熱力學在生命科學中的應用

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熱力學在生命科學中的應用范文第1篇

關鍵詞:配位化學;無機化學;配位化合物;研究方向

一、配位化學的起源與研究范圍

配位化學是在無機化學基礎上發展起來的一門邊沿學科。它所研究的主要對象為配位化合物(CoordinationCompounds,簡稱配合物)。早期的配位化學集中在研究以金屬陽離子受體為中心(作為酸)和以含N、O、S、P等給體原子的配體(作為堿)而形成的所謂“Werner配合物”。第二次世界大戰期間,無機化學家在圍繞耕耘周期表中某些元素化合物的合成中得到發展,在工業上,美國實行原子核裂變曼哈頓(Manhattan)工程基礎上所發展的鈾和超鈾元素溶液配合物的研究。以及在學科上,195l年Panson和Miler對二茂鐵的合成打破了傳統無機和有機化合物的界限。從而開始了無機化學的復興。

當代的配位化學沿著廣度、深度和應用三個方向發展。在深度上表現在有眾多與配位化學有關的學者獲得了諾貝爾獎,如Werner創建了配位化學,Ziegler和Natta的金屬烯烴催化劑,Eigen的快速反應。Lipscomb的硼烷理論,Wnkinson和Fischer發展的有機金屬化學,Hoffmann的等瓣理論Taube研究配合物和固氮反應機理,Cram,Lehn和Pedersen在超分子化學方面的貢獻,Marcus的電子傳遞過程。在以他們為代表的開創性成就的基礎上,配位化學在其合成、結構、性質和理論的研究方面取得了一系列進展。在廣度上表現在自Werner創立配位化學以來,配位化學處于無機化學趼究的主流,配位化合物還以其花樣繁多的價鍵形式和空間結構在化學理論發展中。及其與其它學科的相互滲透中。而成為眾多學科的交叉點。在應用方面,結合生產實踐。配合物的傳統應用繼續得到發展。例如金屬簇合物作為均相催化劑,在能源開發中C1化學和烯烴等小分子的活化,螯合物穩定性差異在濕法冶金和元素分析、分離中的應用等。隨著高新技術的日益發展。具有特殊物理、化學和生物化學功能的所謂功能配合物在國際上得到蓬勃的發展。

自從Werner創建配位化學至今100年以來,以Lehn為代表的學者所倡導的超分子化學將成為今后配位化學發展的另一個主要領域。人們熟知的化學主要是研究以共價鍵相結合的分子的合成、結構、性質和變換規律。超分于化學可定義為分子間弱相互作用和分子組裝的化學。分子間的相互作用形成各種化學、物理和生物中高選懌性的識別、反應、傳遞和調制過程。而這些過程就導致超分子的光電功能和分子器件的發展。

二、我國配位化學的研究現狀

我國配位化學的研究在前幾乎屬于空白。1949年后隨著國家經濟建設的發展,僅在個別重點高等院校及科研單位開展了這方面的教學和科研工作,60年代中期以前。主要工作集中在簡單配合物的合成、性質、結構及其應用方面的研究。特別是在溶液配合物的平衡理論、混合和多核配合物的穩定性、取代動力學、過渡金屬配位催化以及稀土和W、Mo等我國豐產元素的分離提純以及配位場理論的研究。除了個別方面的研究外,總體來說與國際水平差距還較大。

80年代后。在改革開放政策指引下,我國的配位化學取得了突飛猛進的發展。我國配位化學研究已步入國際先進行列,研究水平大為提高。特別在下列幾個方面取得了重要進展:

(1)新型配合物、簇合物、有機金屬化合物和生物無機配合物,特別是配位超分子化合物的基礎無機合成及其結構研究取得豐碩成果,豐富了配合物的內涵。

(2)開展了熱力學、動力學和反應機理方面的研究,特別在溶液中離子萃取分離和均向催化等應用方面取得了成果。

(3)現代溶液結構的譜學研究及其分析方法以及配合物的結構和性質的基礎研究水平大為提高。

(4)隨著高新技術的發展,具有光、電、熱、磁特性和生物功能配合物的研究正在取得進展。它的很多成果還包含在其他不同學科的研究和化學教學中。

我國配位化學的進展具有一系列特點。作為化學的重要分支領域之一的配位化學。在其學科本身發展的同時創造出更為奇妙的新材料,揭示出更多生命科學的奧妙。在研究對象上日益重視與材 料科學和生命科學相結合。在從分子進到材料合成的研究中更加重視功能體系的分子設計。金屬離子在生物體系中的成鍵。除維生素B12中的Co-C鍵以外,幾乎都是以配位鍵形式結合。其功能體系組裝是一個更為復雜的問題。這時要求將正確的物種放在正確的位置(在與動力學有關的問題中,還要按著正確的時間)才能發揮應有的功能。高效、經濟和微量的組合化學的應用,將有助于分子合成和設計的實踐。

從超分子之類的新觀點研究分子的合成和組裝,在我國日益受到重視。化學模板有助于提供組裝的物種和創造有序的組裝,但是其最大的困難在于克服熱力學第二定律所要求的無序。這時配位化學家的任務之一就是和熱力學進行妥協。盡管目前我們了解一些局部的組裝規律和方法。但比起自然界長期進化而得到的完滿而言。還有很大差距。正如有了一群能分別演奏各種樂器的音樂家。若沒有很好的指揮。還不能演奏出一場滿意的交響樂。其原因就是缺乏有意識地進行組裝。對于組裝的本質和規律。有很多基礎性研究有待深入進行。

三、配位化學的研究方向

作為邊沿學科的配位化學日益和其他相關學科相互滲透和交叉。正如Lehn所指出。超分子化學可以看作是廣義的配位化學。另一方面,配位化學又是包含在超分子化學概念之中。配位化學的原理和規律,無疑將在分子水平上對未來復雜的分子層次以上聚集態體系的研究起著重要作用。其概念及方法也將超越傳統學科的界限。我國配位化學家在進一步促進它和化學內有杌化學、物理化學、分析化學、高分子化學、環境化學、材料化學、生物化學、以及凝聚態物理、分子電子學等學科的結合方面有了很好的開端。進一步的發展必將給配位化學帶來新的發展前景。

中醫是我國傳統、獨創的治療方式,但是,中藥制藥的制藥手段和方式正在突破傳統工藝,如中藥配位化學研究就是一個極有發展前途的新的研究方向。

我國幅員遼闊,資源豐富。經濟建設中有備方面的要求。還存在一些無人問津的薄弱領域,例如配位光化學、界面配位化學、納米配位化學、新型和功能配合物以及配位超分子化合物的研究。金屬配合物的研究有明顯的應用背景,具有開發成重大經濟效益的潛力。它的基礎和理論性研究也處在現代化學發展的前沿領域。對下一世紀我國化學學科的發展。必將產生深遠影響。

【參考文獻】

[1]翟慕衡.配位化學[M].北京:安徽人民出版社,2007-09

[2]李英華,呂秀陽,劉霄,柳葉.中藥配位化學研究進展[J].中國中藥雜志,2006年8月 31卷第16期

熱力學在生命科學中的應用范文第2篇

【關鍵詞】：滲透 物理 化學 同位素示蹤法 光學知識

自然界是一個相互聯系的、統一的有機整體，生物學與物理、化學、數學等各門學科之間也是相互聯系、縱橫貫通的。因此必須加強學科間的橫向聯系，這樣有利于打破因單學科教學而造成的知識、思想的禁錮，解決多學科之間交叉滲透的一些問題.現代生物學研究需要大量運用物理、化學等學科的知識和方法。因此，教師在生物教學中，要加強學生生物學科與其他學科，特別是理化學科之間的聯系。培養學生的綜合能力，有利于高素質人才的培養。

一、生物與化學的滲透

高中生物內容與化學有著高度的雙向滲透性（在大學中甚至就有一門生化學科）。在教材中，幾乎每一章都滲透著化學知識，一些生物學的實驗現象、實驗原理都是建立在一定的化學知識上。這些知識是理解生命現象的基礎。但是由于高中生物教材與化學教材知識點存在脫節。對于高一學生而言，高中生物最初一段時間所學的知識如：蛋白質、多肽、氨基酸及肽鍵的分子結構等知識都難以理解及記憶。因此我上高一課的時候，對一些化學知識進行適當的解釋、補充。并且安慰學生生物學在開始時較難理解與記憶，萬事開頭難吧。以后的知識點好學多了，以防止學生一開始就失去學生物的信心和興趣。與化學知識的聯系滲透的例子主要有：

1.生物組織中的還原糖、蛋白質和脂肪的鑒定原理與化學知識。

在化學學科中學過、做過許多物質的鑒定實驗，其原理大多是利用被鑒定的物質與所用的化學試劑發生顏色反應，或者產生沉淀。我們生物學上物質鑒定也利用此原理：如某些化學試劑能夠使生物組織（如花生的子葉）的某些有機化合物產生特定的顏色反應。

例如：①可溶性還原糖+ 斐林試劑（水浴加熱）磚紅色沉淀。

②脂肪 + 蘇丹Ⅲ染液（顯微鏡觀察）橘黃色。

③蛋白質 + 雙縮脲試劑（要先加NaOH 溶液創造堿性環境再加CuSO4 溶液）紫色反應。

高一學生對什么是還原糖、蛋白質和脂肪還不是很了解，因此先通過直觀的實驗培養他們學習生物的興趣。了解生物學是一門實驗的科學。

2.蛋白質、核酸、糖類和脂質的結構、性質與化學知識。

還是由于高中生物教材與化學教材知識存在脫節，高一學生有機化學還沒有學習。因此許多學生對氨基酸、核苷酸和多肽等結構難以理解。教師除要把有關知識講透，還是要讓學生了解教材知識的脫節問題，以提振學生的信心。

3.同位素示蹤法在生物科學中的應用與滲透。

高一學生對放射性同位素的概念還不了解，應適當加以介紹：同位素示蹤劑對研究對象進行標記， 可以利用放射性探測技術來跟蹤，判斷放射性原子通過什么路徑，運動到哪里去，以及分布情況等。用于示蹤技術的同位素一般是構成細胞化合物的重要元素。例如3H、15N、18O、32P和35S等。在生物科學的許多實驗中廣泛使用。如：

①分泌蛋白在細胞中合成部位及運輸方向。科學家用3H標記的亮氨酸注射豚鼠的胰臟腺泡細胞中，觀察放射性同位素的轉移情況。從而得到是按照：內質網高爾基體細胞膜的方向運輸的。

②光合作用中氧氣的來源。1939年，魯賓和卡門研究光合作用中釋放的氧到底是來自于水，還是來自于二氧化碳。他們用氧的同位素18O標記H218O和C18O2，做兩組光合作用的實驗，最終證明了光合作用中釋放的氧全部來自水。

③ 噬菌體侵染細菌的實驗。1952年赫爾希和蔡斯用被35S（只標記蛋白質）和32P（只標記DNA）標記的噬菌體分別去侵染未標記的細菌，然后測定子代噬菌體中含放射性同位素的情況，而得到DNA是遺傳物質。

此外，在研究光合作用的暗反應（卡爾文循環）、DNA分子半保留復制的確認及胚胎發育的過程等方面也運用到此化學知識。

二、與物理學的滲透

高中生物內容與物理也有著高度的雙向滲透性，在《普通高中生物課程標準》所列的具體內容標準中，許多都涉及物理學知識。例如，“使用顯微鏡觀察有絲分裂的細胞”應用了光學知識；在 “葉綠體色素的提取和分離”實驗中也涉及光譜的知識；而“神經沖動的產生和傳導”則要物理學上的關于電勢差的內容。當然，在各個版本教材中，還可能涉及其他的物理學知識。這些物理學的知識對于學生學習生物有著重要的促進作用。下面對涉及到的主要物理學知識做一簡介。

1.與光學的聯系：

①光學知識和顯微鏡

顯微鏡是生物實驗常用的儀器之一。在初中階段，學生已經使用過顯微鏡，并在生物和物理教材中，對顯微鏡的結構和原理做了簡單的描述。在高中階段，進一步要求學生使用高倍顯微鏡來觀察各種細胞及結構。（如：花生子葉中脂肪的檢測和觀察、觀察有絲分裂的細胞等實驗）。 而顯微鏡的工作原理就涉及到物理學知識。可以給有興趣的同學提供有關材料或進行講座。

②光學知識和色素

必修第一冊課本P100的例題：海洋中的藻類植物習慣上依其顏色分為綠藻、褐藻（如：海帶）和紅藻（如：紫菜），它們在海水中的垂直分布依次是淺、中、深，這與光能的捕獲有什么關系？要解釋好本題就得讓學生先了解有關光學的知識。

在光合作用“葉綠體色素的提取和分離”中也涉及到光譜的知識；在光合作用的研究史上，美國科學家恩吉爾曼的實驗就是利用光通過棱鏡時的色散，得到葉綠素主要吸收紅光和藍紫光。

③ X射線衍射圖和DNA雙螺旋結構的提出

必修二在介紹DNA雙螺旋結構模型的提出時，出示一張富蘭克林使用X射線拍的DNA分子的衍射圖，但對這張照片是如何獲得、什么意思則沒有做說明。如果要了解這張圖，就需要物理學上，關于光的衍射的知識。其實從1951年開始，富蘭克林、威爾金斯就研究DNA對X射線的衍射，獲得了一系列DNA的X射線衍射圖譜，沃森和克里克則是根據這些圖譜、數據提出了DNA的雙螺旋結構模型。從而奠定了現代分子生物學發展的基礎，開辟了生命科學的新紀元。

當然在生物教材中還有許多與物理學的滲透點。利用物理因素（X射線、紫外線）提高了基因的突變率；有氧呼吸、無氧呼吸的能量轉換效率要聯系的熱力學第二定律等等。

正因為生物科學與物理、化學等多學科知識的高度雙向滲透，高中生物教材中，幾乎每一章都滲透著物理、化學的知識，這些知識又是理解生命現象的基礎。因此要讓學生形成各學科間融會貫通的知識體系；培養和提高學生綜合運用知識的能力和創造力，從而造就高素質的人才。

參考文獻

熱力學在生命科學中的應用范文第3篇

[關鍵詞] 中醫藥基礎理論；經絡臟腑；臟象；中藥藥性；超分子；化學；物質基礎；方證關聯；中藥；中藥復方；氣析；中醫藥現代化

[收稿日期] 2013-06-09

[基金項目] 國家自然科學基金項目（81073142，81173558，81270055）；國家博士點基金項目（20124323110002）；湖南省自然基金重點項目（11JJ2055）；湖南省教育廳十二五藥學重點學科項目

[通信作者] 賀福元，教授，博士生導師，主要從事中藥藥理學、中藥藥劑學、中醫藥超分子機制及數理特征化研究工作，Tel：（0731）5381372，E-mail：

超分子化學（supramolecular chemistry）根源于配位化學，有人稱之為廣義配位化學（generalized coordination chemistry），是30多年來迅猛發展起來的一門交叉學科，它與材料科學、信息科學、生命科學等學科緊密相關，是當代最前沿的化學研究領域之一。這個領域起源于堿金屬陽離子被天然和人工合成的大環和多環配體，即冠醚和穴醚的選擇性結合。1967年C J Pederson報道了冠醚配位性能的發現，揭開了超分子化學發展的序幕。1973年，D J Cram基于在大環配體與金屬或有機分子絡合化學方面的研究，提出了以配體（受體）為主體，以絡合物（底物）為客體的主客體化學。超分子化學概念和術語是1978年J M lehn模擬蛋白質螺旋結構自組裝體的研究內容而引進的，在一定程度上超越了大環與主客體化學而進入了所謂“分子工程”領域，即在分子水平上制造有一定結構的分子聚集體而起到一定的特殊性質的工程，并進一步提出了超分子化學即“超越分子的化學”的概念。“基于共價鍵存在著分子化學領域，基于分子組裝體和分子間鍵而存在著超分子化學”是對分子與超分子化學的中肯詮釋。自從1987年Pederson，Cram和Lehn因為對超分子化學領域的杰出貢獻而獲得該年度的諾貝爾化學獎以來，超分子化學便蜚聲世界，受到了科學界和大眾的廣泛關注[1]。

分子化學是原子之間通過化學鍵作用形成分子，是以分子為研究對象的化學，可稱為特征化學；而超分子化學是以多種弱相互作用力而非化學鍵為基礎，是由多個分子通過這種弱的分子間非共價鍵的相互作用為研究對象的化學，和原子間由化學鍵作用而形成分子的化學不同，超分子化學是研究分子間相互作用的科學，也可以稱為表觀化學[2-3]。

超分子化合物是由主體分子和一個或多個客體分子之間通過非共價鍵作用而形成的復雜而有組織的化學體系。主體通常是富電子的分子，可以作為電子給體，如堿、陰離子、親核體等；客體是缺電子的分子，可作為電子受體，如酸、陽離子、親電體等。超分子體系中主體和客體之間不是經典的配位鍵，而是分子間的弱相互作用，即氫鍵、主客體作用、靜電作用、π-π堆積作用等，其鍵能大約為共價鍵的5%～10%，且具有累加性，但形成的基礎是相同的，都是分子間的協同和空間的互補，因此可以認為，超分子化學是配位化學概念的擴展。

中醫藥基礎理論是中華民族幾千年同疾病臨床斗爭的結晶，其正確性與科學性不容置疑。眾所周知，中醫藥理論是建立在對人體有序的多分子群作用基礎上的宏觀規律表征，長期以來大家多是從宏觀方面尋找解決問題的線索，對于能否從微觀物質基礎層面找到詮釋物質基礎多持否認的態度，并且認為這是中醫藥理論區別于西醫的固有特點，這些觀點容易強化“中醫藥不存在微觀物質屬性”的觀點。這主要有2個原因，一是中醫藥長期的宏觀思維阻礙了以體現中醫藥理論為核心的微觀物質的尋找，從思想上固執地認為找不到，也不想怎么找到，這多體現在中醫藥院校的人才思維之中；二是長期尋找無果，由于對現代非醫學科學缺乏系統而精心的學習，沒有找準現代非醫學科學理論，只牽強附會地將中醫藥理論與現代科學湊合，多借助現代科學儀器設備從“靜態”的角度進行人體觀察，卻試圖找到能反映宏觀“動態”中醫藥理論的微觀物質基礎，其結果注定要失敗，這多體現在非中醫藥院校的人才思維之中。由于中醫藥理論的微觀物質運行規律長期不明，累遭非中醫人士的詬病，因此能否從微觀層面找到中醫藥理論化學作用的本質規律是能否詮釋中醫藥理論并為現代社會所接受（所謂的中醫藥現代化）的關鍵，長期縈繞在作者心頭。近年作者在研究網絡藥理學的成分群與網絡靶點的作用規律、在研究中藥“穴藥”法歸經理論、在研究單成分的構效關系時，首次接觸到了超分子化學，發現兩者有天然淵源關系，這種大小分子群間作用的印跡模板（鑰匙）關系理論正是整合人體“海洋般”分子群相互作用而表現出的宏觀規律，闡述中醫藥理論的“不二法門”理論。因此，本文先從超分子化學的研究現狀入手，然后與中醫的經絡臟腑理論與中藥藥性理論結合，剖析人體大小分子群作用的超分子運行規律，證明能從微觀物質作用規律層面上勾畫出中醫藥基礎理論，據此可提出中醫藥基礎理論微觀與宏觀現代化的途徑與框架圖。

1 超分子化學的研究現狀

1.1 超分子化學研究的3個階段

超分子化學研究經過了主客體化學、分子識別化學和自組裝化學3個發展階段。主客體化學是以主體洞穴包裹客體小分子而形成超分子，為超分子研究的起初階段，只追求特異的非化學鍵組成的超分子特異性結構；分子識別化學與醫學有歷史淵源，早源于免疫學的抗體與抗原識別化學，抗體依抗原表面決定簇識別而合成抗體，兩者結合可形成巨大的超分子；自組裝化學是基于既有氫鍵供體又有氫鍵受體的易形成氫鍵的分子，或基于既有電子供體又有電子受體的易形成傳荷絡合物分子，當這種分子以特定的結構存在時會自組裝成高分子聚合物。當然，這3個過程不是嚴格的順承關系，而是相互滲透和相互關聯的。例如，在模擬細胞膜的研究中，超分子化學家就同時運用了主客體化學和超分子自組裝化學的知識和手段。荷蘭的Reinhoudt率先提出了分子印刷板（molecular-printboard）的新概念[4]，即將修飾有主體分子（自組裝單分子層）的表面作為分子印刷板。這種富集了大量主體分子的表面像自然界的細胞膜一樣具有表面識別位點，在這種表面上，客體分子通過超分子相互作用可以有效定位。由超分子化學研究的3個階段可知，其理論將對中醫藥基礎理論的解釋將會產生重大而深遠的影響。

1.2 超分子中的主要主體化合物

超分子的主體化合物是指構成超分子印跡孔穴（通道）的化合物，其中潛在特異的可結合的模板分子，兩者為鑰鎖關系。在超分子化學的發展過程中，越來越多的主體分子被發現或者合成，目前經典的超分子化學中的主體化合物如下。

1.2.1 冠醚配合物 這是最早發現和研究的化學超分子物質。冠醚一般是具有（CH2CH2X）重復結構單元的大環化合物，其中X代表雜原子。從環上所含雜原子來看，冠醚化學己從最初的全氧冠醚發展到硫、硒、氮、磷、砷、硅、鍺和錫等雜冠醚。冠醚化合物都具有確定的大環結構，不像一般非環配體那樣，只是在形成金屬配合物時才形成環[5]。

1.2.2 環糊精和環糊精包合物 環糊精（cyclodextrin，CD）也稱作環聚葡萄糖，是由若干D-吡喃葡萄糖單元環狀排列而成的一組低聚糖的總稱。它具有圓筒狀疏水性內腔和親水性外沿，與柔性的開鏈類似物相比具有特別的物理和化學性質。Villiers于1891年通過用酶降解淀粉發現了環糊精并分離出來，1904年Scharidinerge表征它們為環狀低聚糖，1938年Freudenberg等把它們描述成吡喃葡萄糖單元通過α-1，4-糖苷鍵連接構成的大環化合物。迄今為止，己有不少專著與若干長篇綜述、多于1 400個以上的專利和數以千計的文章描述環糊精及其包合物的結構、性質和應用。在藥劑學上已有廣泛的應用，多采用β-環糊精。含有環糊精結構的自組裝體己經被應用到分子識別[6]、藥物輸運[7]、超分子凝膠[8]和微反應器等領域。我國著名化學家徐光憲院士曾經特別指出環糊精超分子科學是21世紀化學領域11個突破口之一[9]。

1.2.3 杯芳烴 杯芳烴是一類對位烷基苯酚通過亞甲基在酚羥基鄰位連接而構成的一類大環化合物，是酚醛樹脂縮合的環狀化合物。最有代表性的是20世紀40年代Zinke等用對叔丁基苯酚和甲醛在氫氧化鈉存在下加熱得到的由對叔丁基苯酚結構單元和亞甲基交替連接的四聚體。該化合物的分子模型表明它的形狀像一個杯子或花瓶，故稱之為杯芳烴。在杯芳烴p-tert-butylcalix（n）-arene的杯狀結構底部緊密而有規律地排列著n個酚羥基，而杯狀結構的上部具有疏水性的空穴。前者鰲合和輸送陽離子，后者則能與中性分子形成配合物。由于杯芳烴的這種獨特的結構，離子和中性分子均可作為其形成配合物的客體。

1.2.4 瓜環 瓜環是一類由n個甘脲單元和 2n個亞甲基橋聯起來的大環化合物，具有剛性疏水性穴腔及親水性端口的特殊結構，與客體作用后有可能改變客體物質的理化性質，使得瓜環成為超分子化學的重要主體之一。瓜環作為一種潛在的藥物運轉、緩釋或控釋載體，藥物與瓜環作用后，可顯著地改變藥物性質。瓜環是繼冠醚、環糊精和杯芳烴等大環化合物之后的一類新型大環化合物[10-11]。

1.2.5 其他類型的大環化合物 ①葫蘆脲：由尿素、乙二醛和甲醛之間的簡單反應獲得的大環化合物[12]。葫蘆脲與環糊精或其他大環化合物相比，其另一特征是具有更加剛性的結構；②卟啉和酞菁：卟啉是在卟吩環上擁有取代基的一類大環化合物的總稱。卟吩是由4個吡咯環和4個次甲基橋聯起來的大π共軛體系；卟吩分子中4個吡咯環的8個β位和4個中位的氫原子均可被其他基團所取代，生成各種各樣的卟吩衍生物，即卟啉。酞菁是與卟啉結構相近的大環化合物。卟吩環“中位”上的碳原子被氮原子取代即為酞菁。環上未曾和氫結合的氮原子可以接受2個質子，形成正二價離子；已和氫結合的氮原子又能給出2個質子，形成負二價的離子，而同正價的金屬離子形成配合物。卟啉和酞菁陰離子對過渡金屬離子有很強的配位能力[13]；③環肽：環肽是以多個氨基酸的肽鍵構成的環狀化合物，廣泛存在于自然界中，已報道的環肽大多來自于海棉狀和海洋中的節肢動物等低等生物中，實際上環肽和類環肽也廣泛存在于微生物、真菌、藻類和高等植物，并在生物體的生命活動中扮演著重要的角色。除此，還有雜多酸類、多胺類、樹狀、液晶類等超分子化合物[14]。

1.2.6 人體巨復超分子體 首先人體內的單分子、超分子通過自組織、自組裝、自識別與自復制組成一定功能的超分子，在眾多小分子模板基礎上進行超分子主體結構的合成，如參與的各種生化代謝反應酶合成、基于氨基酸的蛋白質合成、基于葡萄糖的肝糖元合成，基于核苷酸的DNA，RNA合成等。這此合成的超分子主體又以亞單位合成巨大功能性超分子主體，眾多功能性巨大超分子主體組成細胞器，眾多細胞器構成細胞，然后通過自我復制分化成各種功能類型的細胞，再聯接形成器官組織，最終構成整個人體。在這個多級的超分子主體生成過程，母體超分子保留了子體超分子的印跡模板，因此人體就是一個擁有各種層次印跡模板，按一定的空間孔穴通道結構進行聯接所形成的巨復超分子體。

1.3 超分子的結構與作用的主要特征

1.3.1 超分子結構的主要特征 由上述的主體化合物可知超分子結構特征有：①超分子是主體與客體兩部分分子組成的非成鍵化合物，可以結合也可以脫離，主客體分子存在一定的分子構象關系，兩者結合程度由構象決定；②主體分子中存在一定形狀的孔穴，容納與孔穴模板相同或相似小分子，不相同或不相似的小分子難能進入孔穴或結合不緊，兩者存在鑰鎖關系；③超分子主體之間可結合形成更大的超分子主體化合物； ④主體分子可以環合生成封閉孔穴，也可非環合聚合成開放孔穴，以螺旋狀、片狀、膠束、納米囊、聚合亞單、細胞器及細胞等各種形式，由小分子到大分子形成各種超分子聚集主體；細胞是龐大超分子聚集主體體系，人體更是巨復超分子聚集主體體系，包含了從單分子到各種超分子聚集體的通道結構與印跡模板；⑤各種層次的超分子主體化合物以特定的孔穴模板相連，形成經絡臟腑，組織器管，能與相一致的模板小分子進行作用；⑥超分子的主體與客體結合后形成的超分子，會改變主客體分子的性質，宏觀上會表現出小分子在主體分子中的遷移、理化性質的各向異性，同時主體分子的理化性質也會發生變化。

1.3.2 超分子作用的主要特征 具有分子間的自組織、自組裝、自識別和自復制。

自組織：分子自組織通常指許多相同的分子，由于分子間力的協同作用而自動組織起來，形成有一定結構但數目可以多少不等的多分子聚集體，有以下特點：①包括在空間上或時間上都表現出自發的有序性體系；②包括空間結構和平衡結構和非平衡的結構兩者的瞬間動力學的有序性，結構的有序性，結合的非線性化學過程的有序性及能量流動和時間方向上的有序性；③僅僅限于非共價鍵的超分子層次；④多組分在分子組分間由分子識別或在動力學過程中產生特殊相互作用，表現出超分子的自組織和長程有序性，從而形成多分子有序體。簡而言之，就是越有序，組織性越好。如分子層、分子晶、體膜、液晶、膠束、膠體、細胞器、細胞等都是自組織的有序體，人體更是自組織的有序體。

自組裝：自然界中存在眾多的自組裝作用，在生物過程中，基質和蛋白質受體的結合，酶反應中的鎖鑰關系，蛋白質-蛋白質絡合物的組裝，免疫抗體抗原的結合，分子間遺傳密碼的讀碼翻譯和轉錄，神經遞素誘發信號等。自組裝體包含了①分子識別：主體有選擇性地識別客體并以某種方式與客體配位形成化合物。②分子催化：自組裝的超分子配合物具有反應性和催化作用，體現高效能、高選擇性。生物體內的氧化、還原、酰基轉移、β-消除、C-C鍵形成及斷裂等可在特定的酶中進行[15]。③分子轉移：組裝后的超分子常能促進光子、電子或離子的傳遞。

自識別：分子在自組裝過程會產生自識別。這是在主客體體系中，主體有選擇性地識別客體并以適宜的形式形成主客體化合物，亦超分子體系，與沒有相互作用的主體和客體的混合物相比，這種超分子體系體現出不同的特性。主體識別各種客體的主要方式有與主體空穴的大小形狀匹配、配位點特性及數目、配體種類與數目、電荷強弱等。

自復制：超分子的自復制作用就相當于DNA 的自復制。對于后者，首先是DNA 雙螺旋的兩辮拆開，兩根母辮即形成模板，它們的復制原理是一樣的。

1.4 超分子的研究與檢測手段

現階段超分子化學的目標主要集中于超分子形成中的機制及應用研究，如確定分子間作用力的協同；研究分子識別與位點識別的機制與過程；研究不同結構層次的組裝體、組裝過程及組裝方法，尤其是生物活性體系及低維體系的組裝，自然界的自組裝，以及超分子體系中結構與功能的關系等等。

由于主客體分子間包合作用力的主要來源是分子間存在的范德華力、疏水作用力及氫鍵作用力等，超分子體系分子間弱相互作用力的理論研究目前常用的方法有量子化學和統計熱力學2種。量子化學方法主要在電子結構水平上準確地研究分子間弱相互作用力，可望在深層次的理論水平上揭示生命現象的本質[16]，用于超分子體系弱相互作用力研究的量子化學方法有abinitio，HF，SCF，MP，DFT等方法。熱力學方法主要是研究超分子中的主客體作用的形成隨著溫度變化的重要的熱力學參數。主要主體分子、客體分子與超分子的自由能變（ΔGsup）和平衡常數Ksup，可用熱力學的方法研究過程的狀態函數變量[17]。用 Schneid提出的成對作用的自由能線性估算方法進行超分子自由能變（ΔGsup）的研究，可得到較滿意的結果。

實驗方法有多種形式，用譜學方法研究分子間弱相互作用已成為實驗研究的主要手段。紅外光譜法：形成了超分子體系時，相互作用部位或基團伸縮振動受到影響，從而吸收峰頻率發生一系列的位移，根據位移可對超分子體系間選擇性作用力作半定量研究；核磁共振法：形成超分子體系時，選擇性部位原子的化學環境發生變化，根據化學位移發生變化的值可研究超分子體系的弱相互作用。分子散射法：對于簡單超分子體系給出精確的分子間相互作用勢函數，根據散射數據可以確定超分子體系的弱相互作用，但對復雜超分子體系無能為力；X 射線單晶衍射法：則可通過鍵長及鍵角直觀地確定超分子體系的弱相互作用力，另外還有色譜法和生成熱測定法。其余研究超分子化學的手段也很多，例如可見光譜和熒光光譜、圓二色光譜、電位法和色譜法等[18-21]。

1.5 超分子藥物與應用

1.5.1 超分子藥物研究 在藥物制備、合成與發現中超分子化學得到了廣泛的應用。①超分子動態組合化學用于藥物發現：以酶、受體型蛋白等作為模板加入到動態組合庫中，庫中與之最有親和力的成分就被放大，而與之無作用的成分將減少。這些放大的成分是該庫中最有可能成為先導化合物的成分。②超分子載體用于藥物合成：在多相合成藥物時，可采用金屬超分子載體形式將金屬催化劑由水相轉移到有機相而促進藥物的合成。③包合型超分子藥物制備：將主體分子包合客體藥物分子制成超分子包合物，形成分子膠囊可改良藥物的水溶性與穩定性。目前，多采用環糊精作為主體分子包合親脂性藥物以增加其生物利用度。如采用β-環糊精包合物包合大蒜素[22]、苯佐卡因[23]。利用環糊精制備結腸、腦、特殊細胞靶向給藥系統[24]。還可用來掩蓋藥物的不良氣味，降低藥物的刺激性與毒副作用等[25]。④印跡模板技術用于藥物分離：先將被分離的物質作為模板分子與高分子材料進行聚合，然后水解釋放模板藥物分子。

超分子化學藥物可能改變藥物的穩定性和在人體的傳送機制，即改進藥物在體內的膜運輸，使藥物達到特定的作用靶點，提高和特異靶點結合的能力，提高藥物的有效利用度，降低藥物的毒副作用。因此可能開發出具有新的結構、藥理、藥效和劑型的藥物。

1.5.2 超分子藥物 對超分子藥物進行了概括，主要包括以下幾類①抗癌超分子藥物：基于卟啉及唑類化合物的結構特點及抗癌活性[26]，如替加氟和硝基咪唑類卟啉[27]。替加氟修飾的卟啉化合物對肝癌細胞 SMCC-7721、結腸癌Volo細胞的體外抑瘤有較好活性。②抗炎鎮痛類超分子藥物：如將阿司匹林、 煙酰胺與鋅離子形成的絡合物超分子佛立沙后，不僅改善了阿司匹林的胃腸道刺激性，還有效地提高了其鎮痛抗炎作用[28]。鋅（II）-巴氯芬絡合物超分子的止痛活性也強于其母體藥物[29]。③抗瘧類超分子藥物：將青蒿素與環糊精制成絡合物超分子，水溶性得到了很大改善，其口服生物利用度得到了提高。還有二茂鐵喹是含二茂鐵結構的抗瘧類絡合物，可以長期穩定的在生物體內表現出抗瘧活性，已成為抗瘧類候選藥物[30]。 ④抗菌類超分子藥物：將過渡金屬與抗生素或其他潛在抗菌化合物形成的絡合物大部分具有比配體本身更好的抗菌活性，如將喹諾酮類、磺胺類、席夫堿類、縮氨硫脲類和大環類與過渡金屬Au（I），Ag（Ⅰ），Pd（Ⅱ）等生成超分子，從這些絡合物超分子中篩選出了良好抗菌活性的藥物分子。⑤抗結核類超分子藥物：異煙肼是一個良好的金屬離子螯合劑，能與錳（Ⅱ），鈷（Ⅱ），鎳（Ⅱ），銅（Ⅱ），鋅（Ⅱ），鎘（Ⅱ），鉛（Ⅱ）及稀土等金屬離子形成穩定的絡合物，研究發現將異煙肼及其衍生物制成絡合物超分子可提高其脂溶性[31-32]，增強其抗結核作用。⑥心血管系統的超分子藥物：將硝苯地平、尼群地平、卡托普利、尼卡地平和尼莫地平制成β-CD或HP-β-CD包結絡合物，可有效提高該類藥物的穩定性、生物利用度和溶解性等。將硝苯地平分別用2-HP-β-CD和羥丙基纖維素制成雙層片劑，可通過調節二者比例來滿足不同釋藥速率要求[33]。

由上可知，目前的超分子藥物多為過渡態金屬絡合物和β-CD的包合物兩大類，多以化學藥物的形式研究報批，總體研究層次不高，作為中藥及復方制劑的化學成分存在天然的超分子形式，并且中藥本身就是生物體的模板分子產物，具有與人體共模板的生物相容性，因此作為超分子的中藥藥物的研究更有廣闊的空間。

2 生物體內、中藥超分子存在形式及超分子現象

超分子化學的起源在一定程度上來自生物體系，如植物進行光合作用的葉綠素是卟啉環的鎂絡合物超分子；血紅蛋白吸收和運載氧的血紅素是卟啉環的鐵絡合物超分子等。在生物體內，超分子的主體是各種酶、受體、基因、免疫系統的抗體和離子載體的接受位點等，客體是底物、抑制劑、抗原或者藥物等。主客分子的共同協作用是產生生命現象的基礎，因此可以說生命體系是一個巨復的生物超分子體系[34-35]。

2.1 糖類

可以分為單糖類、低聚糖和多聚糖類及其衍生物，有均多糖與雜多糖之分。高聚糖類的螺旋結構是開環的主體分子，可與小分子形成超分子，如淀粉與碘呈藍色；環糊精是由5～7個葡萄糖而成的閉環聚合主體分子，可與很多分子量較小的藥物形成超分子，改善藥物的不良水溶性與穩定性；氨基糖類也是很好的細胞間質連接物，與脂肪、蛋白質構成細胞間孔穴通道，是構成中醫經絡臟腑的重要物質基礎；同時糖類又是很好的氫供體與受體，分子間可相互作用、結合及自組裝形成超分子體系；單糖也可作為客體分子與其他的主體分子結合形成超分子體系；而多糖則可以作為主體分子包合其他中藥成分構成超分子體系。由于糖類的普遍存性，研究糖類的超分子形式對解釋人體的經絡臟腑現象有重大作用。

2.2 氨基酸、蛋白質類

自然界中各種形式的氨基酸300左右，但能以肽鍵形成蛋白質的為20種，均為α-氨基酸。蛋白質是超分子主體最好的表現形式。常現的酶類及催化作用，抗體抗原反應，受體、轉運體及各種離子通道均能發現超分子物質及能尋找到超分子作用蹤影。蛋白質的螺旋、β-片層及四級結構形式是形成天然超分子體最杰出的代表。與糖類一樣，蛋白質普遍存在，因此蛋白質的超分子形式對解釋人體內經絡臟腑現象具有更加重大意義。

2.3 核苷酸及DNA類

生物體的遺傳信息靠核苷酸順序結構產物DNA貯存，構成DNA的核苷酸雙螺旋結構本身就是超分子物質。在DNA，RNA的合成及基于RNA信息合成蛋白質均是以超分子形式而發生作用。

2.4 苷類

苷類是糖或糖的衍生物與非糖物質（稱為苷元或配基）通過糖的端基碳原子連接而成的化合物，也是在自然界廣泛存在的天然產物。根據其結構中苷元、糖或糖的衍生物的存在形式，可自身結合形成各種形式的超分子，如甾醇類與甾體皂苷形成的分子復合物，金屬離子與苷元的酚羥基、羧基形成的絡合物，多電子苷與缺電子苷形成的傳荷絡合物等；同時也可與體內的大分子主體形成超分子化合物。

2.4.1 醌及苷類 這是一類分子中具有醌式結構的化合物，分子中多具有酚羥基，有一定的酸性。醌類為缺電子基團，可與供電子基團，如酚、苯胺形成傳荷絡合物，如氫醌復合物；也可與β-環糊精（β-CD）衍生物形成包合物，同樣可被多糖螺旋形成包合物；也可與空軌道的金屬離子形成絡合物；也易與酰胺鍵形成氫健絡合物；也可與蛋白質形成氫鍵絡合物等超分子。

2.4.2 香豆素及苷類 其基本骨架可視為由鄰羥基桂皮酸形成的內酯，在稀堿溶液中內酯環可水解開環，生成能溶于水的順鄰羥桂皮酸的鹽，加酸后可環合成為原來的內酯。主要與多糖、蛋白質等主體分子形成超分子。

2.4.3 木脂素及苷類 這為苯丙素的二聚體，本類化合物可作為客體分子與多糖、蛋白質主體分子結合形成超分子。

2.4.4 黃酮類 泛指具有2個苯環通過中間三碳鏈相互聯結而成的一類化學成分。為多電子供體，可與空軌道的金屬離子、氫鍵受體、電子受體等形成超分子；也可作為客體分子與多糖、蛋白質主體分子結合形成超分子體系。

2.5 萜類和揮發油

萜類和揮發油由異戊二烯單位構成，分單萜、倍半萜、二萜等。根據其結構不同形成超分子能力相差很大。大多可作客體分子與β-環糊精孔穴分子形成包合分子；也可自身聚合成樹脂，也可形成分子復合物；也可形成低共熔物；也可與吐溫等表面活性劑形成氫鍵復合物與傳荷絡合物，也可作為客體分子與多糖、蛋白質主體分子結合形成超分子體系。

2.6 生物堿

生物堿是一類存在于生物體內的含氮有機化合物，結構復雜而多樣。可作為客體小分子被包合成超分子；在酸性條件下可與重金屬、有機酸、多電子基團形成復合物；與鞣質結合形成超分子；環肽類大分子可作為主體分子包合其它成分形成超分子，因此在不同條件下，不同結構的生物堿可能形成不同形式的超分子，因此生物堿應是形成各種超分子物質較為豐富的一類化合物，加上它富有強大的生物活性，因此研究生物堿各種形式的超分子對闡明中醫藥理論具有重大意義。

2.7 甾體類

甾體類是一類結構中具有環戊烷駢多氫菲甾核的化合物。可作為客分子進行包合，另外最重要的是β-甾醇類形成有機分子復合物超分子。

2.8 三萜類

三萜類是一類基本骨架由30個碳原子組成的萜類化合物。可作為客分子、氫或電子供受體形成超分子復合物，也可作為客體分子與多糖、蛋白質主體分子結合形成超分子體系。與糖結合形成皂苷具有表面活性作用，自已可以聚合成膠束形成超分子。

2.9 鞣質

鞣質是一類復雜的多元酚類化合物的總稱，可與蛋白質結合形成致密、柔韌、不易腐敗又難透水的超分子化合物；也可與生物堿復合生成超分子；同時自身聚合生成鞣紅超分子；還可與重金屬鹽如醋酸鉛、醋酸銅等產生超分子沉淀。因此鞣質是中藥成分中最易生成超分子的一類物質。

由上可知生命體及中藥中各種成分均可以以主體或客體形成超分子，是研究超分子化學，闡明生命現象的最好載體材料。

3 具有超分子載體特性的生物體決定了超分子化學對闡明中醫藥理論科學內涵的特殊影響

誠如前述作為生物體的人體與中藥可以看成是一個由單分子、超分子、聚合超分子及巨復超分子構成的復雜體系。在由小分子構成整個人體有序超分子過程中，其超分子主體保留了客體小分子的印跡模板，形成孔穴通道結構與外界發生化學反應，進行物質能量聯系，否則生命現象難以為繼。當人體的各類小分子在心臟搏血功能的推動下，人體各組織器官的主體分子對客體小分子表現出機體結構的各向異性作用，亦“氣析”現象。水為洗脫劑，溶于水的各類客體分子與組織器官主體分子的孔穴通道產生印跡作用，包括“分子篩、離子交換、吸附、分配與親合色譜”的各種形式，體現出“印跡模板”特征的“氣析”（由于這種作用是產生中醫氣的本源，并且各組織器官能能象色譜學那樣區別客體分子，故定義為“氣析”）現象，亦經絡臟腑現象。其結果是與組織器官“印跡模板”相吻合的分子產生作用，而不吻合的分子就難產生作用。因此，中醫經絡臟腑理論正是對人體眾多大小分子群在血液流動下所表現出各種 “印跡模板”形式的超分子印跡作用規律高度總結：具有相同或相似的“印跡模板”分子通道結構便構成了經絡臟腑；通過通道結構與外界機體子體小分子作用就形成了臟象；具有與之相同或相似的“印跡模板”中藥分子便構成了中藥有效成分；中藥有效成分與經絡臟腑的印跡作用便形成了中藥藥性理論和功效[36]；中藥復方配伍又能顯著性地改變這一超分子印跡作用規律，由此便形成了中醫藥的“理、法、方、藥”基礎理論的微觀物質基石。

誠如上述分析，人體各個臟器與血液中的各類成分作用的選擇性或偏向性，用現在的化學語言表述為分子間作用的結構因素的各向異性，亦超分子鑰鎖關系；而宏觀上就是幾千年來中醫藥總結出來的臨床用藥的藥性理論。其實這種類似的作用在單分子藥物與靶點的構效關系研究中已有表述，也很容易用超分子的自組織、自組裝、自識別與自復制解釋，但由于中醫藥研究者沒有將其歸納總結上升到分子群間的超分子印跡作用規律，以超分子化學解釋罷了。

由于與生物體具有自然淵源的中藥及復方成分必然是這個巨大的超分子體系中的一部分，中醫藥基礎理論正是這種形形的各種形式的超分子共同作用的宏觀現象。因此超分子化學在闡明中醫藥基礎理論中所蘊藏的巨大作用是其他現代科學理論所無與倫比的。據目前僅有的超分子化學知識，對中醫基礎理論可作初步解釋如下。

3.1 經絡及現象

經絡的宏觀屬性已為大量的針灸臨床治病實踐所證實，但微觀屬性卻沒有完全闡明。據目前研究結果，對經絡認識有：①神經系統觀；②廣義的經絡觀；③生化物質觀，代表性觀點有P物質的觀點，細胞外基質的觀點，鈣離子（Ca2+）富集觀點；④經絡的生物物理學特性研究，表明聲傳播的高振聲、低頻聲和聲信號循經性，電傳導的低電阻、高電容、良導絡性[37]，體表紅外線熱輻射軌跡的循經性，體表發光強度與對稱的循經性，磁振動線的循經性，圖象掃描（用正電子發射斷層掃描儀的透射掃描圖象和發射掃描圖象的融合技術顯示出示蹤跡循經遷移線在體內的三維斷層圖像及立體透視圖像[38]）。古人采用內視的方法觀察經絡的走向。據上述研究結果可知，經絡的組織形態學位置至今仍在肉眼觀察能力之外，沒有一種公認的學說進行解釋，但大量的臨床與科學實驗表明，人體經絡及現象是客觀存在的。

如果將目前的經絡研究結果與人體超分子化學結合，由超分子的自組織、自組裝、自識別與自復制的性質可以推斷人體特定模板分子孔穴通道結構，亦經絡的必然存在。因此人體經絡的微觀物質基礎是：基于細胞內外巨型超分子主體物質的一定“印跡模板”分子孔穴空間有序排列通道結構；而經絡現象是：基于這一通道的體內“印跡模板”分子在心臟搏血作用下，按“氣析”所表現出的印跡宏觀作用現象，體現出各組織器官“印跡模板”通道的各向異性。根據主體通道結構與客體“印跡模板”分子的鑰鎖對應關系，具特定通道結構的經絡必然體現與客體“印跡模板”分子相一致的光、電、磁、熱等效應。由此推知，與十四經絡一致，人體的主體“印跡模板”孔穴通道大體上為14種模式，而這種微觀的“印跡模板”分子孔穴通道相互混雜重疊，你中有我，我中有你，散布于各個實體臟器之中，因此相互干擾大，同時經絡中的客體小分子受當時的身體狀態、飲食習慣不同而變化，因此采用目前的“靜態”的觀察方法是很難發現其蹤跡的，但如果采用“靜態”與“動態”相結合的超分子化學研究方法，定能找到“蛛絲馬跡”，本團隊現已展開了各臟器的體外印跡吸附動力學實驗研究工作，結果初步驗證上述假說。

3.2 臟腑理論

如果經絡的微觀物質基礎及現象得以闡明，則中醫的臟腑理論自出。心、肝、肺、脾、腎臟象系統為與心、肝、肺、脾、腎經絡相似的超分子主體“印跡模板”孔穴通道結構，但可能更規則，更集中。同樣六腑也與相應的經絡有相似超分子主體“印跡模板”孔穴通道結構。臟腑所體現的臟象與功能也與超分子主體孔穴通道印跡作用相關，是血液中客體分子物質與組織器官主體分子“氣析”作用的結果。由于五臟、六腑有各自的超分子主體物質孔穴通道，且相互混存重疊，只是在各臟器中的比例大小不同而已，所以不能用簡單的西醫形態學的研究來發現經絡臟象，按目前西醫的實體解剖器官來闡明中醫藥理論是行不通的。因此，對于中醫藥基礎理論研究，只能基于超分子化學，以經絡臟腑與各分子所表現出的“共“印跡模板”氣析”規律的研究為核心，建立人體內超分子孔穴通道、“印跡模板”、遷移規律、微觀物質與宏觀現象關聯的新分析方法才能揭示中醫藥作用規律。其中小分子對經絡臟腑孔穴通道的“印跡模板”規律，也就是各經絡的標準“印跡模板分子”的研究尤為重要，也最為困難。

3.3 氣的物質特征

中醫所述氣抽象而不好解釋，但根據經絡的微觀物質基礎及產生臟象的超分子印跡作用原理則變得容易解釋。中醫所述的氣是指運行于經絡臟腑主體之中的客體分子及作用關系。根據經絡臟腑主體與客體的特點，可分為①元氣：泛指所有經絡臟腑主體之中的客體分子及作用關系，包括先天、后天所產生主、客體分子及相互作用關系。②宗氣：與呼吸相關的經絡臟腑主體及客體小分子及作用關系。③營氣：運行于經絡臟腑主體的食物客體分子及作用關系。④衛氣：與免疫功能相關的經絡臟腑主體的客體小分子及作用關系。⑤經絡臟腑之氣：運行于具體經絡臟腑主體的客體小分子及作用關系。因此中醫氣的共同特點是所觀察經絡臟腑主體與客體分子的“印跡模板”特征及“超分子印跡”作用關系。根據主體與客體的作用及表現形式不同而分類，關系錯綜復雜，僅用中醫抽象的概念難以解釋和理解，若用超分子化學則變得非常清楚明了，而且還可以測定。

3.4 中藥藥性理論

同樣中藥藥性理論也就不難研究了。基于與經絡臟腑“印跡模板”是中藥有效成分的物質基礎理論，可建立超分子“印跡模板”通道法：根據各經絡臟腑孔穴通道特征，建立最佳的模板分子模型，然后采用分子相似度方法，分析各分子與各經絡臟腑的相似程度，再經多元統計學可以得出所含成分群的中藥對哪個經絡臟腑的選擇性最強，效應最好，首先解決中藥歸經問題；再根據各經絡的分布走向，分析中藥成分群的升降沉浮；再研究味蕾的超分子孔穴分子模板特征并將其與藥物歸經結果聯系，則解決中藥的五味問題；再結合中藥毒性效應，闡明中藥有毒無毒問題；最后將中藥作用規律與生物熱效應關系，解決中藥四性問題。因此中藥與經絡臟腑的超分子印跡作用規律，亦中藥的歸經理論既是研究中藥藥性突破口，也是闡明中醫經絡臟腑理論的突破口，而中藥四性問題研究表面容易，實際最難，只有等到中醫藥研究方法的全部建立后才能研究，在掌握中藥作用前后主、客成分的變化規律后，可建立熱力學方程解決。

3.5 中醫藥理、法、方、藥理論

當經絡、臟象、氣與中藥藥性基礎問題解決，則可闡明中醫基礎理論、中醫的診斷、方劑學等基礎性學科問題；構建中醫藥的理、法、方、藥基礎理論。

中醫基礎理論：構建起以經絡、臟象、氣為核心的印跡作用規律研究方法及理論體系，包括微觀的經絡臟腑超分子作用機制，宏觀的超分子作用現象測定方法及狀態函數表征體系。

中醫診斷學：構建主、客體分子的“印跡模板”超分子化學作用規律的中醫診斷系統，包括微觀與宏觀、體內與體外、宏觀現象測定與狀態函數表征、測算與預測等相統一的理論體系。創立適用于中醫藥基礎理論“氣析”的現代診斷儀器系統。

方劑學：構建基于中藥群體配伍超分子群對經絡臟腑“印跡模板”作用規律的預測及驗證科學體系，闡明中醫方劑的配伍理論。

其他臨床學科：將中醫藥理論與臨床諸科的特點結合，構建中醫臨床諸科的疾病的病因分析、治則、治法及遣方用藥的科學體系。

因此，就目前的已知超分子化學知識來看，超分子化學對詮釋中醫藥基礎理論將會產生重大的作用，應引起中醫藥現代化工作者的高度重視。

4 當前中醫藥基礎理論現代應注意的問題

自從1997年全國第一次召開中醫藥現代化戰略研討會至今，中醫藥理論現代化歷程快20年了，雖取得了一些成績，但突破性的進展甚微，究其原因，主要存在以下應注意的問題。①強調中醫的整體觀念，但研究時卻難能推行：眾所周知，中醫藏象證候、中藥復方作用機制、經絡研究為實現中醫藥現代化的三大基礎關鍵樞紐問題，目前一般都將三者分開單列研究，盡管單獨研究可取得一時成果，但要獲得突破性進展困難。這種研究方法容易割裂中醫治病“理、法、方、藥”的整體關系，與中醫藥的整體觀相悖。由于中醫的理、法需中藥干預則明；方、藥需對證治療才靈；理、法、方、藥需整體貫通方活。因此在中醫藥現代化過程中，應將其作整體融為一爐進行研究才能收到事半功倍的效果。②中醫藥基礎理論自成體系，不需要現代化。目前中醫藥現代化進展不大，研究處于低潮，有一部分對現代科學知識還不了解的中醫藥工作者認為中醫藥難能、也不需要現代化，持這種觀點的人最終會損害中醫。③過分強調整體，忽視微觀。整體觀念是中醫特色，但不能認為中醫只有整體而沒有微觀，應重視整體與微觀的辨證關系。眾所周知，物理學既研究宏觀物質的運行規律，如力學、電磁學；也研究微觀物質的運行規律，如原子結構理論，統計物理學；也研究宏觀與微觀的關系，如熱力學、動力學方程。因此宏觀與微觀物質運行規律是相互聯系的，中醫藥也是如此。有中醫藥經絡臟腑理論的臨床存在，必然有其微觀的物質基礎進行支撐。④區分宏觀與微觀的測定與表征方法。目前盡管中醫藥理論強調宏觀特征，但研究思路與方法卻是微觀成分；因此應區別宏觀與微觀的研究與表征方法不同，宏觀采用狀態函數表征，多測定光、電、磁、色等宏觀變化，微觀采用化學物質結構表征，多測定物質的量變及化學性質等。⑤中醫與西醫結合。中西醫來源于不同體系的醫學理論，盡管目前還難能從科學的本源上實現結合，但隨著中醫藥理論作用物質基礎的揭示，中西醫藥會從微觀化學本源基礎進行結合：基于單分子化學成就西醫理論；基于超分子化學則輝煌中醫理論。⑥中醫藥的發展方向。由上述中醫藥超分子化學分析可以預知本世紀將是中醫藥理論現代的世紀。代表了未來化學發展方向的超分子化學也同樣代表以此為基礎的中醫藥理論是未來生命學科的發展方向。⑦藥物研究方向。同樣基于生物體超分子理論，藥物將由目前單一“化學型”藥物向基于“印跡模板“超分子客體群的宏觀“數理型”藥物方向發展。

由上可知，隨著中醫藥超分子化學研究的不斷深入，隨著以上問題的不斷廓清與解決，中醫藥與西醫將在化學與超分子化學間消融，以超分子理論表征的現代化的中醫藥理論將會成為21世紀醫藥發展的主流方向。

5 中醫藥基礎理論現代化路線圖

經過上述分析可知，中醫藥現代化的過程已非常清晰，中醫藥現代化實際上是用超分子化學重新整合中醫藥理論并進行表述的過程。對于超分子化學研究中所采用的方法在一定程度上適用于人體的超分子作用規律研究，但由于人體是更為復雜的超分子體系，體內各種主、客體分子混雜，相互干擾。因此創立適用于人體的超分子物質、性質與現象的研究技術與現代儀器將會更加重要與艱苦。下面就中醫藥現代化的框架圖進行說明。

5.1 首次創立中醫藥體內超分子化學與技術研究方法

在超分子化學與技術（主要是體外）的研究基礎上，結合中醫藥物質基礎的特殊情況，創建以研究生物體（主要為人體）為主的超分子化學與技術方法研究平臺。

5.2 展開經絡超分子印跡孔穴通道的物質基礎研究，闡明經絡實質

采用超分子化學手段，展開經絡超分子印跡孔穴通道的基本屬性、特異性與各向異性研究，闡明經絡的科學內涵，主要難點在于尋找標準的經絡“印跡模板”分子，作為探針分子研究經絡，通過光、電、磁、色等組織性質的各向異性變化，顯現經絡的實體。

5.3 展開臟腑超分子印跡孔穴通道的物質基礎研究，闡明臟腑實質

采用超分子化學手段，展開臟腑超分子印跡孔穴通道的基本屬性、特異性與各向異性研究，闡明臟腑的科學內涵，主要難點是怎樣克服各實體臟器孔穴相互混雜干擾測定的難題，建立各經絡臟腑孔穴印跡模板專屬性高的檢測方法。

5.4 展開經絡臟腑實質（超分子印跡孔穴通道）與功能關系研究，闡明臟象與氣的實質

采用超分子化學手段，展開經絡臟腑實質的特性與其功能屬性關聯性的研究，闡明微觀超分子物質基礎與宏觀臟象、氣的內在聯系的本質規律，解決氣的物質屬性。主要難點是怎樣測定各孔穴通道與模板分子的印跡效應，建立中醫經絡臟腑、氣血的測定方法與儀器。

5.5 展開經絡臟腑的宏觀狀態函數的表征方法研究，建立臟象表征方法

采用生物數學、物理學、化學動力學原理，展開經絡臟腑宏觀狀態函數的表征方法，建立相應的數學模型，闡明微觀超分子作用規律與宏觀臟象表征規律，主要難點是建立微觀分子與宏觀統計學的數學模型及參數體系。這一過程叫中醫藥數理特征化（而非中醫藥數字化），也就是用數學、物理學、物理化學方法表征基于巨復超分子體系的宏觀綜合性質。

整合上述5個方面，結合現在的中醫基礎理論，將創立起以超分子化學為基石的中醫經絡臟腑理論與數理特征化現代學科體系。完成這一過程，可實現中醫基礎理論、針灸及中醫診斷學科現代化。

5.6 展開中藥微觀物質基礎及宏觀狀態函數的表征方法研究，闡明中藥微觀物質基礎的實質

采用超分子化學、免疫學與現代儀器科學建立基于印跡孔穴為基礎的免疫芯片中藥成分高通量分析方法；結合生物數學、化學動力學、化學計量學和計算化學原理，展開中藥微觀物質基礎的宏觀狀態函數的表征方法，建立相應的數學模型，闡明中藥微觀超分子結構與宏觀臟象作用的印跡表征規律，主要難點為中藥全成分群快速高通量測繪分析方法的建立。

5.7 建立中藥藥性與功效研究方法，實現中藥學現代化

如前述，采用超分子化學、生物數學、化學動力學、化學計量學和計算化學原理展開中藥歸經、升降沉浮、五味、毒性及四性及功效研究，構建以經絡臟腑的超分子作用規律為核心的中藥藥性及功效理論。實現中藥學學科現代化，主要難點是構建中藥藥性定量表征體系。

5.8 建立中藥復方配伍研究方法，實現方劑學現代化

采用超分子化學、生物數學、化學動力學、化學計量學和計算化學原理展開中藥復方配伍及方證關聯研究，構建以經絡臟腑的超分子作用規律為核心的中藥復方配伍理論，實現方劑學現代化。

5.9 中醫臨床諸學科的現代化

以已現代化的中醫藥學科的研究方法為基礎，展開中醫臨床諸科病因與病機、治則與治法、遣方用藥規律研究，實現諸學科現代化。

5.10 中藥學諸學科的現代化

以已現代化的中醫藥學科的研究方法為基礎，展開中藥學諸學科，如中藥藥劑學、中藥鑒定學、中藥炮制學與中藥藥理學規律研究，實現諸學科現代化。

這樣就可以創立以中醫藥經絡臟腑為基礎，以中藥復方多成分群用藥為特點，以超分子化學印跡作用規律為表達內容的“理、法、方、藥”現代化的中醫藥理論體系。至此，作為以單物質屬性研究擅長的西醫將與中醫藥理論融合成新的醫學體系：既體現單分子特征化學屬性，又體現多分子的超分子表觀化學屬性的醫學理論體系，宏觀與微觀實現高度的統一。

值得一提的是目前超分子化學研究方法多為體外建立的方法，對于像人體這樣包含了極其復雜的超分子復合體，上述方法能否適用還需驗證，但創建適用于人體的超分子分析方法及儀器設備將對闡述中醫藥基礎理論至關重要，是實現中醫藥現代化的瓶頸問題，充滿著挑戰。

綜上所述，本文首次闡明了超分子化學理論可以重構中醫藥基礎理論的科學內涵，這為實現中醫藥現代化與國際化奠定了基礎。

[參考文獻]

[1] Ariga K， Kunitake T. Supramolecular chemistry-fundamentals and applications[M]. Verlag Berlin Heidelberg：Springer， 2006.

[2] 徐家業. 超分子化學發展簡介[J]. 有機化學，1995，15（2）：133.

[3] Conn M M，Rebek J J. Self-assembling capsules[J]. Chem Rev，1997，97：1647.

[4] Lehn J M. Supramolecular chemistry scope and perspectives[J]. Angew Chem Int Ed，1988， 27（1）：89.

[5] 劉育，尤長城，張衡益. 超分子化學：合成受體的分子識別與組裝[M]. 天津：南開大學出版社，2001：38.

[6] Sun H Y，Bai Y，Zhao M G. New cyclo dextrin derivative 6-O-（2-hydroxybutyl）-β-cyclodextrin：preparation and its application in molecular binding and recognition[J]. Carbohydr Res，2009，344：1999.

[7] Shen J，Hao A Y，Du G Y. A convenient preparation of 6-oligo（lactic acid）cyclo-maltoheptaose as kinetically degradable dericative for controlled release of am oxicillin[J]. Carbohydr Res， 2008，343（15）：2517.

[8] Li Y Y，Liu J，Du G Y. Reversible heat-set organogel based on supramolecular interactions of β-cyclodextrin in N，N-dimet hylformamide[J]. J Phys Chem，2010，114：10321.

[9] 余德順，楊明.環糊精包埋技術及研究進展[J].重慶理工大學學報：自然科學，2010，24（11）：44 .

[10] 馬艷輝，黃英，祝黔江，等.抗癌藥物甲胺蝶呤與八元瓜環相互作用的研究[C]. 重慶：全國第十五屆大環化學暨第七屆超分子化學學術討論會，2010.

[11] 李春榮，叢航，薛賽風，等. 瓜環作為異煙肼新型潛在藥物載體的研究[C]. 重慶：全國第十五屆大環化學暨第七屆超分子化學學術討論會，2010.

[12] 楊輝，譚業邦，黃曉玲，等. 葫蘆脲的研究進展[J]. 化學進展，2009，21（1）：164.

[13] Zhou C H，Xie R G，Zhao H M.Convenient and efficient synthesis of imidazolium cyclohanes[C].Org Prep ProcInt，1996，28（3）：345.

[14] 李文林，李梅蘭. 超分子化學的現狀及進展[J]. 廣東化工，2009， 36（9）：80.

[15] 陳琴，馮臘梅，趙為民，等. 殼聚糖擔載Sn配合物催化金剛烷酮的BaeyerVilliger氧化反應[J]. 西北師范大學學報，2008，44：462.

[16] 陳強，譚民裕，劉偉生. 超分子中分子間弱相互作用力的研究方法概述[J]. 化學通報，2001（4）：236.

[17] Parca T N，Caulder D L，Raymond K N. Selective encapsulation of aqueous cationic guests into a supramolecular tetrahedral [M4L6]12- anionic host[J]. J Am Chem Soc，1998，120（31）：8003.

[18] 黃英，王娟，郭改英，等. 光譜法研究硫鳥嘌呤與七元瓜環及牛血清白蛋白的超分子相互作用[J]. 高等學校化學學報， 2013，34（2）：375.

[19] 李慧. 熒光光譜法研究磺化杯芳烴與藥物分子的相互作用[D]. 太原：山西大學，2008.

[20] Venyaminov S Y， Baikalov I A， Shen Z M， et al. Circular dichroic analysis of denatured proteins： inclusion of denatured proteins in the reference set[J]. Anal Biochem，1993，214（1）：17.

[21] Perczel A， Hollósi M， Tusnády G， et al. Convex constraint analysis： a natural deconvolution of circular dichroism curves of proteins[J]. Protein Eng，1991，4（6）：669.

[22] 齊美玲，高晶，邵清龍. 大蒜素-β-環糊精包合物的制備及大蒜素的含量測定[J]. 北京理工大學學報，2004，24（7）：650.

[23] 高永良. 苯佐卡因-β-環糊精包合物的研究[J]. 中國藥學雜志， 1991，26（3）：154.

[24] 聶淑芳，潘衛三，郭宏. 環糊精在靶向給藥系統中的應用[J]. 藥品評價，2005，2（1）：69.

[25] 趙梅，王曉東，張莉莉，等. 超分子包合技術在新藥研制中的應用[J]. 山東科學，2012， 25（1）：103.

[26] 于克貴，周成合，李東紅. 卟啉類抗癌藥物新進展[J]. 化學研究與應用，2007，19（12）：1296.

[27] 周成合，張飛飛，甘淋玲，等. 超分子化學藥物研究[J]. 中國科學B輯：化學， 2009，39（3）：208.

[28] Zhou Q D，Hambley T W，Kennedy B J，et al.XAFS studies of anti-inflammatory dinuclear and mononuclear Zn（Ⅱ）complexes of indomethacin[J].Inorg Chem，2003，42（25）：8557.

[29] Jain S，Jain N K，Pitre K S.Electrochemical analysis and analgesic behavior of Zn（Ⅱ）-baclofen complex[J].J Pharm Biomed Anal，2003，31（5）：1035.

[30] Dive D，Biot C.Ferrocene conjugates of chloroquine and other antimalarials：the development of ferroquine，a new antimalaria1[J].Chem Med，2008，3（3）：383.

[31] Bottari B，Maccari R，Monforte F，et al.Isoniazid—related copper（Ⅱ）and nickel（Ⅱ）complexes with antimycobacterial in vitro activity. Part 9[J]. Bioorg Med Chem Lett，2000，10（7）：657.

[32] Bottari B，Maccari R，Monforte F，et al.Nickel（Ⅱ）2，6-diacetylpyridine bis（isonicotinoylhydrazonate）and bis（benzoylhydrazonate）complexes：structure and antimycobacterial evaluation. Part XI[J].Bioorg Med Chem，2001，9（8）：2203.

[33] Wang Z，Hirayama F，Uekama K.In vivo and in vitro evaluations of amodified——release oral dosage form of nifedipine by hybridization of hydroxypropyl-beta-cyclodextrin and hydroxypropyIcelluloses in dogs[J].J Pharm Pharmacol，1994，46（6）：505.

[34] 張中強，涂華民，葛旭升.超分子化學的研究進展[J]. 河北師范大學學報，2006，30（4）：453.

[35] 夏贊韶，賀福元，鄧凱文，等. 中藥分子印跡技術對中醫藥理論的特殊影響[J]. 中國中藥雜志，2013，38（8）：1266.

[36] 鄧凱文，賀福元. 中藥歸經研究的現狀及“穴藥”法的提出[J]. 中國中藥雜志， 2013， 38（10）：1643.

[37] 陶必修. 中醫經絡的現論[J]. 應用物理， 2013（3）：13.

[38] 祝總驤，徐瑞民，田嘉禾，等. 正電子斷層掃描顯示經脈血氣運行的三維定位[J]. 中國自然醫學雜志，2003（3）：129.

Special impact of supramolecular chemistry on Chinese medicine theories

HE Fu-yuan， ZHOU Yi-qun， DENG Kai-wen， DENG Jun-lin， SHI Ji-lian，

LIU Wen-long， YANG Yan-tao， TANG Yu， LIU Zhi-gang

（1. Department of Pharmaceutics， Hunan University of Chinese Medicine， Changsha 410208， China；

2. Property and Pharmacodaynamic Key Laboratory of Chinese Material Medica， State Administration of

Chinese Medicine， Changsha 410208， China；

3. Pharmaceutical Preparation Technology and Evaluation Laboratory of Chinese Medicine， Hunan University of

Chinese Medicine， Changsha 410208， China；

4. The First Affinity Hospital， Hunan University of Chinese Medicine， Changsha 410007， China；

5. Supramolecular Mechanism and Mathematic-Physics Chracterization for Chinese Materia Medica，

Hunan University of Chinese Medicine， Changsha 410208， China）

[Abstract] The paper aimed to elucidate the specific impact of supramolecular chemistry on the Chinese medicine theories（CMT）in their modernization， after had summarized up the research status of supramolecular chemistry and analyzed the possible supramolecular forms of Chinese medicine（CM）， as well as considered the problems in modernization of CM theories. On comparison of the classical chemistry that delt with chemical bonds among atoms，the supramolecular chemistry was rather concerned with varietes of weak noncovalent bonds intermolecules， and reflected the macro-apparent chemical properties of each molecules， and was the most appropriate chemical theories to explain the CMT and microcosmic materials. The molecules in the human body and Chinese material medica（CMM）formed supramolecules by way of self-assembly， self-organization， self-recognition and self-replication， with themselves or with complexation， composition， chelation， inclusion， neutralization etc. Meridian and Zang-fu viscera in CMT might be a space channel structure continuously consisted of unique molecules cavity that was imprinted with the supramolecularly template inside and outside of cells， through which the molecules in CMM interacted with the meridian and Zang-fu viscera. When small molecules in human body imprinted with macromolecules in meridian and Zang-fu viscera， in other words， they migrated along within imprinting channels of meridian and Zang-fu viscera on behavior of "Qi chromatography" impulsed by the heart beat， finally showed up on macroscopic the anisotropy of tissue and organ， as described namely as visceral manifestation in Chinese medical science. When small molecules in CMM interacted with imprinting channel on meridian and Zang-fu viscera， the natural properties and efficacy regularities of CMM was reflected on macroscopic. Therefore， the special representation forms of basic CMT is based on the macroscopic expression of "Qi chromatography" abided by imprinting effect regularities， and on whether the imprinted template of small molecules matched with cavity template of macromolecules in meridian and Zang-fu viscera， only is the adequate representation of supramolecular chemistry for them. The CMM materials is the mixture including single molecules and supramolecules. The compatibility for CM prescriptions can significantly change the function rules. Therefore in the study of basic CMT， we should pay special attention to the laws of supramolecular chemistry. It is the most essential differences of the CMT from the modern medicine which established by the laws of single molecular theories.