定量化纳米材料论文

摘要氢氧化铁胶体的制备及性质实验是中学化学教学的基本实验之一，通过实验发现教科书中保护氢氧化铁胶体所选用的试剂是明胶，在实验教学时发现提前配置好的明胶试剂用于课堂教学时，加入聚沉剂后仍然有沉淀产生，保护效果不佳。今天小编给大家找来了《定量化纳米材料论文(精选3篇)》，仅供参考，希望能够帮助到大家。

定量化纳米材料论文 篇1：

略论文献在“分析化学”课堂教学中的运用

[摘 要] 为促进分析化学教学与科研相结合，提高学生学习兴趣及科研意识，该文举例介绍了在分析化学课堂教学中引入科研文献的初步探索，并对文献内容的选择及教学方法进行了探讨与思考。

[关键词] 分析化学;文献;教学改革;科研意识

[基金项目] 2020年度西南民族大学中央高校基本科研业务费专项资金项目“原子荧光法用于重金属胁迫对植物光合作用的影响研究”资助（2020NQN15）

[作者简介] 夏 卉（1987—），女，重庆人，博士，西南民族大学化学与环境保护工程学院讲师，主要从事分析化学理论与实验教学及光谱分析研究。

分析化学是化学、材料等相关专业的必修基础课程，同时也是相关学科进行科学研究的必备工具。在21世纪人才培养模式下，高校教育强调引导大学生自主学习和研究性学习，鼓励培养应用型和创新型人才，这对分析化学课程教学提出了更高的要求[1-3]。近年来，分析化学学科发展迅速，学科交叉日益显著，在教学中充分反映学科的变化与发展，将科学研究融入本科教学，提高学生的学习兴趣和科研积极性是分析化学教学的改革方向。因此，在教学中引入科研文献，引导学生在理解基础知识的同时了解分析化学研究前沿及在交叉学科研究中的重要作用，对于激发学生学习兴趣，培养其科研意识、创新能力有着积极意义[4-6]。本文结合“分析化学”课堂教学经验，介绍了通过引入文献进行启发式教学的案例，并在文献选择、教学方法等方面进行了初步探讨。

一、课堂教学实例

（一）酸碱指示剂

酸碱指示剂在酸碱滴定中扮演着重要角色，课本中对其作用原理进行了详细阐述。而传统以弱酸/弱碱性染料为主地酸碱指示剂，颜色范围窄、生物兼容性差，难以进一步应用于生物分析中。基于此，研究者们利用表面修饰纳米材料构建了新型酸碱指示剂。在教学中，以文献“A low cytotoxic and ratiometric fluorescent nanosensor based on carbon-dots for intracellular pH sensing and mapping”为例[7]，向学生介绍了新型酸碱指示剂的设计原理和应用。该工作设计了异硫氰酸荧光素修饰的碳量子点，随着pH值的变化，受到荧光共振能量转移的影响，碳量子点的蓝色荧光和配体的绿色荧光可进行可逆转换，由蓝、绿色荧光强度比和pH之间的定量化关系，可实现pH为4-8范围内的可视化测定。由于碳量子点水分散性好、细胞毒性低，该工作进一步将材料注入细胞内，对细胞内pH分布进行了成像分析。通过展示细胞内荧光显色的照片，调动了课堂教学气氛，学生在传统酸碱指示剂的基础上，对纳米材料、分子荧光、细胞成像等概念有了初步的认识，对分析化学及生物成像等交叉学科产生了兴趣。

（二）络合滴定方式及应用

在络合滴定教学中，主要讨论以EDTA为络合剂的滴定原理、条件及应用。而EDTA和大多数金属离子的络合物均无色，通过指示剂的颜色变化确定滴定终点。那么对于有色的络合反应，在分析化学中有什么用途呢？以文献“An inexpensive method to test for mercury vapor in herbarium cabinets”为例[8]，以碘化亚铜与汞离子形成的Cu2（HgI4）的络合反应为基础，文献通过照片直观地反应了随着汞浓度的增加，络合物颜色逐渐从浅黄色变为橘红色最终变为棕色的过程，建立了络合物颜色与汞浓度之间的定量化关系，引导学生通过肉眼对汞浓度进行了判断。通过文献，学生进一步理解了络合反应过程，建立了比色分析法的概念，同时，为学习显色反应及分光光度法做好了铺垫。

（三）沉淀滴定之法扬司法

法扬司法以静电吸附为原理，利用指示剂游离态和吸附态结构变化导致的颜色变化对终点进行判断，构思新颖巧妙，是向学生进一步介绍科研创新思路的很好的契合点。在此基础上，教学中引入了文献“Glucose Biosensor Based on Nanocomposite Films of CdTe Quantum Dots and Glucose Oxidase”的研究内容[9]，该工作同样利用静电吸附的原理，通过层层自主装技术，将带相反电荷的聚电解质、酶和发光材料交替在下层基底上吸附沉积，形成多层薄膜，建立了在固体薄膜表面的血糖传感分析方法。通过文献，学生对层层自主装这项新型技术以及便携式血糖检测方法产生了浓厚兴趣。此类技术方法可为引导学生建立简单、快速的试纸检测方法提供思路。

二、问题与反思

在教学中引入科研文献，有助于提高学生的学习兴趣，培养其科研意识。结合教学实践，在文献内容的选择及教学方法方面主要经验有以下几点：

（一）围绕教材，浅显易懂

课堂教学中文献的引用，必须以教材内容为基础，以指導学生掌握基础知识为前提，找准文献与相应的教学内容的契合点。应选择难度适中、应用性强、对理论要求不高的文献，以图片为主，直观地向学生展现科研内容，在视觉上吸引学生，再结合具体内容进行简单的讲解。既让学生感兴趣，与所学知识产生联系，又不给学生带来压力，从而达到理想的教学效果。

（二）与时俱进，推陈出新

科学研究是不断发展的。教师应与时俱进，广泛阅读文献，结合学科领域研究发展动态和社会关注话题及时地对文献进行更新，紧跟分析化学前沿，保持教学内容的新鲜度，对学生未来从事科学研究起到更好的启发作用。

（三）增加互动，教学相长

學生主动参与学习是提高教学效果的有利途径。教学中可以引导学生以小组为单位，围绕某个知识点查阅相关文献，并进行课堂讨论，鼓励学生表达自己对文献的理解，教师在此过程中与学生共同学习，引导学生积极思考。实践证明，学生在查阅资料的过程中自主地对课本知识进行了理解与扩充，学习效果明显提高。同时，通过自己探索，学生认识到了分析化学的应用前景及重要作用，增强了学习信心和对学科的认同感。

三、结语

分析化学课程教学中合理地引入科研文献，对课本知识进行补充和发散，是引导学生了解分析化学前沿，增强学习兴趣和对专业的认同感的有利途径，有助于培养学生的探索精神和科研意识，为推动分析化学及相关学科的发展培养应用型和创新型人才。

参考文献

[1]俞汝勤，梁逸曾，分析化学教学的发展[J].大学化学，2000，15（1）：1-4.

[2]钟鸿英，“分析化学”研究性课堂教学模式设计[J].中国大学教育，2010，1：49-51.

[3]张敏，郑静，王金杰.浅谈教授“分析化学”课程的几点体会[J].教育教学论坛，2019，42：208-209.

[4]李硕琦，大学课堂中以贯穿式文献教学实现活化课堂的策略[J].高教研究，2019，4：68-71.

[5]贾漫珂，刘立明，方艳芬，等，利用文献进行化学专业“分析化学”示例教学初探[J].广州化工，2016，44（19）：166-167.

[6]翟秋阁，浅议分析化学前沿在教学中的运用[J].科技资讯，2012，7：200.

[7]Du Fangkai，Ming Yunhao，Zeng Fang et al.，A low cytotoxic and ratiometric fluorescent nanosensor based on carbon-dots for intracellular pH sensing and mapping[J].Nanotechnology，2013，24（36）：365101.

[8]Catharine Hawks，Kathryn Makos，Deborah Bell et al.，An inexpensive method to test for mercury vapor in herbarium cabinets[J].Taxon，2004，53（3）：783-790.

[9]Li Xinyu，Zhou Yunlong，Zheng Zhaozhu et al.，Glucose Biosensor Based on Nanocomposite Films of CdTe Quantum Dots and Glucose Oxidase[J].Langmuir，2009，25（11）：6580-6586.

On the Application of Scientific Research Literature in Analytical Chemistry Teaching

XIA Hui，LI Hui

（College of Chemistry and Environmental Protection Engineering，Southwest Minzu University，Chengdu，Sichuan 610041，China）

Key words：Analytical Chemistry;scientific research literature;teaching reform;scientific research consciousness

作者：夏卉 李晖

定量化纳米材料论文 篇2：

氢氧化铁胶体保护剂的探究

摘 要 氢氧化铁胶体的制备及性质实验是中学化学教学的基本实验之一，通过实验发现教科书中保护氢氧化铁胶体所选用的试剂是明胶，在实验教学时发现提前配置好的明胶试剂用于课堂教学时，加入聚沉剂后仍然有沉淀产生，保护效果不佳。因此本实验根据这一问题探究了最佳的保护试剂，基于“颜色识别器”软件中的V值（色密度）与常见保护剂之间存在的半定量关系进行分析，获得经济、高效率的保护试剂，提高氢氧化铁胶体的实用价值。

关键词 氢氧化铁胶体 保护剂 颜色识别器 半定量研究

1 问题的提出

胶体分散质颗粒的直径在1nm-100nm之间，这一关键性质使胶体成为日常实际生活中具有重要作用的分散系，分散质微粒的直径大小也是区别溶液、胶体和浊液的根本。正是由于其直径大小的不同才具备了胶体的多种性质实验及应用，例如：丁达尔效应、渗析、电泳、聚沉等。性质决定用途，胶体在生活中的应用也比较普遍，例如：卤水点豆腐、静电除尘、冲击岛形成、纳米材料等[1]。因此，保护胶体提高其应用价值具有重要意义，通过定性分析胶体的保护情况是普遍常用的方法，目前信息化技术也为教学提供了很多辅助作用，可以通过智能手机实现半定量分析。教科书讲解了有关胶体保护的试剂主要是明胶，明胶是一种亲水性胶体，常用来保护胶体，但是存放在潮湿地方会发霉，黏度、质量都会受到影响，因此保护剂的选择会影响胶体的稳定性。

本实验借助颜色识别器软件来辅助学生对实现现象的观察，将定性的实验半定量化，学生通过读取颜色识别器上的V值就可以一目了然地判断此时该物质属于哪种分散系。这种方法不仅使学生可以更直观地学习和理解胶体的概念，也能培养学生对化学实验的兴趣，教师在传授课堂知识的过程中逐渐从单一化的形式向多元化的手段发展，这一思想也符合我国新课程改革的理念，以学生为主体，教师为引导的学习方式推进新课知识的学习，提升学生积极主动探究的学科核心素养。

2 实验设计

2.1 实验原理

强酸和强碱反应形成的盐叫强酸弱碱盐，如硫酸铝、硫酸铁、氯化铁、硝酸铁等[2]。FeCl3+3H2O= Fe（OH）3（胶体）+3HCl，弱碱阳离子Fe3+与水溶液中的OH-形成难电离的物质。胶体也被称作胶状分散体，是一种部内部均匀的混合物[3]。根据分散质粒子的直径大小分为溶液、胶体和浊液，分散质微粒直径小于1nm为溶液、介于1nm-100nm之间为胶体、大于100nm为浊液，因此溶液分散质既可以透过滤纸、也可以透过半透膜，而胶体分散质能透过滤纸但不能透过半透膜。半透膜是一种存在小空隙的薄膜，常用于一些分子和離子进行扩散的场所。通常来说，只有离子和小分子物质通过，而生物大分子是不能自由通过的，一般会选用羊皮纸、玻璃纸等做半透膜，但由于实验室中的玻璃纸较硬，在使用时容易折碎，不易使用，不仅容易对实验过程造成一定的影响，也比较浪费。从环保取材的角度看，鸡蛋膜比玻璃纸更经济实惠，因此本实验选取的是用醋酸浸泡过的的鸡蛋，在一段时间后被酸浸泡的鸡蛋壳逐渐脱离，内层鸡蛋膜完整无损，可以用来做半透膜。因为胶体粒子的表面积大，有很强的吸附力，加电解质、辐射或者加热都会使胶体颗粒变大，会出现聚沉现象[4]。为探究胶体的保护剂防止聚沉现象产生，可以运用“颜色识别器”软件来辨识胶体的保护情况，从而提高胶体的保护程度，体现更高价值。

2.2 实验试剂与仪器

实验试剂：六水三氯化铁、去离子水、明胶、聚丙烯酸钠、琼脂、硝酸银溶液、亚铁氰化钾、甲基橙溶液。

实验仪器：烧杯、激光笔、一次性胶头滴管、量筒、酒精灯、石棉网、三脚架、LED灯、试管、鸡蛋半透膜（自制）、橡皮筋、颜色识别器、计时器。

2.3 实验过程

（1）氢氧化铁胶体制备。称取20g六水氯化铁固体溶于20ml水中搅拌溶解，量取50mL蒸馏水于烧杯中加热煮沸，逐滴加入饱和FeCl3溶液并保持加热，待溶液呈深红褐色，停止加热后静置，并于较暗环境中用激光笔照射盛有Fe（OH）3胶体的烧杯观察丁达尔现象。

（2）渗析。一支吸管悬挂在玻璃棒上，上端橡皮筋套在玻璃棒上，下端橡皮筋裹紧半透膜，另取一支试管吸取冷却后的Fe（OH）3胶体从上端滴于鸡蛋膜中，将盛有胶体半透膜部分浸泡在蒸馏水中渗析5min，如图1所示。取少量烧杯中的溶液于试管1、2、3中，试管1：滴加2-3滴AgNO3溶液;试管2：滴加K4[Fe（CN）6]溶液;试管3：滴加甲基红试剂。

（3）胶体的保护。常见保护试剂有明胶、聚丙烯酸钠、琼脂、硅酸镁铝等。其中明胶是教科书指定保护剂，明胶是一种天然营养型的食品增稠剂，其溶解度与凝固温度相差很小，易受水份、温度、湿度的影响而变质;聚丙烯酸钠为淡黄色粘稠液体，易溶于水，呈弱碱性，耐热性很好，久存黏度变化极小，即使在高温下也极为稳定，除热稳定性外，聚丙烯酸钠在经过冻结、搅拌和长期储存后，其黏度均无显著变化;琼脂具有凝固性、稳定性，能与一些物质形成络合物等，可作为增稠剂、凝固剂、悬浮剂、乳化剂、保鲜剂和稳定剂。由此推测聚丙烯酸钠、琼脂的保护作用优于明胶，进而设计实验进行探究。

取三支试管滴加2ml渗析三次后的氢氧化铁胶体，分别滴加1ml的1%明胶、1%聚丙烯酸钠、1%琼脂，置于空气中放置数小时后观察现象，记录数据。

3 实验结果分析

借助“颜色识别器”软件对胶体保护现象进行分析，拍照时由于环境因素影响，因此统一选择在LED灯光下进行，同时以白色为背景来避免光照强度因素的干扰，“颜色识别器”APP是一款非常方便的颜色识别软件，通过输入“颜色识别器”便可免费下载应用，仅需将图标对准某一位置即可得出对应点的颜色名称和代码YUV（明亮度、色度、色密度）、RGB（红、绿、蓝）等，其中V主要用于描述图像色彩饱和度，V值越高，代表该像素的颜色饱和度越高[5]。

空白组与实验组：

空白组是在经过渗析后的氢氧化铁胶体中直接滴加亚铁氰化钾试剂，用激光笔照射发现没有丁达尔效应，溶液聚沉，试管悬挂于铁架台上拍照;实验组是在经过渗析后的氢氧化铁胶体中分别滴加保护试剂明胶、聚丙烯酸钠和琼脂，然后再滴加亚铁氰化钾试剂，用激光笔照射发现有丁达尔效应。

空白实验发现，等体积的氢氧化铁胶体加聚沉剂后无丁达尔效应，利用“颜色识别器”测得V值;實验组发现等体积的氢氧化铁胶体加保护剂后再加聚沉剂仍有丁达尔效应，其V值随时间变化呈现规律变化。利用作图软件将所测得V值描绘成曲线图，得到规律性高，具有代表性的实验结果，如图2所示。

观察V值的变化趋势可以发现，明胶、聚丙烯酸钠、琼脂对氢氧化铁均起到保护作用，不同时间段保护剂对氢氧化铁胶体保护程度不同，其中琼脂的保护效果最佳，传统实验中选用的保护剂明胶在未加保鲜膜的情况下观察到五小时后开始絮凝，聚丙烯酸钠八小时后开始絮凝。

4 实验结论

4.1 实验结果

胶体中存在的微粒是胶团，胶体是由胶团组成的，胶团是由胶核、吸附层、扩散层构成，胶核又是由许多分子或其他微粒聚集而成的，它具有强吸附能力。在胶核的外围存在着一个双电层，即吸附层和扩散层，吸附层指的是胶核表面吸附的离子静电吸引其它带相反电荷的离子（简称反离子）;扩散层指的是除过吸附层的反离子之外，在吸附层的外围是其余的反离子，离吸附层越远，这种带相反电荷的离子就越少，相反离子如果为零，即说明反离子到胶核表面对电荷无影响的区域了，所以吸附层界面中带相反电荷的离子少到为零的区域叫扩散层。通俗地说，胶核吸附了带某种电荷的离子后，形成胶粒，带电荷的胶粒又可进一步吸附带相反电荷的物质。

因此加保护试剂的目的是防止带电荷的胶粒吸附其它相反电荷的粒子，从而阻止聚集成大颗粒，增强胶体的稳定性，而保护剂又有区分，明胶作为常见胶体保护剂其保护效果清晰可见，但受时间、温度、湿度等多种因素影响使得明胶只起到暂时性的保护作用，通过对其它保护试剂的探索研究发现，聚丙烯酸钠、琼脂也起到良好的保护作用。相比较下，琼脂的保护效果可达到数天，稳定剂的加入后能够使胶体表面能降低，胶体粒子不会立刻聚集，保证胶体粒子之间的间距大小不变，在中学化学教学中，胶体的稳定性问题也是教学中的重要部分，这节内容新课程标准的要求是学生能够根据分散系粒子的大小区分溶液、胶体、浊液，胶体稳定性问题是胶体分散系学习的重要内容之一，也是胶体的制备及性质实验的基础。这部分内容的学习需要教师及时梳理和正确引导学生认识和学习胶体分散系的内容，胶体的结构也和大学物理化学的学习紧密联系着，因此在中学学习的过程中要避免错误的认知。这一部分的内容对中学生的学习是处于不上不下的状态，如果教师讲解得深了学生就会听不懂，如果讲解得太浅了又不符合高考的考察要求，因此在第一遍讲解的过程中可以将胶体的稳定性及相关性质实验介绍给学生，并以图示的方式引导学生分析胶体的空间结构，这样学生在学习胶体分散系的知识时，在内容的设置上就不浅不深，比较符合学生的认知结构，从而提高课堂教学效率

4.2 颜色识别器应用于中学化学实验教学

1.为中学化学探究性实验提供参考。化学是一门以实验为基础的学科，随着信息化技术的不断发展，化学学科与科学紧密联系，通过借助智能手机的颜色识别功能应用于化学课堂教学能够将抽象的概念进行直观分析，从生活中选取素材导入再结合化学知识解决生活中的实际问题，这样有助于学生的理解并能够有效激发学生的学习兴趣。学生通过小组合作进行实验探究溶液、胶体、浊液的本质区别，既提高了学生的动手操作能力也培养了学生的语言组织和表达能力，可以以学生为主体开展教学内容，使学生的主动性得到增强、课堂参与率提高，最终学生通过亲身实践得出的实验结论以及归纳概括的知识会记忆得更深刻。

2.提高化学概念知识学习的效率。颜色识别器是一款简洁方便的软件，将实验结果以数字化形式展现出来，相比手持数字化实验仪器来说经济易操作。实验过程能直观呈现，相比于传统的概念讲解方式来说，课堂上学生主动操作，学生之间互动探究，以多样化的方式进行授课更有利于学生的主动参与，提高学习效率。但在使用过程为减少实验结果的误差，应选择在相同的环境下进行实验。

参考文献：

[1] 曾德琨.基于宏微结合素养的教学案例设计——以胶体分散质大小的认知为例[J].化学教与学，2021（05）： 57-60，48.

[2] 范必红.黄河水是胶体吗[J].中学生数理化（自主招生），2020（02）：40.

[3] 同[2].

[4] 李娇.胶体的性质教学设计探究[J].化工管理，2016 （20）：225-226.

[5] 周琳，王红波.氢氧化铁溶胶实验制备方法的改进[J].山东医学高等专科学校学报，2020，42（05）：353-354.

作者：高思未 高耀文 王富强

定量化纳米材料论文 篇3：

躬身做学问 赤诚卫初心

不久前，从复旦大学计算系统生物学中心传出喜讯，该中心计算神经科学实验室负责人于玉国研究员由于在所从事的研究领域中建功无数，许多研究和发现都具有极重要的意义，被授予2013年度上海高校特聘教授（东方学者）称号。

我们在了解于玉国研究员成长历程中鲜为人知的故事时，也揭开了这位计算神经科学领域的青年才俊传奇式的科研轨迹。从一名学习物理出身的大学生成长为一名卓有建树的跨学科领域的专家，于玉国始终带着炽烈而坚定的信念，带着朴实而淡定的笑容，带着宽厚而温良的品格，一路前行……

对理想的执著

生在普通家庭的于玉国，从小就很喜欢读书。由于家境并不富裕，家里儿童读物很少，当医生的父亲的一本专业书籍《医学心理学》就成了他儿童时代经常阅读的一本科学启蒙书。这样一本普通的医学专业书，摆在书店的架子上可能很少有人关注，但却因为含有一些心理物理学的有趣的实验测试以及一些简单的对心理、意识等认知科学的简介，启迪了于玉国对大脑奥秘的好奇心。他少年的头脑经常被这本书中的有趣知识所吸引，走在路上，坐在草地里，躺在屋顶上，他的眸子坦荡空灵，充满好奇，在阅读，在思考，在吸收：人的大脑原来如此神奇，人的精神世界原来如此幻化莫测，人的意识产生的机制是如此神秘……

《医学心理学》燃起童年于玉国对科学的热爱。路漫漫其修远兮，他从此就跟随着心灵的选择，走上求索脑科学的道路。

1991年，于玉国考上兰州大学物理系。由于当时国内的神经科学发展还很缓慢，专业非常少，他选择物理系就读，对他将来从事研究其实打下了很好的数理科学方面的基础。走进大学意味着新的起点。在大学里，图书馆成了乐园，他广泛阅读了许多有关自然万物规律、尤其是涉及探索大脑奥秘的科普书籍，并立下将来从事脑科学研究的理想。

为了向心中热爱的专业靠近，本科即将毕业时，于玉国跑了两趟北京，想去北京生物物理所读研究生，但彼时国内跨专业招生非常严格，没有神经生物学专业基础的他，最后接受了保送本校物理系研究生的机会，但这并没有浇灭他对神经科学的向往。硕士阶段，于玉国跟随导师研究当时热门的纳米材料，成果突出，但执着于脑科学兴趣的他，先后去了上海脑所和复旦大学，希望攻读神经科学的博士学位。国内学科的壁垒再一次拒绝了有志于跨学科研究神经科学的一名物理系研究生。恰逢此时，于玉国偶然读到南京大学物理系王炜教授的一篇计算神经科学的文章，用计算模型和非线性动力学的方法来研究神经元和神经网络的神经信息处理机制。于玉国难掩心中喜悦，向王教授发出报考博士生的信函，之后如愿进入南京大学物理系生物物理研究所，跟从王炜教授，成为国内最早的一批应用物理学的手段来研究神经动力学和神经信息处理的博士生之一。

十年磨一剑

一进入到计算神经科学的世界，好奇心与攻关精神使于玉国动力十足，他风雨兼程，在心灵力量的引领下扬帆启航。2001年博士毕业后，于玉国远渡重洋，先后到卡耐基-梅隆大学和耶鲁大学开展研究工作。期间，在这个原来从未涉猎的领域里，他以非同一般的毅力和悟性，获得一系列突破成果。

在卡耐基-梅隆大学视觉认知实验室，他通过神经行为和电生理实验方法，首次揭示视皮层对自然界信号的适应性信息处理机制，来自于视皮层神经元动力学特性对自然界信号统计特性长程相关特性（1/f特征）的适应性调谐效应。同时他还应用数学模型分析方法，刨析了神经元发放阈值和饱和值这些非线性特性对神经感知的被动适应性机制，并进一步解释了神经环路自适应性和信息编码最大化的关系。

2006年，在耶鲁大学神经生物学系，他同合作者一起揭示了哺乳动物皮层神经元能以“数字-模拟”两种方式进行网络突触信号通讯，所建立的皮层神经元数学模型成功地解释了皮层神经元阈下电位和动作电位在细胞轴突上产生和传输的动力学机制。2007年，德国权威神经科学小组在《Nature》发表系列文章，指出基于低等动物神经电活动的经典Hodgkin-Huxley（HH）神经元理论模型无法解释高等动物皮层神经元动作电位产生的普遍特征：阈值离散特性和动作电位快速上升相等。本着对学术严谨的态度，于玉国和合作者在理论和实验两方面进行了重新分析和大量计算机仿真模拟，严格证实了皮层神经元动作电位产生时的阈值离散特性和动作电位快速上升相等特点是由动作电位在神经元轴突的空间传播导致，这一重要成果被国际顶尖杂志《Nature》发表，指出揭示经典HH神经元理论依然适用于哺乳动物皮层神经元的动作电位发放过程，驳斥了德国小组新建立的动作电位钠离子协同机制。2010年，于玉国通过对哺乳动物前额皮层脑切片进行双光子成像和膜片钳电生理记录手段，在该领域率先发现皮层神经元轴突上分布着大量的P/Q和N型钙离子通道，并最早揭示了轴突上的钙通道激活的钾通道对动作电位的发放率、发放精确时刻和波形产生具有重要的调制作用。

2010年于玉国还通过大规模神经网络建模揭示了初级视皮层神经网络在对自然界信号进行信息处理时采用的同步和稀疏编码机制，表明大脑网络在信号处理方面遵从了能量最优化原则。这些突破性成果均发表在专业顶级杂志上。

在物理学、生物物理、神经生物学实验和计算神经科学等多学科接受了系统学术训练之后，于玉国娴熟地应用跨学科技术方法对神经科学的前沿课题进行综合交叉研究，取得了一个接一个的重要突破，得到了国际学术界广泛承认。

逐浪在脑前沿

把实验神经科学和定量化的数理科学联系在一起，综合运用物理、统计、数学以及工程学的概念和分析工具来科学研究大脑的功能，是国际脑研究领域的大趋势，也促成了多学科交叉的计算神经科学这门学科在世界各国高校和研究所的兴起和蓬勃发展。作为计算神经科学研究领域的佼佼者之一，于玉国看到了国内计算神经科学发展缓慢的状况，也预见到推动计算-实验神经科学综合交叉研究领域的绝好机遇。经认真思虑，他决定拒绝美国两处研究所提供的研究科学家职位，回国工作。

2011年，于玉国作为正高级研究员引进到复旦大学计算系统生物学中心。加入中心后，他积极参与中心的发展，并且在学术上也屡有建树。他近期的一项重要研究，是通过计算模型结合神经生物学实验首次提出高等动物所具有的37度体温是神经元产生动作电位高效节能的重要源由，并揭开了体温优化皮层动作电位能量效率的生物物理机制。另外恒定的体温对维护神经元进行精确的信息处理和神经计算都起到至关重要的作用。他进一步的研究还揭示，体温的进化有可能是导致哺乳动物拥有数十倍于冷血动物大脑的关键因素。

最近，他的一个计算和实验研究还发现：当动物处于没有外界刺激的静息状态、尤其是麻醉状态，动物大脑皮层的神经电活动和对应区域的血氧信号出现了明显的去耦合状态。这一结论意味着，当前基于动物麻醉状态下来测量反映神经功能连接的脑影像的实验原理是不合理的，静息态脑功能连接的实验研究必须使动物处于适度的清醒状态。这一重要研究成果已经被国际著名期刊《自然通讯》考虑接收。

将于玉国的成果部分呈现的时候，笔者发现那样力不从心，言不尽意。一个人的荣誉与成就，永远不要用文字去概括，因为那远不是观察能够做到的，必须用心灵去感知。有形的文字永远难书尽无形的奋斗，就像在异地他乡，辉煌与成就的取得需要经过多少不眠的观察，多少繁复的实验，多少无情的挫败……从生物物理学到计算神经科学，从生物的本原到生命的本质，于玉国的心驰骋天际，但从不忽略细枝末节。他用心血再做战袍，继续前行！脑科学与物理学、计算数学、临床医学等学科的融合，或许正在孕育基于生物脑的工业革命，中国脑科学要走在前列，亟需多学科交叉的计算神经科学和实验神经科学的密切合作。在这里也祝福国内的脑科学研究，能够早日实现实验和理论计算两条腿走路的蓬勃发展。

作者：严永红