分子生物学方法十篇

发布时间:2024-04-26 02:31:34

分子生物学方法篇1

【关键词】传统方法;分子生物学方法;病原体

doi:10.3969/j.issn.1004-7484(s).2013.09.612文章编号:1004-7484(2013)-09-5287-02

传统的病原体分析方法为先进行分离培养,再通过其形态、理化特性、血清学反应等来进行鉴定,侧重病原体的表型特征;分子生物学方法从基因水平检测病原体专属保守或致病的核酸片段来间接指示病原体的存在或分型,侧重病原体的基因型。

首先,传统方法有它独特的优势——获得病原体的纯种。病原体的纯种可用于①全面了解其生物学特性,例如形态、染色、基因组、生化反应等特征;②了解病原体的致病物以及致病机制,例如用动物实验来进行检测;③预防性疫苗的研究,例如麻疹减毒活疫苗、甲型肝炎减毒活疫苗、乙型脑炎减毒活疫苗、口服脊髓灰质炎减毒活疫苗、口服狂犬病减毒活疫苗等都是通过获得纯种病原体,通过特殊处理获得的;④治疗性药物及其耐药性的研究,分子生物学的方法可以检测其耐药基因,但欲准确掌握其耐药程度,必须依靠传统方法来进行测定;⑤建立分子生物学方法所用的数据库,pFGe、质粒图谱所用的数据库都是由分离得到的纯种所建立起来的。这些优势是分子生物学方法所不能替代的。

同时,传统方法又有其不足之处,在细菌培养中,营养要求高(血平板、巧克力平板)和需要特殊的培养条件(温度、pH、气体条件)细菌不易培养,麻风分枝杆菌无法人工培养;在病毒培养中,无敏感细胞(乙肝病毒)、不产生明显的Cpe的病毒(披膜病毒)难于培养识别,尤其是对于新发疾病的病原体,其培养特性,形态特征,生化反应一无所知,此时必须借助分子生物学的方法,分子生物学基于基因型,无需分离到病原体,直接对标本进行检测。

两种方法各有侧重,各有优劣,下面主要就两个方法的特异度、敏感性、准确度等方面来进行评价。

1特异性

从特异性的角度来说,二者各有优势。分子生物学方法碱基互补配对的准确,目的基因的保守共同决定方法的特异性,例如在检测腺病毒时,采用了六邻体为其目的基因;传统方法从生物学特性的多角度,多方面进行鉴定,利用多个生化反应使最终的检测结果也指向唯一的病原,表型不如基因型稳定,但多角度的鉴定方法保证了单个变异不影响最终的结果,在对沙门菌的检测中,选择培养基,镜检特征,多项生化反应,血清学检验的多项检测结果均符合,才可判定为检出XX型沙门菌。

2敏感性

分子生物学的方法较为灵敏,如pCR能从100万个细胞中检出一个靶细胞,在病毒检测中,pCR的灵敏度可达3个空斑形成单位,在细菌学中最小检出量为3个细菌。同时也该看到其相对性,正因为分子生物学方法过于灵敏,标本中可能只是存在一段同源基因,而并非病原体,则会导致较高的假阳性率,且分子生物学方法立足基因,对于病原体的存活与否检测不出,目前已有文献显示先增菌再检测的方法或可改善这样的不足。

3准确度

传统的病原体分析方法分离培养至进行血清学鉴定只能确定病原体的血清型,这对于疾病诊断、治疗、指导用药来说已经足够,但对于流行病学调查却远远不足。追踪传染源、对病原体进行精细的型别鉴定、追溯病原的进化等这些工作传统方法无法完成;蛋白的非抗原性变异,血清学/免疫学方法均无法检出,分子生物学立足基因型,关注变异,对溯源工作的开展提供有力保障,而溯源对于疾病的预防和控制有重要意义。

超级淋球菌对治疗普通淋球菌的一线药物显示出抗药性,分子分型提示新型H041株与St7393株相关,经过pFGe等三种分子生物学方法检测显示,H041株可能来源于St7393株,具体的耐药机制仍需对基因进行进一步分析;H7n9疫情发生以来,卫生部门积极追踪传染源,绘制了编码H7、n9蛋白基因的进化树图,追踪到基因的起源,甚至对几个氨基酸位点的变异都可以进行准确的分析,突显了分子生物学方法的准确性。

4快速性

在突发公共卫生事件中,传统方法不能满足医院感染和流行病学的需要,及时的判定感染的爆发,确定传染源是控制流行和交叉感染的必要手段。

在对口蹄疫病毒的检测中,常规检测方法需采集标本、运输带回实验室进行检测,病毒分离费时,有的需数周时间,这些方法难于满足口岸动植物检疫部门及基层兽医检疫部门对进出口动物产品、痊愈动物带毒及亚临床感染的监测,Rt-pCR检测仅需8小时,且对已知阳性样品检出率为100%,快速简便。但是也不可一概而论,对于pFGe等方法,需要48小时才可出现结果,故快速也是相对的。

分子生物学技术的快速还可用于初筛,与传统方法联合应用,为致病菌的检测提供新思路。

综上所述,单独一种方法都有明显的劣势和优势,所以,在实际工作中,需根据检测要求目的以及条件的限制选择合适的分析方法,对疾病的预防控制、检测及治疗都有重大意义。

参考文献

[1]杨晓娟,吴清平,周艳红,等.pCR和传统方法在大样本低概率细菌检验项目中的联合应用[J].中国卫生检验杂志,2009.07,19(7).

[2]马泰.超级淋病菌来势汹汹.LiFewoRLD.

[3]DiLiu*,weifengShi*,YiShi,Dayanwang.originanddiversityofnovelavianinfluenzaaH7n9viruses.

分子生物学方法篇2

关键词:分子生物学;农学学科;分子育种

中图分类号:G642.0文献标志码:a文章编号:1674-9324(2017)16-0201-02

分子生物学是21世纪最具创新性和活力的学科,它主要讲授生物学领域的基础知识和最新研究进展,如:核酸、Rna和蛋白质的结构和功能、遗传信息的表达与调控、转基因等[1]。通过本课程的学习,可以促使农科学生从分子水平上认知生命现象的本质,增强同学们探索生命现象本质的兴趣。更为重要的是,本课程能让同学们掌握现代分子生物学的基本理论和技术,为其他专业课的学习和今后的发展奠定基础。生物技术是推动现代农业向前发展的重要引擎,掌握基本的生物学理论和技术能促进农科学生的就业,并为他们将来从事生命科学的相关研究打下坚实的基础。同时,我们也应该看到,分子生物学在实际的教学过程中存在众多的问题,如基础知识点量大、新知识涌现快、课时严重不足等,以上种种问题直接导致分子生物学的教学工作困难重重。仅凭借传统的教学手段和方法已经很难适应市场对新时代毕业生的要求,教学改革势在必行[2]。本文将结合本人学习和教授分子生物学中的经历和经验,对如何提高和改进分子生物学的教学工作提出以下四方面的观点。

一、优化章节教学内容、突出基础性

传统的分子生物学课本通常会包括:核酸结构与功能、Dna到Rna、mRna到蛋白质、分子生物学研究技术和方法、原核基因的表达调控、真核基因的表达调控、疾病与人类健康、基因与发育、基因组与比较基因组学等章节。要想在32个课堂教学的学时内完成这些内容的教学,几乎是不可能的,即使能够讲完这些章节,上课效果也会大打折扣,因此需要对全部讲授内容进行有目的精简和优化。

《生物化学》和《遗传学》也是农科本科生的必修课程,且这两门课程与《分子生物学》课程的教学内容有交叉,例如核酸和蛋白质的结构等。因此在有限的学时内讲授《分子生物学》课时,就需要根据农学专业的前修课程,进行相关调整和整合。根据内容的基础性和重要性,将全部内容整合成如下章节:核酸的结构与功能、Dna的表达与调控、Rna的翻g与调控、基因组与比较基因组学。其中“核酸的结构与功能”在《生物化学》课程中有大量讲解,因此,此章节可以降低为6个学时;“Dna的表达与调控”章节的内容涉及mRna水平上的调控、真核生物的表达调控、原核生物的表达调控等内容,内容较多,涉及基础知识点较多,对后续专业课和学生继续深造有较大影响,应分配12个学时;“Rna的翻译与调控”涉及mRna的翻译过程、翻译过程调控机理、原核生物和真核生物的翻译调控,本章节也是本课程的重要章节,对后续专业课和继续深造有较大影响,涉及较多前沿知识点,应分配10个学时;“基因组与比较基因组学”涉及测序等现代技术,是大多数同学们从未涉及到的知识,起到承前启后的作用,所以应选取此章节进行讲解,并分配4个学时。

二、合理化实验教学、突出实用性

实验设计的原则是:突出基础性、与课堂知识的关联性、不同实验间的连续性,最重要的是要有实用性,且是目前农学专业研究生所用的主流实验技术。只有实用的实验技术才能满足农学本科毕业生将来的工作和进一步深造的需求,只有基础性的实验才能加深同学们对于基础理论的理解,并为他们自主设计实验提供技术支撑。基于以上原则,我们设计了以下分子生物学实验内容及学时分配:重组质粒的构建(2学时)、质粒转化(3学时)、大肠杆菌培养(2学时)、质粒提取(2学时)、质粒酶切(2学时)、目的基因的琼脂糖分离(3学时)、分离目的基因的处理及测序(2学时)。这个系列的实验包括了生物工程的质粒重组、转化、菌培养、质粒提取、酶切、电泳、测序,基本涵盖了分子生物学知识获取的全部重要实验和分析技术,有助于加深同学们对相关知识点的理解,并为同学们的自主实验设计提供技术支撑。

三、应用微信、QQ等社交软件传授知识、突出趣味性

同学们都是新世纪成长起来的年轻人,对待新鲜事物容易接受,因此能否借助现代社交软件(如微信、QQ等)传授知识,是能否真正将知识灌输给同学们的关键。“微信”和“QQ”软件是目前中国最流行的社交软件,而智能手机的普及推动了利用这些软件进行信息交流的全天候化。教授一门课程时要求全体同学们加为“微信”和“QQ”好友,然后就可以利用“微信”里的“朋友圈”和“QQ”里的“好友动态”全天候的给同学们灌输知识。

当然利用社交软件灌输知识不能采取和课堂授课同样的内容,只有的信息有“趣味性”,才能引起同学们的兴趣,才最终起到辅助课堂教学并推动本门课程学习的目的。例如转发以下话题:“一个细胞引发的惨剧(2016-07-26,丁香园)”;“红杏出墙――肥胖易感基因Fto的家丑(2014-03-14,丁香园)”;“清华大学一实验室发生爆炸,博士后不幸死亡(2015-12-18,澎湃新闻)”警醒同学们的安全意识。

四、结合就业市场需求、突出前瞻性

农学专业学生未来的工作去向主要有以下几种:(1)考研;(2)本专业企事业单位;(3)本专业私人企业;(4)非本专业工作。对于从事本专业工作的同学,《分子生物学》的学习可能帮助他们考研和更快的开展相关工作;对于从事非本专业工作的同学,本课程的学习能拓宽他们的视野和眼界。因此,农学本科专业的《分子生物学》教学应立足于本专业未来的就业市场,而必须区别于其他专业的课程内容,并且突出前瞻性。

总之,《分子生物学》是高等学校农学专业重要的基础性课程,是很多后续课程的基石,授课效果的好坏对农学专业学生后续的发展至关重要。因此,我们在该课程的教授过程中,要不断探索和总结,以授课内容能否适应现代社会的发展和需求为评价标准。通过对教学内容的不断优化、实用性建设、新传授方法应用及接近市场需求,能培养出基础扎实、适应性强、能快速适应社会需求的新世纪人才。我将始终以“生以求知为乐,师以从教为荣”[3]作为自己的座右铭,时刻“自省吾身”并不断学习和求索,在高等教育的舞台上散发出自身的光芒。

参考文献:

[1]朱玉贤.现代分子生物学[m].第4版.北京:高等教育出版社,2012.

分子生物学方法篇3

关键词:高分子材料;可降解;生物

中图分类号:tq464文献标识码:a

我国目前的高分子材料生产和使用已跃居世界前列,每年产生几百万吨废旧物。如此多的高聚物迫切需要进行生物可降解,以尽量减少对人类及环境的污染。生物可降解材料,是指在自然界微生物,如细菌、霉菌及藻类作用下,可完全降解为低分子的材料。这类材料储存方便,只要保持干燥,不需避光,应用范围广,可用于地膜、包装袋、医药等领域。生物可降解的机理大致有以下3种方式:生物的细胞增长使物质发生机械性破坏;微生物对聚合物作用产生新的物质;酶的直接作用,即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。按照上述机理,现将目前研究的几种主要的可生物可降解的高分子材料介绍如下。

1生物可降解高分子材料概念及降解机理

生物可降解高分子材料是指在一定的时间和一定的条件下,能被微生物或其分泌物在酶或化学分解作用下发生降解的高分子材料。

生物可降解的机理大致有以下3种方式:生物的细胞增长使物质发生机械性破坏;微生物对聚合物作用产生新的物质;酶的直接作用,即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。一般认为,高分子材料的生物可降解是经过两个过程进行的。首先,微生物向体外分泌水解酶和材料表面结合,通过水解切断高分子链,生成分子量小于500的小分子量的化合物;然后,降解的生成物被微生物摄入人体内,经过种种的代谢路线,合成为微生物体物或转化为微生物活动的能量,最终都转化为水和二氧化碳。

因此,生物可降解并非单一机理,而是一个复杂的生物物理、生物化学协同作用,相互促进的物理化学过程。到目前为止,有关生物可降解的机理尚未完全阐述清楚。除了生物可降解外,高分子材料在机体内的降解还被描述为生物吸收、生物侵蚀及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除与材料本身性能有关外,还与材料温度、酶、ph值、微生物等外部环境有关。

2生物可降解高分子材料的类型

按来源,生物可降解高分子材料可分为天然高分子和人工合成高分子两大类。按用途分类,有医用和非医用生物可降解高分子材料两大类。按合成方法可分为如下几种类型。

2.1微生物生产型

通过微生物合成的高分子物质。这类高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖,具有生物可降解性,可用于制造不污染环境的生物可降解塑料。如英国ici公司生产的“biopol”产品。

2.2合成高分子型

脂肪族聚酯具有较好的生物可降解性。但其熔点低,强度及耐热性差,无法应用。芳香族聚酯(pet)和聚酰胺的熔点较高,强度好,是应用价值很高的工程塑料,但没有生物可降解性。将脂肪族和芳香族聚酯(或聚酰胺)制成一定结构的共聚物,这种共聚物具有良好的性能,又有一定的生物可降解性。

2.3天然高分子型

自然界中存在的纤维素、甲壳素和木质素等均属可降解天然高分子,这些高分子可被微生物完全降解,但因纤维素等存在物理性能上的不足,由其单独制成的薄膜的耐水性、强度均达不到要求,因此,它大多与其它高分子,如由甲壳质制得的脱乙酰基多糖等共混制得。

2.4掺合型

在没有生物可降解的高分子材料中,掺混一定量的生物可降解的高分子化合物,使所得产品具有相当程度的生物可降解性,这就制成了掺合型生物可降解高分子材料,但这种材料不能完全生物可降解。

3生物可降解高分子材料的开发

3.1生物可降解高分子材料开发的传统方法

传统开发生物可降解高分子材料的方法包括天然高分子的改造法、化学合成法和微生物发酵法等。

3.1.1天然高分子的改造法

通过化学修饰和共混等方法,对自然界中存在大量的多糖类高分子,如淀粉、纤维素、甲壳素等能被生物可降解的天然高分子进行改性,可以合成生物可降解高分子材料。此法虽然原料充足,但一般不易成型加工,而且产量小,限制了它们的应用。

3.1.2化学合成法

模拟天然高分子的化学结构,从简单的小分子出发制备分子链上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物,这些高分子化合物结构单元中含有易被生物可降解的化学结构或是在高分子链中嵌入易生物可降解的链段。化学合成法反应条件苛刻,副产品多,工艺复杂,成本较高。

3.1.3微生物发酵法

许多生物能以某些有机物为碳源,通过代谢分泌出聚酯或聚糖类高分子。但利用微生物发酵法合成产物的分离有一定困难,且仍有一些副产品。

3.2生物可降解高分子材料开发的新方法——酶促合成

用酶促法合成生物可降解高分子材料,得益于非水酶学的发展,酶在有机介质中表现出了与其在水溶液中不同的性质,并拥有了催化一些特殊反应的能力,从而显示出了许多水相中所没有的特点。

3.3酶促合成法与化学合成法结合使用

酶促合成法具有高的位置及立体选择性,而化学聚合则能有效的提高聚合物的分子量,因此,为了提高聚合效率,许多研究者已开始用酶促法与化学法联合使用来合成生物可降解高分子材料。

4生物可降解高分子材料的应用

目前生物可降解高分子材料主要有两方面的用途:(1)利用其生物可降解性,解决环境污染问题,以保证人类生存环境的可持续发展。通常,对高聚物材料的处理主要有填埋、焚烧和再回收利用等3种方法,但这几种方法都有其弊端。(2)利用其可降解性,用作生物医用材料。目前,我国一年约生产3000多亿片片剂与控释胶囊剂,其中70%以上是上了包衣的表皮,其中包衣片中有80%以上是传统的糖衣片,而国际上发达国家80%以上使用水溶性高分子材料作薄膜衣片,因此,我国的片剂制造水平与国际先进水平有很大的差距。国外片剂和薄膜衣片多采用羟丙基甲纤维素,羟丙纤维素、丙烯酸树脂、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纤维素、邻苯二甲酸醋酸纤维素、羟甲基纤维素钠、微晶纤维素、羟甲基淀粉钠等。

参考文献

[1]侯红江,陈复生,程小丽,辛颖.可生物降解材料降解性的研究进展[j].塑料科技,2009,(03):89-93.

[2]翟美玉,彭茜.生物可降解高分子材料[j].化学与粘合,2008,(05).

分子生物学方法篇4

【关键词】数量遗传学;分子遗传学;动物育种;研究进展

自20世纪80年代以来,随着现代分子生物技术和信息技术的迅速发展,动物育种计划和动物分子遗传学研究取得了大量的突破性成果,国际上的动物育种已逐渐进入分子水平,从传统的育种方法朝着快速改变动物基因型甚至是单倍体型的方向发展。

1.数量遗传学与动物育种

数量遗传学选择原理充分考虑了环境因素对微效多基因控制的数量性状的影响力,从表型方差中剖分出基因型方差,通过运用资料设计和统计模型估计有关的遗传参数,最后达到选种的目的。数量遗传学主要应用于估计遗传参数、通径分析和动物育种估计的模型方法等几个方面。

1.1遗传参数估计

从统计学上讲,遗传参数的估计可归结为方差或协方差组分估计。从亲子回归、同胞分析到方差分析法;到了20世纪50年代,CRHenderson提出了针对非均衡资料的Henderson方法Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ;之后出现了极大似然法约束极大似然法、最小范数二次无偏估计法和最小方差二次无偏估计法以及贝叶斯估计等方法。目前,约束最大似然法是世界各国育种学家采用的主要方法。

1.2育种值估计

畜禽遗传评定即评估畜禽种用价值的高低,是畜禽育种工作的中心任务。畜禽种用价值的高低是用育种值来衡量的,影响数量性状表型值的是微效多基因的加性效应值(a)、等位基因之间的显性效应值(D)和非等位基因间的上位效应值(i)。其中,只有基因的加性效应值即育种值能够稳定的遗传给后代,但是育种值不能直接测量,只能使用一定的统计学方法通过表型值对其间接加以估计,所以遗传评定的主要工作就是对育种值的估计。畜禽的估计育种值是选择种畜的主要依据,育种值估计的准确性在很大程度上影响着畜禽育种效果的好坏。用于育种值估计的方法概括起来主要有选择指数法、群体比较法和混合线性模型法。

2.分子数量遗传学与动物育种

分子数量遗传学是分子生物技术与数量遗传学相结合的一门发展中的新的交叉学科,目前仍属于数量遗传学范畴。现代分子生物技术的发展,使得从分子水平上研究数量性状的基因成为可能。

2.1对QtL作出遗传标记

目前对决定数量性状的多基因还不能准确定位,但如果能找到一个可以识别的基因或基因组的Dna多态,或是一个染色体片段与这一目标性状有密切的关联,就可作为对目标性状选择的遗传标记。遗传标记还可应用于基因转移、基因定位和基因作图等研究。

2.2QtL的分离和克隆

分子数量遗传学的目标是要分离和克隆决定数量性状的基因,研究其结构和功能,最终达到从分子水平上改良数量性状的目的。虽然在理论上可以将分子生物学领域发展的各种基因克隆技术用于QtL,但是数量性状的遗传表达一般涉及多个基因座位。例如,奶牛的产奶量既受繁殖和泌乳的内分泌系统基因的控制,又受消化酶系统基因的控制,情况相当复杂,很难把这些基因一一分离和克隆。但也可以根据已有的知识,通过对候选基因的筛选找出一个或几个对某个数量性状有较大效应的QtL,就可以对这个QtL用一般的基因克隆方法进行克隆,作为数量性状的一个重要基因来研究。例如,有资料报道猪的雌激素受体基因可影响产仔数。

3.动物育种方法前景

动物分子育种是依据分子数量遗传学理论,利用分子生物学技术来改良畜禽品种的一门新型学科,是传统的动物育种理论和方法的新发展。从目前发展状况来看,它应包含两方面内容:以基因组分析为基础的标记辅助选择和以转基因技术为基础的转基因育种。由于动物分子育种是直接在水平上对性状Dna的基因型进行选择,因此其选种的准确性会大大提高;同时转基因技术的应用还能根据人们的需求创造出一些非常规性的畜牧产品[7-8]。可以说,动物分子育种是动物遗传育种学科发展的必然,它将是21世纪动物育种的一种重要方法,对21世纪世界畜牧业产生巨大的影响。

【参考文献】

[1]俞英,张沅.畜禽遗传评定方法的研究进展[J].遗传.

[2]李善如.遗传标记及其在动物育种中的应用[J].国外畜牧科技.

[3]吴常信.分子数量遗传学与动物育种[J].遗传.

[4]李宁,吴常信.动物分子育种:一门发展中的新型学科[J].农业生物技术学报.

[5]陈宏.现代生物技术与动物育种[J].黄牛杂志.

[6]盛志廉,陈瑶生.数量遗传学[m].北京:科学出版社.

分子生物学方法篇5

【关键词】马钱子;士的宁;马钱子碱;药动学

马钱子具有散血热、消肿散结以及止痛通络等功效,中医临床常用于治疗跌打损伤,骨折肿痛,风湿顽痹,麻木瘫痪,痈疽疮毒,咽喉肿痛等症[1]。马钱子主要有效成分为生物碱类,含量为2%~5%,其中主要是士的宁(stychnine)和马钱子碱(brucine),各占1%~1.4%[2]。马钱子碱和士的宁是目前公认的有效成分,也是毒性成分。这类成分分子量低,有很好的脂溶性,极易跨膜吸收产生疗效或毒副作用。马钱子的治疗剂量与中毒剂量较为相近,马钱子治疗剂量为0.3~0.6g[1](规定含士的宁为1.2%~2.2%),士的宁口服中毒剂量成人为5~10mg,口服致死量为30mg[2]。蔡宝昌等[3]采用大鼠静脉注射马钱子总碱,以经过处理的动物组织作为样品,用高效液相色谱法定时测定各组织中士的宁(S)、马钱子碱(B)、士的宁氮氧化物(Sno)和马钱子碱氮氧化物(Bno)的含量。结果表明:S、B、Sno和Bno在其中脑和脊髓中均有较多的分布。这几种成分总体上在组织中的含量有所不同,可能是由于S本身在生物碱中含量较高,因此S在各组织中的含量最高,其次为B、Sno和Bno,各组织含量的差异是否与本身含量存在一定的相关性有待进一步探究,但是随着代谢的变化,各组织中的含量的动态分布总体上符合先增后减的变化规律。S、B、Sno和Bno均可穿透血脑屏障,到达脑和脊髓。如何安全合理地使用马钱子及其制剂,以保证临床安全有效,是必须解决的问题。药代动力学是定量研究药物在生物体内吸收,分布,代谢和排泄等体内过程规律的学科。进行马钱子及其制剂在生物体内的药物动力学研究,掌握其在体内的吸收、分布、排泄及代谢的经时变化规律,对解决上述问题具有非常重要的指导意义。因此,马钱子及其制剂的药代动力学研究是近年来研究的一个热点。本文对马钱子及其制剂在药代动力学方面的研究方法及进展综述如下。

1生物样品的处理方法

1.1液液萃取法(liquid-liquidextraction,LLe),

是目前较为常用的提取分离方法。研究表明,马钱子中的生物碱多数偏亲脂性,该类生物碱在乙醚、氯仿等有机溶剂中的溶解度比其在水相中的溶解度要大,而且血液中的内源性杂质大多数是属于水溶性物质且极性较大,所以采用适当的有机溶剂进行萃取即可达到亲脂性成分与水溶性成分的分离,进而达到去除大部分杂质的目的[4]。最后,对待测成分进行浓集后制成供试品,用仪器进行检测。在采用液液萃取法进行操作时有几个因素需要注意:①首先是萃取溶剂的选择,选择恰当的萃取溶剂,可以提高萃取效率,操作中一般选择能够对药物具有较好溶解度以及沸点低且与水不相互溶的溶剂。在马钱子生物碱的生物样品萃取过程中,常采用的溶剂一般是氯仿、乙醚、甲基叔丁基醚,其中生物碱中的氮键与氯仿所具有的氢键可产生一定的作用力,使生物碱易于溶解在氯仿,从而使生物碱从血浆中被萃取出来[5]。张婷等[6]在测定马钱子碱脂质体时,采用氯仿进行萃取,其中氯仿2.5ml,经过涡旋、超声、静置、离心后收集下层液,上层液再加入氯仿5ml,重复操作,最后合并两次提取液,在水浴上用氮气吹干,用流动相溶解后即得样品。②水相的pH值也是重要的参数之一,马钱子中的生物碱属于亲脂性的碱性药物,而一般生物样品中的内源性物质多为酸性成分,所以在碱性下用有机溶剂萃取时,内源性杂质不易被萃取出来。在马钱子碱的萃取过程中通常采用氨水、氢氧化钠碱化溶液,既可以使生物碱发生游离,又可调节溶液pH值。王琳等[7]测定兔血浆中的马钱子碱,用氢氧化钠碱化溶液,使马钱子碱游离,再用氯仿和甲醇混合液萃取,回收率大于80%,效果较好。与其他分离方法相比,液液萃取法具有操作简单,经济实用且可将萃取液蒸发,使组分富集等优点,但是其缺点在于个别溶剂容易产生乳化现象,使药物损失,从而导致回收率低,所以在生物样品处理方面一定要选择合适的有机溶剂进行萃取。

1.2固相萃取法随着高效液相色谱的应用,人们利用色谱法等理论,采用有不同填料的聚丙烯小柱进行生物样品制备。Spe的填料种类很多,大致可分为亲脂型(大孔吸附树脂、亲脂性键合硅胶)、亲水型(硅胶、硅藻土、棉纤维)和离子交换型三类。这三类方法在马钱子的生物样品的处理方面均有应用,吴玉红等[8]采用紫外三阶导数光谱测定含量时,采用硅藻土提取生物样品中的马钱子碱,其生物样品处理方法是将检品与去离子水混合均匀,然后加入到装有适量硅藻土的层析柱中,用洗脱液进行洗脱后在水浴挥干,溶剂溶解后即得样品,实验取得了较为理想的结果。王朝虹等[9]在LC/mS/mS法测定全血中马钱子碱和士的宁的含量,使用oasistmmaX固相萃取小柱对生物样品进行萃取,首先用磷酸酸化样品,然后用适量蒸馏水稀释,涡旋混合、高速离心后上清液过预先以1ml甲醇和水活化的oasistmmaX固相萃取小柱,相继用1ml0.1molHcl和1ml甲醇淋洗杂质并弃去;然后用洗脱液进行洗脱,收集洗脱液减压蒸干,残渣用流动相溶解混合后测定,回收率在80%以上。固相萃取小柱不仅大大缩短了样品制备时间,所用样品量少,而且避免了乳化现象和便于自动化操作等优点。但是其有价格昂贵、批与批之间有差异、柱子易堵塞影响分离效果等缺点。

2马钱子体内外药物分析的方法

2.1薄层色谱法杨群英等[10]测定家兔肝脏中士的宁的含量采用的是薄层扫描法,将其肝脏制成匀浆后加入士的宁标准溶液,用浓盐酸酸化,分离出酸水层后,残渣用稀盐酸洗涤naoH调pH,用适量氯仿提取两次,挥去氯仿,得到提取液。吸取适量提取液,点于硅胶GF254薄层板上,以适当的混合溶剂为展开剂,展开,扫描。测定波长254nm,

【摘要】笔者根据近年文献,总结马钱子及其制剂在药动力学相关方面的研究现状发现,马钱子及其制剂的生物样品处理常采用液液萃取法和固相萃取法;血药浓度测定常采用高效液相色谱法和高效液相色谱-质谱法;多数实验表明马钱子及其制剂的体内药动学过程基本符合二房室模型。具有快吸收、快分布的特点;消除速度随实验方法和剂型不同有很大差异。但是马钱子及其制剂的药物动力学研究方法有待于规范与提高。复方制剂中的其他成分可能对药物在体内的药效学过程有影响,需要进行深入研究。

【关键词】马钱子;士的宁;马钱子碱;药动学

马钱子具有散血热、消肿散结以及止痛通络等功效,中医临床常用于治疗跌打损伤,骨折肿痛,风湿顽痹,麻木瘫痪,痈疽疮毒,咽喉肿痛等症[1]。马钱子主要有效成分为生物碱类,含量为2%~5%,其中主要是士的宁(stychnine)和马钱子碱(brucine),各占1%~1.4%[2]。马钱子碱和士的宁是目前公认的有效成分,也是毒性成分。这类成分分子量低,有很好的脂溶性,极易跨膜吸收产生疗效或毒副作用。马钱子的治疗剂量与中毒剂量较为相近,马钱子治疗剂量为0.3~0.6g[1](规定含士的宁为1.2%~2.2%),士的宁口服中毒剂量成人为5~10mg,口服致死量为30mg[2]。蔡宝昌等[3]采用大鼠静脉注射马钱子总碱,以经过处理的动物组织作为样品,用高效液相色谱法定时测定各组织中士的宁(S)、马钱子碱(B)、士的宁氮氧化物(Sno)和马钱子碱氮氧化物(Bno)的含量。结果表明:S、B、Sno和Bno在其中脑和脊髓中均有较多的分布。这几种成分总体上在组织中的含量有所不同,可能是由于S本身在生物碱中含量较高,因此S在各组织中的含量最高,其次为B、Sno和Bno,各组织含量的差异是否与本身含量存在一定的相关性有待进一步探究,但是随着代谢的变化,各组织中的含量的动态分布总体上符合先增后减的变化规律。S、B、Sno和Bno均可穿透血脑屏障,到达脑和脊髓。如何安全合理地使用马钱子及其制剂,以保证临床安全有效,是必须解决的问题。药代动力学是定量研究药物在生物体内吸收,分布,代谢和排泄等体内过程规律的学科。进行马钱子及其制剂在生物体内的药物动力学研究,掌握其在体内的吸收、分布、排泄及代谢的经时变化规律,对解决上述问题具有非常重要的指导意义。因此,马钱子及其制剂的药代动力学研究是近年来研究的一个热点。本文对马钱子及其制剂在药代动力学方面的研究方法及进展综述如下。

1生物样品的处理方法

1.1液液萃取法(liquid-liquidextraction,LLe),

是目前较为常用的提取分离方法。研究表明,马钱子中的生物碱多数偏亲脂性,该类生物碱在乙醚、氯仿等有机溶剂中的溶解度比其在水相中的溶解度要大,而且血液中的内源性杂质大多数是属于水溶性物质且极性较大,所以采用适当的有机溶剂进行萃取即可达到亲脂性成分与水溶性成分的分离,进而达到去除大部分杂质的目的[4]。最后,对待测成分进行浓集后制成供试品,用仪器进行检测。在采用液液萃取法进行操作时有几个因素需要注意:①首先是萃取溶剂的选择,选择恰当的萃取溶剂,可以提高萃取效率,操作中一般选择能够对药物具有较好溶解度以及沸点低且与水不相互溶的溶剂。在马钱子生物碱的生物样品萃取过程中,常采用的溶剂一般是氯仿、乙醚、甲基叔丁基醚,其中生物碱中的氮键与氯仿所具有的氢键可产生一定的作用力,使生物碱易于溶解在氯仿,从而使生物碱从血浆中被萃取出来[5]。张婷等[6]在测定马钱子碱脂质体时,采用氯仿进行萃取,其中氯仿2.5ml,经过涡旋、超声、静置、离心后收集下层液,上层液再加入氯仿5ml,重复操作,最后合并两次提取液,在水浴上用氮气吹干,用流动相溶解后即得样品。②水相的pH值也是重要的参数之一,马钱子中的生物碱属于亲脂性的碱性药物,而一般生物样品中的内源性物质多为酸性成分,所以在碱性下用有机溶剂萃取时,内源性杂质不易被萃取出来。在马钱子碱的萃取过程中通常采用氨水、氢氧化钠碱化溶液,既可以使生物碱发生游离,又可调节溶液pH值。王琳等[7]测定兔血浆中的马钱子碱,用氢氧化钠碱化溶液,使马钱子碱游离,再用氯仿和甲醇混合液萃取,回收率大于80%,效果较好。与其他分离方法相比,液液萃取法具有操作简单,经济实用且可将萃取液蒸发,使组分富集等优点,但是其缺点在于个别溶剂容易产生乳化现象,使药物损失,从而导致回收率低,所以在生物样品处理方面一定要选择合适的有机溶剂进行萃取。

1.2固相萃取法随着高效液相色谱的应用,人们利用色谱法等理论,采用有不同填料的聚丙烯小柱进行生物样品制备。Spe的填料种类很多,大致可分为亲脂型(大孔吸附树脂、亲脂性键合硅胶)、亲水型(硅胶、硅藻土、棉纤维)和离子交换型三类。这三类方法在马钱子的生物样品的处理方面均有应用,吴玉红等[8]采用紫外三阶导数光谱测定含量时,采用硅藻土提取生物样品中的马钱子碱,其生物样品处理方法是将检品与去离子水混合均匀,然后加入到装有适量硅藻土的层析柱中,用洗脱液进行洗脱后在水浴挥干,溶剂溶解后即得样品,实验取得了较为理想的结果。王朝虹等[9]在LC/mS/mS法测定全血中马钱子碱和士的宁的含量,使用oasistmmaX固相萃取小柱对生物样品进行萃取,首先用磷酸酸化样品,然后用适量蒸馏水稀释,涡旋混合、高速离心后上清液过预先以1ml甲醇和水活化的oasistmmaX固相萃取小柱,相继用1ml0.1molHcl和1ml甲醇淋洗杂质并弃去;然后用洗脱液进行洗脱,收集洗脱液减压蒸干,残渣用流动相溶解混合后测定,回收率在80%以上。固相萃取小柱不仅大大缩短了样品制备时间,所用样品量少,而且避免了乳化现象和便于自动化操作等优点。但是其有价格昂贵、批与批之间有差异、柱子易堵塞影响分离效果等缺点。

2马钱子体内外药物分析的方法

2.1薄层色谱法杨群英等[10]测定家兔肝脏中士的宁的含量采用的是薄层扫描法,将其肝脏制成匀浆后加入士的宁标准溶液,用浓盐酸酸化,分离出酸水层后,残渣用稀盐酸洗涤naoH调pH,用适量氯仿提取两次,挥去氯仿,得到提取液。吸取适量提取液,点于硅胶GF254薄层板上,以适当的混合溶剂为展开剂,展开,扫描。测定波长254nm,

[8]吴玉红.硅藻土提取紫外导数光谱法测定血中马钱子碱[J].辽宁警专学报,2004,5(5):45-46.

[9]王朝虹,邢俊波,王志萍.LC/mS/mS法测定全血中马钱子碱和士的宁的含量[J].中国法医学杂志,2008,23(4):226-228.

[10]杨群英,付强,杨广德,等.盐酸沉淀蛋白法从家兔肝脏匀浆中提取士的宁生物碱的条件研究[J].西安医科大学学报(医学版),1989,10(1):40-43.

[11]李晓天,张丽容,王天奎,等.马钱子碱在小鼠体内的组织分布[J].中国临床药理学与治疗学,2006,11(3):342-344.

[12]肖寒露,陈军,蔡宝昌,等.HpLC同时测定大鼠血浆中马钱子碱和士的宁的浓度[J].中国实验方剂学杂志,2010,16(11):26-29.

[13]王朝虹,果德安,.反相高效液相色谱法测定全血中马钱子碱和士的宁的含量[J].色谱,2003,21(4):382-384.

[14]柯雪红,陈纪藩.固相萃取反相高效液相色谱法测定通痹灵人血清中士的宁浓度[J].广州中医药大学学报,2003,20(3):237-239.

[15]伍爱明,蒋丕泉,郑绍军,等.毒鼠强和马钱子碱混合毒物的GC/mS检测分析[J].刑事技术,2009,34

(5):53-54.

[16]陈晓红,李小平,姚浔平.高效液相色谱-质谱联用同时测定尿液中4种生物碱[J].中国卫生检验杂志,2006,16(6):691-693.

[17]林滨,王贤亲,林丹,等.人血浆中马钱子碱的LC-mS/mS法测定[J].中国医药工业杂质,2008,39(3):206-208.

[18]彭拓华,谢丽,李锐,等.九分散中士的宁的胃肠吸收动力学研究[J].中药材,1998,21(12):626-627.

[19]刘雅敏,张黎莉,娄玉钤,等.药物累积法研究热痹清片的药物动力学[J].辽宁中医杂志,2006,33(9):1171-1172.

[20]刘玉娥,王菊英,于德宁,等.马钱子散的毒性和毒效动力学研究[J].山东中医杂志,2002,21(9):554-556.

分子生物学方法篇6

【关键词】生物化学与分子生物学;教学;建构主义教学法

分子生物学是在分子水平上研究生命现象的科学,通过研究生物分子的结构、功能和生物合成等方面来阐明生命现象的本质。它是医学院校的基础课程,与生物化学、细胞生物学等课程互相交叉渗透。

1分子生物学教学的现状分析

传统的分子生物学教学模式单一,遵循教师通讲-示教-学生被动接受模式,学生较少独立思考和探索钻研[1]。而且传统的分子生物学教学方法机械,教师一味地讲课示范而未根据学生的个性、专业基础、学习习惯采用多元化的教学方法,不利于培养学生的观察、分析问题的能力;实验教学内容陈旧,多为简单的验证性实验,无法培养学生思考解决问题的能力,学生只学会了怎么做,却不知道为什么这样做。为了适应21世纪人才培养的需求,结合我院分子生物学的教学现状,将构建主义教学模式引入到教学过程中,进行教学改革探索。

2分子生物学教学改革

2.1引入新型的建构主义教学方法

以认知主义学习理论为基础的建构主义学习理论认为[2],知识是学习者在一定的社会文化背景下,通过借助他人(包括教师和同伴)的帮助,利用必要的学习资料,通过意义建构的方式而获得。建构主义教学是提倡在教师指导下,以学生为中心的学习,学习过程不是学习者被动地接受知识,而是积极地建构知识的过程;教师是意义建构的帮助者、促进者,而不是知识的传授者与灌输者。在分子生物学教学中,引入“建构主义”教学法,既强调学习者的认知主体作用[3],又不忽视教师的指导作用,并根据实际情况采用多种形式,开展交流讨论,学生自行收集资料,在课堂上相互交流学习,可开阔学生的眼界,拓展学生的能力。

2.2研究对象与方法

我们随机抽取本院2014级药学专业学生2个大班70人,一个班采用传统教学方法(对照组),一个班采用建构主义教学法(实验组),两个班都由同一个老师带教。实验组每次上课前都由指导教师给一个讨论的题目,设置问题情境,学生课下根据题目搜集资料,查询相关内容与研究动向,课上相互讨论,凭借自己的主动学习,亲身体验从识别目标、提出目标并达到目标的过程。遵循建构主义教学法的“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”四大要素。如在讲到Dna双螺旋模型这个被认为是分子生物学诞生标志时,我们给学生提出了沃森、克里克、威尔金斯和富兰克林这几个人名,让学生自主查询他们与分子水平研究之间的关系,这样通过问题的提出,激发了学生自主学习、思考,团队合作的兴趣,获得答案的过程也是思维能力提高的过程,对以后走上工作岗位或者继续深造奠定了一定的基础。

2.3教学内容与课时安排

根据专业需要选择学习内容,药学专业的性质要求分子生物学课程能与实践应用有较好的结合[4],要求学生有较好的分子生物学的基础知识,因此我们选用了人民卫生出版社第八版《生物化学与分子生物学》作为教材。并且有侧重点的将与药学领域及实验的的部分作为重点讲授的内容。我校药学学生的分子生物学学时为理论学时36学时,实验学时36学时。要求“教与学”在有限的学时内,将基础理论知识应用到药学实践中[5]。

2.4教学效果评价

学期末分别对实验组和对照组进行考核,采用理论试题测试和实践考试结合的方法,综合评估,比较分析。用SpSSl1.0统计分析软件,采用t检验,p

3结果与讨论

考核中理论测试满分100,实践测试满分40,总成绩为100×60%+40。理论测试分为单选题,多选题,名词解释题,简单题和论述题。实践考试主要考核以实验操作、平时出勤率、实验报告书写、课堂回答问题情况来作为考核依据。考核结果建构教学组与传统教学组成绩具有显著性差异,建构教学组明显高于传统教学组(p

本研究结果亦表明,建构主义教学组的学生成绩更为理想。在整个教学过程中,建构主义教学法鞭策教师紧跟科学研究前沿,促进了学生的自主学习能力的提高,加强了学生相互之间的团队合作精神。并且将理论知识和临床实践结合,能够加深对基础知识的理解,变被动学习为主动学习。因此建构主义教学模式值得在临床医学分子生物学的授课中推广。

【参考文献】

[1]迟彦,季长清.《分子生物学》教学改革初探[J].科技教育创新,2009,17:207-208.

[2]范琳,张其云.建构主义教学理论与英语教学改革的契合[J].外语与外语教学,2003,4:30-32.

[3]张冠群.基于建构主义理论的高职数学微积分教学策略分析[J].高教学刊,2010,16:235-236.

分子生物学方法篇7

关键词:分子生物学;课程设计;教学评价;探索

分子生物学是在分子水平上研究生命现象与生命本质的科学。作为生命科学的共同语言,主要阐明生物大分子的结构、代谢途径、调控机制以及人体各种生理和病理状态的分子机制,是推动新的诊断、治疗和预防方法。对于中西医结合医学生而言,学习医学分子生物学,不仅是为未来的专业课的学习打下基础,也为将来的工作和继续深造学习提供知识储备。学生在学习时靠死记硬背,缺乏对知识的思考,不能将分子生物学的知识和临床学科的内容进行横向联系,导致基础理论知识和临床实际应用严重脱节。这无疑更不利于优秀的中西医结合人才的培养。因此,针对目前社会对高素质中西医结合人才的要求,必然需要我们针对中西医结合专业的特点,优化分子生物学的教学内容,探索有效的教学方法,以激发学生的学习兴趣,强化学生对知识的记忆,培养学生将理论知识应用到其他课程学习及今后临床工作中的能力,真正发挥分子生物学在医学研究领域的重要作用。

一分子生物学课程教学的总体设计

分子生物学作为医学临床和科学研究的基本工具,发展速度快、应用广泛。根据中西医结合人才培养的目标与要求,以“理论适度,突出应用”为原则,优化教学内容,对教材内容进行更新、精简和重组。同时对教学学时加以调整,做到重点主要讲,拓展自学为主,并且改变教学模式,采用多种教学方法。

(一)教学内容整合和优化

分子生物学内容改革主要是以基础知识为主体,积极反映本学科发展的新动向、新进展,力求做到“少而精”,由浅入深,循序渐进,既注意层次分明,又注意知识的连贯性及实用性。拟对教学内容包括以下几点更新和优化。目前我校采用的《分子生物学》教材是第八版《生物化学与分子生物学》,之前采用过新世界中医药院校创新教材《分子生物学》第一版。中西医结合专业分子生物学大纲要求授课内容包括绪论、基因与基因组、Dna的生物合成、Rna的生物合成、蛋白质的生物合成、基因表达与调控、基因工程与癌基因。在培养设计中,《分子生物学》一般在《生物化学》之后学习。为了增强知识的连贯性和整体性将原来基因与基因组这章的内容与基因表达调控内容进行整合,重点介绍基因的结构,病毒、原核和真核生物基因组的特点。原癌基因和癌基因这章的内容,适度减少,原因是为了适应当前知识的更新,在此处只做基本概念的介绍,同时,提醒学生要紧跟科学发展,追踪相关知识的更新。其他章节适度增加科学研究的新进展,而教学内容基本不变。除此之外,需要对一些章节的知识进行更新。例如基因表达牵涉到遗传学和表观遗传学的内容,尤其是表观遗传学是近几年生命科学研究的热点,其对基因表达的调控涉及生殖发育、环境适应和疾病的产生。而目前《分子生物学》的“基因表达调控”一章只介绍了“原核生物的表达调控”和“真核生物表达的调控”两节内容,没有表观遗传学的内容,应予以适当添加,考虑到学时的限制,我们拟在表观遗传学的基本概念、调控方式和研究策略上做简单的概括性的介绍。另外,在目前的分子生物学研究中,常常牵涉到基因组学的研究,其内容涉及海量的生物学信息的推导和计算。例如引物设计、测序比对、同源分析、表观遗传位点分析和组学研究分析等等。这就牵涉到一个重要的工具学科—生物信息学的学习。但是目前许多中医类院校忽视对此内容的学习。考虑到此学科的难度,我们拟简单介绍生物信息学的基本内容和常用的生物软件的用途及使用方法,为他们在以后的工作和研究中打下基础。再而,细胞通讯和信号转导是目前中医药科学研究重点强调的内容,但目前本章的学习内容主要在强调基础知识,忽视了与科研和临床实际问题相结合。因此在本章中,我们拟整合和提炼基础知识,重点讲授与常见生理病理(例如糖尿病、细胞凋亡等)密切相关的信号转导通路。

(二)课时的合理分配

分子生物学是从分子水平探索生命现象、生命活动的规律和本质的一门学科。因此,学习的内容牵涉到蛋白质、核酸等分子。本科阶段的教学目标是通过本课程的学习,使学生掌握分子生物学的基本理论、基本技能和最新进展,并特别注重与基础医学和临床医学的结合,从而为学生进一步学习其他专业课程和开展医学研究工作奠定医学分子生物学基础。因而,在课时分配上注重对基本理论和基本技能的侧重。安徽中医药大学中西医结合专业分子生物学的总学时是36学时,其中理论27学时,实验时。理论学时中,绪论1学时,基因与基因组2学时,Dna的生物合成•4学时,Rna的生物合成4学时,蛋白质的生物合成4学时,基因表达与调控4学时,基因工程6学时和癌基因2学时将原来的Dna生物合成的4学时变为5学时,原癌基因与抑癌基因由2学时变为1学时。原来的基因表达调控由4学时变为6学时(将基因与基因组的内容整合到基因表达调控章节之前)。实验学时的分配没有变化,pCR技术应用3学时,核酸的制备和测定6学时。

二教学方法的革新

在教学过程中我们要根据教学内容采用一定的教学方法,这主要是由于不同的教学方法都有其适用性,而教学方法本身不存在绝对的优劣。《分子生物学》各章内容都有其关键知识点,而每一知识点都有其特点,任何单一的教学方法对每一关键知识点而言并不总是最适合的。学生有了实际的参考的物质加以想象后就很容易理解这些抽象的知识要点,再进行理解记忆就变得相对简单了。且有了这样的类比经验可以启发学生产生更多的想象,让这个分子生物学的某些知识变得简单易懂。归纳和总结一直是医学基础课学习的重要方法。分子生物学的许多概念、分子结构特点和反应过程比较相近,学生易于混淆。例如,重叠基因与重复序列、启动子与增强子等。诸如这类概念或化学过程相近的知识点,关键是使学生掌握两者的相同和不同点,因此对比归纳式教学方法就有其优越性。教师通过对有联系的知识点的对照归纳分析,有助于突出重点、易化难点,有助于将知识条理化、系统化,使学生把握住知识点内在的联系和区别,达到认识其本质的目的。基于上述原因,对优化后的各章关键知识点,采用不同教学方法如类比联想、归纳比较、引导启发和理论联系实际等方法进行讲授,比较各教学方法在此知识点的适用性和优劣性,最终优化出一套适合中西医结合临床专业多元教学方法体系。

三紧密联系临床实际应用

分子生物学学习的目的是为临床服务的,因此在教学上需要多联系实际的医学问题,即理论联系实际的教学方法。例如,在讲授Dna是遗传信息载体的时候,可以将Dna指纹联系到实际医学的基因诊断和基因治疗;在基因表达调控中,将遗传学(单基因与多基因遗传病)和表观遗传学调控,如Dna甲基化(组蛋白修饰)的表观遗传调控与心血管等疾病联系在一起;在癌基因与抑癌基因内容时,可以将临床实际遇到的癌症的遗传特点和检测方式中加以引入。通过这种和实际的医学诊断和治疗相结合的方法使学生认识到学习内容可以直接解决实际的健康问题,将极大地调动学习热情和兴趣,提高学习效果。四建立科学合理的评价体系为了提高学生的质量,使其更能适应社会需求,安徽中医药大学积极进行教学改革,要求转变教育思想,改变以前课堂教学的形式和对学生的评价体系。为此,在中西医结合专业分子生物学的评价体系中,初步建立形成性评价。评价体系主要包括考勤(10%)、课堂问题(20%)、每章科学问题讨论(20%)和试卷成绩(50%)课堂提问主要是每次课教师准备三个问题,让学生回答,根据回答情况,进行评分。每章科学问题讨论采用pBL形式,分组完成,最后给于评价。这种方式实施极大的调动学生的积极性,根本上改变之前仅依靠期末试卷带来的学生惰性式学习习惯,培养了学生的学习兴趣,课堂气氛活跃,学生课下投入的时间大大提高,学习的自主性和能动性都得到大大增强。和一些形成性评价相似,课时、场地的限制和教师与学生比例失调限制了这种评价体系的实施。五结语分子生物学是生命科学的分支,是中西医结合临床医学生必须熟练的基本知识和基本技能。在分子生物学的教学过程中,要密切联系临床的实际应用,及时联系科学研究动态,才能激发学生的学习兴趣,培养学习的积极性和调动学生自主学习的能力,使他们不仅能现在掌握分子生物学的基本知识,还能在未来工作中继续跟踪医学分子生物学的发展,适应社会对新型中西医结合专门医疗人才的要求。

参考文献:

[1] •秦崇涛,张捷平,王一铮等.医学分子生物学实验教学改革的探索[J].广西中医药大学学报,2012,15(4):102-104.

[2] 马•克龙,汪远金,黄金铃等.中西医结合专业分子生物学教学改革探索[J].中医教育,2013,30(1):50-52.

[3] 程•玉鹏,李慧玲,高宁等.《药学分子生物学》在中医院校的课程设计与教学评价[J].林区教学,2011(5):7-8.

[4] •聂晶,韩为东.•医学分子生物学教学个体化改革探讨[J].基础医学教育,2014,16(5):351-353.

分子生物学方法篇8

关键词:高分子物理;课堂教学;创新思维;教学方法;学习能力

1引导学生提出问题,培养创新思维

1.1设备先进性无法长期保持

当前全国高校专业实验室在得到国家专项资金支持前基本都面临一个基本的现实,即高分子材料技术发展迅速,物理实验所需设备一般为价格高昂,体积较大的大型实验设备。由于经费等因素的制约,校方对实验设备的投入也非常有限。所以目前高分子物理教学实验设备普遍较为陈旧,且实验室设备缺乏的现象较为普遍,导致了物理实验的实际开展操作难以实施。而教学也只能以理论教学为主,缺乏了实验操作这一必要环节。这种现象导致的后果就是,学生虽然熟知了课本上的知识,但对实践操作的了解却极为匮乏,这极大地影响了大学生对于知识的理解和掌握,在这种情况下,更谈不上创新性思维的培养了。所以说,对实验试验设备的匮乏以及实训教学的缺失,导致了学生在高分子物理课堂上难以做到对知识的融会贯通,严重影响了对学生创新思维教育的开展。

1.2无法落实开放性管理

高校实验室的存在对于高分子物理教学来说十分的重要,只有积极开展相关的实训工作才能加强学生对知识的理解,并在实践中锻炼学生创新思维的运用。但目前高校的实训工作开展的较少,不能满足学生的要求,且高校实验室的管理工作较为刻板,难以满足学生课堂之外进行高分子物理实验的需求,学生在课题研究中,如果无法在实验室进行实际操作的话,他们的实验创新能力、科研能力和自主学习能力就无法得到锻炼和提高。

1.3别人能接受这个结论吗

有机化学家对这一结论表示异议,在传统的有机化学中,该物质并非纯粹的化合物,而是小分子的结合。由于实验室设备的不齐全和方式的不完善,实验结果难以再复制重现,而作为缔合胶体的一个研究对象。他们认为所测得的分子量是真实物质的分子量,而胶体粒子的分子量,由于胶体粒子不稳定,不能测量[2]。

1.4如何证明自己的结论

为了确定聚合物的存在,第一个问题是分子量的测定,这也是为什么试图通过不同的方法和提高测试精度来确定聚合物的分子量。分子量的测定一般可以通过化合物渗透压,末端分析,以证明大分子的存在,证明自己的结论。

1.5什么是高分子物理?

“什么是高分子物理”是一个开放性问题,提出这个问题旨在让学生系统看待这个学科。提出这个问题,可以从多方面引导学生思考这个学科的内容,以促进学生思考和学习,加深对知识点的掌握,强化教学效果。在学习以及教学中,必须善于提出问题,并能够及时接受各种新的理念,对于与传统思维不符的,应该进行辨证的思考,而不是片面地进行否定。因而在高校高分子物理课堂中进行问题教学方式,能够极大程度提升学生的创造能力。在课堂上,老师引导学生提出问题,这样的方式能够更好的激起学生对于问题的讨论,能够使学生在进行高分子物理教学的学习过程当中,能够更加深刻地针对学习的问题,能够有一个认识,并且能够在进行学习的过程当中,根据学习到的知识举一反三,大大地拓宽了学生的学习思维,这样的话对于培养学生的创新能力有十分重要的作用。因此要想能够促进目前高分子物理教学过程当中培养学生的创新思维,就应当通过课堂上老师的行为来帮助学生培养创新思维。

2增加课堂讨论,加强教学互动

在目前的高校高分子物理教学工作中,课堂的交流和讨论能够有效地提高学生的学习积极性,促进他们独立思考,进而进行创新性的学习,而这一教学方式同样对学生分析问题、解决能力和沟通交流能力有着很大的好处,同时在课堂讨论中,学生的思维会处于活跃状态,可以有效培养大学生的创新思维能力。在网络信息技术发展的今天,高分子物理的教学工作也应该与现代信息技术相结合,推进教学方式和教育体系的改革,全面推进高校高分子物理的教学工作。使用多媒体的教育手段,可以有效地增加教学信息的传递效率,提高授课质量,例如同时的课堂内容,多媒体的教学方法比起传统教学方式来说,每节课可以节约10~15min如何组织这10~15min成为一个重要的问题。如果你增加课程的内容或者增加互动环节,就需要压缩时间。但是学生的接受能力有限,设置的内容过于庞大,达不到预期的效果。此外,从课程的开始到结束,学生很难一直集中注意力。因此,组织教学计划时,教学安排和最初的进度没有变化,而是需要用课堂上的时间进行讨论。然而,课堂讨论的形式一般简单、模块化,或者不能充分调动学生的积极性,反而会削弱讨论的效果。针对上述问题,老师可以采取教师设疑,学生回答或者学生提问,教师解答等交流形式,让学生成为课堂的主导人。在此处介绍的能够提升高分子物理教学过程当中,培养学生的创新思维的一个方法,就是要增加课堂讨论,加强教学的互动。因为只有在教学课堂过程当中,让学生不断地参与到课程讨论过程当中,才能更好地激发起学生的积极性。因为高分子物理教学是一门十分深奥的一个课程,在学习的过程当中,学生很有可能会遇到很多的问题,只有依靠学生自己进行思考,解决的话将会给学生带来很大的困难,只会严重打击他们在学习上的积极性,会给学生带来很多的困扰,因此就必须要增加课堂讨论,让学生更多地参与到课堂当中,激起学生解决问题的积极性,能够促进他们在高分子物理学习的过程当中的能力,这样的话还能够开发学生的创新思维,让他们在学习的过程中能够发散思维,不断地了解更多的知识,能够举一反三,促进他们关于高分子物理教学学习的程度。通过增加课堂讨论,加强教学互动,不仅仅帮助学生了解到一些难以解决的问题,还能够在与同学的交流过程当中,发现其他同学的一些解决方法,能够更好地开拓他们的思维,对于培养学生的创新思维就有一个很重要的作用,因此要想能够促进高分子物理教学,培养学生的创新思维,就应当增加课堂讨论,加强教学的互动,通过老师与学生在课堂上的相互交流拓宽学生的思维面,对于提升学生的创新思维能力有很强的帮助作用,对于日后高分子物理教学有十分重大的帮助。

分子生物学方法篇9

关键词:比较法有效复习

中图分类号:G633.91文献标识码:B

比较法是准确揭示事物之间的本质联系与区别的科学研究方法。教师在教学过程中巧妙合理地运用比较法,可以更为准确地理解事物的本质特征,区分相近事物,把握事物之间的内在联系及其变化规律,使已学知识更加深刻而牢固,使学生获取的新知识更加鲜明准确,使零散的知识系统化,有利于构建点、线、网的知识体系,最终实现新旧知识的平稳有效过渡,训练学生科学思维方法,培养学生综合分析与解决问题的能力。

1.生物复习课中比较法的分类

由于科学是一门综合课程的缘故,因此原有的以生物分类学为基础的《植物学》、《动物学》、《生理卫生》的初中生物教学体系被彻底地打破,教学内容分散在6册教材各章节中,再加上生命科学本身就有相当数量的记忆性知识,自然界的生物又种类繁多、千差万别,因此往往给人留下零乱容易混淆的印象,只有在比较中才能将这些零乱又易混淆的知识求同求异,才能辨析概念和特点。根据比较形式的差异,生物比较法主要可分为以下四类。

1.1图像比较

图像比较是利用生物体问存在的相互关系,绘制成图像加以比较的一种方法。例如在“植物的一生”复习课中,教师以西瓜的一生作为一条情境主线,回顾植物的生命周期。教师手捧西瓜,设问:这是西瓜植物的什么器官?切开西瓜后发现里面有什么?教师展示西瓜种子和玉米种子的结构图,复习回顾种子的内部结构,并且通过图像比较,设问:它和玉米种子的不同处在哪里?这样使知识变得更加明晰,避免知识表面化。

1.2列表比较

列表比较是把相近或相似的概念、结构或数据列成表格,通过对比加深理解或者发现并总结相应特点。例如在“植物的一生”复习课中,复习到种子的结构时,教师可以让学生以内部结构、子叶数目和营养贮存三方面列表比较西瓜种子和玉米种子的异同点,找出它们之间的区别和联系,从而区分无胚乳种子和胚乳种子,再结合具体实例进一步强化学生对双子叶植物和单子叶植物的理解和判断,使学生深入对知识的学习,避免知识浅层化。

1.3实验比较

实验比较是利用两个或两个以上的实验组,通过对实验结果的比较分析,来探究某种因素与实验对象关系的一种方法。例如在“植物的一生”复习课中,复习到种子的萌发条件时,教师展示种子萌发过程的实验,通过实验比较种子萌发需要什么样的条件。其实,科学实验中的控制变量法就非常便于实验比较,通过实验组和对照组的比较,突出实验变量在实验中的影响,从而达到探究的目的,这样使知识学得灵活扎实,避免知识片面化。

1.4实物比较

实物比较是利用实际物体或者相应模型,通过对实物或相应模型的观察和分析,来探究实物或实物所代表的一类物质特点的一种方法。例如在“植物的一生”复习课中,复习到果实和种子的形成时,教师请学生说出受精的过程。为了突破子房、胚珠、受精卵与果实、种子、胚对应的层次关系这一难点,教师出示模型:在椭圆型玻璃容器里放人一颗桂圆,桂圆内部有一颗龙眼。此时再联系西瓜,组织学生活动,让学生用三个圆圈画出子房、胚珠、受精卵的层次关系(图1)。这样通过实物或相应模型,让复杂的关系或特点显得简单,避免知识学得模糊。

2.生物复习课中比较法的应用

目前在生物复习课中,仍然存在讲探究的普遍现象,表现在教学评价时,学生只会做熟悉的题目,对于新情景下的探究就显得力不从心。归其原因,主要还是在于教师日常教学中对学生缺乏方法上的引导,而在诸多方法中,“比较”尤显得突出,所以教师要加强比较法在生物复习课中的应用。

2.1科学概念在比较中得到明确

科学概念是反映科学现象和过程本质属性的思维形式,科学概念又是分层次的,大的概念中包含了较小的概念,不同的概念之问可能相互联系,又可能容易形成混淆甚至相悖。学生形成科学概念,感知是第一要素,科学概念的具体化是学生形成概念的第一个起点。因此,初中生对科学概念的学习往往需要从具体的感性认识人手,采取科学的比较法,只有在比较中才能更加明确科学概念的内涵和外延。

生物复习中有许多概念或特点相似,又不直观,认知难度大。比较法在概念学习中就显得较为重要,教师可以通过引导学生从直观的实物观察或实验现象的观察,对过程进行分析和结果进行比较,从而形成科学的生物概念。例如在“植物的一生”复习课中,复习到开花、传粉这部分内容时,笔者当时的设想是教师展示花的结构图,并且以桃花为例,复习提问学生,回顾花的主要结构,雌蕊和雄蕊各自的结构。学生回答雌蕊包括柱头、花柱和子房,子房里有胚珠,雄蕊包括花药和花丝,花药里有花粉。在磨课时,教研教师一致认为这样复习花的结构已经落入俗套,知识还是以旧的方式呈现,更谈不上知识的拓展和深化,让学生感到学习很疲惫。后来改为教师引导,出示西瓜雄、雌花的图,请学生说出各结构的名称,通过西瓜雄、雌花图的比较,深化理解桃花属于两性花,西瓜花是单性花,由此可知不同花传粉方式的差异。这样使知识在比较中拓展,在深化中理解,再次试讲时发现学生兴趣浓,参与度高,思维也活跃起来。

2.2知识网络在比较中得到梳理

知识网络之所以是“网络”,就是因为它可以把所学的知识有关联地串在一起,有助于对所学内容的宏观掌握,此外还能使学生清晰地认识到知识之间的内在联系,有助于记忆,降低学习难度。知识网络的呈现可以是书面形成,也可以是脑海中构建知识网,这样学生学的东西就可以很快被纳入学生自己的知识体系中了。

构建生物科学知识体系,教师需要比较法。例如在“植物的一生”复习课中,笔者从种子萌发、幼苗生长发育、开花传粉、果实和种子的形成等四方面内容依次进行复习,采取简单回顾的办法。课后就发现这样平铺直叙,知识显得零散,不得要领。在磨课时,教研组教师们认为既然以西瓜的一生作为情境主线,何不采取比较法进行教学呢?教师出示西瓜在不同阶段的图片,组织学生通过比较各阶段的生长特点,并用带箭头的线段连接,整理出植物的生命周期。然后教师再展示各组学生整理出的概念图,通过比较和点评,确定完整的概念图(图2)。这样学生能迅速找到复习入门的途径,激发学生学习兴趣,增加学生学习的主动性,使学生更顺利地梳理知识并系统化。

2.3实验设计在比较中得到完善

探究实验通常是科学家对新事物、新现象进行研究时常用的方法。是在不知道某现象原因的前提下,先对该现象的产生做出合理的假设,然后设计一系列实验来验证假设的过程。其中合理的假设和实验设计往往也是通过不断的比较才确定下来的,因为假设不是瞎猜,设计不是虚设,有价值的假设和实验的设计都是学生在观察和思考甚至讨论作出反复比较后的推测性回答和构想。

比较法是编写教材的一种重要思路,也是探究实验设计的一种科学方法。例如在“植物的一生”复习课中,复习到种子的结构及营养物质时,教师让学生结合已学的知识回顾西瓜种子含有的营养物质的种类。学生回答西瓜种子含有淀粉、脂肪、水和无机盐等营养物质。教师追问:如何设计实验证明西瓜种子含有这些营养物质呢?教师组织学生分组活动,然后展示学生的设计方案:

第一组的方案是种子皮上滴加碘酒验证西瓜种子中含有淀粉,种子放于纸上挤压观察脂肪,放在试管中进行加热看看有无水份,尝尝种子有无咸味验证无机盐。

第二组的方案是将西瓜种子去种皮制成淀粉溶液,加入碘液,观察溶液变色情况,将种子的胚在纸上压挤,观察纸上有无出现液体,烘烤时,试管内壁有没有出现水珠,燃烧后种子是否留下少量的灰。

第三组的方案是首先验证西瓜种子中含有淀粉,烘烤后种子的胚碾细加水制成溶液,加入碘液,观察溶液有没有变蓝色。其次验证含有水,另取种子烘烤后,观察试管内壁有否出现水珠。最后验证含有脂肪,另取种子烘烤后,在纸上压挤,观察纸上有否出现油迹亮点,最后将去油去水的种子尝味道。

第四组的方案……

把各组的实验方案经过比较,从实验设计的好与坏、行与不行、简单与复杂、方便与不方便、可操作与不可操作等角度,由学生们评价各自的优劣。最后师生一致认为下列设计较为科学:①种子烘烤后,观察试管内壁是否出现水珠,证明水是否存在。②烘烤后种子的胚在纸上压挤,观察纸上有否出现油迹亮点,证明脂肪是否存在。③烘烤后种子的胚碾细加水制成溶液,加入碘液,观察溶液有没有变蓝色,证明淀粉是否存在。④观察烘干的种子燃烧后有否留下少量的灰,证明无机盐是否存在。实验设计是一个较为复杂的过程,实验设计都需要理论与实践的比较才能体现出来,因此,教师引导学生对方案进行比较和评价将使实验设计得到完善,也将会提升学生的实验设计能力。

2.4学生思维在比较中得到深化

俄国教育家乌申斯基说过:“比较是一切理解和思维的基础,我们正是通过比较来了解世界上的一切。”显然乌申斯基所强调的是一种思维能力,即比较思维能力。它要求把若干同一属性的现象或人物等进行对照,找出它们之间存在的差异及存在差异的原因,并从比较中归纳出具有实质性或有意义的结论,很显然这又与探究教学的过程和目标相当吻合。

教师运用比较法让学生通过比较分析,发现其内在的特征与联系,不断地锻炼学生的逻辑思维能力。例如在“植物的一生”复习课中,复习到种子萌发条件和基本过程时,教师设问:为什么种子能在熟透开裂的西瓜“肚子”里发芽呢?学生回答这时的种子同时具备种子萌发的三个条件——温度、水份和氧气。教师再追问:炒熟的西瓜子在适宜的条件下能萌发吗?学生回答不能。教师要求学生归纳出种子萌发的自身条件。学生回答胚是完整的并且是活的。这时有一学生站起来说:不同意,胚不一定是完整的种子也可以萌发。他曾经看见妈妈淋黄豆芽时,被虫子蛀了的黄豆都挑出来了,好像这些被虫蛀的都不能出芽,最后他就把妈妈不要的豆子用水浸泡,结果有的也能出芽,这说明种子萌发胚不一定必须是完整的。这时学生们鼓起了掌,显得情绪高涨,可教师却假装不懂地说:那怎么样才是更科学的看法呢?话音刚落,有学生讲:我想种子的胚可能只有破坏到一定程度才能不萌发。此时其他学生都注视着,教师用鼓励的目光看着他,教师追问:同学们赞不赞成他的说法?多数学生表示赞成,教师再追问:那我们想一想胚会是破坏到什么样的种子才能不萌发呀?最后教师展示出开裂的西瓜里发芽的种子和不发芽的种子进行对比,得出胚芽、胚轴、胚根其一损坏不萌发,子叶损坏一部分还可以萌发。

教师创设了学生探究的情境,提供思考交流的机会;创设了质疑的条件,引导学生敢于向教材挑战;通过对蛀虫了的种子和完整的种子其发芽情况的比较,对胚芽、胚轴、胚根、子叶损坏不萌发的比较,让学生的思维发生碰撞,思维活动也很快进入到顿悟阶段。

3.比较法在生物复习中的应用原则

通过比较的方法,教师层层设置问题来引导学生主动地进行探究,既可以为学生的探究提供指导和支持,也可以使学生的思维从被动变为主动,又可以通过适当的练习提升学生的比较思维,这就成为比较法在科学探究中的意义所在。当然,教师在应用比较法时还有几点值得思考。

3.1比较要有指向性

由于比较视角的多样性,比较的内容是异常广泛的,教师可以根据作用目标的不同从不同层面、不同方向做出比较。因此,比较必须要有指向性,即有目的有重点地进行比较。教师在教学过程中要抓住被比较对象最为本质的异同点进行比较,以达到同中求异,异中求同,以避免不管出现什么统统比较一番的做法。

3.2比较要有层次性

层次性是结构的基本特点,系统内部各要素的排列组合方式。在运用比较思维的过程中,教师要结合教学实际,如果不是同一范畴同一标准的内容,则不能比较。同时,在比较的过程中更应引导学生实现举一反兰、知识迁移的目的,培养学生的比较思维能力,使其能自主发现问题、解决问题。

3.3比较要有深刻性

教师应引导学生学会筛选知识点并选择合适的对比方法自行分析比较,从而提高学生的科学研究能力。在采用对比教学法的过程中,不能浅尝辄止,而应层层深入,直到学生充分理解掌握所对比的相关知识。教师在教学过程中不仅要引导学生不仅学会比较,还要鼓励引导学生深入探究其背后的原因,正所谓“学贵有疑,小疑则小进,大疑则大进”。

3.4比较要有兼顾性

分子生物学方法篇10

论文摘要:将量子化学原理及方法引入材料科学、能源以及生物大分子体系研究领域中无疑将从更高的理论起点来认识微观尺度上的各种参数、性能和规律,这将对材料科学、能源以及生物大分子体系的发展有着重要的意义。

量子化学是将量子力学的原理应用到化学中而产生的一门学科,经过化学家们的努力,量子化学理论和计算方法在近几十年来取得了很大的发展,在定性和定量地阐明许多分子、原子和电子尺度级问题上已经受到足够的重视。目前,量子化学已被广泛应用于化学的各个分支以及生物、医药、材料、环境、能源、军事等领域,取得了丰富的理论成果,并对实际工作起到了很好的指导作用。本文仅对量子化学原理及方法在材料、能源和生物大分子体系研究领域做一简要介绍。

一、在材料科学中的应用

(一)在建筑材料方面的应用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年,计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中,解决了很多实际问题。

钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一,它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1,2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下,研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现,含ca钙矾石、含ba钙矾石和含sr钙矾石的al-o键级基本一致,而含sr钙矾石、含ba钙矾石中的sr,ba原子键级与sr-o,ba-o共价键级都分别大于含ca钙矾石中的ca原子键级和ca-o共价键级,由此认为,含sr、ba硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。

将量子化学理论与方法引入水泥化学领域,是一门前景广阔的研究课题,它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来,也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。

(二)在金属及合金材料方面的应用

过渡金属(fe、co、ni)中氢杂质的超精细场和电子结构,通过量子化学计算表明,含有杂质石原子的磁矩要降低,这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明,在lnf3中ln原子轨道参与成键的次序是:d>f>p>s,其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说,nbo2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心),其高温相的nbo2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论,并通过计算指出它和低温nbo2及其等电子化合物vo2在性质方面存在的差异[6]。

量子化学方法因其精确度高,计算机时少而广泛应用于材料科学中,并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善,同时由于电子计算机的飞速发展和普及,量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展,将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。

二、在能源研究中的应用

(一)在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用

煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步,量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。

量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子,如低级芳香烃作为碳/碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径,由guassian98程序中的半经验方法uam1、在uhf/3-21g*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函ub3lyp/3-21g*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性,对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。

(二)在锂离子电池研究中的应用

锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点,被人们称之为“最有前途的化学电源”,被广泛应用于便携式电器等小型设备,并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。

锂离子电池又称摇椅型电池,电池的工作过程实际上是li+离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此,深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。ago等[8]用半经验分子轨道法以c32h14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。ago等[9]用abinitio分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明,随着锂含量的增加,锂的离子性减少,预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种li-c和具有共价性的li-li的混合物。satoru等[10]用分子轨道计算法,对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究,研究表明,锂优先插入到石墨层间反应,然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。

随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展,相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。

三、在生物大分子体系研究中的应用

生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域,尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究,是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等,都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问,这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用,甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶;可以揭示遗传与变异的奥秘,进而调控基因的复制与突变,使之造福于人类;可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等,可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。

综上所述,我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中,量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来,由于电子计算机的飞速发展和普及,量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言,在不久的将来,量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。

参考文献:

[1]程新.[学位论文].武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院,1994

[2]程新,冯修吉.武汉工业大学学报,1995,17(4):12

[3]李北星,程新.建筑材料学报,1999,2(2):147

[4]闵新民,沈尔忠,江元生等.化学学报,1990,48(10):973

[5]程新,陈亚明.山东建材学院学报,1994,8(2):1

[6]闵新民.化学学报,1992,50(5):449

[7]王宝俊,张玉贵,秦育红等.煤炭转化,2003,26(1):1

[8]agoh,nagatak,yoshizawak,etal.bull.chem.soc.jpn.,1997,70:1717

[9]agoh,katom,yaharaak.etal.journaloftheelectrochemicalsociety,1999,146(4):1262