国外先进智能生物材料研究进展

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国外先进智能生物材料的研究进展 本文简介：国外先进智能生物材料的研究进展中国工程院院士智能材料的性能是组成、结构、形态与环境的函数，它具有环境响应性。生物体的最大特点是对环境的适应，从植物、动物到人类均如此。细胞是生物体的基础，可看作具有传感、处理和执行3种功能的融合材料，因而细胞可作为智能材料的蓝本。1智能高分子凝胶刺激响应性高分子凝胶是

国外先进智能生物材料的研究进展 本文内容：

国外先进智能生物材料的研究进展

中国工程院院士

智能材料的性能是组成、结构、形态与环境的函数，它具有环境响应性。生物体的最大特点是对环境的适应，从植物、动物到人类均如此。细胞是生物体的基础，可看作具有传感、处理和执行3种功能的融合材料，因而细胞可作为智能材料的蓝本。

1

智能高分子凝胶

刺激响应性高分子凝胶是其结构、物理性质、化学性质可以随外界环境改变而变化的凝胶。当受到环境刺激时这种凝胶就会随之响应，发生突变，呈现相转变行为。这种响应体现了凝胶的智能性。根据所受的刺激信号不同，可以将高分子凝胶分为不同类型的刺激响应性凝胶。

1.1

pH响应性凝胶

pH响应性凝胶是体积能随环境的pH值和离子强度变化的高分子凝胶。这类凝胶大分子网络中具有离子解离基团，其网络结构和电荷密度能随介质pH变化，并对凝胶的渗透压产生影响；另一方面，离子强度的变化也会引起体积变化。

Nishi等[1]曾研究了一系列这类聚合物水凝胶，如轻度交联的甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸N,N-二甲基胺乙酯(DMA)的共聚物。姚康德等[2]对聚[(环氧乙烷-共-环氧丙烷)-星型嵌段-丙烯酰胺]/交联聚丙烯酸互穿网络凝胶(P[(EG-co-PG)-Sb-AAM]/Cr-PAA)进行了研究。由于星型嵌段共聚物(P[(EG-co-PG)-Sb-AAM])和交联聚丙烯酸(Cr-PAA)之间有配合物形成和解离，使得高pH条件下，该水凝胶的溶胀度和溶胀速率(曲线斜率)要大于低pH或高离子强度(I)的水凝胶。以甲壳素和壳聚糖为基础的智能水凝胶的溶胀随pH的变化则与上述例子相反[3]。利用戊二醛使壳聚糖(CS)上的氨基交联，再和聚丙二醇聚醚(PE)形成半互穿聚合物网络。由于网络中氢键的形成和解离，从而使此凝胶网络的溶胀行为对pH敏感。其溶胀度可由壳聚糖乙酸溶液浓度、交联密度及网络组成等反应参数来控制。

1.2

化学物质响应性凝胶

有些凝胶的溶胀行为会因特定化学物质(如糖类)的刺激而发生突变。以对血糖浓度响应的胰岛素释放体系为例来说明。胰岛素释放体系的响应性借助于多价羟基与硼酸基的可逆键合。硼酸与聚乙烯醇(PVA)的顺式二醇键合，形成结构紧密的高分子配合物。当葡萄糖分子渗入时，苯基硼酸和PVA间的配位键被葡萄糖取代，上述大分子间的键解离，溶胀度增大。因此，这种高分子配合物作为胰岛素的载体负形成半透膜包覆药物控制释放体系。系统中聚合物配合物的形成、平衡与解离随葡萄糖浓度而变化。也就是说它能传感葡萄糖浓度信息，执行药物释放功能。

1.3

温敏性凝胶

温敏性凝胶能响应温度变化而发生形变(溶胀和收缩)，是因为这类凝胶大分子链的构象能响应温度(刺激)而变化。温敏性凝胶分为高温收缩型凝胶和低温收缩型凝胶。在低温(高温)时，凝胶在水中溶胀，大分子链因水合而伸展，当温度升至(降至)一定温度时，凝胶发生了急剧的脱水合作用，由于疏水性基团的相互吸引作用，大分子链聚集而收缩。

Kim等[4]研究了一系列交联聚丙烯酰胺类水凝胶聚合物与水之间相互作用参数与温度的关系。在3～10°C，c值均在0.5左右，此阶段凝胶的吸水性主要与氢键作用有关，与烷基取代基的构型和大小无关。随着温度升高，聚N，N-二乙基丙烯酰胺(PDEAAm)及聚异丙基丙烯酰胺(PIPAAM)的c值分别在25°C、33°C时发生了突变，出现了转折点，此时凝胶的溶胀度发生突变。

1.4

光敏性凝胶

光敏性凝胶是光辐照(光刺激)时发生体积相转变的凝胶。将光敏性分子引到聚合物分子链上，可得到光刺激响应聚合物凝胶。光辐照后有两种情况。紫外光辐照时，凝胶网络中的光敏感基团发生光异构化、光解离，因基团构象和偶极矩变化而使凝胶溶胀。含无色三苯基甲烷氰基的聚异丙基丙烯酰胺凝胶的溶胀体积变化和温度关系研究表明，无紫外线辐射时，该凝胶在30°C出现连续的体积变化,若在32°C对凝胶进行交替紫外辐照与去辐照，凝胶发生不连续的溶胀-收缩，其作用类似于开关的功能。光响应凝胶能反复进行溶胀-收缩，可用作光能转变为机械能的执行元件和流量控制阀等。

1.5

磁场响应性凝胶

包埋有磁性微粒子的高吸水性凝胶称为磁场响应性凝胶。当把铁磁性“种子”材料预埋在凝胶中并置于磁场时，铁磁材料被加热而使凝胶的局部温度上升，导致凝胶膨胀或收缩，撤掉磁场，凝胶冷却恢复至原来大小。铁磁可采用不同的方法包埋。一种是将微细镍针状结晶置于预先形成的凝胶中。另一种是以聚乙烯醇涂着微米级镍薄片，与单体溶液混合后再聚合成凝胶。这两种方法可用于植入型药物释放体系，由电源和线圈构成的手表大小的装置产生磁场，使凝胶收缩而释放一定剂量的药物。采用这类方法能制备人工肌肉型驱动器。

1.6

响应内部刺激的凝胶

吉田亮等[5]将异丙基丙烯酰胺(IPAAm)、具有可聚合乙烯基的三(2，2’双吡啶基)钌衍生物[Ru(bpy)3]和交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺共聚合制备了自振荡凝胶。这里的Ru(bpy)3是经典震荡反应Belousov-Zhabotinsky(BZ)反应的催化剂。

将一块凝胶浸在含有定量BZ的反应组成物中，随着反应物溶液的浸入，聚合物网络中的Ru(bpy)3开始催化BZ反应。在BZ反应中，Ru(bpy)3在2+和3+氧化态间周期变化。当配合物由2+氧化至3+，因荷电聚合物链变得更加亲水，聚合物的水合性增强，改变相转变温度。而相转变温度决定IPAAm基聚合物是否溶胀或收缩。因此随着氧化状态交替变化，凝胶甚至在温度保持恒定时也能周期性溶胀(在氧化态)及收缩(于还原态)。此类化学反应震荡引起凝胶体积振荡，类似于消化道和蚯蚓的蠕动。

2

刺激响应性药物释放体系

智能材料的发展方向之一是药物释放载体。通过温度、光、超声波、微波和磁场等物理与pH、葡萄糖等化学刺激信号使材料的结构与功能发生变化，实施对药物释放的信号控制。

2．1

空间控制

为使药物有选择性地聚集到待治疗病灶的细胞和组织中，常用抗体、糖类和药物结合的方法赋予体系对目标部位的靶向性。如特异性高的抗原/抗体反应能使药物选择靶部位并进行有效结合，抗体和药物结合为“导弹药物”。在体外，抗原对癌细胞膜的结合性能显著，使癌细胞逐渐凋亡，但在体内这类导弹药物疗效不理想。这是由于静脉注射导弹药物后，被白血球等网膜内皮细胞体系(RES)作为异物吞食，使药物载体非选择性消除。冈野光夫研究组[6]利用聚合物的胶束特性解决了常规聚合物载体被RES非选择性消除和药物缔合的难题。将聚合物胶束的尺寸降至100nm以下，由于胶束通透性高，容易在肿瘤部位滞留，在肿瘤内部特异积累。这类聚合物胶束可将疏水性抗肿瘤药物(如阿霉素)载于内部，其高度水合的胶束外层避免了疏水内核在胶束间聚集的可能。以聚乙二醇与疏水性聚合物如聚氨基酸、聚乳酸或聚氧化丙烯构建的嵌段共聚物可自组装成疏水性核-亲水性壳的微粒，用于负载药物。此载药微球表面再以糖或寡肽靶向分子修饰，可用作靶向释药体系[7]。

上述药物释放体系是一类被动的空间特异性释放体系。在聚合物载体分子内引入热刺激响应性聚合物链段，可制备兼有被动和主动两种方式的双靶向体系。

2.2

时间控制

2.2.1

通/断(ON/OFF)释放控制

药物释放体系可依据病灶引起的化学或物理信号的变化进行自反馈，通过凝胶的溶胀与收缩控制药物释放的通/断(ON/OFF)。可将药物分子载于热敏聚合物形成的水凝胶或微凝胶网络内，如在聚异丙基丙烯酰胺(PIPAAM)水凝胶网络中加入水溶性药物，当温度达体温(37°C)时网络收缩挤掉内部的水，药物随之释放到治疗的目的。疏水性药物在温度高于低临界溶解温度(LCST)时固定于聚合物网络中，温度低于LCST时则以Fickian扩散的形式释放出来。用PIPAAm水凝胶可实现脉冲药物释放(ON/OFF释放)，可望用于口服、植入或透皮药物释放体系。

2.2.2

自控制药物释放体系

Yuk等[8]利用甲基丙烯酸N，N-二甲基胺乙酯(DMAEMA)-乙基丙烯酰胺(EAAm)共聚物的LCST随介质pH变化的特性，设计了葡萄糖控制型胰岛素释放体系。有葡萄糖存在时，葡萄糖与葡萄糖氧化酶反应生成的葡萄糖酸使共聚物的二甲基胺质子化，引起基材的LCST上移，胰岛素因聚合物与其解缔合而由表面释放。随着释放的进行，基材表面溶胀，释放速率逐渐增大。这一研究提出了可植入腹腔的胰岛素控制释放体系。

Peppas等[9]利用聚甲基丙烯酸(PMMA)和聚乙二醇接枝共聚物水凝胶的羧基与醚键氧间的大分子配合物的形成与解离对微环境pH变化的依赖性，构思了胰岛素控制释放体系。这里也引入了葡萄糖氧化酶，使葡萄糖转化为葡萄糖酸。当pH下降时聚合物响应葡萄糖浓度而结构发生变化。将此凝胶沉积于胰岛素贮存器供血膜上，藉凝胶的收缩与溶胀控制胰岛素的释放。

2.2.3

外部刺激释放体系

这类体系可通过体外的温度、光、电流、超声波等物理信号对体内的刺激响应制剂进行控制，信号集中于肿瘤等特定部位时构成物理靶向，实现空间与时间双控靶向控制释放体系。

Topp等[10]利用聚异丙基丙烯酰胺(PIPAAm)在LCST(30.5°C)以上的疏水特性，与亲水的聚乙二醇(PEG)共聚制备了PIPAAm-PEG嵌段共聚物胶束。此类胶束具有热敏性，它们在温度低于嵌段共聚物中PIPAAm的LCST时溶解。当疏水性药物载于胶束核内到达体内靶位时，局部的降温使胶束解体而突释药物。

2.2.4

生物体内特异环境感知型释放体系

以二氨基偶氮化合物交联含有丙烯酸的聚合物可合成生物可降解pH响应性凝胶，其生物降解性与溶胀度相关。此类聚合物可作为结肠释放的特异药物的载体使用。在胃内低pH下凝胶溶胀度很低，药物受到保护，通过胃肠后pH随之增大，凝胶逐渐溶胀而释放药物。此外结肠内的微生物和酶也能使偶氮化合物降解，使药物进一步释放。

Hoffman等[11]将聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇(PEO-PPO-PEO)的三嵌段共聚物Pluronic侧链接枝于生物粘连性主链聚丙烯酸(PAA)或壳聚糖上，前者可降低青光眼药物从聚合物基材的释放速率，而Pluronic-壳聚糖水凝胶抗炎症蛋白质的释放研究结果表明，经鼻腔给药的受体蛋白质能阻断引起哮喘等的细胞因子如白介素-1和肿瘤坏死因子。由于壳聚糖可生物降解，且能增强药物经鼻粘膜通透，这一研究成果富有实用价值。

3

智能膜材

3.1

超分子膜

两亲性分子如表面活性剂或脂质在水中能自发地组装成各种结构，如双层膜，其形态可由两亲性分子的化学结构与亲疏水性控制。现已由两亲性的小分子发展到两亲性的大分子自组装，修饰水溶性聚合物以赋予其适宜疏水性，如胆固醇改性支链淀粉(CHPs)可在稀水溶液中产生分子内和/或分子间相互作用成为单分散的20～30nm尺度自聚集体[12]。它们实际上是水凝胶纳米粒子，其支链淀粉链被缔合的胆固醇交联，该水凝胶在加热时疏水支链淀粉部分脱水，使纳米粒子的尺寸显著变化，因而具有温度响应性。

固定化超分子聚集体(囊质体，Vesosome)可用于多组分或多功能药物释放体系，包囊膜能显著改变通透性或提高体系的生物相容性。其制备研究结果表明，可利用脂质体的相行为和特异的分子识别结构如生物素链霉抗生物素蛋白偶联构筑超分子聚集体。控制囊质体的自组装过程，可优化其双层组成和聚集体的性能。

3.2

控制释放膜

Lee等[13]通过紫外辐照等离子聚合方法分别将丙烯酸、甲基丙烯酸和N-异丙基丙烯酰胺（NIPAAm）接枝于商品聚酰胺孔膜的表面，制备了pH和温度刺激响应性膜材。该膜对模型药物核黄素的通透性可通过pH在4～5(丙烯酸接枝链)和6～7(甲基丙烯酸接枝链)范围内的改变进行调控。美国Kim研究组[14]以温度敏感性N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)、甲基丙烯酸丁酯(BMA)和pH敏感性丙烯酸(AA)共聚合制备了pH和温度敏感性聚合物微珠。通过胰岛素和降钙素的体外释放研究结果表明，改变聚合物的分子量可控制此类多肽药物的释放行为。

3.3

分离膜

智能高分子凝胶膜可响应环境(pH、热、光、氧化还原、葡萄糖浓度和抗体浓度等)刺激控制物质的通透性。利用酸碱解离和离子官能团对环境pH的响应，可构建随环境pH的变化而伸缩的大分子链，设计pH响应性控制物质通透高分子膜材。

Russell等[15]把4臂聚乙二醇的端羟基醋酸亚月桂基衍生物在紫外(>300nm)辐照下聚合，通过相邻亚月桂基的交联形成高交联度网络。由于在254nm紫外光辐照下凝胶产生光降解，此类PEG-CA水凝胶的溶胀具有光可逆性。这种水凝胶膜的筛孔尺寸及对肌红蛋白、血红蛋白和乳酸脱氢酶的膜渗透通量可通过254nm紫外线暴光控制。利用抗体对特异抗原的识别，将抗原转变成乙烯基衍生物后引入到凝胶膜。抗原的乙烯基衍生物与丙烯酰胺(AAm)共聚合可组成抗原半互穿聚合网络(Semi-IPN)凝胶膜，其物质通透性能可由抗原的可逆响应性控制。

3.4

诊断用人工细胞膜与仿生治疗系统

生物膜上的受体可识别结合细胞外分子，并将此过程转变为信号，引起细胞内分子变化。分子识别与信号传导都能使细胞膜成为新型生物传感器的蓝本。

Charych等[16]利用二乙炔基两性分子通过紫外交联合成了聚二乙炔聚合物。将特异的配体(唾液酸或神经节苷脂)引入到聚二乙炔自组装体中，这类配体能响应特异分子而产生颜色变化，此时共轭大分子主链成为光学探针，检测生物病原体的结合情况。神经节苷脂修饰的糖脂质体悬浮液对霍乱毒素的检测特性曲线表明变色程度与所加入毒素的量成正比。在分泌细胞，细胞介体如神经递质和激素贮存在一种颗粒内，此类粒子由脂质膜包裹聚阳离子多糖材料而成，该脂质膜能响应化学信号与细胞膜融合形成小孔。钠离子和水分子能进入此颗粒，导致聚合物基材迅速溶胀，化学物质经孔隙释放至细胞外部。

4.

生物材料表面智能化

4.1

生物材料表面识别响应特性

生物材料/宿主相互作用对生物材料的研究、开发和应用极为重要。蛋白质的选择吸附为生物材料与宿主相互作用的首先步骤。如何使合成材料选择识别蛋白质是表面特异化途径之一。处于生物流体中的生物材料存在不同蛋白质间的交换吸附，蛋白质和水之间也有交换吸附。生物材料表面的化学结构形态对生物材料/宿主相互作用产生重大影响，可能诱发蛋白质优先吸附。温敏性聚异丙基丙烯酰胺(PIPAAm)在LCST温度以下显示亲水性，当温度高于LCST时转变成疏水性，这反映PIPAAm链的构象随温度而变化。这种特性可用于肽类的脱吸附分离[10]。Ratner研究组[17]以辉光放电等离子沉积方式形成聚合物薄膜，然后将二糖与薄膜共价键合，构建多糖状空腔，它们可高度选择识别许多模板蛋白，如白蛋白、免疫球蛋白、溶菌酶、核糖核酸酶和链酶亲和素。这预示一旦确认体内某种蛋白对愈合特别重要，就可设计与修饰表面，使与其亲和的关键蛋白富集，从而触发愈合过程。

4.2

血液相容性材料

为赋予生物材料抗血栓性，希望蛋白质在材料表面呈单层吸附，这涉及了材料表面水的结构。水分子藉分子间氢键可形成水团簇，单个水分子和水团簇混合构成总体水，两者处于动态平衡。人工再现细胞膜表面可赋予生物材料良好的血液相容性。鉴于细胞膜主要由磷脂质双分子膜构成，将磷脂的亲水性磷酸胆碱(PC)残基引入聚甲基丙烯酸衍生物中，能获得可抑制蛋白质多层吸附的聚合物。聚合物表面对蛋白质的吸附与水的状态有关，要获得良好的血液相容性须同时考虑蛋白质与水分子的协同作用。

4.3

细胞特异材料

随着组织工程的发展，对生物材料/细胞相互作用的调控变得日益重要。这种调控实质上是对生物材料与细胞接触时的表面活性的调控。组织工程中使用最广的聚a-羟基酸如聚乳酸(PLA)可通过不同途径调节表面的亲水/疏水性或荷电特性。固定细胞粘连因子和细胞增殖因子，能使PLA表面呈现细胞特异性，包括细胞粘连因子精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)三肽结构的固定，也包括胶原、明胶或纤连蛋白、细胞粘连蛋白的固定。如PLA薄膜表面经碱处理后，明胶分子中的脯胺酸、羟基脯氨酸或精氨酸的去质子化活性氨基与聚乳酸产生酸-酰胺交换反应，使明胶在聚乳酸表面化学固定。pH=1.0条件下固定明胶的PLA薄膜，其细胞粘连系数与RGD固定薄膜基本相当，是很有应用前景的生物材料表面工程技术[17]。不同细胞识别不同的细胞外基质(ECM)，发挥相应的独特功能。细胞的识别性能与糖脂质和糖蛋白相关,仿照细胞的特异识别性能可构建仿生糖链高分子，作为组织工程中人工基质。

以上从智能高分子凝胶、刺激响应性药物释放体系、智能膜材和生物材料表面智能化4个方面阐述了智能生物材料的研究进展。从本质上讲它们都属于仿生范畴，但仅是初级阶段。随着研究工作者对材料科学和生命科学理解的深入，仿生程度必将在21世纪得到大幅度提高。生物材料的智能化发展很重要，例如组织工程正在寻求人工细胞外基质的智能化响应以及对目标细胞的响应，其原理是对人体这个开放生物体系的分子识别过程。开放体系存在着能量、物质、信息传递，故怎样设计与修饰生物材料使之能够适应人体，是对生物材料的长期挑战。这方面进展有赖于材料科学工作者真正做到与生命科学交叉与融合。生物材料本身的复杂性处于物理层次与生物层次界面，从此角度考虑问题，对材料科学的进展必将有很大的推动作用。

5

参考文献

[1]

山口智彦，吉田亮.

高分子，1997,46(9):691-693.

[2]

冈野光夫.

海外高分子研究，1997,72.

[3]

石原一彦.

機能材料，1999，19[9]：25-31.

[4]

山冈哲二，木村良晴.

高分子加工，1998,47:338-345.

篇2：绿色化学合成反应及工艺研究进展-材料科学毕业论

绿色化学合成反应及工艺研究进展-材料科学毕业论 本文关键词：化学合成，材料科学，研究进展，工艺，毕业

绿色化学合成反应及工艺研究进展-材料科学毕业论 本文简介：无机合成与制备化学论文论文题目：绿色化学合成反应及工艺研究进展姓名：杨丽学号：2012507295专业班级：材料科学与工程2012级2班日期：2015年5月30日绿色化学合成反应及工艺研究进展摘要：以大量实例介绍了近十年来国内外绿色化工迅速发展的情况。阐述了绿色化学的概念、发展状况和存在的问题，探讨

绿色化学合成反应及工艺研究进展-材料科学毕业论 本文内容：

无机合成与制备化学论文

论文题目：绿色化学合成反应及工艺研究进展

姓

名：杨

丽

学

号：2012507295

专业班级：材料科学与工程2012级2班

日

期：2015年5月30日

绿色化学合成反应及工艺研究进展

摘要：以大量实例介绍了近十年来国内外绿色化工迅速发展的情况。阐述了绿色化学的概念、发展状况和存在的问题，探讨绿色化学在化学合成的重要性以及必要性。指出研发节约资源、能源低排放、零排放更安全、更环保的化工技术构建资源共享、副产品互换、产业共生、稳定高效的生态化工工业园是化学工业今后发展的方向。

关键词：绿色化学

、合成、

传统化学、工艺进展、节能减排

1.引言

随着经济的不断发展，物质生活提高，但是也面临着新的更重要的问题，就是环境污染问题。其中尤其是化学工业产生的问题更是不容忽视，研究与应用绿色化学工艺，来减少环境污染，已经迫在眉睫。本文针对该问题展开讨论，明确及深化绿色化学工艺的研究与应用。

2.绿色化学工艺的研究内容

绿色化学是对传统化学的挑战，是对传统化学思维方式的更新和发展，因此，绿色化学的研究内容是从反应原料、反应条件、转化方法或开发绿色产品等角度进行研究，打破传统的化学反应，设计新的对环境友好的化学反应。主要包括：①开发新型原子经济性、高选择性反应,特别是新型催化剂的开发和研制;

②

可再生资源和矿物的各种成分的多级、多层次转化和高效综合利用;

③新反应条件及过程如超临界流体、环境无害的反应介质等;

④酶催化和仿生催化以及生物质分子和酶分子在催化过程中的构效关系;

⑤制备与环境相容的可生物降解的新材料;

重要农药和药物及其中间体的绿色生产。

2.1绿色化学在我国的发展状况

在我国,绿色化学已经提出15年。1995

年中科院提出绿色化学与技术推进化工生产可持续发展的途径

;

1997

年国家自然科学基金委提出九五重大基础研究环境友好石油化工催化化学与化学反应工程;

1998年化学进展杂志出版绿色化学技术专辑;

1997

年、1999

年两次举办绿色化学论坛。全球环境保护的意识和呼声的增强推动了绿色化学的发展。世界各国逐渐认识到绿色化学的发展应该从大学化学教学着手。为此,国内外很多大学都开设了绿色化学课程,有些大学开始招收绿色化学硕士和博士研究生。

3.绿色化工引领工艺发展

3.1原子经济反应

当前化工行业面临的最大考验之一即节能减排。人们通过不断反思和总结化学与环境、资源的关系提出了“原子经济反应”的新对策。1991年斯坦福大学托罗斯特教授提出原子经济反应概念。原子经济反应是当今国际化学科学研究的前沿领域是21世纪化学工业可持续发展的科学基础。其目的是将现有化工生产的技术路线从“先污染，后治理”改变为“从源头上根除污染”。因而越来越受到各国政府、企业和学术界的关注。原子经济反应是绿色化学的重要内容之一。现已成为现代合成化学中人们关注的热点。美国化学界把“化学的绿色化”作为21世纪化学工业发展的主要方向之一，并将美国“总统绿色化学挑战奖”颁发给绿色化学领域的最新成果。

在中国，国家自然科学基金委员会和中国科学院组织了绿色化学与技术的咨询活动一些绿色化学化工的研究课题已纳入国家重大科学技术计划有关院校也相继成立了绿色化学研究机构。

3.2绿色化学工艺

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，理想的化工生产方式应是反应物的原子全部转化为期望的最终产物。为了实现绿色化学工艺和工业，主要着眼于以下几个方面：

（1）采用无毒、无害的原料：化学研究和化工生产中经常采用有毒、有害的原料，如剧毒的光气、氢氰酸、苯类、醛类等原料和中间体，它们严重地污染环境并危害人类的健康。采用无毒、无害的原料是绿色化学的一项重要任务。

（2）应用“原子经济”反应路线：就是最大限度地利用原料分子中的每一个原子，使之结合到目标分子中，不产生副产物或废物，从而实现废物的零排放。“原子经济”反应有利于节约资源和保护环境。

(3)采用新型、高效、对环境友好、可回收的催化剂：通过选择催化剂，可以提高反应的选择性，并避免副产物的生成，提高原子的利用率，减少有害物质对环境的排放。

(4)采用无毒、无害的溶剂：致力于开发无溶剂存在下的反应，如固态反应；开发和应用无毒、廉价、不危害环境的水介质体系；以超临界流体做介质的反应将成为绿色合成工艺的重要途径。

(5)产品的绿色化：采用新的工艺、新的原料、新的配方，合成新的对人类和环境无毒、无害的绿色产品是绿色化学的最终使命和终极目标。如开发新型的制冷剂，减少对臭氧层的破坏；开发新型的、可生物降解的高分子材料，解决“白色污染”问题。

(6)充分应用可再生资源：采用可再生资源做化学化工原料，是绿色化学的一项重要任务和研究方向。据统计，现代95%以上的有机化学品都来自石油和煤，但石油和煤的储量有限，属不可再生能源。同时，石油和煤的开采和加工又严重污染环境。采用可再生的生物质，如淀粉、纤维素、沼气、糖类等取代传统的石油、煤等工业原料既可以保护资源又有利于环境，可谓一举双得。

(7)从产品开发的途径上考虑：传统的化学工艺的开发是经过漫长的实验探索，并不断地改进、优化和完善。在这种研究模式下，必将消耗大量的化学试剂、溶剂和能源，并源源不断地产生副产物和废物。往往开发一条可行的化学工艺需要经过漫长的时间和消耗大量的人力、物力。目前，计算机辅助分子设计和材料设计是一门新兴学科分支，并在实践中取得了广泛的发展和应用。如在有机合成和药物合成中，科学家首先建立了一个已知的有机合成反应尽可能全的资料库,然后在确定目标产物后,第一步找出一切可产生目标产物的反应；第二步又把这些反应的原料作为中间目标产物找出一切可产生它们的反应路线；接着应用计算机智能技术优化出价廉、物美、不浪费资源、不污染环境的最佳反应路线；最后，通过化学方法合成出所设计的目标分子。

绿色化学在节约原料、保护环境、保障人类健康与安全方面发挥了日益显著的作用，并受到社会的广泛关注。世界各国的许多科研机构和政府部门都在致力于绿色化学的开发和推广应用。相信随着科学的进步和人们绿色意识的提高，我们的赖以生存的地球环境会变得更加美好。

4、绿色化学工艺的应用

4.1

绿色化学与洗涤用品

用“绿色设计”“绿色技术”来生产对人体无害、环境友好的绿色洗涤剂。合成洗涤剂中三聚磷酸钠（STPP）在洗涤去污过程中具有独特的作用．因此是最为理想的助剂，它的加入大大提高了洗涤剂的性能。但是含磷洗涤剂中磷元素对水体富营养化起到一定促进作用。

酶作为一种生物制品无毒并能完全生物降解，对环境的生态平衡起良性的作用。近年来开发的包裹技术、微胶囊技术和保护剂技术，更进一步提高了酶对人体的安全性和酶活力的稳定性。酶已从一般辅助料发展成为与表面活性剂、助剂具有同等重要地位的关键组成，它可提高产品的质量和产品档次，增强产品的市场竞争力。

4.2绿色化学与化妆品

开发利用绿色天然的原料是制造化妆品的一个重要方面，如从植物（丹参、红花、元胡、赤芍等）中提取有效成分，利用生物技术提取和制造，如胎盘提取物、蜂王浆、胶原蛋白、血清、果酸、DNA、海藻多糖等有效物。甲壳低聚糖是由2个～10个单糖以苷键连接而成的糖类总称，它是由天然绿色生物材料甲壳素／甲壳胺的降解而成。甲壳低聚糖及其衍生物具有独特的生理活性和功能性质，具有良好的水溶性、保湿性、吸湿性、抑菌作用及促进毛发生长，具有生物可降解性等功能，因而可用于护理皮肤、毛发的绿色化妆品生产中。采用相对分子质量为103～105ｔ的甲壳低聚糖作为化妆品材料，效果特好圈。

4.3绿色化学与医药

医药化学品的绿色生产技术可生产出更高品级的产品。这些新产品具有原料易得，生产工艺简单和高性能、高附加值的发展优势。因此将绿色化学应用于医药领域将是一种新型但非常重要的发展方向，这也将对社会以及全人类做出不可忽视的重大贡献。

5

.国内化学工业未来发展趋势

化肥--发展高浓度化肥，包括DAP、NPK复合肥等。改造一批中型化肥企业向西靠近，在有天然气或硫、磷资源的地方建设大型化肥装置。支持国外企业投资中国建设高浓度化肥厂。

乙烯--国家将以乙烯为代表的石油化工定为国民经济技术产业之一而大力发展。力争到2005年将乙烯产能提高到900万吨／年，乙烯的自足率由43%提高到60%左右，中国政府鼓励中外合资建设大型乙烯装置，目前还在建设的有南京扬子／巴斯夫(BASF)(乙烯60万吨／年)、上海石化／英国石油(BP)(乙烯90万吨／年)、惠州中海油／Shell(乙烯80万吨／年)三个大型合资项目，还有福建石化／Exxon、天津石化／Dow等合资乙烯项目都在进行准备工作。对现有乙烯装置将通过扩产使之优化产品结构，使小乙烯达到合理的规模以提高竞争能力，对乙烯原料也将进一步优化以提高收率降低成本。

精细化工--加快精细化工产品发展，提高化工的精细化率。

涂料工业在解决高档涂料所用的关键原料同时，大力发展节能、环保型和耐久性涂料，如水基涂料、粉末涂料、辐射固化涂料，有机硅、有机氟改性丙烯酸酯徐料，重防腐涂料以及专用涂料等。

染料重点发展符合国际纺织品环保法规要求的分散、活性、酸性、直接等染料及有害颜料代用品。

近二十年来，随着全球性环境污染的加剧、能源的匮乏和社会公众对环境保护及人类可持续发展的日益关注，人们开始对造成环境与生态恶化的主要元凶——化学和化学工业的重要性提出质疑。人类的生存和发展是利用和消耗自然资源的过程。这个过程的科学基础就是化学。化学工业是人类文明和社会发展的基石。随着世界人口的剧增、人类消费的日益增加，我们越来越感受到来自自然的巨大压力，最主要的是人口、能源和环境三大问题。化学化工的发展为人类的生活的改善提供了源源不断的能源和物质基础，但同时又是造成能源和环境问题的罪魁祸首之一。因此，化学和化工工业又倍受人们的质疑。绿色化学合成工艺的出现，为人类最终从化学的角度解决环境和能源问题带来了新希望。

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.参考文献

篇3：时间生物学与体育活动的研究进展

时间生物学与体育活动的研究进展 本文关键词：研究进展，生物学，体育活动，时间

时间生物学与体育活动的研究进展 本文简介：时间生物学与体育活动的研究进展时间生物学与体育活动的研究进展时间生物学是一门研究生物随时空变动而出现的周期性节律表现和机理的学科。运动时间生物学是研究在体育运动影响下人体时间结构的本质、特点以及变化规律的一门学科。从概念上讲，运动时间生物学有别于其它学科，它主要研究在体育运动影响下，人体尤其是运动员

时间生物学与体育活动的研究进展 本文内容：

时间生物学与体育活动的研究进展

时间生物学与体育活动的研究进展

时间生物学是一门研究生物随时空变动而出现的周期性节律表现和机理的学科。运动时间生物学是研究在体育运动影响下人体时间结构的本质、特点以及变化规律的一门学科。从概念上讲，运动时间生物学有别于其它学科，它主要研究在体育运动影响下，人体尤其是运动员体内机能变化与时间变量的关系，并将生物节律理论应用于体育实践。

一、生物节律

在自然界中，几乎所有生命活动均存在着按照一定规律运行的、周期性的生命活动现象，这种生命活动现象称为生物节律。1729年首次提出了生物节律（Sanctorius）的概念。20世纪70年代以后，已将时间生物学广泛应用于各个领域，包括体育领域。目前研究的成果主要应用于运动员的训练过程调控，而运用于科学健身锻炼则很少。实践证明，科学、合理地利用人体生物节律指导运动训练，是可行且十分重要的。

二、时间生物学在体育活动中的应用

（一）择时科学健身

人在一天中各种运动能力都有一定的时间节奏。前民主德国迪特里希哈雷博士早在20世纪80年代时就在其主编的《运动训练的理论与方法学导论》一书中就指出，人的竞技能力在一天中的白天呈现出三高峰、三低峰的规律：第1个高峰是08～12时，是一天中掌握技能的最高峰，适宜学习和掌握技术动作；第2个高峰是14～18时，这是一天中体力的最高峰，最容易提高体力；第3个高峰是19～21时，这是一个灵活性、协调能力最好的时间，这个高峰实际是第2个高峰的延续。人在一天中的白天中3个运动能力低潮期分别是：第1低潮在清晨（4～8点）；第2低潮是12～14时，这是一天中白天的最低潮，尤其14时体力最差；第3低潮是18～19时，是一个小低潮，是晚饭前后，时间很短，晚饭后即开始进入高潮。

思想汇报

人的生物钟在一天中也表现出明显的由遗传因素造成的个体差异。前苏联学者沙勃施尼柯娃指出：人的生物钟类型可分为清晨型（也称云雀型）；晚上型（也称夜猫子型），第三种为白昼型（也称鸽子型）。清晨型的人很乐意和习惯于清晨锻炼，而晚上型的人则感到不习惯早起进行早锻炼。有人曾对这两类人在早晨时间完成协调性测试中所出现的错误动作进行分析后发现，晚上型人的错误动作要比清晨型人多50%。但是，人的日生物钟也不是绝对不能改变的，通过人为地改变一天的生活、健身锻炼节奏的安排，并持续2周以上的时间，原有的日生物节奏也会发生变化。由于每个人由遗传决定的生物节奏类型不同，因而在不同人群进行健身锻炼时，不必刻意地勉强按不适合自己或不习惯的本文由收集整理时间进行锻炼。例如对早上型的人来说，可以利用清晨的时间进行锻炼，对晚上型的人来说，则可以利用白天上、下午两个最佳时段，甚至利用晚上的时段进行健身锻炼。

（二）生物节律与运动训练

人体交感肾上腺系统对机体能量贮备和机体能力起着十分重要的作用，其兴奋可使肝糖元迅速分解，还有一些和人体运动能力有关的如心率、吸氧量、直肠温度、尿液中钾和儿茶酚胺等的排泄量等等。这些指标在人体内一天中有明显的节律性变化，即夜间这些指标处于最低水平，凌晨4时左右开始回升，上午8时达到高值，以后逐渐下降。研究证明，人在一天中会出现两个功能高潮，一个是上午9～11时，另一个是下午5～6时。因此，我们可以根据人体的功能高潮，科学、合理地安排运动训练，以追求更高的训练效果。

研究表明，人为地改变每日光照和黑暗的时间，可使机体某些功能的日周期位相发生移动，因此，在运动训中，可以根据比赛习惯时间的要求，有意识地安排平时训练时间，以达到调整人体的某些功能周期位相，以便使运动员在比赛时正好处于功能高潮时刻，为运动员在重大比赛中充分发挥潜能，取得优异成绩创造生理学条件。

竞技状态最重要特征是运动员所表现出来的高水平的运动成绩，按照生物学的观点，可分为三个阶段，即：获得阶段相对稳定阶段暂时消退阶段。这实质是以一种循环往复的形式表现出来的。根据这一规律，在运动训练过程中可把训练周期的划分分为准备期、竞赛期、过度期，并与竞技状态的获得，相对稳定，暂时消失三个阶段相对应。在这个过程中，准备期的训练为运动员在比赛前获得竞技状态奠定基础，比赛期的训练，保证已获得的竞技状态要维持一定的时间，相对稳定，不出现大的起伏，休整期的训练促进运动员在短时间内身心得到恢复和调整，以促进竞技状态的回升，为运动员进入下一个周期的训练和比赛奠定基础。在周期划分时应根据具体运动项目并结合运动训练规律，以某一种类型为主，并结合比赛的具体安排可做适当的调整。

（三）生物节律与运动损伤

损伤发生与其人体生物节律有较大的联系。人体生物节律的综合影响力大于单一生物节律的影响力。损伤的种类与其人体生物节律具有一定的联系。生物节律的发生主要是由自身原因造成的扭、拉、摔伤的影响较大。研究表明：在饮食结构和训练计划相同的情况下，体力周期处于低潮时，人体的吸收能远高于高潮期，运动能力却远低于高潮期。高潮期是机体能量释放阶段，各系统向外挥发能量，以保证机体正常工作。此时机体的吸收能力，储存能力处于低潮，即使饮食稍差，运动状态也保持良好。低潮期是能量补充，积累阶段。

（四）利用时间生物学消除运动性疲劳

时相药法是依据时间生物学及生物钟理论的原理，借助机体生命运动的节律活动规律，在早晚不同时间段内服用不同功能的药物，以提高运动员体能，防治运动性疲劳发挥最佳效果的方法。其中时间、药物、治法三者之间关系密切。从中医的角度来讲，人体脏腑的生理功能和疾病的发生、发展及转变与昼夜的变化有关。所以，时相药法提出，清晨阳气初升，此时适宜补阳，而傍晚为阴，阳气已衰，此时则宜补阴，这样，利于疾病的恢复和正气的提升。在对大鼠进行中药时相药法的研究证实，实验动物的内源性激素分泌和与运动疲劳密切相关的指标，存在明显的时间生物节律。时相药法影响的激素变化，不仅包含公认的与运动有关的睾酮，还影响皮质醇的分泌节奏，这说明，消除运动性疲劳不仅应重视肌肉力量型疲劳的恢复，更应注意中枢疲劳带来的一系列疲劳的影响。

思想汇报

运动时间生物学己成为体育科学体系中的一个重要组成部分，利用生物节律指导科学选材、运动训练，提高训练效率；科学地增减运动量，减少训练中伤害事故的发生，从而达到最大限度地挖掘运动员的潜能；根据运动员的生物节律特点，准确地调整运动员生理机能和兴奋状态，有效地克服时差反应，以适应重大比赛，对创造良好成绩有着十分重要的意义。