强磁场下的科学问题

强磁场是支持多学科前沿探索的重要研究条件,能够为多学科的发展提供重大机遇.强磁场下科学研究涉及的学科范围广泛,科学问题众多,是当前非常活跃的科学研究领域.本文梳理了物理、化学、材料科学、生命科学、地球科学等多学科在强磁场下的前沿科学问题,并简要介绍了我国强磁场实验装置的基本情况和已取得的成果.我国强磁场实验装置的投入使用,将给我国多学科的前沿研究提供有力的支撑,为我国重大原创性成果的产出创造有利条件.     

强磁场生命科学与健康医疗的机遇和挑战

基于第620次香山科学会议的研讨主题和内容,从强磁设备平台、强磁场生命科学研究、铁代谢与铁磁纳米药物、强磁场健康调控等方面论述了强磁场生命科学与健康医学领域的新问题、新机遇以及面临的挑战.     

生命科学用自旋探针咪唑类氮氧自由基的量子化学研究

电子自旋共振(ESR)技术作为一种近代生物物理方法已广泛地应用于生命科学中的各个研究领域.自旋探针方法是一项特殊的ESR技术.为开拓自旋探针生物应用的新领域,我们合成了一种咪唑类氢氧自由基(F):     

后基因组时代的交叉科学:从"Bio-X"到"X Biology"

近年来,随着"人类基因组计划"的实施,生命科学进入了一个"后基因组"(post-genome)时代.在这样一个时代,生命科学关注的范围越来越广,涉及的问题越来越复杂,采用的技术也越来越先进.这一切使得科学界兴起了一个潮流--数学、物理学、化学、工程学、计算机科学等非生物学科与生命科学相互交叉的潮流;出现了一批新型的多学科交叉的研究机构,如美国斯坦福大学的Bio-X中心.同时,在这个过程中诞生了许多新的交叉学科.     

强磁场在介入医学中的应用

强磁场技术被越来越多地应用于介入治疗中.强磁场介入技术,即通过体外可变磁场遥控操纵位于体内带有磁性物质(药物或导管或支架等)来实现介入诊疗的大型集成化医疗技术.通过该技术可以实现在定向精准给药和快速定位治疗,这给治疗带来了极大的便利,也提高了治疗效率.用于心脏血管治疗的心脏介入磁导航系统是近年来兴起的新型介入导航系统,其通过外源性磁场指引下的遥控操纵技术,可完全避免传统手工操作引起的心脏穿孔等严重并发症,大幅缩短培训周期、减少X射线辐射,通过互联网系统更可实现远程介入诊疗和专家系统.磁性纳米颗粒由于其本征的磁性,既可以作为药物载体在强磁场作用下定向施药,又可以用作MRI的T2显影剂,作为介入治疗的辅助手段.通过类似核壳结构的精巧纳米结构挂载其余影像学显影剂,可以制备磁性纳米颗粒多重显影剂.本文将详细介绍近年来使用磁性纳米颗粒制备MRI用T1-T2联合显影剂以及MRI和PET/SPECT联合显影剂的研究进展.此外,基于磁共振成像的介入治疗技术以其独特的优势在医学介入治疗领域得到广泛关注.相应的技术手段大体上可以分为这样的几个方面:电磁非兼容介入治疗,即将治疗器械放置在远离磁共振的区域进行手术,之后将病人移入成像区成像观测;电磁兼容介入治疗,即应用电磁兼容材料制造手术器械,将手术装置和驱动装置都设计成电磁兼容模式;电磁驱动介入治疗,即利用磁共振梯度或者射频磁场的力学驱动特性来驱动手术器械,实现驱动和治疗全部自动化.     

迎接生物数学时代的到来——著名数学家王梓坤院士谈"基因与数学"

迄今数学在天文、物理和工程等领域得到了非常成功的应用 ,但数学在生物学方面的应用远不及在物理学那样必不可少 ; 在当今方兴未艾的生命信息遗传研究中 ,数学应该有所作为 ; 科学上新的重大突破往往伴随着新数学分支的诞生 ,在生命科学领域的未来发展中 ,生命科学家与数学、物理学家的合作将有非常大的空间。     

集成微流控芯片

作为一种能够在微米级尺度操纵液体的新兴技术, 微流控芯片已经受到科学家们的广泛关注. 高密度集成的微流控芯片装置可以实现高通量并行化的实验以及多种操作单元的功能一体化, 作为一种新的方法学平台, 已经越来越多地应用于化学和生命科学的研究中. 本文着重介绍了集成化微流控芯片装置的基本概念、构建方法、及其在细胞生物学、分子生物学以及化学合成应用研究中的最新进展, 尤其强调了集成微流控芯片系统在传统方法难以达成或实现的单细胞和高通量的研究中的优势, 展望了集成化微流控芯片在化学以及生命科学中的应用前景.     

超导研究:始终充满活力的科学前沿

<正>超导电性是指一些材料在某个温度以下电阻为零的现象.超导作为一种新奇的宏观量子现象,具有零电阻和抗磁性两个基本特性,因此超导材料有许多重要的潜在应用.自1911年被发现以来,超导研究一直是物理研究的前沿课题,对新实验技术的发展、新理论的创立以及超导的广泛应用都产生了深远的影响.不断探索新的超导材料,提高超导转变温度,一直是超导研究的一个重要方向.     

奋进中的单分子科学

<正>单分子作为物质世界中独立稳定的基本单元,是构造物质的基因,是最稳定的量子化单元,是调控生命过程的关键,具有丰富的科学内涵.单分子科学与技术是人类极限的挑战和各国竞争的制高点,其发展可广泛推广和应用到其他领域,可解决物理、化学和生命科学等领域存在的许多关键科学问题,具有重要意义.过去数十年间,得益于纳米尺度加工技术等实验方法的迅速发展,研究者已经在实验室成功构筑出模型器件,实现了对单个分子、团簇、超分子的物理化学性质的实验表征.基于此,一系列不同于宏观材料性质的新奇物理化学特性已经被报道.     

迎接生物经济时代的挑战--中国科学院副院长陈竺院士访谈录

不久前，记者在北京出席中国科学院2005年工作会议期间，有幸听到陈竺副院长就中科院生命科学与生物技术领域工作的报告，我以为这一报告阐明了中国未来社会和经济发展将如何从生命科学中获益，或者说生命科学将如何造福亿万老百姓这一人们关心的问题。会议期间，陈竺院士接受了记者的采访，就国家安全的新内涵、健康中国人计划、即将到来的生物经济的挑战和机遇，以及生命科学如何为和谐社会做贡献等话题发表了见解。现征得陈竺院士的同意，全文发表此次访谈的内容。     

辐射加工技术的国内外进展

辐射加工技术及其特点由于辐射化学的基础和应用研究的深入开展,以及原子能工业的进步,提供了越来越多的辐射源,这样使得一门新的辐射加工技术得到迅速发展,受到人们广泛的重视.辐射加工是利用γ射线(通常来自同位素钴~60和铯~137)电子束(低能电子加速器)作为一种手段对材料进行辐射加工处理(特别是高分子材料),辐照储存,保鲜食品和医疗用品辐照灭菌消毒等.辐射加工在一些国家已形成为一个独特的工业体系,     

英国或允许培育转基因婴儿以预防基因疾病

近日,英国政府生育监管机构发布了一项公众咨询,调查人们对最具争议的为避免严重遗传性疾病的新医疗程序的态度。这项医疗程序是通过结合双方父母以及一名健康女性捐献者的DNA从而预防基因疾病的。这项技术备受争议是因为它将产生体外受精胚胎,携带有父母以及一名健康女性捐赠者的DNA,并利用基因改造的方式将捐献者的DNA遗传     

迎接精准医疗时代

正自2015年1月20日,美国总统奥巴马在国情咨文中提出"精准医学计划"后,"精准医疗"成为覆盖全球的热门话题。中国也提出了自己的计划:2030年前,中国将在精准医疗领域投入600亿元。从国际性生命科学大计划来看,1990年启动的人类基因组计划中国占1%;2003年开始的蛋白质组计划,中国负责肝脏蛋白组,约占10%。现在开始的精准医疗计划中国将占有更大的比重。由此可以清晰地看到,中国在生命健康领域的快速发展,必将为人类文明发展做出巨大的贡献。     

转基因迷局

<正>30多年前,美国科学家伯格利用限制性内切酶,将猿猴病毒DNA和噬菌体DNA切开、重组,得到了世界上第一批重组DNA分子,标志着DNA重组技术成为现代生物技术和生命科学的基础与核心。从那时起,就有人预言,利用转基因技术培育作物会引发第二次绿色革命:充足的改良食物、燃料和纤维将喂饱这个饥饿的世界,为农民带来收益,并促进环境好转。从许多层面来看,这场革命已经开始了。生命科学具有扭转乾坤的神奇魔力。在人类对农药的依赖日益加重,而对农药的残留又心怀恐惧时,转基因技术为人们提供了一种解决问题的新方法。但同时,人们对生命奥秘的畏惧之心,又让生命科学似乎具有引     

新课程背景下物理教学方法的探究

随着新课程标准的实施,教育理念的改变,物理教学方法也发生了相应的变革.作为物理教师,本人在平时的教育教学中,尝试了激发学生的学习兴趣,培养学生自主学习的能力;根据学科的特点,尝试了探究式学习方法;注重现实生活,运用原形启发法;对各种事物和现象进行分析综合,运用概括法等多种教学方法,让学生在生活中学习物理、运用物理.     

多功能生物医学超声:分子影像、给药与神经调控

超声作为一种安全、经济、便携、快速的成像方法,已经广泛应用于临床的各个领域并几乎涉及每一种人体器官和每一个医学分支.近年来,随着重大疾病早期诊疗的迫切需求,结合物理、工程、技术的综合发展,提出了超声分子成像、定点给药、超声神经调控及诊疗一体化等新技术,生物医学超声将从单纯的成像手段转变为具有精确诊断、调控和治疗的多种功能.本文首先简要介绍生物医学超声基本物理特征(波动、力学和热效应),然后结合我们的研究工作回顾近几年超声在生物医学中的新研究进展(分子影像、操控给药和神经调控等方面),并探讨超声诊疗一体化和超声神经调控在精准医学和脑科学中的应用前景.     

基因复制后外显子剪接元件的多样性及其对基因结构的影响

新基因起源和它们对新功能的贡献已经受到广泛的关注.在新基因起源机制研究方面科学家们已经取得了许多进展.中国科学院上海生命科学研究院/上海交通大学医学院健康科学研究所孔祥银研究小组研究了一条新的新基     

生物医药创新前沿与我国生物医药的发展

<正>生命科学的发展经历了三次革命。第一次是20世纪五六十年代,以核酸双螺旋结构的发现作为标志,推动生命科学进入了分子生物学和细胞生物学时代。第二次是20世纪末和21世纪初,以基因组测序、基因组功能研究为标志,使得生命科学进入了基因组时代。当前生命科学正在经历以学科汇聚为标志的第三次革命,一些过去与生命科学关系不     

电磁场对人体的影响

最近,电气通信技术审议会(日本邮政部的咨询机构)拟就了“使用电波时人体的防护指南”这一安全标准。该标准主要以流行病学调查的结果为基础,考虑了频率范围为10千赫～300千兆赫之间的无线电波～微波对人体的影响,其水平与欧美各国同类标准相当。近年来伴随技术发展而出现的可产生强大电磁场的装置使人们在日常生活中无意之间遭受直流强磁场、交流磁场、脉动磁场等各种强磁场以及强电场的机会不断增多。例如:在高电压附近长时间地劳动,铁道上的直线马达机车、配备超导装置的医疗用核磁共振CT(MRI)和分析用核磁共振(MRS)以及核聚变装置等的影响。特别值得提出的是,最新的MRS设备计划配置具有700兆赫的极高频率的超导磁铁。     

生物系统的复杂性与简单性

"复杂性"是当今科学界尤其是生命科学界最时髦的词汇之一.它的出现和流行,体现了21世纪科学家思考自然界的角度转换.上世纪是还原论占主导地位的时代,自然界被视为一部根据物理和化学规律用各种分子组装的自动机.因此,认识了分子层面上个别的基因或蛋白质的物理和化学特性,就能够解释生物个体的活动.随着研究的深入,人们已逐渐意识到了这种"简单性"思维的局限,意识到了生命的复杂性.目前,对复杂性的研究已成为生命科学的热点.在有关复杂性的众多研究问题中,也许最值得我们关注的是生物系统的复杂性与简单性之关系.