生命科学有关的无机化学前沿（共10篇）
篇1：生命科学有关的无机化学前沿
生命科学有关的无机化学前沿（2）
作者：金恒启 等文章来源：解放军医学高等专科学校学报点击数：
960更新时间：2006-2-2
（作者：金恒启 李树章 孙连云）几种元素的生物无机化学.1 硒化合物的生物无机化学
(1)含硒生物活性物质的分离：含硒生物活性物质除谷胱甘肽过氧化物酶外，还有磷脂过氧化氢谷胱甘肽过氧化物酶和5′-ＩＤＩ脱碘酶。这些酶中的硒是以硒代半胱氨酸和硒代蛋氨酸残基存在。(2)含硒化合物在体内的转化：该项研究的目的是，弄清楚硒蛋白的合成究竟是硒的掺入还是由特定基团的指导。(3)硒化合物生物效应的分子机理：硒化合物保护细胞免受氧化性损伤的机理研究是一项重要课题。现已发现，硒化合物能清除活性氧或通过细胞相互作用保护细胞。(4)硒酶的结构与功能的关系：现已发现，各种硒酶活性中心都含有硒代半胱氨酸残基，而且ＳｅＨ周围的疏水环境对维持酶的活性具有重要意义。酶模型化合物的研究，为找寻新硒酶、硒蛋白提供了依据。.2 钒的生物无机化学
钒化合物对于治疗糖尿病有一定作用，其化学基础是，钒酸根作为磷酸根的类似物影响核苷酸和磷酸参与的生化反应过程，而Ｖ作为Ｆｅ类似物可以通过Ｔ自由基反应表现出某些生物效应。最近，关于杂多酸的抗病毒作用及一氧化氮的血管舒张作用也引起了生物化学家的重视。金属酶和金属蛋白的结构与功能关系的研究
5.1 载氧蛋白
研究课题包括：Ｆｅ(Ⅱ)氧合而不氧化的原因，氧分子配位引起整个血红蛋白构象变化，产生正协同效应的机理；氧分子进入和离开血红素活性中心的途径；Ｆｅ(Ⅱ)与Ｏ2之间的相互作用的本质等。为解决这些问题，设计了许多精巧的模型物，如篱笆形、帽子形等。模拟疏水环境的研究，如将卟啉铁(Ⅱ)纳入脂质体或胶束、环糊精或高分子材料中，也得到在一定条件下能可逆载氧的化合物，引起人们的极大兴趣。5.2 血红素酶
以铁卟啉为中心的血红素酶在生命过程中发挥重要作用。例如，细胞色素Ｐ-450是一个包含大约1502+2+
多种异构酶的家族。在结构、功能关系上，有许多问题需要通过生物无机化学来解决，如：铁的氧化态改变过程；铁与氧的键合方式；活性氧的产生机理；氧从活性中间物转移到底物上的途径；Ｐ-450完善的分子识别能力的产生等。最近用计算机图形显示方法研究Ｐ-450的分子识别能力，其研究结果不但能解释不同Ｐ-450对底物的识别能力，还对活性部位结构及机理给出一个更整体性描述。含血红素活性中心的酶类甚多，功能各异。过去以研究单一酶为主，今后若能研究它们的共性与个性，探讨为什么卟啉环上取代基和轴向配体的差异会产生不同的性质和功能是很有意义的。
5.3 超氧化物歧化酶(ＳＯＤ)
ＳＯＤ是一组金属酶(Ｃｕ，Ｚｎ ＳＯＤ、Ｍｎ ＳＯＤ、Ｆｅ ＳＯＤ等)。由于它们能催化Ｏ2的歧化，保护细胞，因而其结构与功能的关系引起了大家的关注。现已查明，Ｃｕ，Ｚｎ ＳＯＤ中，Ｃｕ(Ⅱ)和Ｚｎ(Ⅱ)的配位环境、它们在蛋白质构象空腔中的位置，以及控制和引导Ｏ2进入空腔内的入口和通道等。近年来，对ＳＯＤ研究有着眼于ＳＯＤ中的Ｃｕ离子与Ｏ2结合并使它歧化的机理研究和模型化合物研究等两个方面。合成稳定Ｃｕ-Ｉｍ-Ｚｎ配合物将有助于我们了解咪唑的作用，同时也获得一些有实际意义的模型ＳＯＤ。
5.4 金属硫蛋白(ＭＴ)
ＭＴ与Ｐ-450相对应，前者用于有毒金属解毒，后者用于外源性有机物体内转化。ＭＴ具有多硫基、低分量以及形成金属簇配合物等特殊性质，容易与金属结合(特别是弱酸性金属)，以产生解毒作用，并因其有多硫基存在，具有抗氧化生物功能。它的生物功能和它的特殊金属簇结构吸引了人们的注意。目前研究重点在于阐明金属簇结构、金属离子的结合方式。近年来，从动态研究获得了一些新的结果，也引出了一系列新的问题。如金属簇和蛋白链的相互作用，表现在去掉金属和引入金属时，蛋白质构象的改变等。6抗癌配合物的研究
自从70年代发现顺铂抗癌活性以来，引起一股筛选金属配合物作为抗癌药物的热潮，但由于金属的毒性，药物初选命中率虽高，但最后通过临床试验的并不多。现在，这方面的研究趋向于机理的研究。(1)顺铂及其类似物：70年代发现顺铂的抗癌活性，确认ＤＮＡ是顺铂的主要靶分子。后20年集中研究顺铂与ＤＮＡ相互作用的机理，对顺铂与ＤＮＡ及其类似物之间的结合位点以及结合引起的ＤＮＡ构象变化都作了深入研究。在蛋白质中，主要靶分子包括金属硫蛋白，膜上富巯基酶和细胞骨架蛋白等。它们不仅是以毒性作用于靶分子，也可能在杀伤癌细胞中起一定作用。顺铂的应答反应是由许多环节构成的总表现，研究这些环节发生的化学基础可以把药理作用与毒理作用结合起来进行解释。(2)二取代有机锡(Ⅳ)化合2+---
物：抗肿瘤的有机锡化合物的研究约有15年的历史。整个Ｒ2ＳｎＸ2研究思路与顺铂相似，一部分工作以合成筛选为主，另一部分工作以研究机理为主。目前，由于Ｒ2ＳｎＸ2抗癌机理不清，设计中盲目性较大，结果不令人满意。在机理研究中，有实验表明，锡化合物也是通过Ｘ离去后，锡与ＤＮＡ作用，使ＤＮＡ交联或断裂，从而杀伤或抑制癌细胞。后来发现的事实表明，细胞内还有其它靶分子，甚至是主要靶分子，也需要进一步研究，以确定它们的毒性是否主要是在脂类分子上引发。(3)其它抗癌无机化合物：二环戊二烯配合物Ｃｐ2ＭＸ2(Ｃｐ2ＴｉＣｌ2)也曾引人注目，但面临Ｒ2ＳｎＸ2同样问题。锗化合物的抗癌作用也是一项重要的研究课题。有些锗化合物已在(Ⅱ)期临床试验中。抗癌锗化合物迄今尚未确定，它们的结构与活性关系也有待研究。
篇2：生命科学有关的无机化学前沿
环境科学中的化学问题环境水质学中的几个化学前沿问题
摘要：本文讨论环境化学学科的范畴、组成及特色.介绍环境水质科学技术中与微界面水质过程有关的几个前沿热点,诸如水体颗粒物、有毒化学品、悬浮沉积物、无机高分子絮凝剂等的发展概况及核心内容.作 者：汤鸿霄 Tang Hongxiao 作者单位：中国科学院生态环境研究中心环境水化学国家重点实验室,北京,100085期 刊：化学进展 ISTICSCIPKU Journal：PROGRESS IN CHEMISTRY年，卷(期)：2000,12(4)分类号：X13 X52关键词：环境化学 微界面 有毒化学品 沉积物 絮凝剂
篇3：生命科学有关的无机化学前沿
一、化学生物学人才在国内的培养情况
化学与生物学的交融是当今自然科学发展的一大趋势。中国化学会于2001年召开了首届全国化学生物学学术会议, 作为化学一级学科下的建制设立化学生物学专业委员会, 现已召开六届了, 大力促进了化学生物学复合型人才的培养。目前国内已有湖北大学、厦门大学、南京大学、北京大学、华中师范大学、四川农业大学等开设了化学生物学专业, 且对本科培养模式和研究生培养作了探讨和改革, 如探讨出复合型人才培养过程中实行导师制的方式、结合国内学科特点构建了新的课程体系, 以创新意识、专业实验技能、科学研究基本能力强的复合型人才为目标, 使培养出化学生物学毕业生都有较好的去向。
二、地方本科院校化学生物学人才培养
如何培养出满足国家科技战略需求的创新型人才是高等教育面临的一个亟待解决的问题, 也是2007年启动的本科教学“质量工程”中的重要建设内容。这充分体现了我国创新型人才培养的科技战略背景。从具体的学科专业发展趋势上看, 20世纪后期, 以生命科学、信息科学、材料科学为重要标志的科学技术革命飞速发展, 学科领域不断分化, 呈现出高度交叉和综合发展的趋势, 新兴、交叉、边缘学科不断涌现, 特别是化学与生物学的交叉, 更具有代表性。
由于宜春学院本科教育的培养目标主要是培养高级应用型人才而非高级研究型人才, 这就要求我们必须相应培养出符合时代发展需要的化学生物学本科类人才来满足社会需求。化学生物学的发展, 对既具有较好的化学基础又有较好的生物学基础的复合型人才的培养提出了要求。宜春学院现有的化学专业、生物技术和生物工程专业分别按化学、生物学一级学科培养本科人才, 学生的知识结构尚难胜任化学生物学交叉领域的工作。湖北大学化学与材料科学学院经原国家教委批准试办了理科化学生物学基础科学研究和教学人才培养试点班, 取得了成功的经验。我认为在地方本科院校依托原有的学科力量设立化学生物学本科专业, 很有必要。同时目前宜春市正值我省建设锂电行业、医药行业的重要时期, 且拥有我国最大的钽铌锂原料生产基地和开采量占全国89.3%的锂矿, 可以预测未来几年中有关化学生物学类人才的需求必定大大增加, 化学生物学的基础是天然产物化学、生物有机化学和生物无机化学。宜春学院本专业毕业生拟主要面向宜春市及周边地区化工、无机新材料、轻工、能源等行业, 以及厂矿企业、事业、技术和行政部门从事应用研究。这为宜春学院该专业的人才去向提供了强有力的保障。
对化学生物学本科人才的培养, 不仅要注重化学、生物两方面知识和技能的复合, 而且要注重思维方式的复合, 即将传统的化学工作者“结构”和“反应性”的思维模式与生物工作者“生物化学功能和生物学功能”的思维模式有机地结合起来, 建立利用化学小分子等化学物质工具解决生物学领域的一些问题的思维方法。地方本科院校把现有的应用化学与化学生物学重点实验室及省天然药物重点实验室特别是开放实验室很好地利用起来, 培养化学生物学专业人才。在这个过程中, 化学生物学等交叉课程和化学生物学综合实验课程的设置就显得尤为重要, 结合必要的药学类课程, 可以获得较为完整的化学生物学的思维训练。
地方本科院校以培养具有坚实化学与生物学基础知识和较广泛的化学生物学交叉领域的知识, 具有熟练的化学与相关生物学实验技能, 创新意识强, 综合素质高, 能在化学生物学、化学、生命科学、医药学、材料科学、环境保护等相关领域从事教学、科研、技术开发及管理工作的综合性人才。学生毕业后适宜到化学、药学、医疗、生化制药、生物工程、无机新材料、轻工、能源等行业, 以及厂矿企业、事业、技术和行政部门从事应用研究、科技开发和管理工作;化学生物学专业的毕业生可为化学、生物学和药学等相关学科博士和硕士研究生的高质量生源;从就业角度看, 化学生物学专业毕业生的就业范围扩大了, 加上学校原有的国家品牌专业生物工程、化学 (应用化学) 专业的特色, 无疑竞争力将大大增强。
摘要：化学生物学正在成为21世纪一个重要的新兴交叉学科, 它是化学与生物学和医学等学科领域相互交叉、相互渗透的产物。国内外相续开设了化学与生物学专业, 以培养复合型创新性人才为目标。本文在简要介绍化学生物学专业特点及人才培养目标下, 以地方本科院校宜春学院为例, 阐述了化学生物学人才的培养方法。
关键词：化学生物学,新兴交叉学科,人才培养
参考文献
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篇4：生命科学有关的无机化学前沿
关键词：材料化学 专业实验 科研结合
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）05（a）-0045-01
材料化学专业是一个在我国多所高校都设立的本科专业，这个专业研究材料的制备、组成、结构、性质及其应用，具有明显的交叉学科、边缘学科和应用型学科的性质。同时，材料化学专业是一门应用型理工科专业，实验教学在此专业的教学活动中占有重要的地位。实验教学开展的好坏将直接影响本专业毕业生的水平。另一方面，实验教学是高等院校理工科专业教学体系的重要一环，在培养学生创新精神和实践能力方面具有举足轻重的作用。从大的方面讲，高等院校人才培养的结果将直接影响我国的国际竞争力，因为国家间的竞争是人才的竞争，高素质的人才是一个国家创新的根本，因此，培养创新型人才就成为摆在我国高等教育面前最紧迫的任务。针对上述观点，为更好的培养我校材料化学专业本科生的实验探索能力和创新精神，结合我校在化学与材料科研方面的特点，经过多年的实验教学探索，我们建立了以前沿科学研究融入材料化学专业实验的新型实验的教学方式，以科研骨干力量作为实验指导老师，一方面强化学生的基础动手能力，强调基本功；另一方面带领学生紧跟学科发展方向，突出以学生为中心的实验教学模式，形成依托科研方向和科研项目的研究式为主的实验教学方式。
1 专业实验的基本构成
我们将专业实验课程分为材料合成、结构及性能测试实验和材料加工与设计实验两大部分，这两部分专业实验贯穿两个主旨，一个是加强学生对专业知识的理解和掌握，同时，提高学生的基本动手能力和基本实验素养，学生在学习完成无机化学、结构化学、电化学、物理化学以及其它前导课的理论课及实验课的基础上，进一步学习材料化学方面的相关理论及实践知识。这一部分包括的实验有：（1）LaCeCoNiO3钙钛矿超细粉末的制备；（2）电沉积法制备ITO/TiO2/CdS半导体复合薄膜；（3）X射线衍射粉末法物相分析；（4）染料敏化二氧化钛纳米晶薄膜电极的光电流测试；（5）TiO2/CdS半导体膜电极光电性能的测试；（6）采用比表面分析仪测定改性纳米TiO2的比表面积；（7）钙钛矿型汽车尾气三元催化剂性能的测试；（8）以SBA-16为模板电沉积Fe；（9）CVD法制备碳纳米管；（10）气敏传感器件的加工、组装及测试；（11）偶氮苯的电子结构和光谱性质的理论计算；（12）金红石相TiO2的晶体结构及相关性质的计算；（13）压力对金红石相TiO2的带系的调控作用等。通过该课程的学习，使学生对功能材料及纳米材料的制备原理、方法有深刻的理解和认识，并使学生能将化学的基本理论与功能材料有机结合起来，培养学生独立思考和创新能力来解决材料化学问题，使学生对现代材料化学的研究现状和发展趋势有所了解。另一方面，是学生科学研究能力的培养和创新能力的培养，利用实验教师的紧跟时代的科研课题，激发学生的学习热情，同时，让学生体会到在科学探究过程中的乐趣。包括有：（1）基于纳米结构TiO2光电池的组装及其性能；（2）TiO2纳米粒子的制备、表征及其光催化性能；（3）功能复合微球设计合成及性质研究等实验，这些实验的结果并不是唯一的，学生可以选择自己感兴趣的方向选择其中一个。通过材料化学实验，使学生了解无机化合物功能材料领域的最新进展，系统掌握无机纳米粒子、超微粉体的制备、分离、表征以及性质研究等方法，培养学生的综合创新能力。
2 专业实验与科研相结合
依托功能无机材料化学教育部重点实验室、光电与能源环境材料省级重点实验室、功能材料省高校重点实验室，我院教师在新型石墨烯材料、半导体光电转换电极材料、光催化材料、化学传感器、光存储材料和有机光电功能材料及器件等方面的研究已经达到了国际前沿水平，同时，承担材料专业化学专业实验教学的老师全部承担参与了国家自然科学基金项目，并且绝大多数老师都是国家自然科学基金项目的项目主持人，这些资源为给学生开展优质的材料化学专业实验提供了保证。学生根据每一位指导教师的研究方向和课题并结合学生自己的兴趣，设计和执行实验方案。在各科研团队老师的指导下，分析实验结果，对存在的问题提出解决方案，最后得出实验结论。随着科研团队研究方向的发展，实验内容每隔三、四年即会调整更新，让学生始终能跟踪材料科学发展的方向，体会到创新的乐趣，自然增加了学生的积极性。
3 为学生创造条件继续深入科研
对一些学有所长，并且有时间和精力的同学，我们对他们开放实验室，为学生创造条件。有兴趣的同学可以在课余深入到教师的科研实验室，在相关教师的指导下，进行科学探索研究。因为专业实验的老师绝大部分都是科研骨干，所以学生在上专业实验课程的时候，能够了解各个老师的研究方向并找到自己感兴趣的方向，在课余时间，学生就可以找到相关的老师，继续自己感兴趣的研究，为他们日后打下基础。进几年来，已经有几位本科生在专业实验之后，走进实验室进行科学研究，并凭借其本科阶段的研究经验成功申请到奖学金，到发达国家的大学继续攻读研究生学位。
经过这些专业实验课程的改革之后，学生的上课热情高涨，学习的积极性也极大的提高起来，而且还有一些学生迸发了进一步进行科学研究的热情。这样又倒过来推动了学生对理论课程的学习，从总体上改善了学生的学习效果，能够更好的培养创新型人才。
参考文献
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[2]王秀华，刘莉，阙荣辉.材料化学专业实验教学中学生创新能力的培养[J].科技信息，2010（20）：453.
篇5：化学前沿讲座作业
土壤中镉和镍
董杰
(河西学院化学化工学院化学化学121班，1251101105，1563509541@qq.com)
摘要: 利用金属罐加热酸消解－ 石墨炉原子吸收法直接快速测定土壤中的Cd 和Ni。该方法前处理操作过程简便、省力，干扰小，空白低，所用设备简单，成本低廉。试验结果表明，该方法测定土壤中的重金属，测定结果准确可靠，重复性好。经国家一级土壤标准物质样品测定验证，结果与标准值吻合。Cd、Ni 的回收率分别为97.5% ～ 102.5%、98.7% ～ 101.6%，相对标准偏差为3.25%、1.12%，方法检出限为0.1、1.0 μg /L。关键词: 金属罐 消解 石墨炉 土壤 Cd Ni 土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是生态环境的重要组成部分。随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质种类、数量的增加，土壤重金属污染日益严重。重金属在土壤中积累，达到一定程度便会对农作物的产量和品质产生不良影响，进一步通过食物链最终影响［1］人体健康。在中国，随着污灌面积不断扩大，土壤重金属的污染问题日益严重，近年来，突发性的环境污染事件骤增，其中重金属污染的案例占很大比例。重金属污染问题已日益严
［2］重，对污染环境的治理迫在眉睫，因此，对土壤中的重金属进行定性和定量分析，对于防治重金属污染，维持生态平衡，保护人们的健康，都有着十分重大的意义。目前，常用的土
［3］［4］壤重金属检测分析方法有: 激光诱导击穿光谱法，感应耦合电浆质谱法，火焰原子吸［5］［6］［7］收光谱法，石墨炉原子吸收光谱法和分光光度计比色法。上述方法或者样品前处理较为麻烦;或者测量时间长精密度不高;或者使用的仪器较为复杂，测量成本高。而GB /T 17141—1997《土壤质量铅、镉的测定石墨炉原子吸收分光光度法》测定Cd 的方法，又存在着检测限太高，干扰大，需加基体改进剂而导致的效果不好、稳定性差、波动性大等问题。本文采用金属罐消解－ 石墨炉法快速直接测定土壤样品中的Cd、Ni 含量，具有操作简单，进样量少，准确度高，定量准确、迅速等优点，所得结果准确、可靠。实验部分
1．1 主要仪器与试剂
美国PE—600 原子吸收分光光度计，镉、镍空心阴极灯，与主机配套石墨炉，自动进样器，塞曼扣背景。浓硝酸、氢氟酸，均为GB 以上级。高纯氩气: 纯度为99.999%。标准储备溶液: 镉、镍质量浓度均为1.00 mg /mL(标准物质研究中心)。标准工作溶液: 镉、镍质量浓度均为0.01 mg /mL，使用时按要求逐级稀释。实验用水为去离子水。1．2 仪器测量条件
测量条件见表1。
表1 石墨炉测量条件
［8 － 9］1．3 金属罐消解溶解方法
称取土壤样品0.1 g(精确至0.000 1 g)于聚四氟乙烯消解罐中，加入1 mL HF + 2 mL HNO3溶液，将聚四氟乙烯管放置于金属罐中密封，置烘箱中于180 ～ 190 ℃加热24 ～ 30 h，冷却，将聚四氟乙烯管取出，放置在电热板上蒸至近干(140 ℃左右)，再加少许HNO3(＜ 1 mL)，蒸干(干透)，加入2 mLHNO3 + 3 mL 去离子水，如前密封，置烘箱内于140 ℃加热4 ～ 5 h，冷却至室温，直接定容到100 mL 容量瓶中，待测。随同做空白试样。1．4 校准曲线的绘制
准确配制0、0.05、0.1、0.5、1.0、2.5 μg /L的镉标准溶液及0、5、10、20、30、50 μg /L 的镍标准溶液，按照表1 设定的仪器条件测定标准溶液，绘制标准曲线。同时测定空白试样。1．5 样品测定
将已处理好的土壤样品在测定标准曲线相同条件下进行测定，同时做全程序试剂空白，然后计算其含量。结果与讨论
2．1 样品消解方法
采用金属罐消解法消解土壤样品时，为控制好空白，避免样品损失，消解液加入量不宜太多，温度不宜太高，时间不宜太长。金属罐消解通过样品与酸的混合体内部发热，热量损失很少，从而使样品快速分解。消解时，硝酸加入量要适宜，太高会造成测定结果偏低，而且在高温下硝酸对石墨炉具有腐蚀性，造成仪器的损害。如果消解后硝酸残留量多，可在通
［10］风橱中低温加热，蒸发至近干。用混合酸分解土样，能彻底破坏土壤晶格，适于重金属的测定，消解过程中要控制好温度和时间。2．2 金属罐消解条件的选择
对HNO3 － HF 这一消解体系，按照不同用量、消解温度及消解时间进行试验。结果表明，酸比例为2 ∶
1、温度为190 ℃、消解时间在24 ～ 30 h，能获得满意的结果。试验结果如图1 ～ 3 所示。
图1 混酸不同比例与A 的关系
图2 消解时间与A 的关系
θ /℃
图3 消解温度与A 的关系
2．3 方法检出限
以空白溶液测定10 次的标准偏差的3 倍所对应的浓度作为检出限，测得镉的检出限为0.1 μg /L，镍的检出限为1.0 μg / L。此检出限可以满足日常监测要求。2．4 干扰试验
++2 +2 +2 +3 + 试验表明，在所选试验条件下，5000 倍的K、Na、Ca、Mg、Zn，250 倍的Fe、4 +6 +2 +2 +2 +Mn、Mo、Cu，800 倍以下的Pb、Co 对测定无干扰。2．5 方法的精密度及稳定性试验
土壤测定用ESS—1 质控样作分析质量控制样，测定15 次，其重复性和稳定性见表2。由表2 看出，Cd、Ni 的测定值在标准值的范围之内，RSD 分别为3.25%及1.12%。2．6 线性方程与线性范围
将Cd、Ni 标准溶液均用1% 的HNO3溶液介质逐级稀释配制系列标准工作溶液，系列准工作溶液质量浓度见表3，按1． 2 仪器条件测定标准溶液的谱线强度，对谱线强度X 和标准溶液的浓度Y 进行线性回归，得线性方程与相关系数(表3)。
表2 ESS—1 质控样重复性和稳定性实验结果
2．7 加标回收率试验
按照限定的工作条件和金属罐消解程序，在样品中分别加入不同量的Cd、Ni 标准溶液进行加标回收试验，结果见表4，由表4 可知，待测元素Cd、Ni的回收率均接近100%，表明方法准确可靠。2．8 样品测定
用本试验方法对实际土壤样中的Cd、Ni 含量进行测试，结果如表5 所示。由表5 可看出所采集土壤中Cd、Ni 的含量情况，Cd 含量范围在0.052 ～0.266 mg /kg之间，Ni 含量范围在15.7 ～ 58.2 mg /kg之间。均能达到土壤的环境质量标准要求。
表5 土壤样品的分析结果
结语
(1)用金属罐消化样品快速、完全、易保存。
(2)用石墨炉原子吸收法直接测定土样，用ESS—1 质控样作对照测定及加入标准作回收试验，试验结果证明方法可靠。
参考文献
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篇6：有机化学的发展前沿和研究热点
有机化学的研究对象是有机化合物, 它研究有机化合物的组成、结构、性质、合成、变化，以及伴随这些变化所发生的一系列现象。
20世纪的有机化学，从实验方法到基础理论都有了巨大的进展，显示出蓬勃发展的强劲势头和活力。世界上每年合成的近百万个新化合物中约70%以上是有机化合物。其中有些因具有特殊功能而用于材料、能源、医药、生命科学、农业、营养、石油化工、交通、环境科学等与人类生活密切相关的行业中，直接或间接地为人类提供了大量的必需品。与此同时，人们也面对着天然的和合成的大量有机物对生态、环境、人体的影响问题。展望未来，有机化学将使人类优化使用有机物和有机反应过程，有机化学将会得到更迅速的发展。
有机化学的迅速发展产生了不少分支学科，包括有机合成、金属有机、元素有机、天然有机、物理有机、有机催化、有机分析、有机立体化学等。下面就其中的一部分分支学科来说，了解有机化学的发展前沿和研究热点。(1)有机合成化学
这是有机化学中最重要的基础学科之一，它是创造新有机分子的主要手段和工具，发现新反应、新试剂、新方法和新理论是有机合成的创新所在。1828年德国化学家维勒用无机物氰酸铵的热分解方法，成功地制备了有机物尿素，揭开了有机合成的帷幕。100多年来，有机合成化学的发展非常迅速。
有机合成发展的基础是各类基本合成反应，不论合成多么复杂的化合物，其全合成可用逆合成分析法分解为若干基本反应，如加成反应、重排反应等。每个基本反应均有它特殊的反应功能。合成时可以设计和选择不同的起始原料，用不同的基本合成反应，获得同一个复杂有机分子目标物，起到异曲同工的作用，这在现代有机合成中称为“合成艺术”。在化学文献中经常可以看到某一有机化合物的全合成同时有多个工作组的报导，而其合成方法和路线是不同的。那么如何去评价这些不同的全合成路线呢?对一个全合成路线的评价包括：起始原料是否适宜，步骤路线是否简短易行，总收率高低以及合成的选择性高低等。这些对形成有工业前景的生产方法和工艺是至关重要的，也是现代有机合成的发展方向。
(2)金属有机化学和有机催化
金属有机化学在20世纪有机化学中是最活跃的研究领域之一，其中特别是与有机催化联系在一起。均相催化使有机化学、高分子化学、生命科学及现代化学工业发展到一个新的水平。金属有机化学使人们认识到无机化学和有机化学交叉产生的金属有机化学会产生如此巨大的活力和作用；同时还发现许多金属有机化合物在生物体系内有重要的生理功能，如维生素B12，引起了生物学界的关注。由于金属有机化学的本身结构和功能的特殊性，以及广泛的应用前景，它在21世纪将有更大的发展。
含有碳-金属键的化合物种类甚多，至今还有不少元素周期表上的金属元素尚无合成的金属有机化合物。因此，金属有机化合物的合成方法有待进一步研究和深入。如1849年就制得乙基锌〔Zn(C2H5)2〕，发现它有极好的反应性能；以后才相继制得含锂、钠、钾、镁、铝、汞、锡等的金属有机化合物。但直到20世纪50年代才发展到主族元素和过渡元素的金属有机化合物。金属有机化合物的结构和性能关系是一个很广泛和重要的研究领域。如茂金属催化剂，它是烯烃聚合反应的新型催化剂；现在又发现二茂铁可做燃烧催化剂。应用金属有机化合物作为光学材料、电子材料和医药也是正在开发的领域。在21世纪将会发现更多具有各种特殊功能、可用作功能材料的金属有机化合物。
金属有机化合物在有机合成的均相催化反应中起着十分重要的作用。往往在金属有机化合物催化下产生一系列的有机合成反应。各种金属有机化合物的催化活性是不同的，将其应用于有机合成中将会产生各种不同的反应。有机反应催化剂的研制趋势是模拟那些能起催化反应的酶。这些模拟酶的选择性催化剂将在化学合成中呈现日新月异的新局面，故有的诺贝尔化学奖获得者称其为化学酶。
(3)天然有机化学
天然有机化学是研究来自自然界动植物的内源性有机化合物的化学。大自然创造的各种有机化合物使生物能生存在陆地、高山、海洋、冰雪之中。发掘和认识自然界的这一丰富资源是世界发展和人类生存的需要，是有机化学主要研究任务之一，也是认识世界的基础研究。从事天然产物化学研究的目的是希望发现有生理活性的有效成分，或是直接用于临床药物和用于农业作为增产剂和农药，或是发现有效成分的主结构作为先导化合物，进一步研究其各种衍生物，从而发展成一类新药、新农药和植物生长调节剂等。对于自然界的天然产物，有机化学家和药物化学家长期以来一直对它具有广泛的兴趣，并从中已经获得了许多新药和先导化合物。
(4)物理有机化学
物理有机化学研究有机分子结构与性能的关系，研究有机化学反应机理及用理论计算化学的方法来理解、预见和发现新的有机化学现象。对有机分子结构与性能的关系以及对有机化学反应机理的研究，是希望从实验数据中找到其内在的规律，并提高到理论化学的高度来理解和认识。
① 分子结构测定，目前，有机化合物结构测定所用的波谱(紫外、红外、核磁共振、质谱)和X-射线单晶结构分析等已经能测定大多数有机分子的结构，但对于结构很复杂的生物大分子或存在量极微的有机化合物结构的测定尚有待于分析仪器设备的不断发展。如目前已有800兆核磁共振仪，更高级的已在研制中。某些新型的显微镜也正在发展之中，例如可以直接观察单个分子及其结构的显微术。这一领域的发展可能导致一系列生物大分子的发现，并测定它们的一级结构以及二、三级结构，了解分子在空间的排列以及分子-分子体系是如何组合的。这是物理有机化学研究的基础工作，只有了解清楚分子结构，才有可能联系其性能，研究结构与性质的关系。
②反应机理随着对反应过渡态及反应活性中间体的研究来确证，往往一个有机化学反应将不单纯是某一类反应机理，而是涉及多类有机反应历程，如自由基反应会涉及电子转移反应。现有的研究进展表明，对任何一个有机化学反应历程，最终必须搞清楚反应过程中原子和分子的碰撞及重组情况，不同反应步骤的速率及反应中能态和相关能量。因此在研究有机反应机理中发现新的反应机理是一个方面，而搞清楚已知反应历程的速率、能量也是控制有机化学反应的一个重要方面。
③分子间的弱相互作用分子间的弱相互作用决定参与反应的分子间的识别，因而决定反应的选择性；它还决定分子间的聚集方式。研究分子间弱相互作用及其后果是十分重要的。
(5)生物有机化学
生物有机化学的主要研究对象是核酸、蛋白质和多糖三种主要生物大分子及参与生命过程的其他有机化合物分子。它们是维持生命机器正常运转的最重要的基础物质。
核酸是信息分子，负担着遗传信息的储存、传递及表达功能。近10年来对核糖核酸的研究发现，除上述功能之外，它还显示出独特的催化活性，即有着酶一样的作用。这大大加深了对核酸和蛋白质这两类重要生命基础物质的性质和相互关系的认识。核酸研究的深入发展，深刻揭示了DNA复制、转录、RNA前体加工、蛋白质生物合成过程中的相互关系，从而了解许多疾病的病因与核酸的相关性，为核酸在医学上的应用开拓了广阔的前景。全新蛋白质是蛋白质研究中的一个新领域。国际上正在尝试按化学、生物、催化等性质的需要合成新的蛋白质分子，对酶蛋白和膜蛋白的研究和模拟将起到重要作用。
多糖也是生物体内的重要信息物质。目前多糖研究侧重于分离、纯化、化学组成及生物活性测定等方面。对多糖的溶液构象、空间结构与功能的关系都还未深入研究。要深入研究多糖结构和功能的关系，必须首先在将其分离、分析和合成方法上有所突破。
模拟酶的研究。模拟酶的主客体分子间的相互识别与相互作用已取得了可喜的进展。此外在酶的模拟方式上最近出现了所谓催化性抗体的新策略，这种设想有可能创造出新型的高效、高选择性催化剂。
生物膜化学和细胞信号传导的分子基础是生物有机化学的另一个重要研究领域，对医学、卫生、农业生产均会产生深远的影响。
目前，随着结构理论和化学反应理论以及计算机、激光、磁共振和重组DNA技术等新技术的发展，有机化学对分子水平的掌握日益得心应手，能够按照某种特定需要，在分子水平上设计结构和进行制备，并由此形成了化学发展的一个新方向——分子工程学。
对于21世纪有机化学的展望：(1)走出纯化学，进入大科学
当生物化学和药物化学彻底脱离有机化学后，化学家则把兴趣更多地转向获得结构奇特或昙花一现的分子，较少象生物学家那样发挥想象力，探索其有时是捉摸不定的功能。随着20世纪的过去，化学知识和化学生产的普及和发展，数学、物理的进展，一些在此基础上综合发展起来的大科学开始显现出它们重要的地位，而这些大科学的发展，又反过来对化学提出了新的挑战和发展方向。
尤其是与信息时代相关的功能材料以及当前可能更受人们重视的生命科学，都面临着众多的化学问题亟待解决，要求化学家更多更积极的参与。如果说生物学家致力于阐明生命的过程，那么化学家的使命就是研究如何调控这一过程。
然而，化学虽然在20世纪有了飞跃的发展，但面对生命这样复杂的体系，现有的化学知识是不敷应用的，特别需要新化合物和新结构的提供以及复杂体系中分子识别本质的知识和实践经验的积累。(2)迎接挑战，发展化学
21世纪初，化学发展的几个重要方面可能为：化学反应动态学（如1999年诺贝尔奖授予的飞秒化学等）；分子识别、分子间的弱相互作用和分子聚集体化学；合成和组装化学等。以合成为例：
从科学发展的角度来看，合成化学是化学学科的核心，是未来化学家改造世界、创造社会的最有力的手段。创造新的合成反应一直是化学界的热点，多年来不少诺贝尔化学奖就是授予了合成化学家。最近20年SCI引用次数最多的50名化学家中约有1/3是从事合成化学的。200年来化学家不仅发现和合成了众多天然存在的化合物，同时也人工创造了大量非天然的化合物，使得人类社会所有的化合物已达2230 万个（CA1999年12月10日收录的化合物数）。其增加速度从20世纪90年代前每年60多万个到今天几个月100万个。
随着21世纪的到来和社会高科技的迅猛发展，要求合成化学家能够更多地提供新型结构和新型功能的化合物，并在此基础上设计和组装各种功能的分子聚集体，进而制备高技术传感器、仿生智能材料以及分子电子器件、分子开关等新材料。
生命科学研究进入到分子水平，需要化学的参与，需要合成研究的参与。材料科学、环境、能源乃至信息科学都对化学提出了诸多挑战。
篇7：《化学专业前沿讲座》心得体会
——《化学专业前沿讲座》心得体会
为期八周的《化学专业前沿讲座》课程已经接近尾声，在课程学习过程中，各位任课老师都自己研究方向的最前沿成就，可谓是“八仙过海，各显神通”呀！这门课程给我影响最深的就是尽管各位老师的研究内容都不尽相同，但是其研究发展方向都在朝着同一个方向目标进行——绿色化学。
绿色化学又称环境无害化学，在其基础上创新的技术称绿色技术、环境友好技术或洁净技术，是用化学的技术和方法去减少或消除有害物质的生产和使用，处于当前国际化学研究的前沿领域。
绿色化学的核心是：利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。按照绿色化学的原则，在理想的化工生产方式是：反应物的原子全部转化为期望的最终产物。
根据绿色化学的概念，它应该具有以下主要特点： 1．充分利用资源和能源，采用无毒、无害的原料；
2．在无毒、无害的条件下进行反应，以减少向环境排放废物； 3．提高原子的利用率，力图做到所有作为原料的原子都吸纳都产品中去，真正实现“零排放”；
4．生产出有利于环境保护、社区安全和人体健康的环境友好的产品。
绿色化学的口号最早产生于化学工业非常发达的美国。1990年，美国通过了一个“防止污染行动”的法令。1991年后在，“绿色化学”由美国化学会（ACS）提出并成为美国环保署（EPA）的中心口号。经过十多年的研究和探索，绿色化学的研究者们总结出了绿色化学的12条原则，这些原则可作为实验化学家开发和评估一条合成路线、一个生产过程、一个化合物是不是绿色的指导方针和标准。绿色化学给化学家提出了一项新的挑战，国际上对此很重视。1996年，美国设立了“绿色化学挑战奖”，以表彰那些在绿色化学领域中做出杰出成就的企业和科学家。绿色化学将使化学工业改变面貌，为子孙后代造福。
篇8：生命科学有关的无机化学前沿
1 高内涵筛选技术
近年来,随着组合化学的发展以及对生物化学、分子遗传学、分子生物学研究如人类基因组计划等以几何级数增加了新的靶分子的数量,高通量筛选技术不断得到发展。高通量筛选(High Throughput Screening,HTS)主要是建立在细胞和分子水平上的单一筛选模型,对样品的活性进行评价,从而发现对某一具体靶点的活性样品。其筛选靶点包括酶、受体、离子通道等。HTS根据待测样品的种类分为细胞相筛选、非细胞相筛选,生物表型筛选[3],它极大地提高了对目标分子、活性物质以及先导药物的筛选速度。但随着筛选规模和质量的不断增加,HTS的单靶点筛选方法不能适应药物发现和对化合物及样品的综合评价。因此,HTS技术正进一步向高内涵筛选技术发展。
高内涵筛选(High Content Screening,HCS)最初是作为高通量筛选的次级筛选发展起来的[4],其创立是近年来药物创新研究领域中一项重大的技术突破[5]。高内涵筛选[6]是指在保持细胞结构和功能完整的前提下,尽可能同时检测被筛选样品对细胞、形态、生长、分化、迁移、凋亡、代谢途径及信号转导等多个环节的影响,从单一实验中获取大量有关信息,确定其生物活性和潜在毒性。实际上,高通量药物筛选结果是单一的,而高内涵筛选的筛选结果是多样化的,它以多指标多靶点共同作用为主要特点,涉及的靶点包括胞内成分、细胞的膜受体、细胞器等。从筛选载体上看,高内涵药物筛选与高通量药物筛选并没有显著的区别,也在微孔板上进行,目前使用较多的是96孔微板。其优点是它的检测体积并未因检测指标增加而增高,操作步骤同样简单可行、自动化。
2 高内涵筛选技术的工作流程
HCS技术是分析软件、自动化控制、生物学以及显微观测技术最新发展的综合运用,HCS的出现完全改变了以细胞为基础的靶目标的确定、先导化合物优化和结构活性分析以及2次筛选等较为传统的方法。它加快了鉴定高价值靶点的过程,得出有效的数据去分析和研究药物及其先导化合物的结构和功能,同时也提高了由高通量筛选所得靶点的质量。它能够减少筛选成本,其尝试包括筛选样品混合,降低筛选体积,加快筛选分析和数据的获得,多靶点多指标平行检测等。多靶点多指标高内涵筛选是在进行一次筛选后而获得样品对多个靶点的作用信息,筛选体积不需要太小,检测指标的试剂相互之间不影响,所以,多指标同时评价的高内涵药物筛选不但是有效提高先导物的发现的一个新方法,而且也是将来药物筛选成本大大节省的方法之一。高内涵筛选不仅能阐明被筛样品与药靶的相互作用关系,而且可同时了解细胞的其它生物学改变,进而研究其对相关代谢途径的影响,并通过观察细胞形态来预测化合物的毒性。应用高内涵筛选技术能够加速发现具有潜在开发前景的活性化合物,设定深入评价的优先次序,为构效关系研究和结构优化改造提供有力的支持。
从技术层面而言,高内涵筛选是一种应用高分辨率的荧光数码影像系统[7],在细胞水平上实现检测指标的多元化和功能化的筛选技术,旨在获得被筛样品对细胞产生的多维立体和实时快速的生物效应信息[8]。高内涵筛选克服了以往药物发现的“串行”研究方法(即化合物筛选→初步药效学评价→急性毒性评价→全面的临床前研究→临床研究)效率低、速度慢的弱点以及高通量筛选成功率低的缺陷,通过微生物细胞检测仪和最新应用软件的结合,使研究人员可以在新药研究的早期阶段就获得活性化合物对细胞的多重效应的详细数据以及化合物效果的一些基本信息,包括细胞毒性、代谢调节和对其它靶点的非特异性作用等,从而可显著提高发现先导化合物的速率,加快新药开发速度和提高药物筛选质量,增加药物后期开发的成功率。HCS具体的系统工作流程如图1所示。
3 高内涵筛选技术的应用
高内涵药物筛选之所以能同时对2个以上指标进行检测,主要依赖仪器设备多通道检测技术的提高。它实际上是样品制备、自动化分析设备、配套检测试剂、数据处理软件、信息学等多方面技术整合的结果,特别是荧光试剂和电子荧光显微镜对高内涵药物筛选方法的建立起到重要作用。高内涵药物筛选使用的细胞成像系统要求完全自动化,能够适应固定细胞或细胞动态过程中多靶点成像分析。目前,高内涵药物筛选主要在影响细胞功能方面有良好的应用。
3.1 在细胞生物学中的应用
高内涵筛选作为一种先进的、完全独立的方法可以大大扩展细胞生物学研究细胞的数量,它可以使每个实验允许分析至少106个细胞,从而使这些研究的价值扩展到整体细胞中,使细胞生物学研究获得较大的发展。高内涵筛选对大规模细胞生物学在学术研究和生物技术方面有着主要的影响。同时,在大细胞生物学中,高内涵筛选可以被用来进行机理研究,从而扩展了染色体组用于活性细胞的价值。目前,国际一些大制药公司正在对大规模细胞生物学应用进行深入研究,整体上处于初步发展阶段[9]。
3.2 与高通量筛选、自动化控制系统相结合
高内涵药物筛选与高通量筛选、自动化控制系统的结合在基础细胞筛选中有着较好的应用[10,11]。高内涵筛选可用来解析活细胞中复杂的生物语言,在空间和时间上给目标化合物的分散活性提供了更多的生物信息,从而使先导化合物更加系统化。大量的参数、细胞信息可从自动化的微型系统中得到,如CellchipTM系统,它们使得高内涵筛选、高通量筛选组合成一个单独而强大的系统平台,从而将更快地找出更多更有效的靶点,因此在早期药物发现结束及评价之前就优化了化合物的选择性。与此同时,在基础细胞系统中对高内涵信息的投入也降低了进行动物和临床实验的成本和时间。
3.3 细胞毒性检测
细胞毒性的检测是药物发现过程中的重要组成部分。以前绝大多数针对细胞增殖的高通量检测方法都是基于细胞蛋白量、酶活性、受体活性等单一指标的生物化学反应,如MTT法、5-溴脱氧尿嘧啶(bromodeoxyuridine,BrdU)参入法、SRB法、3H参入法等。最常用的方法是MTT法。但由于细胞增殖的生物学反应十分复杂,涉及几条通路的活化,如受体底物磷酸化、蛋白激酶激活、DNA合成增加、受体刺激后信号转移等都能促进细胞的增殖。因此传统的方法已经不能够完全反映样品产生细胞毒性时的作用机理。现在建立了一种高内涵细胞增殖筛选模型,能够直接反映核形态学变化、细胞数目、线粒体聚集等多方面的信息。该模型采用三重荧光标记法,其内容是用 MitoTracker(EX556/EM573)标记细胞浆中的线粒体呈红色,Hoechst3334(EX350/EM461)标记细胞核呈蓝色,用微管免疫印迹荧光反应二抗标记AlexaFluor488(EX494/EM519)呈绿色,样品与标记好的细胞作用停止后,就可以通过高内涵药物筛选记数仪(一种全自动荧光显微镜)对细胞直接进行成像分析,得到的筛选结果是:红色荧光变化与线粒体聚集相关,蓝色荧光变化与细胞数目、核形态相关,此外还可以通过所得结果直接分析出样品的细胞毒性的作用机理是损害了细胞核DNA还是抑制了微管聚集。因此高内涵药物筛选方法在细胞毒性的检测方面也有着广泛的应用。
3.4 筛选信息的应用
随着人们对药物筛选更深层的理解和应用,所得的筛选数据信息也变得更加复杂以致难以对其进行分析。在筛选过程和分析中,大量的化合物和与之相关的鉴定和测试会产生出大量的数据信息,而且这其中有很大一部分数据都是不准确或无效的,因此需要将这些数据信息进行有效的选择和利用。将高内涵筛选和传统的生物测定方法相结合,能够把结构性、功能性和生物活性等各方面的数据有效地组合起来,从而找出构效关系(SAR)[12]。同时,高内涵筛选能够合并新的图像数据,通过高内涵图像分析加强了细胞软件系统处理数据的能力。目前,国际一些大的软件公司正在开发一种半导体集成软件,可以将部分高内涵筛选的结果与现存的高通量程序整合在一起,从而能更快、更高效率地获得新的数据信息。
3.5 G蛋白偶联受体的应用
G蛋白偶联受体(GPCR)是最大的细胞表面受体家族,是小分子调节剂治疗干预的众多靶点来源。通过用荧光生物传感器对GPCR活化进行高内涵药物筛选,可以平行得到与GPCR本身或与它相连的第2个偶联蛋白在细胞中的位置、数量、运转情况等多种信息数据。在GPCR高内涵药物筛选中使用最多的标记物是绿色荧光蛋白[13]。绿色荧光蛋白是一个来自JELLY鱼的天然蛋白,它可与GPCR的C末端结合[14]。高内涵药物筛选可根据标记的荧光蛋白提供细胞组成成分和其过程中的动态变化。除了绿色荧光蛋白对GPCR标记检测方法以外,还可用pH敏感花青苷染色法[15],其染色团只有当GPCR内化,配体激活GPCR后pH值下降才能发出荧光,该方法在高内涵药物筛选中具有广泛应用前途。 此外,高内涵筛选在研究双特异性磷酸酶(DSPases)抑制剂、寻找促进肿瘤细胞凋亡的抗肿瘤药、筛选新的凋亡诱导剂等方面也有一定的应用。
4 结语
篇9：工程科学前沿小结
“本科生要多听讲座”是入学不久后的新生研讨课上老师给我们的建议。科大的学业比较繁忙，同学们很容易陷入作业与考试应接不暇的恶性循环当中，而大学本科却又是个人在过去学习和生活体验基础上，确立人生方向，并为之迈出第一步的重要阶段。若只顾眼前的课业，忘记了甚至放弃了对更加远大的理想的追求，这样的大学生活恐怕是很难谈得上有什么真正的收获，而每周三下午的工程科学前沿讲座，则让我们从每日略显单调的学习中抬起头来，在大师们的带领下高瞻远瞩，展望工程科学这篇广袤的土地上，闪烁着曙光的地平线。
工程科学前沿系列讲座内容，可以看出是经过精心选择的，覆盖了工程科学自身和与其他学科结合的各个方向。杜善义院士的“上九天揽月”，吴有生院士的“下五洋捉鳖”，杨秀敏院士的“地下空间与侵爆效应”，杨杰教授的“人类与机器人”，材料力学与3D打印，温室气体与石油开采，生命力学，医疗器械……这些各具特色的讲座不仅让我了解到了那些闻所未闻的前沿技术方向与研究方法，更新了我对一些概念原有的认识，更给了我机会去亲身感受大师们人格魅力，体会他们真切的学术和生命感悟。
在讲座开始之前，我对工程科学的理解还基本停留在传统机械，建筑和工业制造上，对学科和自身未来的发展都充满的迷茫，而工程科学前沿的讲座仿佛为我打开了一扇新世界的大门。在所有的讲座之中，与力学相关的占了绝大多数，“力”无处不在，关于“力”的分析和应用不仅能帮助我们克服航天，航海这些和力学直接相关领域的难题，还能指导和解决新材料乃至生物方面的问题，解释和表面上和力学问题毫不相关的现象。在龙勉教授的讲座中，细胞的力学结构和对力的感知和相应现象令我十分惊奇，也大大改变了我对力学的看法。人们对于力的认识起源于对外界现象的研究，而万万没有想到，奇妙的自然早已在我们身体之内构造了一套精密的力学系统。血液的流动，细胞的转移，物质的运输，多彩的生命现象之后是同样丰富的力学现象，远远超出了骨骼和肌肉运的范畴。然而就算在这些方面，龙教授的讲座也大大超出了我的预料，骨骼的生长和流失也与受力的情况有着紧密的联系，其中也必然蕴含着深刻而又精巧的力学原理。
而徐晓嵘教授的讲座则颠覆了我对工程科学家的看法。与理论科学家不同，工程科学家的工作要更加接触实际，但工程科学家的眼界和思维并没有因此变得狭隘，反而在一个多学科合作的团队中常常担负领导的职责。工程科学家的思维是系统性的，一件仪器或者产品的研发，最终都需要工程科学家来统筹安排。工程科学不仅深入实践，同时也有高度，徐教授的演讲展现出了工程科学多方面的魅力。
篇10：生命科学有关的无机化学前沿
【摘要】随着新一轮的基础教育课程改革正在越来越广泛的范围开展，给传统的中国基础教育带来了前所未有的冲击，同时在教学内容上也有了较大的突破，新课改的理念之一就是“注意学科渗透，关心科技发展”，内容上也适当加大了前沿生物知识的比重，比如人类基因组计划、干细胞技术、基因工程及基因治疗等内容。本文就这些生命科学前沿问题的发展现状，以及如何让生命科学前沿知识更好的服务高中生物教学做简单的研究。【关键词】高中生物、生命科学前沿问题、教学方法
1、高中生物中生命科学前沿问题的发展现状 1.1我国人类基因组研究现状
我国的科学家从九十年代初就展开了我国自己的基因组研究计划，同时也积极参与国际人类基因组计划的研究工作。1992年我国就开展了水稻基因组的测序工作；而我国1994年提出并开始实施的“中华民族基因组中若干点位基因结构的研究”项目，则正式将人类基因组计划纳入国家重点研究项目；同时在国家863计划中也做了适当的调整和安排，国家863计划在“九五”以重大疾病基因分离克隆及结构功能研究为目标正式立项，给予了较大的支持，在1997年列为重大项目后，支持的力度大大加强。为了合理配置和利用有限的资金和设备资源，1998年初在上海成立了以陈竺院士为核心的国家人类基因组南方研究中心，之后又在北京成立了中科院人类基因组研究中心和国家人类基因组北方研究中心。我国人类基因组研究工作正在紧张有序地进行着。
几年来，我国科学家经过努力拼搏，取得了一定的成绩，首先是建立了肿瘤、心血管疾病、神经、免疫、遗传性疾病的家系和疾病现场遗传材料的收集网络，取得了大量的样品。其中高血压家系200个，病例样品840个，糖尿病家系88个，病例样品逾700个。在江苏肝癌现场、河南山西食管癌现场、广东广西鼻咽癌现场、山东胃癌现场大面积病人群及对照低发人群的样品收集已成网络，神经遗传性疾病的样品和家系的收集也取得的很大的成绩。完成了南北方两个汉族人群和西南、东北12个少数民族的DNA样本的收集整理工作，建立了733个永生细胞株，为我国多民族基因组的研究保存了宝贵的资源材料。
其次，建立了较完整的基因组研究技术体系。包括作图(工具酶研制、DNA文库筛选和构建、顺序标签位点制作)，测序(较大规模的cDNA片段和基因DNA的测序)，定位(荧光原位杂交和辐射杂种细胞)，基因识别(差异显示、cDNA选择和外显子捕捉)，基因组扫描和染色体显微切割等技术。引进了人的基因酵母人工染色体(YAC)、细菌人工染色体(BAC)库，构建了一批有特色，十分有用的正常人群、胎儿、患病人群的各种组织(肝脏、心脏、造血等组织)的cDNA文库，为筛选新基因打下了基础。
再次，疾病基因和功能基因研究获得实质性进展。目前已经完成全长cDNA及基因组DNA克隆、测序的新基因达20多个。其中包括两个肝癌相关基因、一个白血病的致病基因、三个造血系统调控基因、两个消化系统肿瘤相关基因、两个神经疾病相关基因、两个心血管病相关基因和四个细胞因子及信号传导相关分子基因；还有β株蛋白基因、血管紧张转换酶基因、脂蛋白酶基因和载脂蛋白基因等。
1.2干细胞技术发展现状
干细胞技术是生物技术领域最具有发展前景和后劲的前沿技术，其已成为世界高新技术的新亮点，势将导致一场医学和生物学革命。干细胞技术最显著的特征就是能再造一种全新的、正常的甚至更年轻的细胞、组织或器官。由此人们可以用自身或他人的干细胞和干细胞衍生组织、器官替代病变或衰老的组织、器官，并可以广泛涉及用于治疗传统医学方法难以医治的多种顽症，诸如白血病、早老性痴呆、帕金森氏病、糖尿病、中风和脊柱损伤等一系列目前尚不能治愈的疾病。从理论上说，应用干细胞技术能治疗各种疾病，且其较很多传统治疗方法具有无可比拟的优点。事实上，“干细胞”的概念不仅仅局限于“造血干细胞”，同样，它的用途也不仅仅局限于治疗白血病，“干细胞”研究是在当今医学界十分热门及具有远大发展前景的前沿领域。
近几年世界各国科学家对于干细胞的临床应用研究已经取得很大的进展。目前大量实验研究已证明，干细胞可用来治疗心脏病、老年痴呆、帕金森氏综合症、中风、糖尿病等疾病。现举例如下：
1.2.1胚胎干细胞育出心脏组织
以色列工学院最近宣布，科学家首次从胚胎干细胞中培养出人类心脏组织。他们培育出的心脏组织，可以自然跳动，并且有新生心脏组织的电生理特性和机械性。
1.2.2造血干细胞育出肾脏组织
英国科学家报道，他们已经用骨髓干细胞培育出了肾脏组织，这在器官移植手术中是一个重大突破。这一突破，使那些等待器官移植的病人不必再依赖于器官捐献，医生可通过修补受损肾脏来达到治疗的目的。同时也是第一次证明了成人骨髓干细胞可以发育成为成熟的肾脏细胞。1.2.3神经干细胞
瑞典神经学家Biorklund 及其同事应用从流产胎儿脑中分离的神经干细胞，移植入患者的脑中来治疗帕金森氏综合症。经术后对病人进行跟踪研究，发现移植的神经元仍然存活，并继续产一多巴胺，而且口才的症状得到明显改善。1.2.4胰岛干细胞
美国佛罗里达大学教授Ramiya 及其同事从尚未发病的糖尿病小鼠的胰岛导管中分离出胰岛干细胞，并在体外诱导这些细胞分化成为产生胰岛素的β细胞。移植实验表明，接受移植的糖尿病鼠血糖尝试控制良好，而对照的小鼠死于糖尿病。
1.3基因治疗发展现状
基因治疗可以分为两类，生殖细胞基因治疗和体细胞基因治疗。前者关系到伦理问题后者较易进行，所以基因治疗主要从体细胞基因着手。目前基因转移的方法分为生物学方法、物理方法和化学方法。广义的基因治疗是指利用基因药物治疗，而通常说的狭义的基因治疗是指用完整的基因进行基因替代治疗，一般用DNA序列，主要的治疗途径是体外基因治疗，即在体外用基因转染病人靶细胞，然后将经转染的靶细胞输入病人体内，最终给予病人的疗效物质是基因修饰的细胞，而不是基因药物。除间接体内法外，还可以用基因药物进行直接体内途径治疗，这些基因药物可以是完整基因，也可以是基因片段；可以是替代治疗，也可以是抑制性治疗。
基因治疗可分为生殖细胞基因治疗和体细胞基因治疗两种类型。生殖细胞基因治疗，是在患者的生殖细胞中进行操作，使其后代从此再也不会得这种遗传疾病。但实际上，目前的技术水平还远远没有达到理论水平，难以解决关键的基因打靶问题，加之主动接受治疗的志愿患者甚少，还不能进入临床试验。体细胞基因治疗,是当前基因治疗研究的主流。目前基因治疗的安全性是比较可靠的，其安全性远高于传统治疗法，因为基因治疗丧生的例子很少见。美国政府已经对基因治疗的安全问题发出声明，鼓励人们多尝试这种新形式的治疗方法。但是我们不排除治疗过程中的一些隐患问题。对此我们应该提高基因定位的准确性和转移载体的稳定性，在技术水平上提高安全性。此外，寻找更安全的载体和导入方法，也可以减少安全性的隐患。1.4基因工程发展现状
1.4.1基因工程应用于植物方面
农业领域是目前转基因技术应用最为广泛的领域之一。农作物生物技术的目的是提高作物产量，改善品质，增强作物抗逆性、抗病虫害的能力。基因工程在这些领域已取得了令人瞩目的成就。
由于植物病毒分子生物学的发展，植物抗病基因工程也也已全面展开。自从发现烟草花叶病毒(TMV)的外壳蛋白基因导入烟草中，在转基因植株上明显延迟发病时间或减轻病害的症状，通过导入植物病毒外壳蛋白来提高植物抗病毒的能力，已用多种植物病毒进行了试验。在利用基因工程手段增强植物对细菌和真菌病的抗性方面，也已取得很大进展。植物对逆境的抗性一直是植物生物学家关心的问题。由于植物生理学家、遗传学家和分子生物学家协同作战，耐涝、耐盐碱、耐旱和耐冷的转基因作物新品种(系)也已获得成功。植物的抗寒性对其生长发育尤为重要。科学家发现极地的鱼体内有一些特殊蛋白可以抑制冰晶的增长，从而免受低温的冻害并正常地生活在寒冷的极地中。将这种抗冻蛋白基因从鱼基因组中分离出来，导入植物体可获得转基因植物，目前这种基因已被转入番茄和黄瓜中。
随着生活水平的提高，人们越来越关注口味、口感、营养成分、欣赏价值等品质性状。实践证明，利用基因工程可以有效地改善植物的品质，而且越来越多的基因工程植物进入了商品化生产领域，近几年利用基因工程改良作物品质也取得了不少进展，如美国国际植物研究所的科学家们从大豆中获取蛋白质合成基因，成功地导入到马铃薯中，培育出高蛋白马铃薯品种，其蛋白质含量接近大豆，大大提高了营养价值，得到了农场主及消费者的普遍欢迎。在花色、花香、花姿等性状的改良上也作了大量的研究。1.4.2基因工程应用于医药方面
目前，以基因工程药物为主导的基因工程应用产业已成为全球发展最快的产业之一，发展前景非常广阔。基因工程药物主要包括细胞因子、抗体、疫苗、激素和寡核甘酸药物等。它们对预防人类的肿瘤、心血管疾病、遗传病、糖尿病、包括艾滋病在内的各种传染病、类风湿疾病等有重要作用。在很多领域特别是疑难病症上，基因工程工程药物起到了传统化学药物难以达到的作用。我们最为熟悉的干扰素(IFN)就是一类利用基因工程技术研制成的多功能细胞因子，在临床上已用于治疗白血病、乙肝、丙肝、多发性硬化症和类风湿关节炎等多种疾病。
目前，应用基因工程研制的艾滋病疫苗已完成中试，并进入临床验证阶段；专门用于治疗肿瘤的“肿瘤基因导弹”也将在不久完成研制，它可有目的地寻找并杀死肿瘤，将使癌症的治愈成为可能。由中国、美国、德国三国科学家及中外六家研究机构参与研制的专门用于治疗乙肝、慢迁肝、慢活肝、丙肝、肝硬化的体细胞基因生物注射剂，最终解决了从剪切、分离到吞食肝细胞内肝炎病毒，修复、促进肝细胞再生的全过程。经4年临床试验已在全国面向肝炎患者。此项基因学研究成果在国际治肝领域中，是继干扰素等药物之后的一项具有革命性转变的重大医学成果。
1.4.3基因工程应用于环保方面
工业发展以及其它人为因素造成的环境污染已远远超出了自然界微生物的净化能力，已成为人们十分关注的问题。基因工程技术可提高微生物净化环境的能力。美国利用DNA重组技术把降解芳烃、萜烃、多环芳烃、脂肪烃的4种菌体基因链接，转移到某一菌体中构建出可同时降解4种有机物的“超级细菌”，用之清除石油污染，在数小时内可将水上浮油中的2/3烃类降解完，而天然菌株需1年之久。也有人把Bt蛋白基因、球形芽孢杆菌、且表达成功。它能钉死蚊虫与害虫，而对人畜无害，不污染环境。现已开发出的基因工程菌有净化农药的DDT的细菌、降解水中的染料、环境中有机氯苯类和氯酚类、多氯联苯的工程菌、降解土壤中的TNT炸药的工程菌及用于吸附无机有毒化合物(铅、汞、镉等)的基因工程菌及植物等。90年代后期问世的DNA改组技术可以创新基因，并赋予表达产物以新的功能，创造出全新的微生物，如可将降解某一污染物的不同细菌的基因通过PCR技术全部克隆出来，再利用基因重组技术在体外加工重组，最后导入合适的载体，就有可能产生一种或几种具有非凡降解能力的超级菌株，从而大大地提高降解效率。
2、生命科学前沿问题在高中生物课堂中的渗透 2.1充分利用多媒体手段在课堂上渗透
多媒体具有直观形象、声像并茂的特点，它能化繁为简、化静为动，化抽象为直观，很多复杂的前沿知识学生能更好、更快地接受。比如PCR技术中DNA复制的过程不好理解，通过Flash展示，学生接受起来就非常容易。另外，多媒体容量大，可以节省紧张的高中生物课堂教学时间。
2.2课外搜集资料，课堂上讨论交流
前沿知识的学习不可能全在课堂上完成，可以让学生在课后利用图书馆或网络等渠道搜集资料，也可以由老师提供材料，拿到课堂上讨论，集思广益、激发“头脑风暴”，更好地理解生物科学前沿知识，并培养学生的表达能力、思维发散能力。
2.3结合习题渗透
很多高考题、模拟题都是以生物科学前沿知识为背景命题的，老师在评讲习题时带领学生了解这些知识，以扩大他们的知识面。
2.4通过展示栏展示
可以充分利用教室或校园内的展示栏，把新出现的生物科学前沿知识或热点展示出来，让学生及时了解科技发展的新动向，培养学生的兴趣，激发学生的学习和研究热情。例如2012年网上讨论比较热烈的“黄金大米”，通过我们及时地展示，学生不仅更深入地理解了基因工程的内容，还引发他们对转基因生物安全性的讨论，更好地促进了教材内容的学习。
2.5结合科普讲座渗透
在学校开设的活动课中可以增加一些科普知识讲座，相对其他方式而言，讲座更深入、更具体、更系统，有利于学生形成完整的知识网络，从较高层次理解和把握生物科学前沿知识的研究方法和内容，更有利于学生科学思维的培养。
2.6充分发挥生物兴趣小组的作用
建立生物兴趣小组，在老师适当地组织和指导下，学生可以通过报纸、杂志、电视节目、网络等途径获取资料学习和研究，在课外完成生物科学前沿知识的学习。通过他们的作品展示、交流汇报，培养他们的自学能力、探究能力、合作能力、表达能力。另外，通过他们对其他同学的宣传和影响，使更多的学生热爱生物、关注生物科学前沿知识的发展，培养高中学生的生物科学素养。
【参考文献】