化学前沿领域的简介与发展历程
摘要：传统的肿瘤治疗方法如手术、放疗和化疗等由于其各自的局限性，有时治疗效果并不令人满意。光热治疗技术作为一种新型的治疗策略，已经在肿瘤治疗方面引起了高度关注。本文概述了纳米材料、光热治疗及光热剂;综述了基于前沿领域光热治疗的纳米材料的发展。
关键词：前沿;光热治疗;肿瘤;纳米材料
在全球范围内，癌症已经成为导致死亡的主要原因之一。现有的临床治疗手段，包括放射治疗、化疗、激素治疗等，经常会引起一些副作用。光热治疗(PTT)是近年来发展起来的一种治疗癌症的方法，具有较高的选择性和较小的侵害性。通过给予光热转换剂一定时间的近红外光照射，PTT治疗可以特异性的消融肿瘤组织，并且不会对周围正常组织产生明显伤害。
1 简介
1.1 肿瘤与纳米材料
恶性肿瘤已经成为导致人类死亡的主要疾病之一，据2011年世界卫生组织最新的统计结果显示，预计到2020年，全球癌症发病率将增加50%，即每年将增加1500万癌症患者。因而，采用新技术提高现有癌症预警与早期诊断、转移检测、疗效预测及有效治疗的临床方法是目前我国公共卫生领域亟待解决的重大问题之一。
纳米科学与技术被誉为当今三大前沿领域之一。随着纳米颗粒材料、高生物兼容性表面修饰处理技术和手段的快速发展，如何应用纳米特性如小尺寸效应、纳米表面效应、量子效应、纳米结构独特的光、电、热、磁等特殊性质来改进癌症的体外检测、活体影像以及药物的靶向递送与治疗等方法，是目前生命科学对纳米科技提出的最具挑战性的问题。
1.2光热治疗
光热热疗(Photo-thermal Therapy，PTT)是通过加温的方法，采用具有超强组织穿透力的近红外光(NIR)，利用毒性低的光热剂对光的吸收和转换能力来改变肿瘤细胞所处环境，使肿瘤细胞变性、坏死，达到治疗的目的。
1.3光热剂
理想的光热剂在近红外光区具有很强的吸收，并且能够有效地将近红外光转换成热量。此外，用于光热治疗的光热剂还应具有低毒性和较高的肿瘤靶向性。无机纳米材料，主要包括不同结构的金纳米材料、碳纳米材料、钯纳米片、硫化铜纳米材料和其他新型纳米材料，都已经被用作光热剂应用到光热治疗中。
2纳米材料在光热治疗中的发展历程
根据纳米材料的研究特点可分为3个阶段：第1阶段是1990年以前，主要是在实验室制备纳米材料，对纳米材料有了初步的了解;第2阶段是1994年以前，用已知的关于纳米材料的知识制备纳米复合材料，使纳米材料具备更丰富的作用;第3阶段是1994年至今，研究热点是人工组装各种纳米材料，使该组装体系拥有人们所需要的特性，应用于生物、物理和医学等领域。
2.1第一代光热材料——贵金属纳米颗粒
2.1.1 金纳米粒子(AuNPs)
金纳米粒子(AuNPs)在可见光区域有很强的吸收，在对癌细胞进行光热消除时可以采用可见光作为光源。金纳米材料是一种研究较多的光热治疗剂。由于具有局部表面等离子体共振效应，能在激光照射下迅速升温，再加上其易合成、易表征、性质稳定、生物相容性好等优点，使其成为肿瘤光热治疗的研究热点之一。通过调控金纳米材料的尺寸和形态可以改变其光学性质。常见的金纳米材料有金纳米棒、金纳米笼、金纳米壳等，其中研究较多的为金纳米棒，它在近红外光照射下发挥多种抗肿瘤作用。
2.1.2钯纳米粒子
以钯(Pd)纳米片为代表的一类在NIR区域有强吸收的、LSPR峰可调的重金属纳米结构已经被研究应用于PTT。在2009年，Zheng等人制备出蓝色的六角形Pd纳米片。含27 ppm钯纳米片溶液在近红外光(808 nm，1 W/cm2)照射下，溶液温度可以从28.0℃升高到48.7℃，而在同样条件下，对照组(纯水)温度只变化0.5 ℃。并且与基于金、银的纳米结构相比，钯纳米片的光热稳定性显著提高。
2.2第二代光热材料——碳类材料
2.2.1 碳纳米材料
碳纳米材料，如碳纳米管、碳纳米球、石墨烯等在近红外区具有较好的光学吸收，因此也可以用于光热治疗。2005 年，人们首次发现，以CNTs 为光热剂对癌细胞进行光热治疗是一种高效的治疗方式。Moon等人将PEG修饰的SWNTs 采用瘤内注射方式，得到的光热效果显著。研究发现，恶性上皮KB肿瘤在808 nm激光照射3 min后完全被破坏。多壁碳纳米管(MWNTs)在NIR区域也表现出较强的吸收。Ghosh等人发现将DNA装载到MWNTs中，瘤内注射到PC3移植瘤中，用1064 nm激光(2.5 W/cm2)照射70秒后可以使肿瘤完全消除。
2.3第三代光热材料——金属与非金属化合物材料
2.3.1 硫化铜纳米结构材料
硫化铜作为一类铜的硫属纳米材料，已经被证明是一种新型的光热剂。通常采用湿法化学法制备CuS纳米粒子，并且制备的纳米粒子在900-1000 nm间有最大NIR吸收，但是，CuS的光热转换效率较低，限制了CuS在光热治疗上的应用。
2.3.2氧化钨基纳米材料
氧化钨基纳米材料由于具有独特的结构及性能特点得到了广泛应用。在混合价态的钨基材料中，W18O49(WO2.72)可以纯态的形式存在于自然界中，且该材料具有强烈的近红外吸收功能并可迅速将光能转化为热能，使肿瘤局部升温导致肿瘤细胞死亡。Chen等研究表明，低强度的近红外光照射注入聚乙二醇化的W18O49纳米线材料的肿瘤细胞，可使细胞温度迅速升高到(50.0± 0.5)℃，进而对肿瘤进行有效治疗。
2.4第四代光热材料——有机染料物质
鉴于无机纳米材料存在的一些缺点，近年来研究人员发展了多种有机光热试剂，包括近红外染料[吲哚菁绿(ICG)、IR825和IR820]和有機共轭高分子材料[聚吡咯、聚 (3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)和聚苯胺]等。有机光热试剂具有良好的生物相容性、光学稳定性和较强的光热转化效率，因此成为新型肿瘤诊断和光热治疗试剂。
2.4.1 近红外染料
近红外染料的优点是近红外区吸收高、生物相容性较好和能荧光成像等，缺点是存在浓度依赖性、稳定性较差、在生物体内易与生物大分子发生作用等。ICG是美国FDA批准的可用于临床近红外成像的有机小分子。由于它在近红外区存在吸收，当近红外激光照射后，ICG染料电子会跃迁至单线激发态，而当电子由单线激发态回落至基态时，能量就会以光和热能的形式释放出来，因此它可用作临床诊断和光热治疗试剂。
2.4.2有机共轭高分子纳米材料
共轭高分子纳米材料具有光学吸收性强、导电率高、光热稳定性较好、生物相容性良好、吸收峰易红移、光热转换效率较高、合成成本相对较低等优点，是一种具有良好应用前景的光热试剂。但缺点是在水溶液中不稳定，易发生聚集。聚吡咯在近红外区具有较强的光学吸收，能用于肿瘤的光热治疗，同时也可用作光声成像试剂。Song等合成了白蛋白-聚吡咯纳米颗粒，经静注后进行808 nm激光照射能发挥明显的肿瘤治疗效果。
3总结
纳米材料和纳米技术在生物治疗中发挥着重要作用，为探索恶性肿瘤治疗新方法开辟了道路。虽然一些新材料仍然停留在實验阶段，还有一些纳米材料不可避免地存在一些缺陷，例如金基纳米颗粒难以在生物体内降解等，这些都不能阻碍研究人员探索新材料和改进现有材料，而利用纳米材料的表面改性改造而得的材料也可拥有所需的生物特性。目前，在探索和改进纳米材料的过程中也会遇到一些问题，例如使纳米材料具有良好的生物相容性和可降解性、特异的靶向性和较低的细胞毒性等，这也将是光热转换材料的研究热点。
作者：林彬彬 赵耀 金青霞
摘要：介绍了美国Prentice Hall《Chemistry》教材中关于药物化学、酶化学、基因化学知识与基础化学知识的三种融合方式。
关键词：药物化学;酶化学;基因化学;融合
美国 2005年第七次修订版高中化学教材Prentice Hall《Chemistry》[2]， 将化学前沿科学知识中的药物化学、酶化学、基因化学与基础化学学科知识有机地融合在一起，不仅为教师教学提供丰富的教学资源，而且也有助于开拓学生的思维与视野，促进学生科学素养和综合能力的提高。
1Prentice Hall《Chemistry》教材中的药物化学、酶化学与基因化学知识
Prentice Hall《Chemistry》教材共有25章，其中涉及药物化学、酶化学和基因化学知识的共有9章，分别是：第1章(化学简介)、第4章(原子结构)、第6章(元素周期表)、第9章(物质命名和分子式)、第10章(物质的量)、第18章(反应速率和化学平衡)、第19章(酸、碱和盐)、第23章(官能团)、第24章(生命化学);涉及到的化学学科知识有：化学的起源和衍生，化学的发展领域，物质的分类，物质的命名和分子式，物质的量，物质成分的百分比和化学公式，化学反应速率，卤素取代物，蛋白质，氨基酸和核酸。
1.1药物化学
教材中渗透药物化学知识的内容有：含有医药成分的植物，如柳树和香草等;含有医药成分的动物，如蝎子和毒蛙等;与医药有关的职业，如药剂师;用作医药的麻醉剂，如三氟溴氯乙烷，醚类等;药品，如阿司匹林、盘尼西林和砒霜等;药物检测，如运动员兴奋剂的检测。(详见表1)
1.2 酶化学
教材中介绍酶化学的知识有：各种酶，例如，乳糖分解酶，尿毒酶，HIV蛋白酶，过氧化氢辅酶;酶的本质，即酶是一种蛋白质;酶在人体中的作用，例如，消化道酶可以加速脂肪的分解，充当化学催化剂的作用;酶的工作原理等。(详见表2)
1.3基因化学
教材中介绍的基因化学知识有：DNA双螺旋结构的发现及其分子表面的观察;DNA和RNA在遗传学上的作用;DNA和RNA的单体：单核苷酸;基因突变; DNA鉴定。(详见表3)
2药物化学、酶化学、基因化学知识与基础化学知识融合的三种形式
2.1利用药物化学、酶化学和基因化学知识导出基础化学知识
教材的第9章介绍化学物质的命名和分子式时，就利用对药物中毒的处理导出化学知识。
案例1：教材首先创设教学情境：在一般的家庭里我们都能找到可能大约上百种化学品，包括洗涤产品、医用药品和农药。当这些化学品混在一起块发生反应或家里的小孩不小心吞食而引起药品中毒时，大多数人不知道该如何处理，这时可以拨打毒物控制中心的电话，他们会提供关于怎样解救中毒者的信息。如果家庭成员能向毒物控制中心提供引起中毒的物质的一些信息，如中毒物质的名称或化学式，则会更有利于中毒者的及时解救，由此引出学习化学物质的命名和分子式的重要性。
又如在第24章，“氨基酸及其聚合物”中酶的介绍。
案例2：许多人不能消化乳糖，也就是说他们不能消化牛奶或奶制品。这些人之所以不能消化乳制品是因为他们的体内不能产生足够的乳糖酶来消化牛奶里的乳糖。如果他们食用了乳制品，就会引起胃涨和不适，要消除这种不适，他们可以在食用乳制品之前先服用一种药片，这种药片含有乳糖分解酵素，由此导出酶的概念及其在人体里功能的学习。
同样在介绍本章的核酸时，也是通过创设情境，由基因化学知识导出化学知识：
案例3：也许有人告诉过你：“你长着妈妈的眼睛，爸爸的鼻子”。当然，照字面的意思理解，这种说法是不完全正确的。你的眼睛就是你的眼睛，你的鼻子就是你的鼻子，但你身体里的蛋白质，基因确实继承于你的父母，由此导出核酸的学习。
以上几个例子都是利用药物化学、酶化学和基因化学知识来导出化学基本概念。从学生感兴趣的形象、生动和具体的事实与经验出发, 以学生熟悉的生活例子创设教学情境，使学生带着对药物化学、酶化学和基因化学知识的疑问来学习化学知识，很容易激起学生学习化学的兴趣与热情。
2.2基础化学知识作为药物化学、酶化学和基因化学知识的背景
“基础化学知识作为药物化学、酶化学和基因化学知识的背景”在该教材中也有很好的体现。
例如在第9章“物质的命名和化学式”中先介绍了化学物质的命名和书写，接着以此作为背景，在“化学领域中的职业”板块中引出药剂师这一职业。
案例4：医生会给病人开出处方药的单子，然后由药剂师去配药，药剂师要确保他们配的药和药的剂量不会危害到病人。一个具备一些化学知识和生物知识的人只能成为药剂师的助理，要想成为一名药剂师，需有大学药剂学的学位证，这个学位证要求修完化学﹑生物﹑数学、统计学和药物学等有关知识。
教材“化学领域中的职业”板块的介绍不但有利于学生了解化学在实际生活中的应用 , 也有利于高中生了解各式各样的职业 , 为将来的择业提供更多的参考信息。
又如，在学习了18章“反应速率和化学平衡”中催化剂的基础上，介绍了酶在人体中充当催化剂的作用。
案例5：酶是一种可以提高生命反应过程的催化剂，如果没有酶的催化作用，人体的许多生命活动就会变得很慢。例如，当你吃了富含蛋白质的肉后，你消化道里的消化蛋白酶就会在几小时之内分解这些蛋白质，如果没有这种酶，这个消化过程在体温条件下就需要花上几年的时间。同样在介绍DNA和RNA时，教材首先简述了它们的结构和组成，然后从基因的角度讲述了DNA和RNA的作用，还引出了一系列与遗传相关的内容：核苷酸、DNA分子的双螺旋结构、DNA鉴定、DNA重组以及克隆技术等。
这一形式基本是以药物化学、酶化学和基因化学知识为主，通过简单介绍相关化学知识， 着重讲解相关的药物化学、酶化学和基因化学知识。这样编排使学生不仅认识到学习化学基础知识的重要性，而且也会领悟到科学前沿知识在现实生活中的应用价值，以此激发他们的创新能力和求知欲望。
2.3药物化学、酶化学和基因化学知识作为基础化学知识的拓展
“药物化学、酶化学和基因化学知识作为基础化学知识的拓展”主要分布在各个章节的“社会与科技”板块中，该板块紧密联系社会与科技的发展，并且结合了大量生动的彩图来做说明。例如在第1章“化学简介”中的“社会与科技”板块，介绍了自然界中的药物。
案例6：大约40%的现代药物来源于植物或动物产生的化学物质。化学家必须先确认这些物质的成分和作用，然后提纯这些物质并说明它们对人体的作用，科学家就是研究如何使这些药物更有疗效或毒性更小。例如：
柳树皮：几个世纪以来，人们饮用柳树皮泡的茶来治疗头痛和其他小病痛。到1828年，科学家已经把柳树皮的有效成分分离出来，70年后，化学家们又在这种有效成分的基础上制得了阿司匹林。
毒蛙：化学家发现毒蛙的皮肤有一种毒物，并用这种物质来研究人的神经系统。结果表明，该物质是类似于吗啡一种较强的去痛药，但不会使人上瘾。
由此可知，早期的药物许多是由偶然性和经验性发现的，而且来源于自然界。为了使学生对这些天然药物有更清晰和更直观的认识，在这些药物彩图的一旁还有相应的文字说明。由化学起源和衍生将化学知识拓展到药物化学上。
又如24章(生命化学)，在“酶是如何工作的”中，为我们解释了引起艾滋病病毒中的HIV蛋白酶是如何工作的，同时在介绍了酶的化学知识后，为我们拓展了“辅酶”知识。
案例7：一些酶不需要其他的物质就能对生物体中的物质直接催化，而有些酶则需要非蛋白质的辅酶来共同完成催化过程。辅酶可以是金属离子、有机小分子或水溶性维他命，例如VB，就是一种辅酶。作为辅酶的金属阳离子有：镁离子﹑钾离子﹑铁离子和锌离子。在过氧化氢酶的结构中包含有三价离子，它能催化双氧水的分解,得到水和氧气。
同样是24章，在介绍核酸的化学知识中，又为我们呈现了“DNA指纹鉴定”的知识。
案例8：DNA指纹鉴定的取样可以从头发﹑皮肤细胞或体液中得到，DNA排列的顺序，如指纹，对每个人来说都是独一无二的，这种检验方法称为DNA指纹鉴定。要进行DNA指纹鉴定，首先，科学家会先从取样中分离出DNA，只要很少的样就能进行DNA指纹鉴定。酶用于分开在特别的碱基对顺序之间的DNA链，使得DNA从样品中分开，由此得到较大数量的DNA片段(这些DNA片段的长度和碱基对组成都是不一样的)，然后通过对照已知的DNA样，从而得出DNA指纹鉴定是否和已知一致。
这种形式是以化学知识作为基础，利用化学知识拓展出与之相关的药物化学、酶化学与基因化学知识，有利于巩固所学的化学知识。所选取的药物化学、酶化学与基因化学知识相对来说都有一定的难度，使学生在掌握化学知识点后，增加课外知识来拓宽他们的视野，给学有余力的学生留下更大的学习和思维空间，便与继续探索和钻研。同时这种形式克服了学科本位的思想，用化学知识来解释不同领域中遇到的问题，使学生认识到化学学科的实用性及普遍性，体现了自然学科的整体性和相融性。
3 结论
3.1为教师教学提供丰富的素材
与我国高中化学教材相比, Prentice Hall《Chemistry》教材内容覆盖面较宽,呈现方式丰富多彩，特别是关于“21世纪化学发展趋势”的教学内容。教材中的化学前沿知识可以作为教师引入新知识的背景材料，也可以作为课堂教学相关资料插入，还可以作为拓展性阅读材料和作为科技活动素材等等，不仅大大丰富教师的教学素材，改进教师的教学思路，而且在教学过程中可以拉近高科技与基础化学教育的距离，使学生多了解本学科甚至是交叉学科领先的科学技术，从而达到学生学得轻松，教师教的愉快的效果，提高教学质量。
3.2有利于学生的STS教育
Prentice Hall《Chemistry》将代表化学21世纪化学发展趋势的现代科技和社会的一些重大问题及时地渗透到化学教学中,把化学教学与科学、技术和社会有机的结合起来,不仅使学生掌握化学的一些前沿知识,更重要的是使学生懂得这些知识和技能的实用价值和社会价值,懂得在社会中如何应用这些知识技能。通过STS 教育使学生广泛了解社会，接触社会,参与到社会生活中的一些重大问题之中,不仅可以培养他们的道德观念和社会责任感,使他们成为了解社会和关心社会的人,而且可以使学生形成正确的价值观和人生观。
3.3有利于培养学生的综合素质
Prentice Hall《Chemistry》教材中编入有关21世纪化学发展趋势的前沿性知识的方式，顺应了现代教材所倡导的课程综合化与融合性。教材没有配套的专门手册，也没有用专门的章节来讲解，而是采取内容的镶嵌式处理，如教材中穿插在历史上有重要影响的化学重大事件，有利于学生了解化学研究的文化背景，了解化学这门学科各领域的大致演变历程及其发展方向，感受化学是一门“核心、实用和创造性”的科学，并取得了巨大的成功。
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作者：王瑞政 周 青 阙丽丽
[摘 要]药物化学是药学专业本科生的一门重要课程，基于药物化学学科发展的特点以及药物化学教学过程中存在的问题，该文简要介绍了药物化学课堂教学与前沿知识相结合，有利于提高课程教学质量，改善药学专业学生学习效果，增强他们的知识结构与核心竞争力，以达到培养应用型或创新型药学人才的目的。同时，对这种教学改革方式对教师与高校所带来的影响，进行了一定程度的探讨。
[关键词]药物化学;交叉学科;前沿知识;教学改革
[
药物化学是关于药物的发现或发明、化学药物合成方法的建立、药物理化性质的鉴定、药物分子与机体内的生物发分子(如细胞中的各种蛋白受体)相互作用规律的确定等综合性学科，在药学研究领域发挥着带头作用。药学化学是建立在化学、生物学、临床医学、计算机科学等多个学科基础之上的交叉学科[1]。药学化学为延长人们的寿命、提高生活质量做出了十分重要的贡献。近年来，我们国家的经济取得了令世人瞩目的成就，一些严重威胁人们身体健康的疾病如AIDS、阿尔茨海默病、恶性肿瘤等仍然是我国社会医学发展所要面临的巨大挑战，这为药物化学学科的发展带来了阻碍与机遇。随着科学技术的进步，尤其是计算机辅助药物设计、大数据、人工智能、结构生物学等学科的快速进步，药物化学成了一门影响深远的学科。
药学化学这门课程对参与学习的学生提出较高的要求，学生需要学习的内容有：(1)中枢神经系统药物;(2)外周神经系统药物;(3)循环系统药物;(4)消化系统药物;(5)解热镇痛药、非甾体抗炎药;(6)抗肿瘤药;(7)抗生素;(8)合成抗菌药及抗感染药物;(9)降血糖药、治疗骨质疏松药物以及利尿药;(10)激素类药物;(11)维生素。通过对药学化学的学习，需要掌握一些临床常用药物的化学结构、理化性质、临床应用、合成方法。熟悉新药研究的基本原理与策略。知道手性药物立体结构与作用机制之间的关系。了解各种类型药物发现的过程与现状，今年来上市的相关的新药。通过对课程的学习，使学生具有参与新药研发的理论基础[2]。
为了培养具有较强创新能力的药物化学高素质人才[3]，笔者结合一线教学经验以及自己从事科学研究的体会，分析了目前药物化学课程教学过程中存在的一些问题，发现了在课堂教学时，适当引入药物化学最新研究成果的正面影响，如下表所示。
一、药物化学课程开设过程中所面临的一些问题
药物化学是药学专业本科生的专业必修课，由理论学习与药物合成反应实验这两个部分组成。由于药物化学是一门发展十分迅速的学科，在教学过程中暴露出一些较为明显的问题，学生普遍反映学习效果不好，影响了药物化学课程教学质量的提高。
1.教学方法老化。很多教师在讲解药物化学课程时，主要局限与教科书，缺乏新颖性，很难引起学生的兴趣，他们只是被动的接收教学内容，没有消化、理解的动力。由于缺少兴趣，有学生逃课的现象发生，只是到了期末考试前，突击死记硬背一下，应付考试，没有学到药物化学课程的核心内容。
2.以教科书为素材的教学资源难以做到与时俱进，药物化学教学内容较为繁杂，教学模式单一，教科书所收录的重点药物很多还是已经上市了许多年的药物，而一些具有突破性的新药，如近年来肿瘤治疗领域基于PD-1/PD-L1[4]、PROTAC[5]研发的药物，无法加入学习内容中。
3.药物化学实验教学中所采用的合成方法、理化性质、提取分离、表征方式等很久都没有更新过。实验内容多为重复性操作，不具备创新性[6]。受限于有限的教学资源或考虑到学生不同的基础知识，近年来建立的更加有效的化学药物合成策略没有介绍给学生[7]。
如果药学化学教学过程中渗透药物化学前沿知识，教师向学生介绍一些最新的科研成果，能够有效弥补传统教学方式的不足，给药物化学课程的教学带来生机和活力，并能够促进药学化学学科人才的培养。
二、药学化学教学与药学化学前沿知识相结合的优势
(一)拓展学生的知识面，兴趣是最好的老师
著名经典物理学家牛顿由于对科学研究的热爱而达到了废寝忘食的程度。随着智能手机的普及，越来越多的大学生沉迷于手机游戏。无论是在寢室，还是在教室，都有很多学生使用手机玩游戏，这占据了他们大量宝贵的时间。从生理层面来说，由于长时间保持低着头的姿势，他们的颈部以及背部肌肉可能会发生病变。大学是本科生人生事业的起点，现代学科飞速发展，大学生就业市场竞争激烈，如果学生只是学习书本上的知识是不够的。在经过小学到高中这段长达十几年的应试教育作用下，刚进入大学的很多学生其实并不知道自己真正的爱好。当代的大学生更加应该广泛阅读，发掘自己真正的爱好或特长。在不增加学生学习负担的前提下，老师在课堂上给大家介绍药物化学的前沿知识，分享近几年该领域的科研文章，引导学生去学习课外读物，激励学生对药物化学的学习兴趣，有助于学生知识水平的提高，增强他们的竞争力[8]。
(二)增强学生就业与研究生入学考试的竞争力
一些影响力较强的国内大型企业、外资企业对药物化学的前沿进展是非常敏感的。如果学生们对这前沿知识有所了解，将会增大他们毕业时被用人单位录用的机会。同样地，在研究生入学考试的过程中，掌握了一定药物化学最新成果的学生，往往更容易获得研究生导师们的好感，提高了学生进入心仪研究团队的概率。
(三)提高教师的教学与科研能力
教师们想要把药物化学前沿知识渗透到本科教学中，就要求其不断地去学习新知识，追踪所研究领域的最新研究进展，申请国家的科研项目，做出具有高创新性的科研成果，走出自己的舒适区，更新自己的知识储备，不能偷懒，只知道一遍一遍地复述很久没有修改过的PPT。此外，还应该尝试改进教学手段与工具，例如，在学生们经常使用手机情况下，教师可以试试把一部分新的教学内容放在微信公众号上，或者制作药物化学的精品课程网络资源，让学生的学习不再局限于教室，让他们了解药物化学领域的前沿研究进展与成果，激发他们学习积极性与主动性[9]。如果条件允许，教师甚至可以组织学生们去医药公司实地参观学习，了解市场对药学人才的需求状况。教师只有提高自己的教学与科研能力，才有可能培养出更加优秀的学生。
(四)改善师生关系
大学生喜欢新鲜事物，很多学生不满足于教科书上已经较为完善的理论。教师给他们介绍的前沿知识很多都是还不够成熟的最新科研成果，一些结论具有一定的争议，这就给了学生表达自己观点的机会。师生通过对这些前沿知识的讨论，可以活跃课堂氛围，提高学生主动学习的积极性。增加教师与学生之间的良性互动，形成亦师亦友的关系，很多学生对一门学科的喜欢，往往是因为他们对一些教师的高度认可。得到认可的教师也会因为自己的努力被学生们肯定而更加有动力去完善课堂教学，这样就可以形成良性循环，更加有效地完成教学工作。
(五)提高教师参与药物化学教学改革的积极性
每一年或是每过一段时间，国内的各个高校就会举行教学比赛，这是实现教学改革的一种方式。尤其是对刚进入大学，开展教学工作的新教师，更是快速有效提高他们教学能力的途径。因此，高校都会要求新教师参与教学比赛，希望可以促进新教师的成长。但是，在实际过程中往往是由一些专家学者(一般由学校的教学经验丰富的老教师担任)给参赛的教师打分。大家都是同事，碍于情面，评委们一般只是给出评语，走过场的性质较多，教师们并没有积极参与到教学改革中。通过本科教学中适当结合学科前沿的方式，教师们可以掌握教学改革的主动权，引领教学改革的方向，而不是被动的“被管理”“被考核”。提高教师对教学改革的主动参与感。
(六)提高学校的声望
积极推行药物化学课堂教学与学科前沿相结合的策略，为高校招生提供了良好的宣传材料。让广大中学学生、家长以及中学老师知道高校管理层与参与教学的一线教师对科学前沿的重视，成为优秀中学生心仪的大学，吸引他们前来报考。
(七)提高学生对所在学院的认识与认可
笔者在药物化学课程教学过程中，通过与大量学生的长期接触发现一个普遍现象：很多学生对自己所在学院教师们主要研究方向不清楚，这一常态是不利于学生与教师们有效互动的。为了改变这个状况，教师们可以将自己或者本校老师的最新研究成果适当的介绍给学生们，由于这些教师都是本校的职工，学生们可以较为方便的与他们取得联系，加入这些老师的研究团队，对药物化学这门课程进行更深入学习。
(八)有助于药物化学的学科发展
由于改革开放，我国的经济已经高速增长了40年，国家的发展取得了举世瞩目的成就。我国在许多科技领域都有突破性的进展，例如航空航天、智能手机、高铁列车、通信设备、人工智能等[10]。然而，与发达国家相比，尤其是美国，我们国家的药学事业发展相当缓慢。药学专业大学生是我们国家药物化学学科进步的基础，通过课堂教学结合学科前沿的方式，使学生掌握药物化学基本知识的同时，了解学科发展的最新动态，培养具有创新视野的大学生，是他们具备前沿性药物化学相关知识，有助于提高他们的从业素质，使他们成为国家真正需要的人才，促进国家药物化学的进步，实现他们的人生理想与价值。
三、结束语
随着近年来科学技术的进步，具有交叉学科属性的药物化学也取代了长足的发展。作为大学教师，应该在已经建立的教学内容与方法基础上，尝试具有一定创新性的教学方式，进行有效的教学改革与实践，提高教师的综合教学与科研能力。在药物化学课堂教学过程中，激发学生学习的积极性与主动性，结合药物化学的前沿知识，为学有余力的学生指明本学科的发展方向，增强学生的学习效果，有利于培养药物化学专业知识扎实、知识面广阔，社会更加需要的具有較强创新能力的药物化学人才。
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[10]宁南山.未来站在中国这一边[M].北京：红旗出版社，2020.
作者：朱大潜
有机合成中的生物催化
07级化学三班郑黄涛
背景介绍
近年来生物科学发展迅速，酶科学方面研究颇多，许多人将微生物转化或者酶转化技术应用在有机化学合成中，在各方面取得了长足的进步。许多复杂有机化合物的合成工艺中的某些重要反应都已可以用生物转化或是微生物转化替代。尤其随着对单一对映体功能的药物需求量的增长，生物催化也已经用于不对称合成中。
研究对象
生物催化指的是，利用某种酶将有机合成原料(底物)转化为另一种物质(产物)。在通常的生物体内，酶仅作为一种生物催化剂，催化生物新陈代谢中必须的反应，但它的催化作用并不局限于生物自身的物质，同时也能转化外源物质，即催化非天然反应。 相对于传统的有机合成方法，酶催化有以下一些优势：
1、高效率
通常情况下，相比于传统催化剂，酶促反应可以将速率提高108-1010倍，有时甚至高达1014倍，大大超出传统催化剂催化能力[1]。
2、环境友好传统的有机合成催化剂，有些需要强酸强碱高温高压这样的苛刻条件，实现这些条件需要耗费大量的能源，有些催化剂含有Cd2+、Hg2+等重金属离子，甚至CN-这样的剧毒物质，对环境也是大大的不利。而酶本身来源于生物体系，自然是可以被自然界降解的。
3、温和条件使用，大大避免了副反应
4、酶彼此相容[2]由于各种酶催化条件相似，专一性又强，由此可以采用一锅煮地方法，连续催化多步反应，省去了转移中间体的麻烦。
5、强选择性酶促反应就很强的选择性特别是立体选择性，因此可用于不对称合成。 研究方法
针对各类生物催化反应，改变影响生物转化速率的各个因素，比如微生物种类及培养方法、反应介质、底物结构以及一些物理因素如氧的供应、搅拌系统、搅拌程度和温度等，以研究各种条件下的转化速率。
国内外研究现状
当今生物转化领域已经进入了充满活力蓬勃发展的阶段，在当今有机合成中酶已经占据重要地位[3~5]。
此领域的重点研究方向就是其在手性药物合成中的应用。由于生物体对药物手性要求非常高，往往只有一种对映体有药效，另一种无药效甚至有毒性，于是药物的手性合成就显得尤为重要。酶本身源自生物体系，有很强的立体选择性，在此方面自然极其有用。一个有代表性的例子是先锋霉素的生产，当用化学—酶法时，制备步骤有以前的l0步减少到了6步[6]。 水解酶由于对底物要求宽泛，对映选择性高，不需要辅酶因子，最常用于有机物生物转
化，对水解酶的研究最多，应用也最多。[7]
随着化学家对非天然化合物生物转化研究的加深，也促进了越来越多的不同形式与纯度的的酶的商业开发与应用。[8]
研究前景展望
此领域有待开发一套简单的模型以帮助预测一个给定反应的立体化学结果。另外还需要寻找更丰富的可用于生物转化领域的酶，以扩大该领域的应用面。
总之，随着人们对绿色化学的重视，以及对有机产品手性要求的提高，有机合成中生物转化的应用将越来越宽泛，相信它在不久的将来将会体现出不可估量的价值!
参考文献
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7、
8、
对《化学前沿》系列讲座的感想
高采 化基1101班
20110902203 很荣幸我能够选修这一学期的《化学前沿》这一门很有意义的课程，通过听24位优秀的化学界的专家的讲座，感受颇丰。通过老师们介绍各自的研究项目与研究成果，以及他们的未来的研究目标，我了解了化学研究的各个领域，对化学科研道路有了更深的认识。在大三下学期这一关键的时期，对于我们这些即将面对读研选导师的学生来说，这些讲座是一个很大的帮助。
对于这些专家的讲座，我个人觉得都是非常优秀的，他们在各自的领域都取得了特别显著的成就，其中，我对一位老师的讲座印象特别深刻。下面我讲一下自己通过本课程学习后的感受与体会。
其中一位作报告的是化工院的顶级专家--俞汝勤院士。讲座上，俞汝勤院士称，化学对人类所做的贡献是巨大的，一项化学合成如同棋手的一步棋，为人类创造了许多奇迹。化学对人类健康的贡献大体可以分为以下四个方面：
一、化学与人类的生存、繁衍和健康息息相关。利用化学知识提取药物、研发医药，为解决人类健康问题做出了巨大的贡献。
二、生命科学已进入分子(化学)层次，利用化学知识可以解决生命的疑难，揭示生命的奥秘。
三、化学能为信息、材料及能源等学科提供关键支撑。无论是高分子化合物材料、光化学电池、生物质能源，还是人们日常的衣、住、行，都是通过化学合成材料做成，与化学息息相关。
四、就化学与环境方面，俞汝勤院士提倡对此应给予公正合理的评价。他表示，虽然化学在环境保护方面曾走过一些弯路，但我们对未来的科学应充满信心，展望化学“万木逢春”的景象。最后，俞院士期望我们化学系的学生不要忽视化学知识的学习，让化学在帮助实现自己的人生理想进程中，发挥更大的作用。
通过听这位德高望重的院士的讲座，对我影响最大的不仅是俞汝勤院士的丰富的学术知识，更多的是俞汝勤院士的个人魅力。在讲座中，俞汝勤院士传递出一种昂扬的乐观的积极的人生态度，虽已是满头银发，但是字字句句铿锵有力，引人瞩目。他的讲座让我感受到了一位优秀的科研者的积极的态度。作为化学界的泰斗，在与我们本科生的交流中，俞汝勤院士显示出的不是趾高气扬的气势，而是平易近人和蔼可亲，很认真的回答我们的问题。俞汝勤院士的品质非常值得我学习。
其他导师的讲座各有千秋，就不一一做陈述了。从这些做《化学前沿》系列的讲座的老师身上，我深深地感受到了真正的科研的魅力，科研者的魅力所在。虽然他们所属不同的化学领域，但是，他们身上体现了相同的科研者的共同的品质：丰富的科研知识与技能;严谨的科研态度;创新的科研思维„„
这些品质是我们这些即将步入科研队伍的新生必须培养和具备的专业素养，通过这次讲座，我发现了自己的知识和性格上的一些不足，但是我相信，在这些优秀导师们的带领下，站在巨人的肩膀上的我们，一定能提升和完善自我，成为一个优秀的科研者。
金属罐消解- 石墨炉原子吸收法直接测定
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。
1 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
1
[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、0.0
5、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。
2 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。
2
图1 混酸不同比例与A 的关系
图2 消解时间与A 的关系
3
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
4
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
5
3 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。
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xxx
(1. xxxx大学机电工程学院郑州450000)
摘要：研究自动控制技术有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来从而大大提高控制效率。自动控制是工程科学的一个分支。它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。150多前过程控制理论体系体制至今，自动控制经历了极大的发展，尤其是与数字技术的结合更是使自动控制产生了质的飞跃，正在向着低成本、高效率、柔性化、智能化的方向发展。研究自动控制技术的发展前沿，有助于增进我们对现代自动控制的方向有一个更加准确的把握。 关键词：自动控制智能化发展前沿
Development frontier of automatic control
JIANG Hai Long
(1.xxxxx University, College of Mechanical & Electrical Engineering, Zhengzhou 450000)
Abstract：automatic control technology is conducive to human freed from the complex, dangerous, tedious labor environment and greatly improve control efficiency. The automatic control is a branch of engineering science. It involves the use of feedback principles of dynamic systems automatically, so that the output value is close to the value we want. From a methodological point of view, it is based on a mathematical system theory. Before more than 150 process control theoretical system system since the automatic control has experienced great development, especially with digital technology combined with the automatic control produced a qualitative leap, is toward low-cost, high-efficiency, flexible, intelligent direction. The forefront of the development of the study of automatic control technology, and help to promote a more accurate grasp of the direction of the modern automatic control. Key words：automatic controlintelligentthe development frontier
0前言
自动化控制(automation control)属于自动化技术的一门，广义来说，通常是指不需借着人力亲自操作机器或机构，能利用动物以外的其他装置元件或能源，来达成人类所期盼执行的工作。更狭义地说即是以生化、机电、电脑、通讯、水力、蒸汽等科学知识与应用工具，进行设计来代替人力或减轻人力或简化人类工作程序的机构机制，皆可称之。 自动控制是相对人工控制的概念而言的。指的是在没人参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。
自动控制系统的理论主要是反馈论，包括从功能的观点对机器和物体中(神经系统、内分泌及其他系统)的调节和控制的一般规律的研究。离散控制理论在计算中也有很广泛的应用。
自动控制是工程科学的一个分支。它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。
1自动控制发展过程概况
1.140年代--60年代初：
需求动力：市场竞争,资源利用，减轻劳动强度，提高产品质量，适应批量生产需要。主要特点：此阶段主要为单机自动化阶段，主要特点是:各种单机自动化加工设备出现，并不断扩大应用和向纵深方向发展。
1.260年代中--70年代初期：
需求动力：市场竞争加剧，要求产品更新快，产品质量高，并适应大中批量生产需要和减轻劳动强度。主要特点：此阶段主要以自动生产线为标志，其主要特点是:在单机自动化的基础上，各种组合机床、组合生产线出现，同时软件数控系统出现并用于机床，CAD、CAM软件开始用于实际工程的设计和制造中，此阶段硬件加工设备适合于大中批量的生产和加工。 1.3 70年代中期--至今：
需求动力：市场环境的变化，使多品种、中小批量生产中普遍性问题愈演愈烈，要求自动化技术及其广度与深度的发展，使其各相关技术高度综合，发挥整体最佳效能。主要特点：自70年代初期美国学者首次提出CIM概念至今，自动化领域已经发生了巨大变化，其主要特点是:CIM已作为一种哲理、一种方法逐步为人们所接受;CIM也是一种实现集成的相应技术，把分散独立的单元自动化技术集成为一个优化的整体。所谓哲理，就是企业应根据需求来分析并克服现存的“瓶颈”，从而实现不断提高实力、竞争力的思想策略;而作为实现集成的相应技术，一般认为是:数据获取、分配、共享;网络与通信;计算机软硬件的规范、标准;车间层设备控制器等。同时，并行工程作为一种经营哲理和工作模式自80年代末期开始应用和活跃于自动化技术领域，并将进一步促进单元自动化技术的集成。
2当今自动控制前沿
2.1智能控制
智能控制(intelligent controls)在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。 控制理论发展至今已有100多年的历史，经历了“经典控制理论”和“现代控制理论”的发展阶段，已步入“大系统理论”和“智能控制理论”阶段。智能控制理论的研究和应用是现代控制理论在深度和广度上的拓展。20世纪80年代以来，信息技术、计算技术的快速发展及其他相关学科的发展和相互渗透，也推动了控制科学与工程研究的不断深入，控制系统向智能控制系统的发展已成为一种趋势。
2.2集成或者(复合)混合控制
几种方法和机制往往结合在一起，用于一个实际的智能控制系统或装置，从而建立起混合或集成的智能控制系统。 2.3分级递阶控制系统
分级递阶智能控制是在自适应控制和自组织控制基础上，由美国普渡大学Saridis提出的智能控制理论.分级递阶智能控制(Hierarchical Intelligent Control)主要由三个控制级组成，按智能控制的高低分为组织级，协调级，执行级，并且这三级遵循"伴随智能递降精度递增"原则。组织级(organization level)：组织级通过人机接口和用户(操作员)进行交互，执行最高决策的控制功能，监视并指导协调级和执行级的所有行为，其智能程度最高。
协调级(Coordination level)：协调级可进一步划分为两个分层：控制管理分层和控制监督分层。
执行级(executive level)：执行级的控制过程通常是执行一个确定的动作。2.4专家控制系统(Expert System)
专家指的是那些对解决专门问题非常熟悉的人们，他们的这种专门技术通常源于丰富的经验，以及他们处理问题的详细专业知识。
专家系统主要指的是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的经验方法来处理该领域的高水平难题.它具有启发性，透明性，灵活性，符号操作，不一确定性推理等特点。
专家系统是利用专家知识对专门的或困难的问题进行描述。用专家系统所构成的专家控制，无论是专家控制系统还是专家控制器，其相对工程费用较高，而且还涉及自动地获取知识困难、无自学能力、知识面太窄等问题。尽管专家系统在解决复杂的高级推理中获得较为成功的应用，但是专家控制的实际应用相对还是比较少。 2.5人工神经网络控制系统
神经网络是指由大量与生物神经系统的神经细胞相类似的人工神经元互连而组成的网络;或由大量象生物神经元的处理单元并联互连而成.这种神经网络具有某些智能和模拟人控制功能。学习算法是神经网络的主要特征，也是当前研究的主要课题.学习的概念来自生物模型，它是机体在复杂多变的环境中进行有效的自我调节。
神经网络具备类似人类的学习功能。一个神经网络若想改变其输出值，但又不能改变它的转换函数，只能改变其输人,而改变输人的唯一方法只能修改加在输人端的加权系数。
神经网络是利用大量的神经元按一定的拓扑学调整方法。它能表示出丰富的特性：并行计算、分布存储、高度容错、可变结构、非线性运算、自我组织、学习或自学习等。这些特性是人们长期追求和期望的系统特性。它在智能控制的参数、结构或环境的自组织、自适应、自学习等控制方面具有独特的能力。神经网络可以和模糊逻辑一样适用于任意复杂对象的控制，但它与模糊逻辑不同的是擅长单输入多输出系统和多输入多输出系统的多变量控制，在模糊逻辑表示的SIMO 系统和MIMO 系统中，其模糊推理、解模糊过程以及学习控制等功能常用神经网络来实现。模糊神经网络技术和神经模糊逻辑技术：模糊逻辑和神经网络作为智能控制的主要技术已被广泛应用。两者既有相同性又有不同性。其相同性为：两者都可作为万能逼近器解决非线性问题，并且两者都可以应用到控制器设计中。不同的是：模糊逻辑可以利用语言信息描述系统，而神经网络则不行;模糊逻辑应用到控制器设计中，其参数定义有明确的物理意义，因而可提出有效的初始参数选择方法;神经网络的初始参数。但在学习方式下，神经网络经过各种训练，其参数设置可以达到满足控制所需的行为。模糊逻辑和神经网络都是模仿人类大脑的运行机制，可以认为神经网络技术模仿人类大脑的硬件，模糊逻辑技术模仿人类大脑的软件. 根据模糊逻辑和神经网络的各自特点，所结合的技术即为模糊神经网络技术和神经模糊逻辑技术. 模糊逻辑、神经网络和它们混合技术适用于各种学习方式 智能控制的相关技术与控制方式结合或综合交叉结合，构成风格和功能各异的智能控制系统和智能控制器是智能控制技术方法的一个主要特点。 2.6模糊控制系统
所谓模糊控制，就是在被控制对象的模糊模型的基础上，运用模糊控制器近似推理手段，实现系统控制的一种方法.模糊模型是用模糊语言和规则描述的一个系统的动态特性及性能指标。模糊控制的基本思想是用机器去模拟人对系统的控制.它是受这样事实而启发的：对于用传统控制理论无法进行分析和控制的复杂的和无法建立数学模型的系统，有经验的操作者或专家却能
取得比较好的控制效果，这是因为他们拥有日积月累的丰富经验，因此人们希望把这种经验指导下的行为过程总结成一些规则，并根据这些规则设计出控制器。然后运用模糊理论，模糊语言变量和模糊逻辑推理的知识，把这些模糊的语言上升为数值运算，从而能够利用计算机来完成对这些规则的具体实现，达到以机器代替人对某些对象进行自动控制的目的。
模糊逻辑用模糊语言描述系统，既可以描述应用系统的定量模型也可以描述其定性模型。模糊逻辑可适用于任意复杂的对象控制。但在实际应用中模糊逻辑实现简单的应用控制比较容易。 简单控制是指单输入单输出系统(SISO) 或多输入单输出系统(MISO) 的控制。因为随着输入输出变量的增加，模糊逻辑的推理将变得非常复杂。
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究。
E-mail：xxxxx
作者简介：xxx，男，xxx年出生，本科生，主要进行数控技术方面的研
南京理工大学泰州科技学院
学科前沿讲座 心得体会
学 号： 0906620110
姓 名： 韩 健 美
指导教师： 钱 敏
专业名称： 市 场 营 销
所属学院： 商 学 院
成 绩：
随着我国经济体制改革的深入，经济全球化合我国日益融入WTO体系，物流业作为现代服务经济的重要支柱和组成部分，必将在我国得到空前发展，并成为我国国民经济新的重要产业和新的经济增长点。
物流以前不为人们所重视，然而，随着新经济时代的到来，市场竞争的加剧，管理观念的更新，政府和社会对物流的重视，物流环境发生了变化，企业内物流和企业间物流开始建立，第三方物流企业正在蓬勃兴起，现代物流业作为新兴的生产性服务业，已成为推动我国经济发展的重要因素。随着中国物流业全面开放，越来越多的跨国物流企业、战略投资者开始关注和进入中国物流市场，国际物流企业也更趋活跃。
在21世纪“谁掌握了物流和配送，谁就掌握了市场”，物流是第三利润的源泉，“物流管理是提交企业核心竞争力和经济效益的有效途径”，已经成为人们新的共识。物流和物流管理，特别是现代物流管理，是当代最有影响的新学科之一，它以物的动态流转过程为主要研究对象，揭示交通运输、物资仓储、包装流通、装卸搬运及物流信息等活动的内在联系，物流是管理工程和技术工程相结合的综合学科，它运用系统工程和相关技术领域的最新研究成果，对于提高效率，减少中间环节，加强物流管理，具有十分明显的效果，因此，物流管理的复杂性也远远超出一般传统的运输或仓储等业务所包含的知识和技术层面，物流管理是集现代运输、信息网络、仓储管理、产品后道加工、营销策划等储存内容于一体的一门多学科、多领域的综合性管理学科。
《现代烟草物流管理发展趋势》这次讲座，从国内外物流业发展的实况与现状等出发，细致地分析和研究及综合了烟草业对物流的需要以及供应链管理、物联网技术在烟草物流应用问题。
在物流管理中，采购与供应占据着非常重要的位置。采购和供应不仅是物流系统一个不可或缺的环节，而且采购成本在企业运营成本中占据有很大的比重，更为重要的是，采购与供应管理能给企业带来竞争优势。采购与供应工作形成了物流系统中的供应物流，是生产物流与销售物流的起点和重要保障。
随着企业经营理念的转变和信息技术的发展，传统的采购与供应管理方法发生了很大的变化，涌现出许多新趋势和新理念，如利用JIT思想和信息技术对采购流程进行优化，以降低采购成本，提高采购与供应效率，将战略管理思想应用到采购与供 2
应管理中，以使其成为支撑企业战略实现和竞争优势获取的有力武器，本次讲座的《安徽中烟供应链管理环境中卷烟材料采购案例》中， 我笼统地总结归纳了学习的重点并从中汲取精华，使自己能够对物流的认识进一步升华，也可能对日后的工作有所帮助。我认为我们需要牢记一下几点内容: 1.传统采购模式存在问题
易产生暗箱操作;不确定的采购周期;采购成本控制难度大;质量控制不完整;与供应商合作较困难存货大、响应需求慢 2.供应链采购的成效
提高行业经济运行水平; 节约交易成本; 降低存货; 减少循环周期; 增加收入和利润; 供应链成员“多赢” 3.供应商动态管理的原则：
有升有降、有进有出、优胜劣汰 4.传统供应链 “牛鞭效应”解决方法：
集成化、并行化、信息化、联合库存 5.供应链采购的成效
提高行业经济运行水平; 节约交易成本; 降低存货; 减少循环周期; 增加收入和利润; 供应链成员“多赢” 6.供应链绩效评估
(1) 供应链整体评价：
产销率
整体库存水平
供应链产品质量指标
(2) 供应链成员评价：
企业内部绩效
供应链成员平均利润率和产品总增加值
对供应链管理的贡献度评价
烟草行业是个特殊的行业，其业务流程不太规范，管理上存在很多弊端，该烟草公司应结合IT技术的最新发展，依托电子商务网站进行工作，建立起自己的电子商务网站，借此平台实现服务增值，使业务处理更加完善方便。
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.通用高分子材料向高性能、多功能、低污染、低成本方向发展
通用高分子材料主要是指塑料、橡胶、纤维三大类合成高分子材料及涂料、黏合剂等精细高分子材料。高性能、多功能、低成本、低污染(环境友好)是通用合成高分子材料显著的发展趋势。在聚烯烃树脂研究方面，如通过新型聚合催化剂的研究开发、反应器内聚烯烃共聚合金技术的研究等来实现聚烯烃树脂的高性能、低成本化。高性能工程塑料的研究方向主要集中在研究开发高性能与加工性兼备的材料。通过分子设计和材料设计，深入、系统地研究芳杂环聚合物材料制备中的基本化学和物理问题，研究其多层次结构及控制技术，认识结构与性能之间的本质联系，寻求在加工性能和高性能两方面都适合的材料。合成橡胶方面，如通过研究合成方法、化学改性技术、共混改性技术、动态硫化技术与增容技术、互穿网络技术、链端改性技术等来实现橡胶的高性能化。在合成纤维方面，特种高性能纤维、功能性、差别化、感性化纤维的研究开发仍然是重要的方向。同时生物纤维、纳米纤维、新聚合物纤维德研究和开发也是纤维研究的重要领域。在涂料和黏合剂方面，环境友好及特殊条件下使用的高性能涂料和黏合剂是发展的两个主要方向。 2.功能高分子材料发展迅速，应用领域不断扩大，越来越多的功能高分子材料将从科学发明、发现走向实际应用
在有机/高分子光电信息功能材料领域，光、电、磁等功能高分子材料作为新一代信息技术的重要载体，在21世纪整个信息技术的发展中将占有极其重要的地位。非常值得关注并可能取得突破的重要方向是：有机/高分子显示材料特别是电致发光材料、超高密度高分子存储材料、高分子生物传感材料等。此外，还有新型功能高分子材料的设计、模拟与计算、合成与组装以及分子纳米结构的构筑。高分子的组装、自组装以及在分子电子器件上的应用研究等。
在生物医用材料领域，总的发展趋势是：从简单的植入发展到再生和重建有生命的组织和器官;从大面积的手术损伤发展到微创伤手术治疗;从暂时性的组织和器官修复发展到永久性的修复和替换;从药物缓释发展到控释、靶向释放。生物医用材料研究的重点是：基于生物学原理，赋予材料和植入体生物结构和生物功能的设计;可靠地试验材料生物安全性和预测材料长期寿命的科学基础;先进的工艺制造方法学。 在吸附分离材料领域，分离膜的发展重点是在研究聚合物分离膜制备、成膜机理及其与聚合物结构关系基础上实现膜结构与膜分离性能的预测、调控与优化;通过分离膜与生化技术的集成，实现合成高分子膜材料的强度与可加工性能以及天然生物膜的特殊选择性与生物活性的有机组合。对于吸附分离树脂，不直接利用生物配体，而是通过模拟亲和作用及超分子化学的多重作用(分子识别)来设计合成具有分子识别特征的高选择性吸附树脂材料，具有重要的理论意义和实用价值。新型印迹聚合物材料的设计与制备及选择性分离功能的研究也是重要的发展方向。
3.高分子材料科学与资源、环境的协调发展越来越受到重视 基于石油资源的合成高分子材料已得到了大规模的应用，在带给我们方便的同时也带来了环境污染的问题，而且50年后将面临石油资源逐渐枯竭的威胁。因此，基于可再生的动物、植物和微生物资源的天然高分子将有可能成为未来高分子材料的主要化工原料。其中最丰富的资源有纤维素、木质素、甲壳素、淀粉、各种动植物蛋白质以及多糖等。它们具有多种功能基团，可通过化学、物理方法改性成为新材料，也可通过化学、物理及生物技术降解成单体或齐聚物用作化工原料。为解决环境污染问题，一方面生物降解高分子材料的研究已成为研究热点，另一方面废弃高分子材料的回收利用也成为重要研究方向。生物降解高分子材料在20世纪末和21世纪初得到迅速的发展，特别是一些发达国家的政府和企业投入巨资开展生物可降解高分子材料的研究与开发，已取得可喜的进展。生物降解高分子材料要求具有好的成型加工性及使用性能，在完成其使用功能后容易降解，同时还应具有可接受的成本。而实现废弃高分子材料的回收利用，建设高分子材料绿色工程，是保护人类生态环境、实现资源充分利用、保证经济和社会可持续发展必须确实解决的全球性战略问题。 4.高分子材料加工领域的研究不断拓展并深化
高分子材料的最终使用性能在很大程度上依赖于经过加工成型后所形成的材料的形态。聚合物形态主要包括结晶、取向等，多相聚合物还包括相形态(如球、片、棒、纤维等)。聚合物制品形态主要是在加工过程中复杂的温度场与外力场作用下形成的。因此，研究高分子材料在加工过程中外场作用下形态形成、演化、调控及最终“定构”，发展高分子材料加工与成型的新方法，对高分子材料的基础理论研究和开发高性能化、复合化、多功能化、低成本化及清洁化高分子材料有重要意义。目前这一学科前沿研究领域的主攻方向是：研究在加工成型过程中材料结构的形成与演变规律，实现对材料形态的调控;探索新型加工原理和开发新加工方法。 另外，对于功能高分子材料和自组装超分子结构材料的加工正成为新兴的研究领域。例如通过新型的加工方法得到不同微纳尺寸的结构应用于光电器件等领域。 5.高分子材料科学与其他学科的交叉不断加强
高分子材料科学与生物科学、生物工程、化学、物理、信息科学、环境科学等的交叉既促进了高分子材料科学本身的发展，同时又使高分子材料扩大了其应用范围。例如，仿效生物体的结构或其特定功能的仿生高分子材料，是发展生物材料的重要途径。对有机/高分子材料电子过程的研究是使有机高分子材料科学与信息科学紧密结合，使有机塑料电子学成为一个重要研究方向。扫描探针显微镜和超高分辨率等现代检测技术的发展使有机/高分子纳米材料的研究得以深入。
我国高分子发展现状及对策
自改革开放我国对外贸易不断扩大，加入WTO更为国内企业提供了更多公平竞争的机会，中国已俨然成为贸易大国。但贸易大国不等于贸易强国，我国在对外贸易中存在的问题不能不引起我们重视。分析现状、制定对策，显然具有重要意义：
对外贸易现状分析
从宏观层面分析，我国对外贸易具有以下四个特点：
1.进出口贸易总额逐年增大。根据商务部的统计资料，中国的对外进出口从1978年206.4亿美元增长到2002年6207.7亿美元，2003年进出口总值更达到8512.1亿美元，再创新高。
2.经贸格局发生了变化，但实质出口产品仍以劳动密集型产品为主，工业附加值不高。以中国最重要的贸易伙伴美国(加上香港的转口贸易，对美贸易占到中国总贸易的25%以上)为例。据美国商务部的统计，2002年中国对美出口排在前五项的商品分别是杂项制品(18.44%)、办公用机械及自动数据处理设备(11.7%)、电信及声音的录制及重放装置设备(10.74%)、鞋靴(8.7%)、电力机械器具(8.09%)。单从数据来看，中国对美出口以纺织服装为主的格局已开始发生变化，计算机通信类产品出口份额在上升。但是结合中国商务部的统计可以看到，中国高新技术产品出口的主要贸易方式仍然是加工贸易类。仍然是以劳动密集型
型产品为主、工业附加值不高。
3.贸易伙伴过于集中、抗风险能力不足。我国的贸易伙伴仍相对集中在欧亚和美洲，特别是有限的几个世界主要国家，如排前3位的分别为日、美和欧盟，对这三者的贸易额占到总额的近一半。这种贸易格局不具备足够的抗风险能力，一个明显的例子就是近来由于这几个主要贸易伙伴经济不景气纷纷采取保守的贸易政策使得中国的对外贸易额受到了较大的影响，到2003年中国的对外贸易顺差为255.4亿美元，同比减少了16.1%。
4.传统的优势产业受到国际市场比较大的影响。我国传统的优势产业主要是一些劳动密集型的产业，近几年这些产业商品的国际市场有萎缩的现象，这种情况的出现主要有三方面的原因：(1)新兴的经济高速发展的国家对我国出口贸易的冲击，如墨西哥对我国纺织业的冲击;(2)发达国家出于自身利益的考虑限制进口，如美国为了保护自己的国内产业限制进口，欧盟为了新加入的国家的利益限制进口等;(3)随着中国经济能力的增强，外国取消对中国的优惠政策。如欧盟决定取消对我国乳、蛋制品等六类产品的普惠制。这三方面因素综合作用的结果就是欧美等国家不断对我国多种商品提出倾销的控诉，使我国的出口受到了很大影响，一些优势产业因此出现下滑的迹象。
从微观层面分析，我国外贸企业具有以下三个特点：
1.国际贸易及国际金融方面的人才缺乏使企业承担更大的经营风险。有专家预测过，中国入世后外贸及金融方面的人才缺口大概在20万左右，随着越来越多的企业取得进出口许可权，这方面的人才缺口将会更大。在这种情况下总会有一些企业不能获得自己需要的人才，并因此要承担两方面的额外风险：(1)由于不熟悉wto规则所需要承担的风险;(2)由于金融知识的匮乏所要承担的风险。如果不能规避这两方面风险，企业就可能会遭受灭顶之灾。
2.信息不对称导致无序竞争。出口企业很难预测自己将要进军的市场到底有多大容量、有多少竞争对手。但对立一方则不同，它基本上可以搞清楚目标进口地的该种商品的产能，举例来说，中国的一家企业想对美国出口家具，它是不清楚全世界会有多少家具制造商将向美国提供家具的，但美方则不同，如果它想从中国进口家具完全可以通过—些正常的信息渠道调查清楚中国家具产业的产能。这种信息的不对称造成的严重后果就是行业的无序竞争：看到去年某种商品出口旺盛，今年大家就会都来生产，结果造成产品的大量积压、竞相降价，让进口方得了利，更严重的可能给人以倾销的口实，从而导致这种产品在各国引起连锁的反倾销效应，完全丧失国际市场。
3.研发能力不足阻碍我国产品进入国际市场。中国在10年前打过一场漂亮的家电保卫战，众多的国内家电企业凭借价格优势取得了国内的绝大部分市场份额。可惜后来国内家电业在同行业竞争中总是把价格战当作最后致胜的法宝，忽视产品的创新，结果当洋家电以更高的性能重新杀入我国市场后马上夺取相当大的一部分市场，这种情况完全可以类推到其他行业。中国的外贸企业由于技术达不到要求被拒之门外的事屡见不鲜。而且由于技术水平的原因，我国的产品很难挤入高档次系列。研发能力的不足也使我国企业产品附加值不高。
若干对策建议
1.完善中央、省、市-分级化管理的纵向体系
其实中央、省、市-分级化管理体系是业已存在的事实，完善这一体系将对完成我国的对外贸易结构性调整起到关键性作用，完善体系一个重要内容是明确确定对这一体系各级管理的控制目标或任务。
中央一级外贸部门的任务应包含以下几项：(1)参与wto规则及双边协议的制定及修改。加入wto虽然总体上来看对我国有利，但有些wto的规则的确对发展中国家是不利的。以中美签订wto协议有关农业条款和金融条款为例，这份协议规定如某产品大量涌入美国市场，美国政府可以采取特别手段保护国内产业。具体来说，任何一项产品，在美国市场上突然增长20%-30%，美国就可采取禁止进口等断然措施，而不需提供国内产业受伤害的证据。这个条款与反倾销法案相比要更为苛刻。此类对发展中国家不利的条款还有很多，中央一级外贸部门显然应积极主动地参与此类协议的修订，为我国的外贸企业争取利益，变被动接受为主动争取。(2)分析全国性商品进出口结构，制定相关的产业政策。商务部可以通过对进出口结构的分析，找出竞争优势、劣势产业，产能过剩和产能不足产业，制定相关产业政策，抑制过剩，发展不足。(3)为企业开拓海外市场提供政策帮助。中国的贸易伙伴相对集中，不利于抗击风险，海外市场的开拓虽然靠的是企业或行业，但政策性的帮助也很重要，这些政策只能由商务部提供，这样才能使国内企业大胆进军新的国际市场。(4)对外贸进出口许可证发放的控制。商务部门可以根据行业的统计数据对外贸企业实行末位淘汰，每年取消一部分企业的外贸经营权，保证外贸企业处于良性经营及竞争状态，这样可以减少一些无序竞争。(5)为企业提供完备的信息服务。
省、市两级外贸部门的任务相对类似，主要有：一是分析本地区进出口产品结构，确定本地区的优势产业;二是为本地区的进出口产品提供各方面的帮助。
2.建立以专业外贸公司为纽带的行业内部的横向战略联盟
中央、省、市-的纵向管理体系虽然可以解决宏观层面的一些问题、但外贸企业遇到的微观难题则应依赖于同行业间的横向联盟的建立，这种战略性的联盟是以专业的外贸公司为纽带的。
横向联盟不同于传统的行会，它是一种战略联盟，没有硬性规定的责任和义务，这一点使它与行会区别开来。这种松散的结构形式可以保证成员可以相对比较自由、独立地进行生产经营，但通过专业外贸公司为纽带，又能在以下方面可以为联盟的成员提供帮助。
(1)人才自由流动帮助企业规避风险。在这种联盟体系下，不需要每个外贸企业都要有自己的外贸专业人才。通过专业外贸公司为媒介，专业人才可以作为流动资源，只有在项目需要的时候他才在这个公司工作，这种方式还有利于企业降低成本，因为公司不用固定地支付人才费用。
(2)应对冲击，特别是关于倾销的控诉。在国际市场上一旦遇到关于倾销之类的情况，只有全行业统一口径才能在国际谈判中取得相对较好的效果，这时候联盟的结构会变得暂时紧密。而且联盟的建立也有助于减少个别企业为了自身利益扰乱出口秩序的情况，因为不规范的行为虽然不会受到直接的制裁(战略联盟不具备这种功能)，却可使不守规则的企业被排除出联盟，降低企业的商誉。
(3)建立行业信息平台，变事后控制为事前控制。战略联盟一个很重要的任务就是为成员提供决策所需要的本行业详细的数据。而且联盟也可以做出行业分析、企业排名，预测下一期的进出口，并通报商务部，为商务部许可证的发放决策提供依据，预防后一期的无序竞争，变事后控制为事前控制。举例来说，2002年对美国出口服装300亿美元，考虑到世界经济竞争形势，预期2003年会出口310亿美元，服装行业联盟将此结论通报商务部，商务部因此决定增减许可证发放、从而避免了这样的一种后果：过多的服装企业为美国提供服装导致价格的恶性竞争，造成出口量增加，出口额反而减少，美国还提出了一项反倾销控诉。有了这种信息平台显然有利于缓解信息不对称对企业造成的不利影响。
3.企业自身重视价值工程分析
行业间的横向战略联盟是一种松散的联盟形式，联盟成员间依然存在自由竞争关系，所以企业自身应该努力，提高产品竞争力。这就要求企业运用价值工程来指导产品的研发、生产。企业实行价值分析过程中可以利用外部资源。自身研发能力不足可以借助高校资源，企业和高校间也可以建立一种长期的战略合作关系，将高校的人才资源转化为企业的经济效益，对企业和高校是一种双赢策略，而且也是一种相对快捷的方式。
以三个方面的对策并不是相互独立，而是互动的。联系它们的纽带是信息，借助现代化的信息交流平台，这些对策的相互作用将会促使我国从贸易大国向贸易强国的转变。
高分子学科研究现状及发展趋势高分子学科研究现状
及发展趋势
1、学科概况
高分子科学与工程学科，含有高分子化学、高分子物理、高分子工程三个基础分支学科及功能高分子、高分子新材料二个派生领域，其学科特点是理-工结合、基础-应用结合、学术-产业结合。在高分子学科发展中，我们应掌握高分子学科特点，促进学科发展。高分子各分支学科应相互联系，互促发展。应以学科研究为高分子学科的基础，同时兼顾新材料、新技术研究，使学科研究和材料应用研究彼此相辅相承。高分子科研队伍约1.5万人，其中副教授以上约2000人，人员的专业分布为，高分子化学占65%，高分子物理占25%，高分子工程占10%。
2、高分子化学概况
高分子化学研究线索是，研究新聚合反应、新合成方法以及新聚合物和新结构高分子聚合物的合成，在这些方面国内有大量的研究工作。目前存在的问题是，追踪别人的工作多，创新工作少;应用性课题多，学术问题研究少。今后应注意非键合聚合物(超分子聚集体)的研究，注意生物合成方法，提高有序合成的技巧以及通过分子设计采用共聚合方法，探讨通用聚合物高性能化、功能化的途径。
3、高分子物理概况
高分子物理研究线索是，研究大分子运动，分子相互作用，大分子聚合物的多层次结构，结构与材料性能、功能间的关系以及相关的检测、表征方法。目前国内主要工作有高分子凝聚态研究，亚稳态研究，复杂流体研究，聚合物材料的形态控制研究以及计算机方法、数学方法研究等。目前存在的主要问题是工作思路窄，创新少，还有一些工作停留在物性表征阶段。今后应注意利用“软物质”的概念研究聚合物对外界刺激产生结构的响应的情况，注意利用各种外场控制聚合物的形态及结构，注意特殊情况下的聚合物凝聚态情况。
4、高分子工程概况
高分子工程的研究线索包括二个方面，其一是研究在外场作用下高分子链运动，相态、结构的演变及控制形成(高分子成型);另一是研究工业规模聚合物的合成(聚合反应工程)。国内目前在螺杆剪切成型、振动剪切成型、反应加工、力化学加工及新成型工艺、聚合工艺方面有大量的工作。目前存在的问题是，制品研究多，工艺研究多，基础性学术问题研究相对较少。今后应注意开展成型原理研究，控制结构成型研究以及计算机辅助设计成型工艺研究等。
5、功能高分子及高分子新材料领域概况
本领域研究线索是，通过学科交插，探索各种所需的功能材料及通用材料。功能高分子研究主要集中在光、电、磁等信息材料及医用材料研究方面。通用材料研究主要工作有工程材料、复合材料、建筑材料、环境降解材料、杂化材料等。目前存在的问题是，学科交插不够，过分着眼于应用，对基础性学术问题注意不够。今后应注意聚合物结构与功能、性能关系研究，注意绿色环境材料研究。
6、结论
高分子各分支学科应协调发展，以学科基础研究为主体，注意新材料、新技术研究。提倡创新意识，提倡通过学科交插，学科介入，从实践中提炼学术问题等途径来增加创新性研究工作。
新型有机高分子材料
材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是人类文明的重要里程碑.当今有人将能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱，而材料又是能源和信息发展的物质基础.自从合成有机高分子材料出现的那一天起，人们始终在不断地研究、开发着性能更优异、应用更广泛的新型材料，来满足计算机、光导纤维、激光、生物工程、海洋工程、空间工业和机械工业等尖端技术发展的需要.除了传统的三大合成材料以外，又出现了高分子膜，具有光、电、磁等特殊功能的高分子材料，生物高分子材料，医用高分子材料，隐身材料和液晶高分子材料等许多新型有机高分子材料.这些新型有机高分子材料在我们的日常生活、工农业生产和尖端科学技术领域中起着越来越重要的作用.本节我们简要介绍其中的两种.
一、功能高分子材料
功能高分子材料是指既有传统高分子材料的机械性能，又有某些特殊功能的高分子材料.如高分子分离膜①是用具有特殊分离功能的高分子材料制成的薄膜.它的特点是能够有选择地让某些物质通过，而把另外一些物质分离掉.这类分离膜广泛应用于生活污水、工业废水等废液处理以及回收废液中的有用成分，特别是在海水和苦咸水的淡化方面已经实现了工业化.在食品工业中，分离膜可用于浓缩天然果汁、乳制品加工、酿酒等，分离时不需要加热，并可保持食品原有的风味.未来的高分子膜不仅可以用在物质的分离上，而且还能用在各种能量的转换上，如传感膜能够把化学能转换成电能，热电膜能够把热能转换成电能等.这种新的高分子膜为缓解能源和资源的不足，解决环境污染问题带来希望.
在医学上，人们一直想用人工器官来代替不能治愈的病变器官，但是，在过去很长一段时间内都没有成功，主要是材料问题解决不了.直到高分子材料大力发展以后，人们的这种愿望才初步得以实现.合成高分子材料一般具有优异的生物相容性，较少受到排斥，可以满足人工器官对材料的苛刻要求.此外，用作人体不同部位的人工器官，还必须具备某些特殊的功能.拿人工心脏来说，不仅要求材料与血液能有很好的相容性，不能引起血液凝固、破坏血小板等，而且还要求材料具有很高的机械性能.这是因为，心跳一般为75次/分左右，如果使用10年，人工心脏就得反复挠曲4亿次，这样高的要求，一般材料是很难胜任的，目前大都使用硅聚合物和聚氨酯等高分子材料.随着医用高分子材料的发展，人类目前已经制成从皮肤到骨骼，从眼到喉，从心肺到肝肾等各种人工器官.所有这些再加上新型高分子药物的发展都将为人类的健康和长寿作出不可估量的贡献.
二、复合材料
随着社会的发展，单一材料已不能满足某些尖端技术领域发展的需要，为此，人们研制出各种新型的复合材料.复合材料是指两种或两种以上材料组合成的一种新型的材料.其中一种材料作为基体，另外一种材料作为增强剂，就好像人体中的肌肉和骨头一样，各有各的用处.例如，以玻璃纤维和树脂组成的复合材料——玻璃钢，质轻而坚硬，机械强度可与钢材相比，可做船体、汽车车身等，也可做印刷电路板.复合材料可以发挥每一种材料的长处，并避免其弱点，既能充分利用资源，又可以节约能源.因此世界各国都把复合材料作为大有发展前途的一类新型材料来研究.
由于复合材料一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异性能，在综合性能上超过了单一材料，因此，宇航工业就成了复合材料的重要应用领域.我们知道，质量对于飞机、导弹、火箭、人造卫星、宇宙飞船来说是一个非常重要的因素.有的导弹的质量每减少1 kg，它的射程就可以增加几千米.而且这些航天飞行器还要经受超高温、超高强度和温度剧烈变化等特殊条件的考验，所以，复合材料就成为理想的宇航材料，它的发展趋势从小部件扩大到大部件，从简单部件扩大到复杂部件，成为宇宙航空业发展的关键所在.另外，复合材料在汽车工业、机械工业、体育用品甚至人类健康方面的应用前景也十分广阔.
三、有机高分子材料的发展趋势
目前，世界上有机高分子材料的研究正在不断地加强和深入.一方面，对重要的通用有机高分子材料继续进行改进和推广，使它们的性能不断提高，应用范围不断扩大.例如，塑料一般作为绝缘材料被广泛使用，但是近年来，为满足电子工业需求，又研制出具有优良导电性能的导电塑料.导电塑料已用于制造电池等，并可望在工业上获得更广泛的应用.另一方面，与人类自身密切相关、具有特殊功能的材料的研究也在不断加强，并且取得了一定的进展，如仿生高分子材料、高分子智能材料等.这类高分子材料在宇航、建筑、机器人、仿生和医药领域已显示出潜在的应用前景.总之，有机高分子材料的应用范围正在逐渐扩展，高分子材料必将对人们的生产和生活产生越来越大的影响.
隐形眼镜
角膜接触镜，俗称隐形眼镜.它是一种直接贴附在角膜表面的镜片，可随着眼球运动而运动，具有视力矫正作用.隐形眼镜可分为硬质、半刚性和软质三种，硬质隐形眼镜是由基本上不能透过氧的有机玻璃以及可渗透氧的硅氧烷和丙烯酸酯共聚物制成;半刚性隐形眼镜则是由可渗透氧和可维持角膜表面正常呼吸的硅橡胶制成，需使用专用的润湿溶液来保持润湿;为了满足舒适性和生理上的要求，目前大量使用的是软质隐形眼镜，最常用的是由聚甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)制成的中心厚度为0.05 mm的超薄镜片.HEMA分子是网状结构，使镜片具有吸附和释放低分子液体的功能，含水量越高，镜片的功能越好，现在已经有了十几种新的材料.目前的软质隐形眼镜不能连续长期戴用，必须每天取下消毒.一些角膜重症及某些眼病患者也不适宜使用软质隐形眼镜
生物降解塑料开发概况
生物降解塑料又分为天然生物降解塑料、微生物降解塑料和化学合成生物降解塑料几大类,下面分别介绍。
2. 3. 1
天然生物降解塑料
天然生物降解塑料是指以天然聚合物为原料,可通过各种成型工艺制成生物降解塑料制品的一类材料。这类材料包括由淀粉、纤维素、甲壳素、大豆蛋白等天然聚合物及其各种衍生物和混合物。其中,热塑性淀粉已经产业化,其他天然材料尚处于基础研究阶段。
热塑性淀粉是采用一定技术改性淀粉使其具有热塑性,再加入各种可在自然环境中降解的添加剂或与其他可生物降解塑料配混,通过挤塑、注塑、吹塑或发泡等工艺加工成型的材料。有几种淀粉塑料的制备方法:
(1) 淀粉可塑化改性并与少量添加成分挤出; (2) 淀粉与生物降解聚酯共挤出; (3) 改性淀粉与PVA 共混,并使其具有热塑性。
20 世纪90年代中期以后,江西省科学院、中科院长春应用化学研究所、华南理工大学、天津大学、天津工业大学材料科学与化学工程学院、中科院兰州化物所、绿维新材料(深圳)有限公司、武汉华丽科技有限公司等科研单位陆续推出了热塑性淀粉生物降解塑料的研究成果,制品包括薄膜、网、片材和发泡材料,但尚未规范化进入市场。目前,武汉华丽科技有限公司已开始热塑性淀粉产品商品化生产,规模10 kt/ a 。
蛋白质类的是通过采用甘油等增塑剂增塑植物蛋白,可以制得可模塑的蛋白塑料。上海交通大学对大豆蛋白进行了研究,清华大学高分子材料研究所对鸡蛋膜蛋白进行了研究,但是,其应用前景还相当遥远。
再生纤维素类,武汉大学化学与分子科学学院和湖北纤维厂承担国家863计划,研发了一种新的廉价的纤维素溶剂体系———尿素和氢氧化钠体系,用于天然纤维素的湿法纺丝或流延法成膜,以制造纤维和薄膜。另外,湖北工学院化工系采用生物发酵法合成了茁霉多糖(pullulan),并研究了它的成膜性及其膜性能,由于其极低的氧气透过率,适合用作食品保鲜包装材料,有望成为一种有前途的生物降解塑料。
2. 3. 2
微生物合成生物降解塑料
聚乳酸( PLA) 是以糖蜜等发酵制得的乳酸为原料,再通过直接缩合聚合法,或其二聚体丙交酯开环聚合法等方法化学合成的。
中国聚乳酸研发还处于研究阶段。聚乳酸的合成主要采用丙交酯催化开环聚合的路线。通过催化剂的研究,提高聚乳酸的相对分子质量,降低聚乳酸的成本。目前,中科院成都有机所已经能合成相对分子质量达到百万的消旋聚乳酸,这种高相对分子质量的聚乳酸有很好的力学性能。开展研究工作的有中科院长春应用化学研究所、中科院成都有机化学研究所、中科院上海有机研究所、武汉大学、浙江大学、复旦大学、天津大学、南开大学、东华大学、华南理工大学、华东理工大学、北京理工大学等。最近,中科院长春应用化学研究所和浙江海生生物降解塑料股份有限公司正共同进行中试研究,产品性能基本达到Cargill Dow 公司产品水平,目前正在设计组建5 000 t 生产能力的示范生产线[2 ] 。
另外,上海同济大学开发成功了乳酸一步法直接缩聚制备聚乳酸的工艺,并作为上海“科教兴市”重大科技产业化项目将建立年产千吨级的聚乳酸生产线。该项目是具有自主知识产权的项目。另外的研究单位还有浙江轻工业学院等。
北京理工大学和原北京轻工业学院联合研究过采用化学合成的方法制备聚乳酸。
在聚乳酸的应用方面中科院成都有机所、中科院长春应用化学研究所正进行聚乳酸在医疗方面的应用,制品包括医用片材、骨螺钉、手术缝合线等医用材料。
中国聚羟基烷酸酯的研究最早开始于上世纪80年代中,武汉大学开展了生物合成聚羟基丁酸酯的研究,但是,工作未能进行下去,至上世纪90年代初,一些单位在国内不同部门的支持下,又开始了微生物发酵法合成聚羟基烷酸酯的研究工作。主要研究单位有中科院微生物所、清华大学生物系和化工系、中科院长春应用化学研究所、山东大学、无锡轻工大学、中科院成都生物研究所、西北工业大学等,生产单位有广东江门生物技术开发中心、广东汕头华逸生物工程公司、宁波天安生物材料有限公司等。其中宁波天安生物材料有限公司已具备年产聚羟基戊酸酯(PHBV)千吨的规模。
商业化生产PHBV 的关键是降低成本,已有人开始利用植物的叶子或根来生产PHBV ,如柳枝稷,如果这项技术成功,PHBV的价格有可能降低。
2. 3. 3
化学合成生物降解塑料
用微生物等方法合成的生物聚酯价格较高,是目前难以普遍采用的主要障碍,化学合成便于批量生产,降低成本。化学合成法开发的生物降解塑料的主要有各种脂肪族聚酯,前者主要品种包括聚己内酯(PCL) 、脂肪族聚碳酸酯(二氧化碳和环氧化合物共聚物或称聚二氧化碳) 等。另外,也在开始研究脂肪族聚酯和芳香族聚酯的共聚酯。
2. 3. 3. 1
脂肪族聚酯
当前,聚二氧化碳的合成研究是一个十分热门的环保课题,这一领域竞争非常激烈。中国从1985年由前期的国家自然科学基金开始立项研究,至今已近20年,主要的研究单位有中科院广州化学研究所、长春应用化学研究所、浙江大学、中山大学理工学院等。其中,中科院广州化学研究所主要采用聚合物负载的双金属催化体系(PBM),产品略带**,相对分子质量较低。长春应用化学研究所以二氧六环作溶剂,采用三元混合稀土催化体系(稀土/ 烷基锌/ 甘油),得到了交替结构的产物,二氧化碳固定量接近50 % ,而且外观呈白色,硬度较高,催化效率高。浙江大学采用三元稀土催化剂(稀土/ 烷基铝/甘油) ,以二氧六环与甲苯作溶剂,得到相对分子质量较高的无规共聚物,但二氧化碳固定量低。另外,中国台湾清华大学(Chung- Sung2Tan) 也在研发PPC。
内蒙古蒙西集团公司采用长春应用化学研究所的技术,已建成年产3 kt 二氧化碳/环氧化合物共聚物的装置,产品主要应用在包装和医用材料上;中科院广州化学研究所的技术已在江苏泰兴开始投产,品种是低相对分子质量二氧化碳/环氧化合物共聚物,用来作为聚氨酯发泡材料的原材料,用于家用电器等包装。
中科院上海有机化学研究所在详细研究了聚丁二酸丁二醇酯( PBS)的耐水性、稳定性等的基础上,开发了高效催化体系,合成了高稳定性高相对分子质量的聚丁二酸丁二醇酯,重均相对分子质量可达到250 000。另外,中科院理化研究所也在进行聚丁二酸丁二醇酯共聚酯的合成研究。
四川大学化学学院低成本合成了对二氧环己酮,为制备聚对二氧环己酮创造了条件。他们的工作也涉及聚对二氧环己酮的接枝和共混改性。
2. 3. 3. 2 脂肪族/ 芳香族共聚酯
热塑性芳香族聚酯热性能稳定,力学性能优良,便于加工,价格低廉,自从工业化以来,已经发展成为一类用途广泛的树脂,但芳香族聚酯生物降解性很差,不能单独作为生物降解塑料使用,因此,设计合成了脂肪族/芳香族共聚酯(CPEs) ,使其既有脂肪族聚酯的可生物降解性又有芳香族聚酯的力学性能。自20 世纪80年代,尤其90年代以来,有许多研究者致力于此领域的研究,并取得了丰硕的成果。至21 世纪初,一些世界著名的化学公司相继推出各种可生物降解的脂肪族/芳香族共聚酯商品。
脂肪族/芳香族共聚酯原料来源广泛,其中许多是大规模工业化原料,且整个生产过程不需要另外添置设备,在现有的条件下即可进行生产,所以,不仅生产技术较成熟,而且可获得廉价的产品,有利于生物降解塑料的市场化应用。
用于合成脂肪族/ 芳香族共聚酯的芳香族组分通常有:聚对苯二甲酸乙二醇酯( PET) 、聚对苯二甲酸丁二醇酯( PBT)、聚对苯二甲酸丙二醇酯( PPT) 、聚间苯二甲酸乙二醇酯( PEIP) 和聚对苯二甲酸二甲酯(DMT) 等; 脂肪族组分通常有乙二醇(EG) 、丙二醇(PDO) 、1 ,4 乳酸(LA) 、二羧酸酰氯等双官能度单体及聚乙二醇( PEG) 、聚四氢呋喃( PTMG) 、PGA、PLA、PCL等聚合物。
合成脂肪族/ 芳香族共聚酯有3 种常用的方法: ①PET 等芳香族组分与PEG、PGA、PLA、PCL等聚合物直接在高温、高真空度下进行酯交换反应; ②将二元醇、二元酸等与DMT一起投入反应釜中,先在相对较低的温度下进行酯交换反应,然后再升高温度、提高真空度,进行熔融缩聚反应; ③将对苯二甲酸乙(丁)二醇酯或其衍生物与二羧酸酰氯等溶解在有机溶剂中,在适宜的温度下进行溶液缩聚。
国内研究脂肪族/ 芳香族共聚酯材料的单位有北京理工大学、成都有机研究所等,但目前还未见有商业化产品推出。
发展趋势
回顾中国生物降解塑料的研究开发历程,发现产业界和学术界各自独立开展工作,交流很少。产业界盲目引进了多条聚烯烃/淀粉塑料生产线,学术界独立开展全生物降解塑料的研究,未能和产业界紧密结合,结果,影响了中国生物降解塑料发展。今后,在生物降解塑料的研发进程中,要加强学术界和产业界的联系和交流,促进中国生物降解塑料的健康发展。
在中国,依赖于石油资源的塑料制品对环境的污染仍是一个迫切需要解决的问题。有希望担当此重任的生物降解塑料品种主要有热塑性淀粉、聚二氧化碳/环氧化合物、聚羟基丁酸戊酸酯和聚乳酸等,目前总能力约在20 kt ,国内市场的实际用量还很小。鉴于国内市场对价格的承受能力较小以及人们的环保意识还不够,国内生产企业都将目光转向了国外市场,如日本、韩国和欧洲。
在应用领域,降解塑料地膜经上世纪90 年代的大规模试验,其结果表明了降解塑料地膜降解和应用的复杂性,同一配方的降解塑料地膜在不同的地方、对不同的作物有不同的降解表现,必须通过应用研究才能推广使用。为此,降解塑料地膜的实际推广受到了阻碍,虽然有需求,但是,应用终未能走向普及。降解塑料在地膜上的应用还是一个未能解决的问题,是今后需要进一步开发的应用领域。
在大量的一次性使用的塑料包装袋、餐具等应用领域,用生物降解塑料去替代不可降解塑料,因受到经济原因的制约,也尚未形成其应有的市场。在这一领域,生物降解塑料的任务是进一步降低成本,提高性能,推进市场化。
生物降解塑料在其他领域的应用,如卫生用品、光盘盒、文具、家电零部件方面的应用应该引起重视。
结语
以建立生物降解塑料各项标准为核心,以生物降解塑料研发为主体,中国正在重组科研和生产队伍,经过锲而不舍的努力,生物降解塑料产品正向着实现商品化的方向发展。另一方面,生物基聚合物由于其可再生资源原料的优势,在产品市场上甚至正在取得更快的进展。
3 有机/高分子材料
有机/高分子材料是现代工业和高新技术的重要基石，已成为国民经济基础产业以及国家安全不可或缺的重要材料。一方面量大面广的通用高分子材料需要不断地升级改造，以降低成本、提高材料的使用性能;另一方面各类新型的高分子材料将应运而生，尤其是有机及聚合物分子或少数分子组合体的光、电和磁特性将成为高分子向功能化以及微型器件化发展的重要方向。
(1)分子材料与分子电子器件研究
该领域的主要研究方向是：新型功能分子的设计、合成与组装;分子纳米结构的构筑;分子的组装、自组装以及自组装技术在分子电子器件上的应用研究。这些分子电子器件主要包括分子电开关、分子光开关和分子电光开关的设计、分子导线、分子整流器、分子开关、分子晶体管、分子马达及分子逻辑器等。
(2)光电信息功能高分子材料研究重点主要在：
●有机/高分子光子晶体材料：探索有机/高分子形成光子材料的途径;
●超高密度高分子存储材料：开发存储密度高的高分子材料;
●高分子传输材料：研究和开发应用于通讯传输的具有较高光学透过性，光学均匀，且高折射率、低光损耗的高分子塑料光纤;
●高分子显示材料：有机/高分子电致发光材料、高分子液晶材料等，其发展方向为开发出具有高的电致发光效率、低驱动电压，具有不同发光波长(彩色)和长寿命的各种发光器件。
(3)生物医用高分子材料包括：
●药物载体与控释材料：研究适于各类药物的新型生物降解高分子载体和控释材料的设计与合成，药物与载体的相互作用以及药物载体体系的生物医学性能(注射、口服、吸收、分布、排泄等)评价;
●诱导组织自修复与再生材料：研究能够诱导组织自修复与再生新型生物降解材料的设计与制备，材料的形态、孔度、降解速度等与组织自修复和再生过程的相互作用关系;
●生物医用材料的表面修饰以及生物相容性研究：研究不同结构的生物医用材料表面修饰新方法以解决材料的生物相容性问题等。
(4)与能源、环境相关的高分子功能材料
●燃料电池、太阳能电池的关键高分子材料：研究高能、长寿命固态电池及相关电极材料;研究不同有机光敏染料和纳米半导体结构体系的太阳能电池，柔性、薄膜太阳能电池的研究将是未来发展的重要方向;
●吸收/分离高分子材料：重点研究用于废气与废水处理的功能材料;具有高选择性吸附、分离功能的膜及纳米介孔材料等;
●环境敏感材料与材料智能化：研究对微量有害物质等环境因素高灵敏度感应和传感材料及危害防护材料等;
●绿色、环保高分子材料研究：重点研究天然高分子材料(如淀粉、纤维素等)的改性等
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