發(fā)布時(shí)間：2023-09-06 17:05:08
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的納米化學(xué)分析樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：化學(xué)修飾電極；納米材料；環(huán)境分析
一、碳納米管修飾電極
1. 化學(xué)修飾電極的制備與分類
化學(xué)修飾電極的制備是化學(xué)修飾電極的關(guān)鍵問題，制備過程中關(guān)于修飾方法、過程步驟、制備的優(yōu)劣都對(duì)化學(xué)修飾電極有著重要的影響。我們按照化學(xué)修飾電極上面固定材料的類型可以將其分為單分子層、多分子層以及組合型等三大類. [1]其中多分子層以聚合物薄膜為主。電極表面的修飾方法按照修飾類型的不同可以分為共價(jià)鍵合法、吸附法和聚合法三類。但是通常情況下我們不會(huì)使用單一的方法，而是這幾種方法組合使用完成對(duì)化學(xué)電極的修飾過程。大體的分類如圖1所示：
圖1 化學(xué)修飾電極的制備和分類
（1）共價(jià)鍵合型
我們實(shí)際生活中經(jīng)常用到的固體電極如金屬、金屬氧化物以及石墨等等，表面存在著多種含氧基。我們可以對(duì)其進(jìn)行氧化還原處理增加含氧基的數(shù)目，讓其與修飾化合物進(jìn)行共價(jià)鍵合反應(yīng)，把特定的功能基團(tuán)留在電極的表面上。共價(jià)鍵合法的修飾物固定比較牢靠，但是修飾過程復(fù)雜，并且修飾效果不高。
（2）吸附型
吸附法最常見的應(yīng)用是單分子層修飾電極的制備，有時(shí)也用于制備多分子層修飾電極。
（3）聚合物型
聚合物型是利用一些聚合方法方法在電極表面形成修飾膜。其中電化學(xué)聚合方法是很重要的薄膜合成法方法之一，它主要是利用氧化或者還原反應(yīng)在電極上產(chǎn)生自由基，然后再經(jīng)過縮聚反應(yīng)制備該薄膜。聚合物方法形成的薄膜穩(wěn)定，厚度均勻并且可控。因此在薄膜制備中得到了廣泛的應(yīng)用。
2. 碳納米管修飾電極類型
納米材料表面覆蓋著的是一層非晶層，該層沒有短程序和長(zhǎng)程序。由于原子的周圍原子很少，產(chǎn)生了許多懸空鍵表現(xiàn)出極大地極性。具有相當(dāng)高的催化效率，因此其是一種很好的修飾材料，并且具有極大的潛力?，F(xiàn)如今關(guān)于碳納米管修飾材料的研究很熱門。
鑒于碳納米管的良好的電子特性，其進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)能很好地促進(jìn)電子的遷移。關(guān)于單壁和多壁的納米管都可以用來(lái)修飾電極和制備電極。其主要分為以下四種類型：
（1） 碳納米管糊電極
Britto 在1996年將碳納米管調(diào)勻后導(dǎo)入到玻璃管中，并用導(dǎo)線引出，制備出來(lái)了碳糊電極。這是碳納米管在點(diǎn)分析中的最早應(yīng)用，隨后牛津大學(xué)、清華大學(xué)等也相繼制備出了各種糊電極應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。[2]但是上述幾種納米管普遍存在著重復(fù)性較差、壽命較短等，雖然制備過程較為簡(jiǎn)單，但是應(yīng)用受到限制。因此，人們開始便致力于應(yīng)用更廣泛的碳納米管薄膜修飾。
（2）碳納米管薄膜修飾電極
碳納米管有著諸多上述優(yōu)良特性，但是其的不溶性大大限制了其在碳納米管薄膜修飾電極方面的應(yīng)用。碳納米管的不溶性表現(xiàn)為其幾乎不溶于所有溶劑。我們?cè)谥苽淝靶枰獙⑵溥M(jìn)行超聲分散得到懸浮體系。根據(jù)所用分散劑的不同我們分為以下幾個(gè)體系：碳納米管-有機(jī)溶劑分散體系、碳納米管-硫酸分散體系和碳納米管-表面活性劑分散體系。
二、碳納米管修飾電極在環(huán)境分析中的應(yīng)用
1.碳納米管修飾電極測(cè)定環(huán)境中的重金屬陽(yáng)離子
環(huán)境中的重金屬陽(yáng)離子Pb2+、Cd2+、Hg2+等是重金屬污染物，嚴(yán)重危害著人們的健康發(fā)育，因此對(duì)其檢測(cè)是至關(guān)重要的。利用納米管―石墨糊電極對(duì)水體進(jìn)行測(cè)定，性能穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)，是一種較好的選擇。
2. 碳納米管修飾電極測(cè)定環(huán)境中的陰離子及其化合物
存在于工業(yè)廢水以及食物中的亞硝酸根離子對(duì)人來(lái)有致癌的危險(xiǎn)，研究其相關(guān)測(cè)定方法具有重大意義。人們借助一種對(duì)NO2-具有高靈敏度高選擇性的殼聚糖-碳納米管修飾電極可直接富集和測(cè)定水樣中的NO2-，檢測(cè)效果較好。
3.碳納米管修飾電極測(cè)定環(huán)境中有機(jī)污染物
為了測(cè)定水環(huán)境中的苯酚含量，我們采用多壁納米管修飾電極對(duì)其進(jìn)行測(cè)定。該修飾電極具有較強(qiáng)的吸附特性，苯酚存在著較強(qiáng)的富集效率。使得苯酚在修飾電極上的氧化峰電流顯著增加進(jìn)行測(cè)定。
三、展望
碳納米管修飾電極是一類新興的電極，在環(huán)境分析中有廣闊的應(yīng)用前景。如能進(jìn)一步研究碳納米管的分散劑，使碳管和分散劑的作用結(jié)合起來(lái)，利用吸附和鍵合作用于待測(cè)物質(zhì)以提高對(duì)其測(cè)定的靈敏度，必將使碳納米管修飾電極的應(yīng)用產(chǎn)生一個(gè)新的飛躍。
參考文獻(xiàn)：
[1] 姚佳良，彭紅瑞，張志琨1納米碳管的性質(zhì)及應(yīng)用技術(shù)[J]1青島化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，23（2）：39～43
超分子化學(xué)，是研究分子間相互作用力，處于近代化學(xué)、材料化學(xué)和生命科學(xué)交匯點(diǎn)的新興學(xué)科。將超分子化學(xué)、無(wú)機(jī)固體材料學(xué)、納米技術(shù)等交叉融合已經(jīng)在傳感、可控行為、傳輸?shù)葢?yīng)用方面取得了巨大的進(jìn)步。通過控制一些納米材料行為的技術(shù)開啟了超分子未來(lái)的一個(gè)嶄新的用途。本書對(duì)最近在這個(gè)領(lǐng)域發(fā)展極其迅速的幾個(gè)方面進(jìn)行了綜述。
該書第一部分介紹了基礎(chǔ)材料的合成、表征以及基本性質(zhì)。比如有機(jī)無(wú)機(jī)雜化材料硅基微米多孔材料；改性金納米粒子以及表面、有機(jī)功能半導(dǎo)體納米晶以及在光學(xué)領(lǐng)域方面的應(yīng)用；功能碳納米管以及生物方面應(yīng)用；金屬有機(jī)骨架等。該部分是本書重要方面，集中介紹了超分子領(lǐng)域幾類重要的功能材料。第二部分介紹了超分子化學(xué)表面自組裝的信號(hào)以及傳感。生物分子一納米粒子雜化超分子體系的電化學(xué)信號(hào)；改性納米粒子作為納米電催化劑以及改性傳感器；金納米粒子的光物理性能在傳感以及影像方面的應(yīng)用；有機(jī)改性的納米量子點(diǎn)在化學(xué)和生物化學(xué)分析方面的應(yīng)用。第三部分就控制超分子納米自組裝、超分子組裝行為以及形貌進(jìn)行了研究。該部分重點(diǎn)介紹了納米粒子表面的自組裝化學(xué)作用力；表面生物分子的固定以及圖案化；表面的主客體可調(diào)控性；雜化材料的介孔介觀形貌的調(diào)控。該部分是超分子組裝最核心的部分，重點(diǎn)介紹了自組裝行為以及形貌可控方面的相關(guān)知識(shí)，體現(xiàn)了超分子特點(diǎn)。第四部分介紹了仿生化學(xué)。印記功能化硅材料；仿生嵌端聚合物雜化材料。最后部分就界面化學(xué)、多功能以及跨學(xué)科交叉視角介紹了一些交叉的概念，比如納米容器基的自我修復(fù)涂層；可調(diào)變的多功能材料；超分子化學(xué)與雜化材料的前景展望。
第一作者Kunt Rurack在柏林洪堡大學(xué)獲得博士學(xué)位，加入BAM聯(lián)邦材料研究與監(jiān)測(cè)中心，現(xiàn)在他帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)主要集中于生物分析領(lǐng)域。他與別人合著約70余部著作，是德國(guó)化學(xué)會(huì)以及美國(guó)化學(xué)會(huì)的會(huì)員。
第二作者Ramon Martinez，Manez在巴倫西亞大學(xué)獲得博士學(xué)位，在英國(guó)劍橋大學(xué)讀博士后。目前是瓦倫西亞理工大學(xué)化學(xué)系的教授，出版170余篇著作，申請(qǐng)了8項(xiàng)專利。是美國(guó)化學(xué)會(huì)的會(huì)員。該書集合最熱門的兩大領(lǐng)域一超分子化學(xué)以及雜化材料設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)的綜述，適合從事自組裝、仿生化學(xué)、超分子、分析化學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域研究學(xué)者以及研究生閱讀。
趙宇飛，博士生
1引言
蘆丁是一種主要分布在植物體內(nèi)的類黃酮化合物，有較好的抗氧化性，能夠維持并且恢復(fù)毛細(xì)血管彈性， 增強(qiáng)毛細(xì)血管的抵抗力，促進(jìn)其細(xì)胞增生和防止血細(xì)胞凝集，是一種常用藥物。目前，測(cè)定蘆丁的方法有高效液相色譜法、毛細(xì)管電泳法、分光光度法、化學(xué)發(fā)光法和電化學(xué)方法等[1～4]。電化學(xué)方法具有靈敏度高、儀器價(jià)格便宜、重現(xiàn)性好和成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。蘆丁分子中含有4個(gè)酚羥基，具有電化學(xué)活性，因此可用電方法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，其在不同類型化學(xué)修飾電極上的電化學(xué)研究及測(cè)定均有報(bào)道[5～7]。
離子液體修飾碳糊電極（CILE）是以離子液體為修飾劑和粘合劑的一種化學(xué)修飾碳糊電極，在電中得到了較多的應(yīng)用[8～10]。它具有電化學(xué)窗口寬、導(dǎo)電性好、具有一定催化能力等特點(diǎn)，被應(yīng)用于測(cè)定多種電化學(xué)活性物質(zhì)。本課題組也將不同類型的CILE應(yīng)用于多種電活性物質(zhì)（如單磷酸腺苷[11]、ssDNA[12]等）的測(cè)定，取得了較好的結(jié)果。近年來(lái)，納米材料修飾電極已被應(yīng)用于電化學(xué)傳感器的研究。納米金是一種常用的金屬納米材料，具有導(dǎo)電性高、生物相容性好等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于化學(xué)修飾電極的制備與應(yīng)用[13]。石墨烯（GR）是一種具有二維平面結(jié)構(gòu)的碳材料，力學(xué)、熱學(xué)和電化學(xué)性質(zhì)優(yōu)異，近年來(lái)在電化學(xué)和電中得到了廣泛應(yīng)用[14，15]。如Wu等制備了基于GR的電化學(xué)傳感器并用于NO的檢測(cè)[16]；Xu等研究了血紅蛋白在GR和ZnO復(fù)合材料修飾金電極上的電化學(xué)行為[17]；Ruan等研究了肌紅蛋白在GR和離子液體復(fù)合材料中的電化學(xué)行為，并應(yīng)用于三氯乙酸的電催化檢測(cè)[18]。
本研究以CILE為基底電極，利用電化學(xué)沉積的方法將納米金和GR分步沉積到CILE表面制備了修飾電極。此修飾電極綜合了CILE、納米金和GR的優(yōu)點(diǎn)：具有導(dǎo)電性好、電化學(xué)窗口寬、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，離子液體的存在為其提供了良好的反應(yīng)界面，非常有利于電化學(xué)沉積反應(yīng)的進(jìn)行；納米金在CILE表面的電沉積能夠形成一個(gè)比表面積大、導(dǎo)電性好的電極界面；而進(jìn)一步電沉積GR在納米金的表面又可以形成一個(gè)三維的納米復(fù)合材料修飾電極。利用此修飾電極對(duì)蘆丁的電化學(xué)行為進(jìn)行了研究，建立了一種檢測(cè)蘆丁的電化學(xué)分析新方法。
3結(jié)果與討論
關(guān)鍵詞：環(huán)境科學(xué)；無(wú)機(jī)及分析化學(xué)；教學(xué)
中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：2096-000X（2016）24-0140-02
Abstract：Accordingtotherequirementsofthecourse，thearticleexplainshowtoselectteachingmaterialsandteachingcontentofinorganicandanalyticalchemistrycourse.Atthesametime，onthebasisofthecharacteristicsoftheenvironmentalscienceandthestudents'situation，theteachingreformoftheclassroomteachingisdiscussed.
Keywords：environmentalscience；inorganicandanalyticalchemistry；teaching
在環(huán)境科學(xué)本科專業(yè)的培養(yǎng)方案中，化學(xué)課程占了比較大的比重。學(xué)生首先學(xué)習(xí)的化學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課是《無(wú)機(jī)及分析化學(xué)》（有配套的無(wú)機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程），由無(wú)機(jī)化學(xué)與分析化學(xué)的化學(xué)分析兩大部分內(nèi)容整合形成。它將為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，如有機(jī)化學(xué)、儀器分析化學(xué)、物理化學(xué)和環(huán)境化學(xué)等。因此，有必要對(duì)無(wú)機(jī)及分析化學(xué)的教學(xué)進(jìn)行探討，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂的教學(xué)效果，以適應(yīng)科技的飛速發(fā)展。
一、教材的選擇
目前，該課程采用高等教育出版社的面向21世紀(jì)課程教材，《無(wú)機(jī)化學(xué)與化學(xué)分析》（第三版），史啟禎主編。教材分為兩大部分-主篇和副篇，主篇的內(nèi)容是基礎(chǔ)，是對(duì)學(xué)生的基本要求，副篇的內(nèi)容供教師選用和學(xué)生選讀。主篇共有19章，第1章到第12章為無(wú)機(jī)化學(xué)及分析化學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，而第13章到第17章為元素、化合物知識(shí)，第18、19章分別介紹氫和核化學(xué)的一些相關(guān)知識(shí)。與舊版相比，新版引入了學(xué)科的前沿知識(shí)，選取的教材內(nèi)容更加新穎，有助于學(xué)生初步了解學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)。為了適應(yīng)新形勢(shì)下的課堂教學(xué)要求，新版也調(diào)整了部分章節(jié)內(nèi)容的編排順序。別具特色的是，教材中的習(xí)題作業(yè)全部用英語(yǔ)表達(dá)，并且最后還給出了一些英文詞匯的解釋[1]。
二、教學(xué)內(nèi)容側(cè)重點(diǎn)的選擇
該課程是對(duì)環(huán)境科學(xué)本科專業(yè)的學(xué)生開設(shè)的，而不是化學(xué)本科專業(yè)的學(xué)生，所以課時(shí)進(jìn)行了一定的壓縮。因此教學(xué)過程中不可能面面俱到，不需要像化學(xué)專業(yè)的學(xué)生那么深入，要求講授基礎(chǔ)知識(shí)。
環(huán)境科學(xué)專業(yè)畢業(yè)生應(yīng)獲得以下幾方面的知識(shí)和能力：
1.掌握普通化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)、工程力學(xué)、測(cè)量學(xué)、工程制圖、微生物學(xué)、水力學(xué)、電工學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)、環(huán)境工程學(xué)科的基本理論、基本知識(shí)；2.掌握水污染控制工程、空氣污染控制工程、噪聲污染控制工程、固體廢物處理處置與資源化工程的基本原理和設(shè)計(jì)方法；3.具有污染物監(jiān)測(cè)和分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)、環(huán)境規(guī)劃與管理的初步能力；4.了解環(huán)境科學(xué)與技術(shù)的理論前沿和發(fā)展動(dòng)態(tài)；5.掌握文獻(xiàn)檢索、資料查詢的基本方法，具有初步的科學(xué)研究和實(shí)際工作能力。由此出發(fā)，在主篇內(nèi)容的教學(xué)中，應(yīng)該把重點(diǎn)放在第1章到第12章的無(wú)機(jī)化學(xué)及分析化學(xué)理論知識(shí)上。
三、教學(xué)改革的四個(gè)方面
（一）在教學(xué)中滲透學(xué)科研究的前沿領(lǐng)域
高校教學(xué)必須重視各學(xué)科領(lǐng)域的最新發(fā)展，將其融會(huì)貫通到教學(xué)進(jìn)程中，開闊學(xué)生的眼界，培養(yǎng)學(xué)生的興趣，提高學(xué)生的知識(shí)素養(yǎng)，使教學(xué)與時(shí)俱進(jìn)，不斷推陳出新，保持足夠的吸引力，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才打下夯實(shí)的基礎(chǔ)。
對(duì)環(huán)境科學(xué)專業(yè)的《無(wú)機(jī)及分析化學(xué)》課程而言，教學(xué)中主要滲透的是環(huán)境學(xué)科以及無(wú)機(jī)、分析領(lǐng)域的發(fā)展。例如第六章《氧化還原反應(yīng)與電化學(xué)》講授中，介紹了廢棄干電池是環(huán)境殺手，臺(tái)灣成功大學(xué)研發(fā)以硫酸亞鐵溶解廢電池，再萃取成為磁性納米吸附劑，反而成為污染防治的助手。第19章《核化學(xué)簡(jiǎn)介》講授中，介紹了中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所環(huán)境修復(fù)材料與技術(shù)學(xué)科組研制出一種可凈化放射性銫污染的新型納米材料。同時(shí)，該材料還可在外加磁場(chǎng)作用下，實(shí)現(xiàn)吸附材料與廢水的簡(jiǎn)便、快速分離，為土壤重金屬污染治理研究提供了一條新的思路[2，3]。
（二）在教學(xué)中多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合
目前，多媒體教學(xué)已經(jīng)普遍應(yīng)用于高校的各學(xué)科教學(xué)中，因其靈活多變，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極主動(dòng)性，大大提高了教學(xué)質(zhì)量。
例如講授現(xiàn)代價(jià)鍵理論的要點(diǎn)-原子軌道最大重疊時(shí)，運(yùn)用多媒體教學(xué)，可以直觀、具體、形象地演示這一抽象的微觀過程，學(xué)生在動(dòng)態(tài)的畫面中，似乎看得見原子軌道的形狀和取向，這是傳統(tǒng)的教學(xué)手段無(wú)法達(dá)到的。
但也不能一味地全部采用多媒體教學(xué)，摒棄傳統(tǒng)教學(xué)。不是所有的教學(xué)內(nèi)容都適合使用多媒體手段。《無(wú)機(jī)及分析化學(xué)》涉及到許多基本定律和公式，教師用粉筆在黑板上層層深入地推導(dǎo)，通過板書、語(yǔ)言、動(dòng)作和表情與學(xué)生進(jìn)行實(shí)時(shí)交流，這比用多媒體教學(xué)更能使學(xué)生深刻地理解基本定律和公式的關(guān)鍵之處。例如，在講授一元弱酸和弱堿平衡計(jì)算時(shí)，利用多媒體講授，教師被“固定”在電腦前面，與學(xué)生的交流很少，哪怕是逐步地呈現(xiàn)公式，學(xué)生也不容易掌握。而在傳統(tǒng)的黑板上，教師科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)匾徊讲酵茖?dǎo)，加上富有邏輯性的推理語(yǔ)言、板書的停頓、近距離與學(xué)生眼神的交流，使學(xué)生更容易理清思路，緊跟教學(xué)的節(jié)奏，學(xué)生收獲的不僅是一條定律或公式，更是一種思考方法。
因此，如果教師針對(duì)不同的章節(jié)內(nèi)容采用不同的教學(xué)媒體，將多媒體技術(shù)和傳統(tǒng)教學(xué)方式有機(jī)結(jié)合起來(lái)，將會(huì)達(dá)到事半功倍的效果[4]。
（三）在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)問題情境
問題教學(xué)法是一種以問題為中心進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)的方法。它是貫徹啟發(fā)式教學(xué)的基本教學(xué)方法。在傳統(tǒng)教學(xué)甚至多媒體教學(xué)中，“填鴨式”教學(xué)是主流模式，教多問少。教師即便提出一些問題，或者學(xué)生被動(dòng)地回答，或者教師自問自答，或者教師只問不答，在教學(xué)中幾乎沒有給學(xué)生提供解決問題的時(shí)機(jī)，學(xué)生的能力也就無(wú)法提升。
在教學(xué)中如何創(chuàng)設(shè)問題情境？
1.利用學(xué)生代表性的錯(cuò)誤創(chuàng)設(shè)問題情境
在講化學(xué)熱力學(xué)的基本概念-熱和功時(shí)，教師提問：熱和功屬于狀態(tài)函數(shù)嗎？不少學(xué)生聯(lián)想溫度和壓強(qiáng)，馬上回答是！這時(shí)教師要求學(xué)生回憶狀態(tài)函數(shù)的特性，討論熱、功與狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì)比較，最后由學(xué)生自己得出熱和功不屬于狀態(tài)函數(shù)。
2.利用學(xué)生固有知識(shí)與客觀事實(shí)的矛盾創(chuàng)設(shè)問題情境
同樣是在討論熱和功基本概念，教師提問：熱和功是系統(tǒng)的能量嗎？學(xué)生很有把握地說(shuō)是。教師明確指出，并非如此。這時(shí)教師可以逐步地追問：系統(tǒng)的狀態(tài)沒有改變，有沒有熱和功？-系統(tǒng)從同樣的始態(tài)到同樣的終態(tài)，熱和功一樣？通過問題教學(xué)，學(xué)生真正理解和掌握了熱和功這兩個(gè)基本概念。
3.利用學(xué)生對(duì)同一問題的不同看法創(chuàng)設(shè)問題情境
在講價(jià)層電子對(duì)互斥理論時(shí)，教師提問：水和氨分子的鍵角大小比較？學(xué)生的意見不統(tǒng)一，教師要求學(xué)生利用VSEPR理論計(jì)算水和氨分子的分子理想模型，繼而通過電子對(duì)排斥力順序判斷分子的立體結(jié)構(gòu)及鍵角大小，最后順利地導(dǎo)出答案：水分子的鍵角小于氨分子的鍵角。
4.利用提出的假設(shè)創(chuàng)設(shè)問題情境
在講化學(xué)熱力學(xué)的基本概念-自發(fā)過程時(shí)，教師提出假設(shè)：熱可以自動(dòng)從低溫物體傳向高溫物體。創(chuàng)設(shè)如下的問題：熱從低溫物體傳向高溫物體，再?gòu)母邷匚矬w傳向低溫物體，從始態(tài)到終態(tài)，系統(tǒng)和環(huán)境有什么變化？教師要求學(xué)生分組討論。
5.利用課堂演示實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問題情境
對(duì)于化學(xué)課程來(lái)說(shuō)，課堂演示實(shí)驗(yàn)是很重要的一種教學(xué)形式。結(jié)合現(xiàn)代化的多媒體技術(shù)，還可以進(jìn)行虛擬的實(shí)驗(yàn)演示，在演示實(shí)驗(yàn)過程中，可以詢問學(xué)生關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象的問題。
在教學(xué)中有時(shí)候會(huì)同時(shí)應(yīng)用幾種創(chuàng)新問題情境的方法，如提出假設(shè)并且利用學(xué)生的不同看法來(lái)提出問題。這類方法很多，教師只要用心，都可以游刃有余地應(yīng)用到教學(xué)中。
如何給學(xué)生提供解決問題的時(shí)機(jī)？
要留出足夠的時(shí)間給學(xué)生思考回答問題；要設(shè)計(jì)難度適中的問題給學(xué)生解決；給學(xué)生的提問要回答，切忌只問不答，盡量避免自問自答；
在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)問題情境，不僅能使學(xué)生獲取知識(shí)，熟練掌握基本技能，更重要的是能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、自主學(xué)習(xí)的能力[5]。
（四）在教學(xué)中加強(qiáng)各知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系
在多年的教學(xué)生涯中，教師對(duì)《無(wú)機(jī)及分析化學(xué)》每個(gè)章節(jié)的關(guān)鍵點(diǎn)和知識(shí)點(diǎn)都了如指掌，在教學(xué)中也會(huì)強(qiáng)調(diào)對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的講解，然而對(duì)知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系尤其是各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系相對(duì)不夠重視，也較少融入到教學(xué)中。如何突出各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系？借鑒思維導(dǎo)圖，以圖形方式說(shuō)明各章節(jié)的主要教學(xué)內(nèi)容，直觀地給出各章節(jié)關(guān)鍵點(diǎn)與知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，可以反映知識(shí)點(diǎn)之間的層層推進(jìn)，使學(xué)生形成一個(gè)較為完整的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯能力[6]，例如圖1反映了化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)的關(guān)系。
目前，我們正在錄制慕課視頻。接下來(lái)，我們將會(huì)嘗試線上學(xué)習(xí)和線下教學(xué)按一定比例相結(jié)合的混合教學(xué)模式?？傊?，我們的教學(xué)模式也不是一成不變的，需要在教學(xué)中不斷前行，摸索總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提出更多、更好的教學(xué)方式、方法來(lái)改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量。
作者；許妙瓊
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[關(guān)鍵詞] 中藥制劑；抗腫瘤；物質(zhì)基礎(chǔ)；多靶點(diǎn)；制劑工藝
[中圖分類號(hào)] R285[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1673-7210（2010）10（a）-009－03
Multidimensional progress in anti-tumor preparation of Traditional Chinese Medicine
YAN Lu, HUANG Shengwu
(Pharmacy College, Zhejiang University of Traditional Chinese Medical, Hangzhou 310053, China)
[Abstract] Summarize the research of anti-tumor preparation of traditional Chinese medicine(TCM) on components,multi-target effects and preparation process and point out the contents which are needed to pay more attention on. Identify that the main research directions are components and multi-target effects.
[Key words] Preparation of Traditional Chinese Medicine; Anti-tumor; Components; Multi-target; Preparation process
惡性腫瘤已成為危害人類健康最嚴(yán)重的疾病之一。臨床上，對(duì)腫瘤采取綜合治療的措施，即手術(shù)、放療、化療相結(jié)合的治療方法?；熆善鸬揭欢ǖ闹委熥饔茫殡S著免疫抑制、骨髓抑制等嚴(yán)重毒副反應(yīng)，未必能確實(shí)提高患者的生存質(zhì)量、延長(zhǎng)壽命。中藥抗腫瘤制劑具有毒副作用小和多靶點(diǎn)抗腫瘤的優(yōu)勢(shì)，在物質(zhì)基礎(chǔ)及多靶點(diǎn)作用等方面的研究有很大進(jìn)展，本文對(duì)此作一綜述。
1 中藥抗腫瘤制劑物質(zhì)基礎(chǔ)研究
由于中藥作用的整體性、中藥成分和作用機(jī)制的復(fù)雜性，使中藥抗腫瘤制劑藥效物質(zhì)基礎(chǔ)的闡明進(jìn)展緩慢，成為制約共發(fā)展的瓶頸。尋找合理的研究方法，闡明藥效物質(zhì)基礎(chǔ)及作用的本質(zhì)，建立科學(xué)的質(zhì)量控制方法，是研究的關(guān)鍵問題。
物質(zhì)基礎(chǔ)的研究主要運(yùn)用“分離解析”研究思路及植物化學(xué)逐步分離、藥理活性示蹤模式。從宏觀到微觀，從整體到局部，從3個(gè)化學(xué)層次(整體-部位-成分)、4個(gè)藥理水平(整體動(dòng)物-組織器官-細(xì)胞-分子基因)進(jìn)行篩選,確定藥效物質(zhì)。雖然取得了一定進(jìn)展，但存在活性成分≠藥效物質(zhì)≠中藥，制劑整體臨床有效而“活性成分”效果較差甚至無(wú)效等諸多問題[1]。由此，提出了許多新的、合理有效的研究方法和技術(shù)，主要有：
1.1計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)分析技術(shù)
在計(jì)算機(jī)上建立三維化學(xué)分子結(jié)構(gòu)模型，通過計(jì)算機(jī)模擬探討藥物與靶點(diǎn)的相互作用關(guān)系，從分子層面上闡釋中藥的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)。鄭春松等[2]研究槲皮素抑瘤物質(zhì)基礎(chǔ)使用計(jì)算機(jī)模擬方法，通過分子對(duì)接，得到與靶酶最佳相互作用模式。槲皮素中色原酮結(jié)構(gòu)可與COX-2多個(gè)部位作用，發(fā)揮抑瘤作用，驗(yàn)證了其是藥效的物質(zhì)基礎(chǔ)。
1.2血清藥理學(xué)和血清藥物化學(xué)分析方法
結(jié)合體外血清藥理活性測(cè)定方法，對(duì)血清中有效成分分離鑒定，將中藥入血成分進(jìn)行體外活性篩選，最終確定有效成分和代謝產(chǎn)物。王喜軍等[3]對(duì)復(fù)方安替威膠囊物質(zhì)基礎(chǔ)的研究運(yùn)用血清藥物化學(xué)分析方法，分析其入血成分，認(rèn)為綠原酸、黃芩苷既是入血的主要成分，又是眾多代謝產(chǎn)物的前體化合物，最有可能成為藥效的物質(zhì)基礎(chǔ)，以其為指標(biāo)進(jìn)行工藝及其相關(guān)研究，能體現(xiàn)藥物的內(nèi)在質(zhì)量。
1.3譜效關(guān)系分析
通過建立各色譜峰表征的化學(xué)物質(zhì)和以藥理指標(biāo)為表征的藥效之間的關(guān)系，運(yùn)用多元非線性回歸、主成分分析等方法分析數(shù)據(jù)，找出和藥效正相關(guān)的色譜峰，歸屬其代表的化學(xué)成分，確定中藥或復(fù)方的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)。
盧紅梅等[4]對(duì)魚腥草注射液進(jìn)行譜效分析，發(fā)現(xiàn)色譜圖中17~21 min中的色譜峰是藥效的主要相關(guān)峰，包含的主要化合物有甲基正壬酮、癸酰乙醛、月桂醛、β-蒎烯、β-芳樟醇、1-壬醇、4-松油醇、α-松油醇，其中3種有效物質(zhì)的活性與文獻(xiàn)報(bào)道相符。
1.4 生物色譜技術(shù)
以各種具有生物活性的材料作為固定相，將活性大分子、活性細(xì)胞膜、甚至活細(xì)胞固著在色譜載體上，作為生物活性填料用于現(xiàn)代色譜技術(shù)，形成一種能模仿藥物與生物大分子、靶體或細(xì)胞間相互作用的色譜系統(tǒng)。色譜中的各種技術(shù)參數(shù)可定量表征藥物與生物大分子、靶體間相互作用，研究藥物與各種生物活性材料間的特異性結(jié)合情況，模擬生理或病理狀態(tài)下藥物在體內(nèi)生物活性表達(dá)的一些關(guān)鍵步驟，篩選活性成分，揭示藥物的吸收、分布、生物轉(zhuǎn)化、代謝等機(jī)理，探討藥物間的競(jìng)爭(zhēng)、協(xié)同、拮抗等相互作用，具有一定的藥理學(xué)或生理學(xué)意義[5]。
H.L.Wang等[6]用人血清白蛋白生物色譜技術(shù)研究茵陳蒿甲醇提取物在色譜柱上的結(jié)合狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)5個(gè)主要的保留峰并鑒定了其中兩個(gè)化合物濱蒿內(nèi)酯和茵陳新酯，表明這兩個(gè)化合物具有生理活性。
1.5 系統(tǒng)生物學(xué)
將代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)等整合起來(lái)，使用高通量的篩選技術(shù)通過本質(zhì)和表征的變化揭示體內(nèi)物質(zhì)的變化[7]。如利用代謝組學(xué)評(píng)價(jià)中藥對(duì)病理機(jī)體的回調(diào)能力及其影響機(jī)體的多種途徑；采用基因芯片技術(shù)、蛋白質(zhì)組相關(guān)分析技術(shù)，將中藥的多組分、多靶點(diǎn)、多途徑作用特點(diǎn)與基因、蛋白表達(dá)關(guān)聯(lián)起來(lái)，比較各自不同的表達(dá)差異，確定不同有效成分對(duì)基因及蛋白表達(dá)靶點(diǎn)。對(duì)于復(fù)方，根據(jù)表達(dá)量的多少與復(fù)方的君、臣、佐、使理論和用藥劑量，分析不同有效成分對(duì)應(yīng)基因及蛋白靶點(diǎn)的相互作用、復(fù)方各組成單藥之間的密切關(guān)系，闡明復(fù)方的組成原理[8]。
王喜軍等[9]將代謝組學(xué)用于茵陳蒿湯的研究發(fā)現(xiàn)茵陳蒿湯對(duì)造模后的標(biāo)記物回調(diào)作用明顯，說(shuō)明其對(duì)肝臟疾病有預(yù)防作用，從藥物代謝組學(xué)角度對(duì)經(jīng)典方劑防治肝損傷給出了全新解釋。
近期提出了基于熱力學(xué)觀和還原整合的研究方法[1]及體內(nèi)外物質(zhì)組關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)分析[10-11]。前者通過測(cè)定中藥的藥效活性物質(zhì)對(duì)生物體生長(zhǎng)代謝的干預(yù)作用引起的能量轉(zhuǎn)移和產(chǎn)熱變化，推斷藥物的生物活性，具有準(zhǔn)確、靈敏、高通量、普適性好、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、在線等優(yōu)點(diǎn)；后者在全面分析中藥組分及其在生物體內(nèi)形成的代謝物組的基礎(chǔ)上，確定在生物體內(nèi)具有適宜藥代動(dòng)力學(xué)特征的成分組作為潛在藥效物質(zhì)組，并通過化學(xué)信息學(xué)手段，闡明中藥成分組與其在生物體內(nèi)的潛在藥效物質(zhì)組之間的網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)關(guān)系，針對(duì)體內(nèi)潛在藥效物質(zhì)組進(jìn)行多重藥效篩選與確證，在體外、體內(nèi)兩個(gè)層次揭示中藥的復(fù)雜藥效物質(zhì)基礎(chǔ)，是中藥物質(zhì)基礎(chǔ)研究的一個(gè)重要補(bǔ)充。
2 中藥抗腫瘤制劑多靶點(diǎn)作用研究
以往對(duì)腫瘤的治療主要應(yīng)用單靶點(diǎn)的高選擇性配體化學(xué)藥物分子，很難達(dá)到預(yù)期效果或毒性很大，難以治愈腫瘤這種涉及多基因，影響多個(gè)組織或細(xì)胞的疾病。因此提出了多靶點(diǎn)藥物治療以克服單靶點(diǎn)藥物的局限性，中藥抗腫瘤制劑是一種天然的多靶點(diǎn)制劑，具有多角度攻擊和調(diào)節(jié)疾病網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的多個(gè)環(huán)節(jié)、不易產(chǎn)生抗藥性等優(yōu)點(diǎn)[12]。目前，對(duì)其多靶點(diǎn)作用的研究主要有：
2.1 抑制腫瘤血管生成
陳剛等[13]用C57BL小鼠接種Lewis肺癌細(xì)胞造模，用川芎嗪注射液50、100、200 mg/（kg?d）腹腔注射21 d后，檢測(cè)腫瘤體積、重量、肺轉(zhuǎn)移灶數(shù)及微血管密度，并用Western Blot法和免疫組化法分析腫瘤細(xì)胞VEGF表達(dá)，結(jié)果顯示川芎嗪能減少小鼠Lewis肺癌腫瘤體積、重量和肺轉(zhuǎn)移灶數(shù)，并降低腫瘤微血管密度，抑制腫瘤細(xì)胞VEGF表達(dá)。
2.2 誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡
趙益等[14]研究腫節(jié)風(fēng)注射液抗腫瘤作用，發(fā)現(xiàn)其可促使早期凋亡和中晚期凋亡的細(xì)胞出現(xiàn)凋亡小體，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，對(duì)腫瘤具有良好的抑制作用。
2.3 抑制端粒酶活性
Kim等[15]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)腫瘤組織中端粒酶活性表達(dá)呈陽(yáng)性，正常組織中端粒酶活性表達(dá)呈陰性。腫瘤細(xì)胞由于缺乏調(diào)節(jié)端粒酶的機(jī)制，有無(wú)限增殖的能力。因此抑制端粒酶活性成為治療腫瘤的一個(gè)靶點(diǎn)?？鄥A是中藥苦參抗腫瘤的主要活性成分之一，將不同濃度的苦參堿加入肝癌細(xì)胞株HepG-2細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)苦參堿在750 μg/ml濃度可抑制端粒酶活性，明顯下調(diào)人類端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶（hTERT）啟動(dòng)子的表達(dá)[16]。彭彥輝等[17]研究苦參堿對(duì)腸癌HT-29細(xì)胞株作用表明苦參堿通過抑制DNA合成和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡來(lái)抑制腫瘤細(xì)胞增殖，抑制端粒酶活性是苦參堿抑制腫瘤細(xì)胞增殖的一個(gè)重要途徑。
3 中藥抗腫瘤制劑新工藝研究
3.1中藥抗腫瘤靶向制劑
中藥抗腫瘤靶向制劑可分為被動(dòng)靶向制劑和主動(dòng)靶向制劑。被動(dòng)靶向制劑的研究主要有：脂質(zhì)體、納米粒和乳劑等。El-Samaligy MS等[18]創(chuàng)造性地把水飛薊素包裹在由卵磷脂、膽固醇、環(huán)己胺、吐溫-80組成的脂質(zhì)體中，并通過頰黏膜給藥提高水飛薊素的生物利用度。吳旭錦[19]等以小麥胚芽油為油相，聚氧乙烯氫化蓖麻油為表面活性劑，制備紫蘇子油納米乳，提高紫蘇子油的溶解度和穩(wěn)定性，重現(xiàn)性好，有一定的靶向效應(yīng)。
主動(dòng)靶向制劑多由被動(dòng)靶向制劑經(jīng)修飾而來(lái)，可增加對(duì)特定組織或器官的靶向性，主要的研究有經(jīng)修飾的脂質(zhì)體、微球和微囊、納米粒等。時(shí)軍等[20]用聚乙二醇2000-二硬脂酰磷脂乙醇胺修飾足葉乙苷脂質(zhì)體膜制得足葉乙苷長(zhǎng)循環(huán)脂質(zhì)體，提高了脂質(zhì)體的靶向性、穩(wěn)定性和包封率。張方宇等[21]采用逆向蒸發(fā)-短時(shí)超聲法制備苦參堿脂質(zhì)體，用乳糖酰磷脂酰乙醇胺修飾苦參堿脂質(zhì)體得到乳糖脂苦參堿脂質(zhì)體，對(duì)肝區(qū)有特異性親合力，強(qiáng)化靶向作用，在肝臟中相對(duì)于其他臟器的靶向效率有顯著性差異。體外對(duì)人肝癌HepG2細(xì)胞的殺傷率也大大增加，有望成為一種新型靶向抗肝癌藥物。
3.2 中藥抗腫瘤緩控釋制劑
研究主要集中在：滲透泵片、微球和微丸、納米粒等。劉占軍等[22]以二羥基二過碘酸合鎳鉀為引發(fā)劑，在殼聚糖上接枝醋酸乙烯酯，后者水溶液中生成殼聚糖納米粒，再利用超聲震蕩技術(shù)將0.5～5.0mg的紫杉醇與上述納米?；旌现苽湄?fù)載紫杉醇的殼聚糖納米粒。制劑粒徑均勻，穩(wěn)定性好，包封率高，體外釋藥具有明顯的緩釋作用。朱陵君等[23]以mPEG-PCL為原料，采用乳化-揮發(fā)法，制備負(fù)載漢防己甲素的高分子納米微球，制劑具有明顯緩釋特征。何燕等[24]比較了燈盞花素凝膠骨架片和滲透泵片的釋放行為，得出以L-PEO為輔料制備的燈盞花素雙層滲透泵片具有良好的控釋釋放行為，穩(wěn)定性高，體內(nèi)外順應(yīng)性好，有較好的發(fā)展前景。
4 結(jié)語(yǔ)
我國(guó)中藥資源豐富，有著悠久的應(yīng)用歷史和臨床經(jīng)驗(yàn)。近年來(lái)，我國(guó)學(xué)者在中藥抗腫瘤制劑方面做了大量研究，取得了顯著的成績(jī)。但仍需在以下方面深入研究:物質(zhì)基礎(chǔ)方面，加強(qiáng)對(duì)中藥抗腫瘤制劑物質(zhì)基礎(chǔ)和整體作用的研究等；制劑工藝方面，加強(qiáng)對(duì)主動(dòng)靶向制劑、控釋制劑及二者相結(jié)合制劑的研究。同時(shí)，注意結(jié)合中藥藥理學(xué)、免疫學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)等多學(xué)科研究方法和多種技術(shù)手段，推動(dòng)中藥完善發(fā)展。為提高腫瘤患者的生命質(zhì)量、促進(jìn)人類健康做出更大的貢獻(xiàn)。
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[KH*3/4D][HTH]關(guān)鍵詞 [HTSS]納米功能化金電極; 微生物; 快速檢測(cè); 脂質(zhì)過氧化; 計(jì)時(shí)電流法
[HT][HK]
[FQ（32,X,DY－W][CD15] 20110826收稿；20111219接受
本文系蘇州市科技局項(xiàng)目（No. YJC0910） 及常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 團(tuán)隊(duì)課題項(xiàng)目資助
* Email: tuyf@suda.省略；wxy62@cslg.省略[HT]
1 引 言
牛奶為人類生活中價(jià)值最高的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之一，但易酸敗變質(zhì)\[1\]。我國(guó)90％以上的奶牛由農(nóng)民飼養(yǎng)，規(guī)模小、生產(chǎn)水平低、衛(wèi)生設(shè)備不足，因而很多牛奶原料達(dá)不到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。在牛奶的生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷售過程中，還可能受到多種細(xì)菌的污染，其中含有很多潛在的有害微生物，這些微生物不僅破壞牛奶質(zhì)量，而且可能危害飲用者身體健康\[2～4\]。傳統(tǒng)的微生物檢測(cè)技術(shù)非常繁瑣，需要耗費(fèi)大量的人力物力，而且檢測(cè)周期長(zhǎng)。按國(guó)標(biāo)GB/T 4789.2進(jìn)行菌落總數(shù)檢測(cè)需要48 h才能得出結(jié)果，難以滿足食品安全檢測(cè)的要求。聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）\[5\]、酶聯(lián)免疫吸附實(shí)驗(yàn)（ELISA）\[6,7\]等幾種快速檢測(cè)技術(shù)通過富集、分離、形態(tài)學(xué)檢測(cè)、生物化學(xué)測(cè)試來(lái)鑒別食品中致病菌，縮短了檢測(cè)時(shí)間，但檢測(cè)費(fèi)用高、儀器昂貴。電化學(xué)阻抗技術(shù)亦可應(yīng)用于細(xì)菌的檢測(cè)，但在分析含菌量較少樣品時(shí)，檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，且只有當(dāng)微生物數(shù)目達(dá)到106～107個(gè)/mL時(shí)，這種電阻的變化才能被記錄到\[8,9\]。因此，開發(fā)快速、簡(jiǎn)易的適合于牛奶樣品中細(xì)菌檢測(cè)的方法具有十分重要的意義。電化學(xué)分析方法在這方面具備獨(dú)特優(yōu)勢(shì)\[10～12\]，所需設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便易行、測(cè)定速度快、檢測(cè)成本低，可望開發(fā)出實(shí)用的檢測(cè)技術(shù)。
納米材料因具有高比表面積、高催化活性等獨(dú)特性質(zhì)而備受關(guān)注，對(duì)許多物質(zhì)有很高的電催化效應(yīng)。納米修飾技術(shù)在電化學(xué)分析方面亦得到了廣泛的應(yīng)用\[13～15\]。通過表面修飾或功能化獲得的化學(xué)修飾電極在分析性能上較傳統(tǒng)電極取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，從而為開發(fā)適合于特定目標(biāo)的檢測(cè)技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)。
納米功能化電極表現(xiàn)出巨大的潛在應(yīng)用前景，特定的納米修飾電極可催化H2O轉(zhuǎn)化成羥基自由基（?OH），?OH具有極高的反應(yīng)活性，可以使微生物細(xì)胞膜發(fā)生脂質(zhì)過氧化\[16\]，在電極上產(chǎn)生氧化電流，且電流的大小與微生物的量成線性關(guān)系，通過電流檢測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)微生物的定量檢驗(yàn)。文獻(xiàn)\[11\]應(yīng)用此原理成功地進(jìn)行了水體中大腸桿菌（E. coli）的檢測(cè)。本研究采用控制電位電解法，以中性的磷酸鹽緩沖溶液（PBS）為電解質(zhì)，一步操作實(shí)現(xiàn)對(duì)金電極表面的納米功能化修飾，使其表面形成一層蓬松的納米級(jí)粗糙層，并應(yīng)用于牛奶中微生物的檢測(cè)。制備方法簡(jiǎn)便，線性范圍為1.1×103～2.5×107 cfu/mL，檢測(cè)時(shí)間縮短至1 h以內(nèi)。本方法重復(fù)性好、靈敏度高、不需要預(yù)處理，有望在牛奶及其它食品的微生物檢測(cè)中得到應(yīng)用。
2 實(shí)驗(yàn)部分
2.1 儀器、材料與試劑
CHI660C 電化學(xué)工作站（上海辰華儀器公司）；金電極（Φ2 mm）為工作電極，鉑電極（Φ2 mm）為對(duì)電極，飽和甘汞電極（SCE）為參比電極；Dimension Icon原子力顯微鏡 （美國(guó)Bruker 公司）；UV3600紫外可見分光光度計(jì)（日本島津公司）；YX400Z型電熱蒸汽壓力消毒器（上海三申醫(yī)療器械有限公司）；S?SWCJ?2F型超凈工作臺(tái)（上海博泰實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）；303A3S型電熱恒溫干燥培養(yǎng)箱（上海浦東榮豐科學(xué)儀器有限公司）。
0.1 mol/L PBS溶液，pH分別為7.0和7.4。LB 培養(yǎng)基：牛肉膏3 g，蛋白胨10 g，NaCl 5 g，瓊脂20 g，蒸餾水1000 mL。大腸桿菌、嗜熱鏈球菌、金黃色葡萄球菌由常熟理工學(xué)院生物與食品工程學(xué)院發(fā)酵工程技術(shù)研究中心提供。牛奶樣品由常熟市圣力乳業(yè)有限公司提供。實(shí)驗(yàn)用水均為二次蒸餾水。
2.2 納米功能化金電極的制備及表征
金電極用0.3 和0.05
SymbolmA@ m的A12O3粉拋光，依次在HNO3（1∶1, V/V）、無(wú)水乙醇及二次蒸餾水中超聲清洗5 min，紅外燈下烘干。上述電極置于0.1 mol/L PBS溶液（pH 7.0）中,于2.0 V恒電位電解600 s; 在0～1.5 V范圍內(nèi)循環(huán)伏安掃描至電流穩(wěn)定; 用水反復(fù)沖洗，并儲(chǔ)存在水中備用。采用原子力顯微鏡表征納米功能化修飾膜的表面形貌。采用亞甲基藍(lán)檢驗(yàn)法驗(yàn)證納米功能化金電極的性能：用PBS溶液將8 mL 0.15 mmol/L亞甲基藍(lán)溶液釋至100 mL，分別以裸金電極和納米功能化金電極為工作電極，在1.0 V恒電位電解30 min，分別測(cè)定原溶液和電解后溶液的吸收光譜曲線。
分 析 化 學(xué)第40卷
第5期汪學(xué)英等： 原位制備納米功能化金電極快速檢測(cè)牛奶中的微生物
2.3 細(xì)菌總數(shù)的測(cè)定方法
大腸桿菌（E. coli）是生物腸道內(nèi)和環(huán)境中最普遍存在，且最大量的細(xì)菌，通常作為細(xì)菌研究的模式生物。牛奶中的細(xì)菌總數(shù)在很大程度上決定于環(huán)境衛(wèi)生、擠奶機(jī)、牛奶貯存和運(yùn)輸設(shè)備的清潔程度和牛奶的冷藏溫度等因素，因此大腸桿菌是最可能存在的細(xì)菌。健康奶牛的內(nèi)也總存在一些細(xì)菌，但僅限于少數(shù)幾種細(xì)菌，如小球菌、鏈球菌等，細(xì)菌數(shù)量約為102個(gè)/mL；如奶牛發(fā)生炎，則在奶中會(huì)檢出大量的金黃色葡萄球菌、鏈球菌和化膿桿菌等致病菌。因此，本研究主要以大腸桿菌作為研究對(duì)象，并分別考察大腸桿菌、嗜熱鏈球菌、金黃色葡萄球菌的響應(yīng)，以進(jìn)行比較，評(píng)估本方法對(duì)檢測(cè)不同種類細(xì)菌的適用性。
2.3.1 平板計(jì)數(shù)法 參照GB 4789.22010 《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測(cè)定》進(jìn)行。
2.3.2 計(jì)時(shí)電流法 于37 ℃恒溫水浴中，用無(wú)菌移液管準(zhǔn)確移取10 mL經(jīng)高壓滅菌的0.1 mol/L PBS溶液（pH 7.4）于電解池內(nèi)，以納米功能化金電極為工作電極、鉑電極為對(duì)電極、飽和甘汞電極為參比電極，恒電位1.0 V進(jìn)行計(jì)時(shí)電流測(cè)定，記錄加入一定量樣品后產(chǎn)生的電流響應(yīng)值。
2.3.3 校正曲線與定量測(cè)定 對(duì)同一樣品用標(biāo)準(zhǔn)平板計(jì)數(shù)法和計(jì)時(shí)電流法同時(shí)進(jìn)行測(cè)定，得到電流響應(yīng)和牛奶中細(xì)菌數(shù)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立校正曲線。根據(jù)儀器測(cè)定的相應(yīng)樣品的電流響應(yīng)，計(jì)算每毫升樣品細(xì)菌數(shù)量。
2.4 電極的活化再生
由于電極表面是納米尺度粗糙結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的吸附性，測(cè)定中細(xì)菌氧化產(chǎn)物會(huì)吸附在電極上，所以測(cè)定中電流響應(yīng)會(huì)逐步減小。因此，每次測(cè)定后需對(duì)電極進(jìn)行活化再生處理。處理方法是用PBS液沖洗后，再在其中于2.0 V電解產(chǎn)生氧氣，利用氧氣帶走細(xì)菌被氧化的中間產(chǎn)物，從而使電極重新活化。3 結(jié)果與討論3.1 納米功能化金電極的性能和作用機(jī)理
采用AFM技術(shù)對(duì)納米功能化金電極表面形貌進(jìn)行表征。從圖1可見，經(jīng)陽(yáng)極氧化活化處理后，電極表面形成了蓬松的結(jié)構(gòu)。這是由于金電極表面吸附的?OH或O與Au原子發(fā)生交換，進(jìn)入電極表層所致，電極表面的吸附的?OH或O和Au原子具有較強(qiáng)的活性\[17\]。
[TS（][HT5”SS] 圖1 金電極納米功能化表面的原子力顯微鏡圖（A）三維形貌，（B）2
SymbolmA@ m尺度，（C）500 nm尺度
Fig．1 Surface morphology of nanofunctionalized gold electrode （A） 3D AFM image, （B） at scale of 2
SymbolmA@ m and （C） at scale of 500 nm[HT][TS）]
圖2A為所制備納米功能化金電極在0.1 mol/L PBS溶液（pH 7.4）中的循環(huán)伏安圖。在修飾電極上，除了在電位約為1.5 V處因產(chǎn)生氧氣而使電流增大外，還出現(xiàn)一對(duì)很強(qiáng)的氧化還原峰（a），而普通金電極幾乎不出峰（b）。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，電流的增加主要是因?yàn)樵诩{米功能層的催化下生成了?OH，且?OH被吸附于電極表面，占據(jù)著電極表面的活性位點(diǎn)\[17,18\]，其反應(yīng)如下：
Au*＋H2OAu*OH（1
Symbolm@@ n）
Symbolm@@ ads＋H＋＋e
Au*＋OH－Au*OH（1
Symbolm@@ m）
Symbolm@@ ads＋e
[TS（][HT5”SS]圖2 （A） 納米功能化金電極（a）及裸金電極（b）在0.1 mol/L PBS溶液（pH 7.4）中的循環(huán)伏安曲線（掃速：100 mV/s），（B） 1.2×10
Symbolm@@ 5 mol/L亞甲基藍(lán)溶液（a）及經(jīng)裸金電極（b）或納米功能化金電極（c）電解30 min后的吸收光譜
Fig．2 （A） Cyclic voltammograms of （a） nanofunctionalized gold electrode and （b） bare Au electrode in phosphate buffer （pH 7.0, scan rate:100 mV/s）; （B） Absorption spectra of 1.2×10
Symbolm@@ 5 mol/L methylene blue （MB ） （a） and electrolyzed for 30 min with bare Au electrode （b） or nanofunctionalized gold electrode （c） as working electrode[HT][TS）]
圖2B采用亞甲基藍(lán)檢驗(yàn)法進(jìn)行了驗(yàn)證。呈藍(lán)色的亞甲藍(lán)溶液遇到強(qiáng)氧化劑時(shí)失電子形成無(wú)色的3,7雙二甲氨基吩噻嗪離子，通過亞甲藍(lán)溶液吸光度的變化可確定?OH的含量\[19\]。以裸金電極電解30 min后亞甲基藍(lán)溶液,吸光度（b）較原溶液（a）下降并不明顯; 以納米功能化金電極電解后,亞甲基藍(lán)溶液吸光度值較電解前明顯減?。╟），說(shuō)明在此條件下，修飾電極上產(chǎn)生了?OH，使亞甲基藍(lán)失電子形成無(wú)色的3,7雙二甲氨基吩噻嗪離子。
細(xì)菌細(xì)胞膜主要由脂類和蛋白質(zhì)組成的雙層膜結(jié)構(gòu)，其脂質(zhì)分子相當(dāng)穩(wěn)定，但當(dāng)有活潑自由基存在時(shí)，就可以導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化\[16\]，從而在電極上產(chǎn)生電流。當(dāng)將修飾電極置于含菌的PBS溶液中，電極表面活性位點(diǎn)的羥基自由基將會(huì)引起細(xì)菌細(xì)胞膜的脂質(zhì)過氧化，細(xì)菌數(shù)量越多，產(chǎn)生的氧化電流越大。因此，可以根據(jù)氧化電流的變化與細(xì)菌數(shù)量變化的關(guān)系對(duì)牛奶中細(xì)菌總數(shù)進(jìn)行快速檢測(cè)。
3.2 測(cè)定條件的優(yōu)化
考察了計(jì)時(shí)電流檢測(cè)工作電位及pH值對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。結(jié)果（圖3）表明，隨著電壓的增大，響應(yīng)電流隨之變大。但當(dāng)電位超過1.0 V時(shí)，電流不穩(wěn)定，故選擇測(cè)定電位為1.0 V。在所研[TS（][HT5”SS]圖3 （A）檢測(cè)電位及（B）pH值對(duì)測(cè)定響應(yīng)的影響
Fig．3 Effect of （A） applied potential and （B） pH value of buffer solution on detection response
25
SymbolpB@ C，在0.1 mol/L PBS溶液，含菌量約1.1×106 cfu/mL。
Temperature: 25
SymbolpB@ C, substrate solution: 0.1 mol/L phosphate buffer containing 1.1×106 cfu/mL of bacteria.[HT][TS）]究范圍內(nèi)，隨pH值增大，氧化電流變化值增加，至pH=8時(shí)達(dá)到一個(gè)平臺(tái)。但此時(shí)穩(wěn)定性變差，故最佳pH值選取為7.4。
3.3 電極對(duì)細(xì)菌的響應(yīng)特性
在選定的最佳工作條件下，向10 mL 0.1 mol/L PBS溶液（pH 7.4）中依次加入10
SymbolmA@ L含1.1×106 cfu/mL細(xì)菌懸濁液，修飾電極上的計(jì)時(shí)電流曲線見圖4，表明修飾電極催化細(xì)菌脂質(zhì)過氧化速度很快，可用于細(xì)菌的快速檢測(cè)。
培養(yǎng)基中的共存組分的干擾情況如圖5所示： NaCl、瓊脂對(duì)測(cè)定無(wú)影響；10 mL PBS溶液中加入100
SymbolmA@ L的蛋白胨、牛肉膏、牛奶時(shí)，電流響應(yīng)略有波動(dòng)，但并不產(chǎn)生明顯的電流響應(yīng)，故亦不影響測(cè)定。分別考察了加入含550和1100 cfu/mL混合菌的牛奶，及分別加入同濃度的大腸桿菌、嗜熱鏈球菌和金黃色葡萄球菌的牛奶懸液后的電流響應(yīng)， 從圖5可見，等量不同種類的細(xì)菌產(chǎn)生的響應(yīng)值基本相同，表明本方法對(duì)各種不同的細(xì)菌產(chǎn)生基本相同的響應(yīng)，而牛奶等基質(zhì)不產(chǎn)生響應(yīng)，因而可作為牛奶中細(xì)菌總濃度的測(cè)定方法。
[TS（][HT5”SS] 圖4 修飾電極對(duì)細(xì)菌響應(yīng)的計(jì)時(shí)電流曲線，插圖A為電極響應(yīng)對(duì)細(xì)菌總數(shù)的校正曲線
Fig．4 Chronoamperometric curve of response upon the adition of bacteria. Inset is calibration curve of current response versus concentration of bacteria[HT][TS）]
[TS（][HT5”SS] 圖5 培養(yǎng)基成分及等濃度不同細(xì)菌的電流響應(yīng)
Fig．5 Current response of culture medium constitution and different bacteria
a, b為550、1100 cfu/mL的混合菌；c, d, e 分別為1100 cfu/mL的大腸桿菌，嗜熱鏈球菌，金黃色葡萄球菌。
a, b mixed bacteria at concentrations of 550, 1100 cfu/mL respectively; c, d, e Escherichia coli, Streptococcus thermophilus and Staphylococcus aureus respectively, at concentration of 1100 cfu/mL[HT][TS）]
3.4 電極分析性能及對(duì)實(shí)際樣品中細(xì)菌總數(shù)的測(cè)定
以計(jì)時(shí)電流法進(jìn)行牛奶樣品中細(xì)菌總數(shù)的測(cè)定，同時(shí)用平板計(jì)數(shù)法進(jìn)行對(duì)照，建立校正曲線 （圖4A），其回歸方程為：Δi （nA）＝1.43 logC
Symbolm@@ 4.58 （C為樣品中細(xì)菌的濃度，單位：cfu/mL），電流響應(yīng)與細(xì)菌濃度在1.1×103～2.5×107 cfu/mL范圍內(nèi)呈良好的線性
[FQ（9*2。19*2，Y－WZ][HT5”SS][*4]表1 本方法與平板計(jì)數(shù)法檢測(cè)大腸桿菌樣品結(jié)果比較
Table 1 Comparison of analytical results obtainedfrom present method and GB （national standard） method
[HT6SS][BG（][BHDFG3,WK5，WK7。2，WK6W]樣品
Sample本方法Present method國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法GB Method相對(duì)誤差RE（%）152060482008.0
25576859500
Symbolm@@ 6.3361180570007.341536001470004.551367501300005.2[BG）F][HT][]
關(guān)系，r＝0.9959。制備5份牛奶樣品，用本方法進(jìn)行測(cè)定，對(duì)每個(gè)樣品平行測(cè)定5次，并與GB4789平板菌落計(jì)數(shù)法相對(duì)照，結(jié)果見表1。從表1可見，用2種方法測(cè)定5個(gè)樣品， 其最大相對(duì)誤差為8.0%；同時(shí)采用t檢驗(yàn)法判斷 2種方法所得結(jié)果之間并無(wú)顯著性差異（t＝1.375＜t0.05＝2.776）；電極經(jīng)活化再生處理后重復(fù)使用所得相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為2.9%。
結(jié)果表明，本研究制備的納米功能化修飾金電極的方法簡(jiǎn)便，性能穩(wěn)定，電極可更新，使用壽命長(zhǎng)。本修飾電極用于牛奶中細(xì)菌總數(shù)的測(cè)定是可行的。將此電極用于牛奶中細(xì)菌的測(cè)定相比于傳統(tǒng)生物學(xué)方法更簡(jiǎn)單、快速和準(zhǔn)確，大大縮短了分析時(shí)間，且檢出限低，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。
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Rapid Detection of Microorganisms in Milk Using an Insitu
Prepared Nanofunctionalized Gold Electrode
WANG XueYing*1, GU Feng1, YIN Fan1, TU YiFeng*2
1（Department of Chemistry, Changshu Institute of Technology, Changshu 215500, China）
2（Institute of Analytical Chemistry, Soochow University, Suzhou 215123, China）
Abstract An insitu, facile and rapid method was developed to prepare a nanofunctionalized gold electrode. By the electrolysis under applied potential of ＋2 V in PBS of pH 7.0 for 10 min, a rough nanoporous film formed on the surface of a polished gold plate electrode. This novel nanofunctionalized gold electrode could be applied for rapid detection of bacteria quantity in milk. The detection was based on the catalysis of lipid peroxidation on cell membrane of bacteria by the nanoporous Au film. The response of the current in chronoamperometry would linearly respond the bacterial content in milk which was calibrated by the national standard method （Standard plate count method）. Therefore the accurate quantity of bacteria was attained from the current response on prepared electrode. The results showed that the target bacteria could be detected at a content range from 1.1×103 cfu/mL to 2.5×107 cfu/mL. The whole process of the detection could be completed within 1 h.
Keywords Nanofunctionalized gold electrode; Bacteria; Rapid detection; Lipid peroxidation; Chronoamperometry
（Received 26 August 2011; accepted 19 December 2011）
中國(guó)化學(xué)會(huì)第十一屆全國(guó)分析化學(xué)年會(huì)
（第二輪通知）
由中國(guó)化學(xué)會(huì)、青島科技大學(xué)承辦的第十一屆全國(guó)分析化學(xué)年會(huì)，定于2012年10月26～29日在青島召開，10月26日?qǐng)?bào)到。會(huì)議將就我國(guó)自上屆學(xué)術(shù)會(huì)議以來(lái)分析化學(xué)學(xué)科的新成就、新進(jìn)展進(jìn)行學(xué)術(shù)交流和討論，會(huì)議邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外從事分析化學(xué)研究的著名科學(xué)家、中青年學(xué)者、技術(shù)人員和儀器生產(chǎn)廠商參加，熱忱歡迎踴躍投稿并到會(huì)交流。
一、征文要求
征文范圍詳見第一輪通知（可訪問會(huì)議網(wǎng)站ac.qust.省略/）。投稿論文要求主題明確、數(shù)據(jù)可靠、邏輯嚴(yán)密、文字精煉。文稿必須包括題名、作者姓名和單位、中文摘要和關(guān)鍵詞 （3～6個(gè)）、中圖分類號(hào)、正文、參考文獻(xiàn)、英文題名和作者姓名及單位。請(qǐng)嚴(yán)格按照論文模板投稿。模板見會(huì)議網(wǎng)站（ac.qust.省略/）。
在首頁(yè)頁(yè)腳處寫明第一作者簡(jiǎn)介（出生年、性別、職稱、學(xué)位）以及基金資助情況（標(biāo)出項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)）。請(qǐng)同時(shí)提供稿件聯(lián)系人的電話、傳真、詳細(xì)通訊地址和 Email。論文用Word文件，通過會(huì)議網(wǎng)站網(wǎng)上投稿系統(tǒng)提交會(huì)議論文。
本次會(huì)議將增設(shè)青年論壇及儀器專場(chǎng)報(bào)告會(huì)。
二、會(huì)議注冊(cè)和回執(zhí)
1、注冊(cè)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、要求和匯款方式可登錄本會(huì)議網(wǎng)站ac.qust.省略/查詢。中國(guó)化學(xué)會(huì)會(huì)員和學(xué)生注冊(cè)后需提交有效證件以享受注冊(cè)費(fèi)優(yōu)惠。
2、2012年6月在會(huì)議網(wǎng)站上公布賓館住宿標(biāo)準(zhǔn)及預(yù)訂事項(xiàng)。請(qǐng)擬參加會(huì)議的代表請(qǐng)?jiān)诰€填寫會(huì)議回執(zhí)。
三、其它事項(xiàng)
會(huì)議相關(guān)事宜請(qǐng)與青島科技大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院張書圣教授、丁彩鳳教授聯(lián)系?；I備組聯(lián)系電話：0532－84022750 （張書圣），053284022946 （丁彩鳳），傳真：0532－84022750。
論文相關(guān)事宜請(qǐng)與接桂芬老師聯(lián)系，電話： 15166038289
專業(yè)學(xué)術(shù)之路
孫益民教授是恢復(fù)高考制度后首屆大學(xué)生，就讀于安徽師范大學(xué)化學(xué)系，畢業(yè)后的第一份工作是在母校的化學(xué)系物理化學(xué)教研室從事《物理化學(xué)》等專業(yè)課的教學(xué)工作，第二年起擔(dān)任了化學(xué)系的實(shí)驗(yàn)室主任一職。
孫益民教授兢兢業(yè)業(yè)，教學(xué)和科研工作兩手抓，兩方面都作出了突出成績(jī)。由于精湛的專業(yè)技術(shù)和深厚的學(xué)術(shù)功底，1987年國(guó)家教委將他派往到四川外國(guó)語(yǔ)學(xué)院學(xué)習(xí)，隨后前往瑞典皇家工學(xué)院物理化學(xué)系學(xué)習(xí)，從事計(jì)算機(jī)在物理化學(xué)、物理化學(xué)分析、化學(xué)工程教學(xué)與研究應(yīng)用的課題研究。在瑞典學(xué)習(xí)期間，進(jìn)行了包括紅外、紫外可見光譜、質(zhì)譜、核磁共振、X射線、化學(xué)分析電子能譜等多項(xiàng)內(nèi)容在內(nèi)的波譜學(xué)及波譜儀器的使用維修理論和技術(shù)研究工作，均取得了優(yōu)異的成績(jī)。
回國(guó)之后的孫益民教授返回母校工作，擔(dān)任化學(xué)系物理化學(xué)教研室的講師、副教授，從事多門課程的教學(xué)事務(wù)，同時(shí)還承擔(dān)了學(xué)校的多個(gè)科研項(xiàng)目，與此同時(shí)，他也沒有停下自己在科研道路上不斷求索進(jìn)取的腳步。自1994年起他在北京科技大學(xué)物理化學(xué)系攻讀工學(xué)博士學(xué)位，研究方向是“稀土金屬鹵化物相圖計(jì)算與模式識(shí)別評(píng)估”，在此期間參與了兩項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)自然科學(xué)基金研究項(xiàng)目，其中“冶金物理化學(xué)若干前沿問題探討”為重大項(xiàng)目，同時(shí)還在“無(wú)鉛焊料研究”課題項(xiàng)目中擔(dān)任了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算焊料的表面張力研究工作。
1996年至1998年，孫益民再次出國(guó)深造，就讀于加拿大蒙特利爾大學(xué)工學(xué)院，主要攻讀方向?yàn)椴牧蠠崃W(xué)研究。1998年10月份返回北京科技大學(xué)，就讀于冶金學(xué)院，1999年6月份以優(yōu)異成績(jī)通過了博士論文答辯，之后回到安徽師范大學(xué)，歷任有機(jī)化學(xué)研究所所長(zhǎng)、化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院科研副院長(zhǎng)、教授、博導(dǎo)等專業(yè)技術(shù)職務(wù)。
回首孫教授的求學(xué)歷程，扎實(shí)的學(xué)術(shù)功底和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神為他今時(shí)今日取得的成就奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
用心培育人才
孫益民教授在國(guó)內(nèi)外的權(quán)威學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表了數(shù)十篇各類學(xué)術(shù)論文，在材料科學(xué)、物理化學(xué)、稀有金屬有機(jī)化合物物理性質(zhì)研究、超臨界流體提取技術(shù)系統(tǒng)研究等多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域均有不凡的建樹，但是談及自己，他對(duì)自己的身份定位始終有著“大學(xué)教授”這一項(xiàng)，教書育人、為國(guó)家培養(yǎng)科技人才既是夢(mèng)想，也是他從未曾偏離的堅(jiān)持。
早在上世紀(jì)80年代大學(xué)畢業(yè)初期，那個(gè)時(shí)代的大學(xué)生是時(shí)代的驕傲、社會(huì)各行業(yè)都緊缺的人才，孫教授就已經(jīng)選擇了留校任教，從事緊張繁重的科研實(shí)驗(yàn)工作的同時(shí)還擔(dān)任了化學(xué)系“物理化學(xué)”和“物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)”等課程的教學(xué)工作。
在瑞典皇家工學(xué)院學(xué)成歸國(guó)之后，回到安徽師范大學(xué)的孫益民作為科研中堅(jiān)力量承擔(dān)起多個(gè)縱向和橫向研究項(xiàng)目，同時(shí)他依然沒有放松教學(xué)工作，擔(dān)任了“化工儀表自動(dòng)化”、“分析儀器使用及維修”，用英文開設(shè)“物理化學(xué)”等多門課程的教學(xué)工作。
雖然因?yàn)槔^續(xù)求學(xué)的原因，孫益民有五年時(shí)間分別在北京科技大學(xué)和加拿大蒙特利爾大學(xué)度過，取得博士學(xué)位回到安徽師范大學(xué)后的他研究工作更加繁忙、研究任務(wù)也更重，但是教學(xué)工作始終在他的工作當(dāng)中占了相當(dāng)?shù)谋戎?。他?jiān)持在教學(xué)的第一線培養(yǎng)青年一代的科技工作者，在化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院先后擔(dān)任研究生導(dǎo)師和博士生導(dǎo)師，多年來(lái)，已經(jīng)為祖國(guó)培養(yǎng)出了多位在化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域?qū)W有所長(zhǎng)的青年人才。
研究碩果累累
孫益民教授的研究方向包括了材料熱力學(xué)的優(yōu)化與計(jì)算、天然產(chǎn)物提取的物理化學(xué)機(jī)制研究、金屬有機(jī)化合物物理性質(zhì)計(jì)算的應(yīng)用研究、多組分共存物系濃度同時(shí)測(cè)定計(jì)算應(yīng)用研究、相圖模式識(shí)別構(gòu)筑、新型結(jié)構(gòu)材料改性研究、微波法制備納米材料、熔鹽化學(xué)與技術(shù)、中藥現(xiàn)代化研究、農(nóng)作物脫農(nóng)殘研究、醫(yī)用復(fù)合材料研究、生物質(zhì)殺菌劑研究、超臨界流體提取有效成分群工藝系統(tǒng)研究、活性炭綠色生產(chǎn)工藝、重金屬同時(shí)檢測(cè)及脫除、農(nóng)藥殘留快速同時(shí)測(cè)定、大米脫農(nóng)殘研究等多個(gè)領(lǐng)域的項(xiàng)目，2010年提出室溫（常溫）瀝青概念，為節(jié)能減排二氧化碳做出貢獻(xiàn)。
研究項(xiàng)目當(dāng)中，其中有國(guó)家自然科學(xué)基金研究項(xiàng)目和安徽省自然科學(xué)基金項(xiàng)目以及高校自然科學(xué)基金項(xiàng)目，不少已經(jīng)獲得了發(fā)明專利或?qū)嵱眯滦蛯＠渲械尼t(yī)用復(fù)合材料已經(jīng)開始了有規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
累累的研究碩果為孫益民教授贏得了榮譽(yù)，先后獲得北京市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)，中國(guó)高?？茖W(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)以及安徽省教育廳優(yōu)秀教學(xué)成果獎(jiǎng)等多個(gè)科研和教學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)。
工業(yè)技術(shù)優(yōu)化
孫益民教授集三十年從事高等教育經(jīng)驗(yàn)，二十多年的科研經(jīng)歷以及十多年的工業(yè)實(shí)踐，在數(shù)據(jù)采掘、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、非線性科學(xué)、材料計(jì)算設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的探究，以及在化學(xué)化工領(lǐng)域、工業(yè)技術(shù)等方面積累的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，在21世紀(jì)初自主研發(fā)了多因素多水平多目標(biāo)可視化分析m³VA方法?？梢暂^為有效地解決實(shí)驗(yàn)科學(xué)和工業(yè)技術(shù)優(yōu)化的“多因素多水平多目標(biāo)問題(m³)”這一世界性難題。2005年起被聯(lián)合國(guó)經(jīng)濟(jì)及社會(huì)理事會(huì)聘為諮商專家，諮商領(lǐng)域?yàn)椴牧峡茖W(xué)、天然產(chǎn)物科學(xué)、物理化學(xué)、計(jì)算化學(xué)。
M3VA方法在多個(gè)工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域方面得到了成功應(yīng)用，確實(shí)解決了很多困擾各類企業(yè)的技術(shù)難題。如常溫瀝青、瀝青混料研究、高分子材料改性研究、中醫(yī)骨傷外固定材料、大米脫農(nóng)殘、超臨界二氧化碳提取植物有效成分群系統(tǒng)研究、化工工藝優(yōu)化、多元物質(zhì)混合焓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型研究、重金屬同時(shí)測(cè)定研究等多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中的問題。孫益民教授多次出訪美國(guó)、加拿大，2011年1月又隨安徽省新能源團(tuán)去德國(guó)進(jìn)行技術(shù)學(xué)習(xí)交流。在國(guó)內(nèi)，孫益民教授一直堅(jiān)持免費(fèi)為企業(yè)提供工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)。
目前列入推廣的工業(yè)化技術(shù)有：I²S-MH (中藥-保健品原料工業(yè)信息化系統(tǒng))；TOMDO(新材料設(shè)計(jì)與優(yōu)化技術(shù))；TOSMAS(一步法瀝青混料技術(shù))；I²S-C (化工工藝優(yōu)化技術(shù))；ACIP(活性炭精深加工產(chǎn)業(yè)化)；I²P-1 (高分子材料改性系統(tǒng)技術(shù))。
關(guān)鍵詞：電分析化學(xué)；藥物分析；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；課程改革
藥物分析是我國(guó)高等院校藥學(xué)專業(yè)的核心主干課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生強(qiáng)烈的藥品質(zhì)量觀念和規(guī)范的藥物分析操作技能。藥物分析以分析化學(xué)等課程為基礎(chǔ)，利用各種分析方法、技術(shù)和儀器對(duì)藥品的真?zhèn)?、雜質(zhì)和藥物主成分進(jìn)行定性和定量分析。藥物從化學(xué)合成（或提取分離）、制劑生產(chǎn)再到臨床應(yīng)用均離不開藥品檢驗(yàn)[1]。學(xué)生只有通過對(duì)常見藥物分析方法、原理以及藥物檢驗(yàn)項(xiàng)目的深入理解并接受規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作訓(xùn)練，才能建立嚴(yán)格的藥物質(zhì)量安全意識(shí)，適應(yīng)新形勢(shì)下社會(huì)對(duì)藥物分析人才的需求。目前，國(guó)內(nèi)醫(yī)藥院校藥學(xué)專業(yè)藥物分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)置大體相似，均采用常規(guī)的化學(xué)分析法、光譜法和色譜法對(duì)藥品進(jìn)行質(zhì)量分析和治療藥物監(jiān)測(cè)，且對(duì)光譜法和色譜法最為倚重[2]。這些分析技術(shù)大多需要配置相應(yīng)的大型分析儀器，教學(xué)成本高，不利于經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)高校的專業(yè)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展。
電分析化學(xué)是一類微型儀器分析技術(shù)，對(duì)于藥品檢驗(yàn)具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)[3]；相比于現(xiàn)代大型光譜和色譜儀器，電化學(xué)儀器簡(jiǎn)便靈巧、成本低，設(shè)備易于批量配置和更新，因此非常適合常規(guī)的本科教學(xué)[4]。國(guó)內(nèi)高等院校化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程等專業(yè)均開設(shè)有電分析化學(xué)課程，但至今未被納入到藥學(xué)專業(yè)的課程體系。
因此，在藥學(xué)本科專業(yè)中開設(shè)電分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程將是一項(xiàng)全新的教學(xué)體系嘗試，將電分析化學(xué)技術(shù)融入藥物分析實(shí)驗(yàn)，可為其轉(zhuǎn)化為常規(guī)的藥品檢驗(yàn)提供一定的實(shí)踐基礎(chǔ)，從而豐富藥物分析課程建設(shè)內(nèi)涵。
我們利用指導(dǎo)藥學(xué)專業(yè)本科生開展“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目”（以下簡(jiǎn)稱“大創(chuàng)”）這一契機(jī)，將電分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)引入開放實(shí)驗(yàn)和本科畢業(yè)論文設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，通過構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、編寫實(shí)驗(yàn)講義、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)操作以及科研提升訓(xùn)練等步驟循序漸進(jìn)地加以落實(shí)，取得了一定的教學(xué)效果。
一整合實(shí)驗(yàn)資源，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)，我們從實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建入手。開展此類實(shí)驗(yàn)所需基本硬件包括電化學(xué)分析儀（工作站）、電極系統(tǒng)（工作電極、對(duì)電極、參比電極）、電極拋光材料、電解池、個(gè)人電腦等。三電極體系連接電化學(xué)工作站，并通過電化學(xué)軟件進(jìn)行控制。除此，我們整合了分析化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)方面的教師和實(shí)驗(yàn)人員，共同組成教學(xué)團(tuán)隊(duì)。
二編寫實(shí)驗(yàn)講義，突出課程特色
前已述及，目前電分析化學(xué)并未納入藥學(xué)及其相關(guān)專業(yè)分析化學(xué)課程體系，為了彌補(bǔ)知識(shí)上的缺陷，我們選用美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)JosephWang教授[5]主編的英文原版專著《Analytical Electrochemistry,Third Edition》和北京大學(xué)邵元華教授[6]譯著《電化學(xué)方法—原理和應(yīng)用，第二版》（原著為國(guó)際著名電化學(xué)家Allen J.Bard和Larry R.Faulkner）作為教材，旨在幫助學(xué)生快速熟悉電化學(xué)相關(guān)理論知識(shí)、方法原理、儀器構(gòu)成以及分析應(yīng)用。由于實(shí)驗(yàn)的目的是利用電化學(xué)技術(shù)進(jìn)行藥品質(zhì)量分析，因此，對(duì)電化學(xué)理論知識(shí)的介紹不可能面面俱到。為此，我們精選幾個(gè)章節(jié)內(nèi)容，編寫成實(shí)驗(yàn)講義，內(nèi)容包括電分析化學(xué)簡(jiǎn)介、電化學(xué)工作站的基本原理、電極體系及常用電極的特點(diǎn)、電化學(xué)反應(yīng)過程動(dòng)力學(xué)、循環(huán)伏安法、微分脈沖伏安法、化學(xué)修飾電極、體內(nèi)藥物分析和治療藥物監(jiān)測(cè)等。
三精細(xì)編排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，培養(yǎng)協(xié)同創(chuàng)新能力
由于藥學(xué)專業(yè)學(xué)生并未接受電分析化學(xué)理論課程學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，因此在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)上必須精心編排。特別地，電化學(xué)理論知識(shí)比較深?yuàn)W，因此，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上應(yīng)著重突出電分析化學(xué)技術(shù)在藥物分析中應(yīng)用；力求將電分析化學(xué)技術(shù)和藥物分析實(shí)踐有機(jī)融合，不追求大而全，而應(yīng)該做到由淺入深，循序漸進(jìn)。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了幾個(gè)針對(duì)藥物質(zhì)量分析的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，基本上涵蓋了常規(guī)的伏安分析方法，并適當(dāng)引入納米電化學(xué)和生物電化學(xué)等前沿內(nèi)容，見表1。
四實(shí)施全程引導(dǎo)，強(qiáng)化思維訓(xùn)練，提升實(shí)驗(yàn)技能
（一）集體備課
電分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)是對(duì)藥學(xué)專業(yè)藥物分析實(shí)驗(yàn)全新的嘗試，項(xiàng)目實(shí)施前，對(duì)實(shí)驗(yàn)室教輔人員進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)和指導(dǎo)，并共同制定教學(xué)目標(biāo)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)施方案、技術(shù)細(xì)節(jié)以及實(shí)驗(yàn)討論等內(nèi)容，形成統(tǒng)一的教學(xué)綱要和實(shí)驗(yàn)講義。由于是針對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力是根本。因此，在教學(xué)模式上，我們采取科研實(shí)驗(yàn)的思路開展教學(xué)實(shí)踐，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主性、開放性和研究性地學(xué)習(xí)。如表1所示，我們選擇幾個(gè)有代表性的臨床常用藥物作為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所涉及的電化學(xué)測(cè)量技術(shù)也最為常用，但在分析策略上可以做出創(chuàng)新性的東西。實(shí)驗(yàn)開始前，項(xiàng)目組成員進(jìn)行集體備課，針對(duì)不同藥物的分析特點(diǎn)，共同討論并制定出詳細(xì)的計(jì)劃，包括實(shí)驗(yàn)講稿、教案和PPT課件，PBL教學(xué)[7]中問題的設(shè)置、引導(dǎo)和展開，實(shí)驗(yàn)教學(xué)手法的探索，試劑、藥品和常規(guī)儀器的準(zhǔn)備等。
（二）課前互動(dòng)
學(xué)生以2~3人組成實(shí)驗(yàn)小組，接到實(shí)驗(yàn)任務(wù)后，整個(gè)實(shí)驗(yàn)小組共同準(zhǔn)備，借助圖書館和網(wǎng)絡(luò)資源，制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，理解實(shí)驗(yàn)原理、確定實(shí)驗(yàn)步驟、標(biāo)明注意事項(xiàng)等，并形成書面材料（實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告），在實(shí)驗(yàn)開始一周前交給帶教老師，帶教老師對(duì)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告進(jìn)行審閱和評(píng)價(jià)，指出其中的問題，然后反饋給相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)小組，讓實(shí)驗(yàn)小組對(duì)即將開展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的方案和步驟作進(jìn)一步的優(yōu)化。最后，集中時(shí)間，教學(xué)組對(duì)學(xué)生進(jìn)行統(tǒng)一的開題論證報(bào)告，通過學(xué)生匯報(bào)、教師提問等互動(dòng)環(huán)節(jié)，考查學(xué)生對(duì)即將開展的實(shí)驗(yàn)理解和掌握程度，對(duì)學(xué)生存在的問題進(jìn)行講解。
（三）實(shí)驗(yàn)開展
在實(shí)驗(yàn)實(shí)施階段，各小組自行操作并處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，教師主要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)中遇到的問題進(jìn)行分析，盡量保持學(xué)生實(shí)驗(yàn)的獨(dú)立性，強(qiáng)化他們的自己解決問題的能力。特別地，在異煙肼、葡萄糖、地高辛的電化學(xué)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，教師在巡回觀察學(xué)生操作時(shí)隨行設(shè)置提問：（1）氧化過電位高的原因是什么？高的過電位給定量分析帶來(lái)什么挑戰(zhàn)？（2）為何糖類物質(zhì)在銅和鎳表面具有較高的電化學(xué)活性？金屬納米粒子的形貌對(duì)其電催化性能有何影響？（3）構(gòu)建電化學(xué)免疫傳感分析的基本策略是什么？與核酸適配體相比，抗體的優(yōu)缺點(diǎn)有哪些？以上這些問題可以引導(dǎo)學(xué)生深入思考相關(guān)實(shí)驗(yàn)的意義，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要求學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)總結(jié)。
五建立評(píng)測(cè)機(jī)制，考察實(shí)訓(xùn)效果
為了有效地評(píng)價(jià)教學(xué)效果，建立發(fā)展性評(píng)價(jià)機(jī)制十分必要[8]。我們采用了終結(jié)性與過程性評(píng)價(jià)相結(jié)合的原則，評(píng)價(jià)內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告以及實(shí)驗(yàn)總結(jié)，涵蓋了實(shí)驗(yàn)的全部環(huán)節(jié)，從中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)該次實(shí)驗(yàn)的掌握情況以及存在的問題，給出詳細(xì)的評(píng)閱意見，并形成最終的評(píng)測(cè)報(bào)告，該評(píng)測(cè)報(bào)告也為構(gòu)建更加完善的藥物電分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程提供基本的素材。
六結(jié)語(yǔ)
以實(shí)驗(yàn)課程為依托，訓(xùn)練大學(xué)生的創(chuàng)新思維和能力，是培養(yǎng)高素質(zhì)藥學(xué)人才的重要途徑。“藥物電分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)”給藥學(xué)本科生搭建了一個(gè)培養(yǎng)創(chuàng)新思維和提高專業(yè)技能的平臺(tái)?！督逃筷P(guān)于做好“本科教學(xué)工程”國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃實(shí)施工作的通知》明確要求將大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃納入人才培養(yǎng)體系中，這也將是今后一段時(shí)期高校人才培養(yǎng)戰(zhàn)略的重要舉措[9]。為全面落實(shí)國(guó)家“大創(chuàng)”實(shí)施意見，我們以《藥物分析》課程為載體，將《電分析化學(xué)》的方法和技術(shù)引入“大創(chuàng)”課題。為突出創(chuàng)新這一要義，就必須要求學(xué)生在完成基本的電分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)之后，適度挖掘?qū)W科前沿性研究課題，做到學(xué)術(shù)性、創(chuàng)新性和實(shí)用性的統(tǒng)一。“大創(chuàng)”項(xiàng)目的初衷在于強(qiáng)化本科生研究性學(xué)習(xí)、自主性學(xué)習(xí)以及實(shí)踐性學(xué)習(xí)能力，因此必須得到教師的積極引導(dǎo)，教師將部分科研成果介紹給本科生，激發(fā)學(xué)生的科研興趣。
經(jīng)過三年的嘗試，從實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，到實(shí)驗(yàn)的實(shí)施，電分析化學(xué)與藥物分析兩門課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)達(dá)到了較好的融合。從基礎(chǔ)入門到科研提升，較好地訓(xùn)練了學(xué)生的科研素質(zhì)，提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力，形成了特色鮮明的“大創(chuàng)”實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練體系。從課程教學(xué)角度而言，利用綠色環(huán)保、資源節(jié)約的實(shí)驗(yàn)技術(shù)解決藥品質(zhì)量控制的教學(xué)實(shí)際問題，對(duì)促進(jìn)少數(shù)民族地區(qū)高等藥學(xué)本科教育的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
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