生物物理学导论.ppt

21世纪科学研究的问题和展望1科学的定义1.1整体和局部性1.2发展性1.3定义的多维性221世纪化学的定义和内涵2.1化学的一维定义泛分子的科学的10个层次（3）结构单元层次棗。例如芳香化合物的母
核，高聚物的单体，蛋白质的氨基酸，
DNA的A，C，G，T。高级结构单元，
如蛋白质的αhelix，βsheet等。
（4）分子层次棗：研究分子层次的问题有如
分子周期律，单分子光谱，单分子监
测和控制，分子的激发态，吸附态等。（5）超分子层次棗：超分子是二个分子通过非共价键
的分子间作用力结合起来的物质微粒。
例如环糊精［γ-CD］是一个分子，形似花盆,它的尺度略大于C60的直径，可以把C60包进去，生成1:1和2:1的超分子。
艾滋病毒HIV是一个生物大分子，其活性部位，形似环糊精，大小与C60十分接近，它们可以形成超分子。因此，C60可以抑制艾滋病毒HIV。
环糊精分子还可作为主体，把其它小分子包在里面，又可作为客体，插入Zr(HPO4)2(H2O)晶体的结构层之间，组装成复杂的超分子体系。（6）高分子层次。
（7）生物分子(biomolecules)层次。
（8）纳米分子和纳米聚集体层次棗：
例如碳纳米管、纳米金属、微乳、胶束、反胶束、气溶胶、纳米微孔结构、纳米厚度的膜、固体表面的有序膜、单分子分散膜等。
（9）原子和分子的宏观聚集体层次棗：
例如固体、液体、气体、等离子体、溶液、熔融体、胶体、表面、界面等。（10）复杂分子体系及其组装体的层次：
(ⅰ)复合和杂化分子材料。
(ⅱ)分子器件，例如在金丝尖端装上经过巯基化修饰的单层碳纳米管（SWCNT），可以作为M的针尖。又如分子导线、分子开关、分子探针、分子芯片、分子晶体管等。
(ⅲ)分子机器，如分子马达在UV光下，能通过4种同分异构体进行旋转，又如分子计算机等。
(ⅳ)宏观组装器件如燃料电池，太阳能电池等。2.2化学的二维定义2.3化学的三维定义2.4化学的四维定义321世纪化学研究的六大趋势3.1更加重视国家目标，更加重视不同学科之间的交叉和融合3.2理论和实验更加密切结合3.3在研究方法和手段上，更加重视尺度效应3.4合成化学的新方法层出不穷（3）化学实验室的微型化和超微型化：节能、节材料、节时间、减少污染。
（4）从单个化合物的合成、分离、分析及性能测试的手工操作方法，发展到成千上万个化合物的同时合成，在未分离的条件下，进行性能测试，从而筛选出我们需要的化合物（例如药物）的组合化学方法。3.5造成污染的传统化学向绿色化学的转变是必然的趋势3.6分析化学已发展成为分析科学421世纪科学研究中的难题21世纪物理学的难题21世纪生物学的重大难题21世纪化学的四大难题化学的第一根本规律--化学反应理论和定律对于第一世纪难题，应予首先研究的课题有：(3)研究其它各种酶催化反应的机理。酶对化学反应的加速可达100亿倍，专一性达100%。如何模拟天然酶，制造人工催化剂，是化学家面临的重大难题。
(4)充分了解分子的电子、振动、转动能级，用特定频率的光脉冲来打断选定的化学键——选键化学的理论和实验技术。化学的第二根本规律--结构和性能的定量关系对于第二化学世纪难题，应予首先研究的课题有：(6)分子自由基的稳定性和结构的关系。
(7)掺杂晶体的结构和性能的关系。
(8)各种维数的空腔结构和复杂分子体系的构筑原理和规律。
(9)如何设计合成具有人们期望的某种性能的材料？
(10)如何使宏观材料达到微观化学键的强度？例如“金属胡须”的抗拉强度比通常的金属丝大一个量级，但还远未达到金属-金属键的强度，所以增加金属材料强度的潜力是很大的。
以上各方面是化学的第二根本问题，其迫切性可能比第一问题更大，因为它是解决分子设计和实用问题的关键。化学的第三根本规律--活分子运动的基本规律(3)搞清楚光合作用、生物固氮作用，以及牛、羊等食草动物胃内酶分子如何把植物纤维分解为小分子的反应机理，为充分利用自然界丰富的植物纤维资源打下基础。
(4)人类的大脑是用“泛分子”组装成的最精巧的计算机。如何彻底了解大脑的结构和功能将是21世纪的脑科学、生物学、化学、物理学、信息和认知科学等交叉学科共同来解决的难题。
(5)了解活体内信息分子的运动规律和生理调控的化学机理。(6)了解从化学进化到手性和生命起源的飞跃过程。
(7)如何实现从生物分子(biomolecules)到分子生命(molecularlife)的飞跃？如何制造活的分子(Makelife)，跨越从化学进化到生物进化的鸿沟。
(8)研究复杂、开放、非平衡的生命系统的热力学，耗散和混沌状态，分形现象等非线形科学问题。纳米尺度的基本规律纳米尺度体系的热力学性质，包括相变和“集体现象”如铁磁性，铁电性，超导性和熔点等与粒子尺度有重要的关系。当尺度在十分之几到1