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1、第?期 ? ! 拓年 月 浪阳职业技术学院学报 # % ; ?摘要 本丈讨论了化学与纳米科学间 的 关系 , 纳米科学中的应用与前景 。 关扭词】 化学纳米科学制备表征理论计算 中圈分类号 】 表面重构问题就是这样的例子 。 ? 7 材料的性质研究 关于材料的性质研究 , 基本上同宏 观尺度的研究类 似 。 在这方面 , 研究者发现了纳米材料的许多独特的优异性 质 7 例如碳纳米管的高强度力学特性 , 纳米铜的高电导率和 超高机械强度等等 。 对于这些性质 , 人们一般认为是 由于 团簇的小尺度几何形貌导致的量子尺度效应 的结果 。 这方 面内容很丰富 , 不一一列举了 , 同仁们可以从网络上
2、看到很 多报道 。 ? 7 ? 材料的理论计算 关于材料的理论计算 , 主要是基于量子力学的模型计 算 , 从层次上可 以分为三层 !( ; 第一性原理计算采用较准确的方法 , 仅作少量 近似 。 但计算量很大 , 主要用于很小体系的研究!仪 ;个粒 子以下; 。 !? ; 半经验势计算采用紧束缚近似 , 可以用来计算 较大体系 。 ! ;经验势计算基本不考虑量子效应 , 可以计算很 大体系 , 就是我们通常说的分子动力学 。 采用第一性原理的方法有 刃!密 度泛函理论; 、 !哈克里一福克近似;采用半经验势计算的方法有3 !紧束缚动力学蒙特卡洛;采用经验势的计算有!动力 学蒙特卡洛; 、 !
3、分子动力学; 。 在这方面 , 量子化学工作者进行了不少的努力 , 许多世 界各地的物理学家 、 化学家和计算科学的研究者将他们的 工作通过网络联 系起来 , 在互联网上我们可以看到很多免 费的开放源代码的软件供全世界的量子化学研究人员使用 !例如 9 3 , ( 9等等; 。这使得我们可以 直接把工作 建立在别人的成果之上 , 免去了很多重复性劳动 , 可以将更 多精力放在问题的物理化学实质上 。 但是理论计算的难题 不在于模型的建立 , 而在于计算能力的限制 。 要在可行的时 一 ?一 刘难民 , 侯书芬 化学在纳米科学领城 中的应用 间内得到结果 , 我们就不得不放弃计算的准确性 。 但
4、是 , 新 硬件的发展和对于计算方法 的改进正逐步使得更大规模的 计算成为可能 。 现有的并行计算技术使我们能够用较少的 投资购买批量的 4机组成基于( 1 , 滋系统的集群! /(% 04 ; , 一个中等规模的实验室就可以搭起 几十个/ 。 的 2% 04 , 对于一般的问题可以在一到两个月之 内得 到相应的结论 。 而计算科学中的新方 向网格计算则有可能在更大程度上提 高我们的计算能力 。 这样的前景是令人乐观的 , 但不能否 认 , 如果现行 的计算方法不能得到革命性的改进 , 对于大规 模!宏观数目 左右;的计算我们仍然无能为力 。 由于量子动力学蒙特 卡洛本质上同化学分子动力学中
5、的动 力学蒙特 卡洛区别不大 , 只不过对于作用力的性质和 概率分布采用 了量子 力学 的模型进行计算 , 这使得原有的 化学 动力学模拟 的理论和方法自然地被使用到纳米材料的 理论计算中来 , 从这点来看 , 纳米材料 的理论计算同化学领 域中的分子动力学模拟是紧密相关的 。 ? 7 =材料的设计 关于材料设计 , 目前纳米材料的设计仍然处于理论阶 段 , 我们还不能完美地解决 “给定结构求性 质 ” 的基本问题 , 对特定结构和特 定性 质的对应关系了解得不够完整 。 目前 还 不太可能进行任何 实用的 “ 纳米材料设计 ”, 但是随着表 征技术和特性研究的不断深人以及理论计算的不断发展
6、, 在可以预见的将来 , 这个理想一定能够变为现实 。 同医药化 学中成熟的药物设计 科学 相比 , 纳 米科学仍有很多路要 走 。 但毫无疑问 , 这里 面一定有不少有用的经验和技术值得 借鉴 , 而化学也必将在这 个方面重新焕发它的青春 。 结束语 综上所述 , 化学作为纳 米科学 这个交叉学科领域的主 要组成部分之一 , 具有强大的生命力和影响力 。 在纳米科学 的很多领域的研究中都渗透 着化学 科学的影子 , 反过来纳 米领域的任何长足进展也都会反过来带给化学科学以深远 的影响 。 纳米科学是一门前景光明的学科 , 而化学作为纳米 科学的 “老大哥” 和 “好帮手”, 也必将得到更 为
7、# 一 泛的应用 与发展 。 参考 文献 【 (%, 401 , (04 1 ( 42 , 4()一 48 , ?8 / 5? ! ;? 7 ?晚 % , _(0 5150 4 , 0 5 ,2 15(4 4014 (6 ,2% 401:10+ 1,6 4 , 41 4,44 , . ( ? , % 4 = 8 , ? ? 一 ? , 1( ? !】? 7 ?1 % , % ,407 ( 7 4()一 4 ; 7 !上接 第?页;的 9 图谱 。 其 中鼠 6! ? 一 ? ;的9结构包括三个 螺旋和两个反相平行的 日折 叠 。 其中两个 螺旋通过一个二硫键锚定在一起 。其它种属 的 6的结构
8、与之类似 。 。 由于其水不溶性 , 其结构研 究有待于固相解析技术的发展 。 7 相关蛋白的功能 功能不十分清 楚 , 可能与细胞表面的信号识别粘着 有关 , 在淋巴细胞 中可能与激活有关 , 在神经系统 中可能与 突触功能及调节 生物钟节律有 关 。 7 ? 在动 物模型 上的突破性进展 ?8年 , 45,2( 。 将 4 14 病原因子感染小 鼠成功 , 使 遗传性状均一的小鼠取代了昂贵的绵羊 、 山羊 , 使定量测定 / 1 4 病原因子的感染性 、 广泛研究 / 叩1 4 病原因子得到 改善 , / 1 4 病理发生和病毒发生成 为可能 。 % 1, 4 又将 / 1 4 感染金黄地
9、鼠成功 , 地鼠的潜伏期比小鼠短得多 , 而 且实验需用的动物数量也很少 , 从而显著提高了工作效率 。 7 =疯牛病 的转基因研究 科学家在对疯牛病的病因研究时 , 采用转基因老鼠进 行 基因结 构分析 , 并利用转基 因鼠研制出了抗 的 单克隆抗体 , 在临床上进行试验取得成果 , 使人类对疯牛 病在分子水平上有了科学评价和诊断依据 。 ? 结语 肮病毒是一类新的病原体 , 它引起人和动物的许多重 要疾病 , 因此对其致病机理的深人研究将为控制这类疾病 提供理论依据 。 此外 , 许多神经退行性疾病也与蛋白质结构 的异常变化有关 , 如阿尔茨海默病和帕金森症等老年病 。 随 着蛋白质组学
10、和蛋白质结构与功能的研究 , 肮病毒研究的 发展远景是极其诱人的 。 我国肮病毒研究还处于起 步阶段 , 中国科学 院微生物所分子病毒室对疯牛病 、 羊痰痒病和真 菌阮病毒的 6 基因 、 蛋白表达和二级结构进行了初步研 究 , 并成功制备了检测疯牛病和羊痰痒病的抗体 。 中国预防 医学科学院病毒所病毒形态研究室对人克 一 雅氏病 6 基因及其表达 和疾病的诊断 , 也进行了较 系统地研究并取 得了初步进展 。 目前的首要任务是建立常规的检测手段 , 及 时采取有效的预防措施 , 禁止阮病毒的传人和扩散 。 【参考文献】 【 ( 方元 7 脱病毒病及肮病毒的研究进展 # 7 中国兽 医科技 , ? !拟; , !? ; 一 ? 7 【 ? 闻玉梅 7 现代医学微生物学 7 上海 上海医科大学 出版社 , 88 8 7 【 孙宪锋 , 釜小平 , 张宝 云 7 羊痊痒因子? 毒株感染 金黄地鼠后鼠脑组织中检出 4 蛋白及其神经病理 学研究【# 7 病毒学报 , ? , !; ? ? 刘建忠等 、 转墓因动物研究进展# 7 农业 生物技术 学报 , 88 , !; ? 7 【 = 李振刚 7 分子遗传学【 7 北京 科学出版社 , ? 7 一=一 扒 一 呱 砂
