性的O〗_生物傳感器越來越受到業(yè)內(nèi)人士的普遍關(guān)注。

2.2.2基于SOD與仿生SOD的O「傳感器SOD是廣泛分布于生物體內(nèi)重要的抗氧化酶,也是生物體內(nèi)清除自由基的首要物質(zhì)。作為一種金屬蛋白酶，常見的幾種不同金屬中心SOD是Cu,Zn-SOD,n-SOD,Fe-SOD和Ni-SOD,它們都能將O；-自由基有效的歧化為%。2和。2保護(hù)機(jī)體不受毒性的侵害。但其電活性中心都包埋于蛋白質(zhì)深處，致使SOD與電極表面的直接電子傳遞難以實(shí)現(xiàn)。

因此，實(shí)現(xiàn)SOD與電極之間的直接電子傳遞對第三代O2’_生物傳感器的構(gòu)筑以及實(shí)際應(yīng)用的發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。

Ohsaka等M首次將Cu,Zn-SOD修飾在半胱氨酸自組裝修飾的金電極表面上構(gòu)筑了第三代傳感器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，自組裝的半胱氨酸分子可作為SOD電極反應(yīng)的促進(jìn)劑。結(jié)合傳感器高靈敏度、高選擇性和快速響應(yīng)的良好分析性能，實(shí)現(xiàn)對酶化反應(yīng)產(chǎn)生O^自由基的檢測，這一工作是利用SOD直接電化學(xué)實(shí)現(xiàn)O;_自由基檢測的一個(gè)巨大突破。Ohsaka課題組M首次發(fā)現(xiàn)O;_自由基在SOD電極上能夠同時(shí)氧化和還原,并進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)證實(shí)了可以在氧化和還原電壓雙向檢測自由基，這為實(shí)現(xiàn)溶液中自由基的分析檢測提供了第一手資料，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)持久和可靠的檢測生物體系里的O；-自由基奠定了基礎(chǔ)。接著，Tian等^首次在半胱氨酸膜修飾的電極上同時(shí)實(shí)現(xiàn)3種活性中心SOD(Cu,Zn-SOD,Fe-SOD和Mn-SOD)的直接電子傳遞。如圖2所示，通過活性中心的氧化還原循環(huán)，SODs能夠催化還原成H2O2和氧化成O2,使得陽極和陰極上的電流響應(yīng)明顯增大，這說明SOD對O；-具有雙功能電催化活性。結(jié)合SOD快速電子傳遞的特性,該傳感器為雙向?qū)崿F(xiàn)O^電化學(xué)檢測的提供了一條可行性路線。

Ge等M將Cu,Zn-SOD和Fe-SOD固定在巰基半胱氨酸修飾的裸金電極表面上,研究其動(dòng)力學(xué)和吸附過程,結(jié)果表明通過不同動(dòng)能學(xué)過程均能結(jié)合到電極表面上。

在實(shí)際應(yīng)用檢測中，高靈敏、高選擇性的檢測方法越來越顯示出其重要性。納米技術(shù)的發(fā)展為高靈敏電化學(xué)分析方法的發(fā)展提供了機(jī)遇。例如，納米材料在生物分析檢測中得到了廣泛應(yīng)用，已有多種信號放大方法用于高靈敏電化學(xué)分析方法的構(gòu)建。

如圖3所示,Tian課題組[43首次在錐狀、棒狀和球狀3種不同形貌的納米金表面上同時(shí)實(shí)現(xiàn)了SOD的直接電化學(xué)。熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析表明SOD在不同界面上的電子轉(zhuǎn)移速度，與納米金的形貌有關(guān)；同時(shí)，

良好的生物相容性讓納米金表面的SOD保持了其自身的生物催化活性，可用來構(gòu)建既可在氧化電位又可在還原電位下進(jìn)行0廠自由基檢測的生物傳感器。

無需其它步驟，結(jié)合良好的分析性能大大增加了其應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)生物體內(nèi)O^測定的可行性。

綜上所述，分析檢測都是在體外分析體系中通過外來不斷加入O2'_自由基進(jìn)行電分析，與體內(nèi)的復(fù)雜生物環(huán)境截然不同。因此我們很有必要對體內(nèi)O；-自由基進(jìn)行準(zhǔn)確的分析檢測，以便更好的深入理解O^自由基在生理和病理上中所發(fā)揮的作用。

3細(xì)胞釋放檢測

在細(xì)胞水平上，當(dāng)細(xì)胞受到外界剌激或者生理病變過程中會產(chǎn)生過量自由基，從而對細(xì)胞生理功能產(chǎn)生重要影響，進(jìn)而引起生理病變。因此，構(gòu)筑適于檢測細(xì)胞內(nèi)O2'_自由基的傳感器,原位、實(shí)時(shí)地檢測自由基濃度的變化,對疾病預(yù)防與治療的途徑具有重要的生理及病理意義。

Tanaka等[44利用碳纖維修飾電極檢測由免疫球蛋白G和卟啉醇肉豆蔻酸乙酸酯剌激單中性白細(xì)胞產(chǎn)生O^自由基的氧化電流。實(shí)驗(yàn)證明自由基會在剌激1min后產(chǎn)生，5min達(dá)到最大值,20min后消失，這種方法獲得的電流4寸間關(guān)系與傳統(tǒng)方法獲得的結(jié)果一致。隨后,Tanaka課題組[45設(shè)計(jì)了一種檢測由單個(gè)噬菌細(xì)胞釋放自由基的電流方法,其靈敏度高達(dá)到fA級。

在實(shí)際樣品檢測時(shí),天然酶的空間結(jié)構(gòu)和構(gòu)象變化容易致使其喪失催化活性,成為制約它們實(shí)際應(yīng)用瓶頸。為了避免這些缺陷，基于活性位點(diǎn)■銅、鐵和錳設(shè)計(jì)的低分子量、具有SOD生物活性的仿生酶研究已陸續(xù)報(bào)道[4649]。Cabelli等^研究了錳磷酸鹽作為仿生SOD在有機(jī)活體內(nèi)的抗氧化機(jī)理。為了證明結(jié)果的可靠性,他們采用兩種不同方法:脈沖輻射法和Co~60i輻射法產(chǎn)生自由基。實(shí)驗(yàn)證明Mn2+與O「自由基反應(yīng)生成暫態(tài)的MnO:+,然后MnO:+快速歧化生成O:和^O:。

Tian課題組利用M%(PO4)2具有仿生SOD的生物特性,在高導(dǎo)電納米針狀TiOi膜上構(gòu)筑了一個(gè)具有選擇性高和穩(wěn)定性好的第三代O〗_生物傳感器，提供了一種方便、快速原位直接檢測貼壁生長在修飾膜表面的正常人胚腎細(xì)胞HEK293T和CHO癌細(xì)胞釋放的O〗_自由基的電化學(xué)分析新方法。檢測原理如圖4所示,在M%(PO4)2仿生酶的催化作用下發(fā)生歧化反應(yīng)的過程中，將Or分別轉(zhuǎn)化成Oi和&O2(如圖4A)。此過程可看成是分別在兩個(gè)電極上獨(dú)立進(jìn)行的兩個(gè)反應(yīng)。一方面,在陽極反應(yīng)中圖（4B),電解液中的被MnOi+的氧化生成O2,同時(shí)MnOi+被還原成Mn2+。而生成的Mn2+能夠在電極上失去電子，重新被氧化成MnO2+。另一方面，在陰極反應(yīng)中（圖4C),O；-氧化Mn2+生成MnO2+,而生成的MnO2+在電極表面得到電子被還原成Mn2+。因此,在O〗-存在的情況下,通過Mn2+修飾電極上的氧化或還原電流檢測O2'_。因此,通過兩極上氧化或還原電流信號的變化，即可實(shí)現(xiàn)對O2’_的檢測。電化學(xué)信號表明此生物傳感器可以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生0廠自由基的可逆響應(yīng)，暗示02'_自由基可作為_種癌癥生物標(biāo)記物，為生理和病理方面的研究提供了基礎(chǔ)。

基于SOD生物仿生酶(PO4)2,Zhou等開發(fā)了一種可靠和持久原位實(shí)時(shí)檢測O-自由基的方法。Mn2+通過離子交換作用進(jìn)入zeolite~ZSM-5的納米結(jié)構(gòu)中，進(jìn)一步被聚二烯丙基二甲基氯銨化覆蓋固定到電極表面上。沸石的納米微結(jié)構(gòu)加快了Mn2+的直接電子傳遞，其表觀電位是（561±6)mV(vs.Ag/AgCl),位于O2'-/O2和O2'-/H2O2動(dòng)力學(xué)電位內(nèi)，可以將O〗_歧化為Oi和％O2。利用分子篩較好的生物相容性和細(xì)胞黏附性，讓細(xì)胞貼壁生長，

可靠、持久的原位實(shí)時(shí)測定了細(xì)胞釋放出來的O‘-自由基濃度,實(shí)現(xiàn)從理論到實(shí)踐應(yīng)用的轉(zhuǎn)變。

作為細(xì)胞信號的傳導(dǎo)分子，自由基與金屬離子密切關(guān)系，包括Ca2+通道、K+通道、Na+通道等。

Tian課題組153基于Mn^TPAA(Mn-tris2-(2-pyridylmethyl)aminoethyl]amine)仿生酶構(gòu)筑了O;生物傳感器,具有高的穩(wěn)定性和良好的重現(xiàn)性。以Hela細(xì)胞為模型,他們進(jìn)一步研究了細(xì)胞釋放O〗_自由基與細(xì)胞內(nèi)Ca2+之間的依存關(guān)系。如圖5所示，在無抑制劑時(shí)，加入Ang后熒光強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，說明Angn剌激細(xì)胞產(chǎn)生的O「促使細(xì)胞內(nèi)Ca2+的釋放,Ca2+與Fluo4-AM結(jié)合,從而使熒光增強(qiáng)。然而，在實(shí)驗(yàn)前先用NADPH氧化酶抑制劑Apo或陰離子通道阻滯劑DIDS處理10min,再進(jìn)行的相同實(shí)驗(yàn)時(shí),AngH剌激細(xì)胞前后熒光強(qiáng)度沒有明顯變化。這說明Apo抑制細(xì)胞外O〗_的產(chǎn)生而影響熒光強(qiáng)度的增加，DIDS阻止細(xì)胞外O〗_進(jìn)入細(xì)胞而抑制細(xì)胞Ca2+濃度的增大。這一研究對認(rèn)識自由基信號的傳導(dǎo)與其它生理和病理的關(guān)系提供了一種新思路。

4活體電化學(xué)分析

電化學(xué)分析方法雖具有高靈敏性、原位、實(shí)時(shí)在線檢測等優(yōu)點(diǎn),適于活體內(nèi)o2'_自由基的分析和檢測,但目前這方面鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。

對于植物體內(nèi)0廠自由基的檢測,Deng等M基于半導(dǎo)體ZnO納米材料成功構(gòu)筑了第三代生物傳

感器，實(shí)現(xiàn)了豆芽體內(nèi)O^的檢測。如圖6所示，活體實(shí)驗(yàn)采用雙電極體系,ZnO/SOD微電極作為工作電極,鉑絲作為對電極。ZnO/SOD微電極的制備步驟如下：首先，ITO導(dǎo)電玻璃切割成剌狀；然后，將ZnO納米材料電沉積到導(dǎo)電玻璃表面上，并進(jìn)一步負(fù)載Cu,Zn-SOD。結(jié)果表明，通過一步、無模版的電沉積得到新型六角形ZnO納米材料，可實(shí)現(xiàn)了SOD的直接電子傳遞;再結(jié)合SOD對O^自由基的催化歧化，實(shí)現(xiàn)了豆芽體內(nèi)O^自由基的在線檢測。該項(xiàng)研究不僅為酶蛋白在納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體膜上構(gòu)筑第三代生物傳感器建立了一個(gè)模型，也為研究生物體內(nèi)O2’-作用機(jī)理開啟了一扇窗口，可以更深入的理解O；-自由基在生理學(xué)和病理學(xué)中的作用。

利用TTCA(5,2:5,2-terthiophene-3-carboxylicacid)聚合物膜依次共價(jià)鍵固定DGPD(1,2-Dipalmi-toylsn~glycero-3~phosphoethanolamine^i~dodecanylamine)和Cyt.c,Rahman等1551制備了一種高穩(wěn)定、高靈敏的體內(nèi)檢測O2_的第三代傳感器。他們通過持續(xù)不斷的往鼠腦注入可卡因溶液剌激產(chǎn)生O2_,并利用該傳感器對細(xì)胞外的o2’-進(jìn)行檢測。如圖1所示，該傳感器在鹽水、急性和重復(fù)注射可卡因不同實(shí)驗(yàn)條件下產(chǎn)生了不同程度的電流響應(yīng)，其中重復(fù)注射可卡因操作下傳感器的靈敏度最高。-0.31V的低電位結(jié)合聚合物膜的屏蔽可使傳感器在測定0廠自由基時(shí)避免抗壞血酸、尿酸、過氧化氫、氧氣等干擾,從而保證此微型傳感器植入鼠腦成功測定體內(nèi)02'-自由基的濃度，并且能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)檢測體內(nèi)02-自由基濃度隨可卡因不斷急性注入的變化。該微型生物傳感器可以作為監(jiān)測興奮劑藥物暴露引起細(xì)胞外0廠自由基濃度變化的一種有效工具。

近來，Tian等63提出了一種植入型微碳纖維電極直接實(shí)現(xiàn)活體內(nèi)0廠自由基檢測的新思路。此碳纖維基底上固定的SOD在測定0廠上擁有顯著的高選擇性和良好的穩(wěn)定性；同時(shí)背景電流的減小使得碳纖維微電極在高靈敏測定生物體內(nèi)0廠自由基占有優(yōu)勢。隨后,Tian課題組M首次利用NTA/HT技術(shù)實(shí)現(xiàn)了SOD在NTA修飾電極上的直接電化學(xué),極大提高了電子傳遞。整個(gè)傳感器的制備過程如圖8(A和B)所示。結(jié)合傳感器的高靈敏度、高穩(wěn)定性的分析性能以及碳纖維電極生物相容性和可微型化特點(diǎn),該課題組成功實(shí)現(xiàn)鼠腦在缺血再灌注過程中0廠自由基濃度的變化檢測（圖8C)。該研究為體內(nèi)活性氧的進(jìn)一步研究提供了一種新思路，同時(shí)也為理解其在氧化應(yīng)激和生理病理過程中的作用提供了獨(dú)特的視角。

建立基于納米材料與功能分子設(shè)計(jì)界面的02’-自由基檢測新方法和適于活體檢測的超微電極技圖8(A)NTA和SOD修飾電極過程示意圖；（B和C)碳纖維電極制備過程以及利用碳纖維電極檢測鼠腦內(nèi)02’_過程示意圖

    術(shù),將為研究等活性氧在細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用，進(jìn)而解析0廠自由基等活性氧在生命活動(dòng)中的作用機(jī)理,治療和預(yù)防與氧化應(yīng)激等有關(guān)疾病,以及抗氧化物新藥的研制與開發(fā)等提供一種新的研究思路。