第一篇：刺激響應熒光材料研究進展

刺激響應熒光材料研究進展

龔家亮，趙樹楊，郭星星，高峰，方近偉，吳棟書，馬春平*，李楊*

（貴州理工學院材料與冶金工程學院 貴州貴陽 550003）

[摘要]刺激響應材料是一類根據環境變化而改變自身光物理或化學性質的功能材料。文章綜述了刺激響應材料中常見的力致變色材料、熱致變色材料和酸致變色材料的研究現狀，并闡述了刺激響應材料在防偽墨水、信息復寫存儲、生物成像和化學傳感領域的應用，最后展望了刺激響應材料的發展方向。

[關鍵詞]刺激響應；力致變色；熱致變色；酸致變色

Research Development on stimulation response fluorescent materials

Gong Jialiang, Zhao Shuyang, Guo Xingxing, Gao Feng, Fang Jinwei, Wu Dongshu, Ma Chunping*, Li Yang*(School of Materials and Metallurgical Engineering, Guizhou Institute of Technology, Guiyang 550003, China)

Abstract: Stimuli-responsive fluorescent materials can repeatedly switch their photophysical and photochemical properties under external stimuli.In this paper, the development of force-responsed, thermo-responsed and acid-responsed luminescent materials is summarized.The application of stimuli-responsive fluorescent materials in the fields of security inks, information-storage, biomedical imaging and biosensor is also elaborated.Finally, the development direction of stimuli-responsive fluorescent materials is prospected.Keywords: Stimulus response;Force-induced discoloration;Thermochromic;Acid-induced discoloration

自 19 世紀中期人類進入電氣時代以來，照明材料在國民生產、日常生活中扮演著無可或缺的角色。在信息時代，整個社會結構、產業結構以至人們的日常活動都因信息技術的發展而發生重大的變革，而作為照明主要載體的發光材料可滿足信息的顯示和獲取等需要，在社會變革的過程中仍然起著舉足輕重的作用 [1]。根據發光物質組分的不同，發光材料可分為無機發光材料和有機發光材料。而無機發光材料發展相對比較成熟，有機發光材料目前正處于迅速發展階段，通過對作為發光材料基礎的有機化合物進行結構上的設計和修飾，可以根據應用的需求改善材料的性能，甚至賦予其多樣化的功能，從而拓展其種類和應用范圍，以滿足當今信息時代對發光材料的需求[ 2]，有機發光材料在有機電致發光器件(organic light-emitting device, OLED)、太陽能電池、生物傳感探針、光學刻錄、光探測和激光染料等領域具有重要的應用價值。而其中的刺激響應有機發光材料由于其光物理和光化學性能可隨著外界環境的改變而變化 [3]，備受科研工作者們關注，本文在文獻調研的基礎上對刺激響應熒光材料的種類和常見應用做出了綜述性介紹。刺激響應熒光材料 刺激響應熒光材料是一類“智能”材料，其顏色和熒光發射峰位/強度在外部環境刺激（如熱、壓、pH、光、水、離子、有機小分子等）作用下可進行轉換或調節 [4]，刺激響應型熒光材料具有合成簡單、響應速度快和可重復響應等特點，在熒光傳感器、記憶芯片、防偽紙、邏輯運算、光編碼、光開關、數據存儲、安全墨水和生物成像等領域具有廣泛的應用。刺激響應發光材料在溶液或固體狀態下應具有較強的發光性能 [5]，因此設計、制備在固態或溶液狀態下具有刺激響應性質的熒光材料具有重要的理論指導意義和實際應用價值。

1.1 力致（壓致）變色熒光材料 壓致（壓致）變色材料是在外界機械力（研磨、拉伸和沖擊等）的作用下，其發射光譜可發生明顯改變的材料。這種發射光譜的改變通常來源于材料聚集態結構從結晶態到無定型態的轉變，需要該類材料具有合適的結晶性、恰當的分子極性和分子扭曲程度。部分具有壓致變色的有機發光材料暴露在水蒸氣中可使其恢復至初始顏色狀態，即對水有刺激響應，該類材料有望應用于濕度傳感器中。該類壓致變色響應一般可通過調整化合物的化學結構或聚集態結構實現，前者通常是在分子水平通過化學反應實現，可能存在不可逆或熒光減弱的缺點 [6]，而一般可通過加熱、研磨和溶劑熏蒸等實現化合物聚集態結構的轉變，從而實現其變色性能。

1.2 熱致變色熒光材料 熱致變色即對溫度有刺激響應的現象。溫度可以改變材料的分子堆積方式，分子間作用力和部分化學鍵的斷裂等，從而產生獨特的光物理和光化學性能。魏瑞瑞等人 [7] 將自由旋轉的苯環作為剛性基團引入到了二水楊醛縮肼結構中，得到了一種具有聚集誘導和熱致熒光變色性質的新型分子-二苯甲酮縮肼。受熱后苯環扭轉構

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象變化是產生熱致熒光變色的主要原因，在熱退火處理下，苯環發生了較大的扭轉構象改變使其分子在晶體中產生更強的分子間相互作用產生更緊密的堆積方式，從而產生其熒光波長的紅移；在熔融熱處理下，分子間的強相互作用被破壞，使分子在晶體中以較為疏松的模式堆積，從而使其熒光波長藍移。

1.3 酸致變色熒光材料 酸堿刺激熒光響應是指熒光材料隨酸堿度(pH 值)的改變而發生顏色和熒光強度變化的一種現象。目前，大多數的酸堿刺激熒光響應材料的分子結構中都含有可以和酸發生作用的基團(如氨基、吡啶基或其他含氮雜環)或能和堿反應的基團(如酚羥基)[8]。這類熒光材料在酸堿作用下，發生結構的變化，從而引起熒光光譜的變化。因此，酸堿刺激熒光響應材料可以應用在 pH 傳感器、酸堿開關和光電子器件等 [9]。有報道將可同時作為酸或堿的作用位點的 6-羥基苯并噻唑基團與具備 AIE 以及壓致熒光變色特性的四苯乙烯基團相結合，成功合成了一種新型的多功能化合物 TPENSOH [10] ：其在溶液狀態下可作為堿的“turn-on”型熒光開關，而在固態下又可作為外部刺激(包括 pH 氣氛、壓力、溫度以及有機溶劑)的四色轉變的熒光開關。TPENSOH 在溶液狀態下對堿響應主要由于其酚羥基的去質子化以及納米聚集體的形成。TPENSOH 粉末在酸刺激下經歷了兩步結構轉變：首先分子結構中的苯并噻唑基團被質子化，隨后溶劑分子填充到 TPENSOH·HCl 晶體結構的通道中。其分子堆砌方式的改變最終導致發射熒光顏色由藍色向橘黃色轉變。刺激響應熒光材料的作用 刺激響應材料由于其獨特的光物理和光化學性能，在信息存儲、商標防偽和熒光傳感等領域具有巨大的應用潛力。

2.1 信息保密 信息保密是指采用一定物理、化學或者數學手段，使信息在傳輸和保存過程中得以保護。刺激響應發光材料的信息保護可以根據實際需要使發光材料熒光增強、減弱、藍移和紅移等，從而達到加密和解密以保護信息的目的。

Zhu 等人 [11] 報道了一種具有聚集誘導發光性能(其在溶液中發光較弱，但在固體狀態下能發射出強烈熒光)的二氟硼化合物([(X)2 Ir(L2)] + PF 6-)

(見圖 1 左)，其可見光下顏色和熒光發射在機械研磨、有機溶劑蒸氣和酸堿蒸氣外界環境的刺激下發生變化，基于該化合物對酸堿的質子化和去質子化響應，可用于數據的保密和解密。如圖 1 所示，在保密階段, 用 18-HCI 做密碼墨水、酒石黃做“安全紙”(因為酒石黃的亮檸檬黃色在日光和紫外光下都能掩蓋書寫的“筆跡”,并且耐酸堿)，在濾紙條上寫“NJTECH”，再將紙浸在檸檬黃水溶液中 20 秒，室溫下晾干，字跡便被檸檬黃隱藏起來，在日光和紫外燈下均無顯示，但在解密階段，將測試紙曝露在三乙胺蒸氣中 10 分鐘，字符“NJTECH”的黃色熒光便能清晰顯現出來，因此該質子化-非質子化刺激響應熒光材料有作為數據安全保護的潛能。

圖 1 染料二氟硼化合物的結構(左)，信息保密和解密圖片(右)。

Fig.1 The molecular structure of dye Difluoro boron compounds(left), images of information encryption and decryption(right).2.2 生物成像 生物熒光成像技術將熒光顯像技術與分子探針結合，對特定分子靶點和通路在組織水平、細胞和亞細胞水平進行非侵襲性顯影，實現在活體狀態下可視、無損分析和監測不同階段疾病發展 [12] 的目的。

Li 等人 [13] 報道了染料 DPTB-IMI-EGA(見圖 2)對三磷酸腺苷(Adenosine 5’-triphosphate，ATP)的刺激響應性質，DPTB-IMI-EGA 能在體內和體外選擇性地識別 ATP：有 ATP 存在時體系產生聚集使熒光明顯增強，該聚集誘導熒光增強性能可用于在活細胞內檢測 ATP 的分布。

圖 2 化合物 DPTB-IMI-EGA 的化學結構式。

Fig.2

Chemical structure formula of compound DPTB-IMI-EGA.2.3 化學傳感 熒光化學傳感器是將化學信息通過傳感器上的熒光信號基團表達出來的裝置。熒光探針分子在傳遞信息過程中，外界的環境變化如氧化還原、電子能量傳遞、離子配位和氫的質子化等，都能引起熒光信號的改變，從而實現熒光信號的“開/關”轉換 [14]。

宮鵬 Gong 等人 [15] 設計合成了兩種新的吲哚并磷雜茂化合物異構體 2-DIPO 和 3-DIPO(見圖 3)，兩者互為同分異構體，但是兩者的開環位置并不相同其結構上的差異是他們的并環位置不同。由于 2-DIPO 在溶液和固態都顯示出較強的發光性能，且固態 2-DIPO 對酸蒸氣具有可逆的熒光刺激響應能力，以 2-DIPO 作為發光層制備的 OLED 器件具有良好的熱穩定性和抗氧化穩定性。

圖 3 化合物 2-DIPO 和 3-DIPO 的合成路線(左)，濾紙條中 2-DIPO 在暴露于 HCI(紅色)和 NHSNH 3(藍色)蒸氣(ex365 nm)前后的熒光發射光譜。插圖：

ex365 nm 紫外光下，以含有 2-DIPO 為基礎的濾紙條暴露在 HCI 和NH3 蒸汽中的照片(右)。

Fig.3 Synthetic routes for compounds 2-DIPO and 3-DIPO, Fluorescence emission spectra of 2-DIPO in filter paper strip before(black)and after upon exposed to vapors of HCI(red)and NHS NH 3

(blue)in sequence(ex365 nm).Inset: Photos of filter paper strips based on 2-DIPO upon exposed with HCI and NH 3

vapors repeating under 365 light.3 發展前景 刺激響應性熒光材料因其熒光光譜隨著對外部環境的變化而變化，被廣泛地應用于信息保密、生物成像和熒光傳感器等，但是該類材料的研究還不是太深入且離實際應用尚有距離，因此可以從研究其相應機理出發，尋找性能更優異的熒光材料，在材料制備方面，可以精簡其合成路線，試驗的過程中其量產的步驟，降低成本，實現該類產率材料的產業化應用。

參考文獻 [1]陳安，劉振華.發光稀土配合物材料的研究現狀與進步[D].南昌大學，2017.[2]方文彥.氰基二苯乙烯類刺激響應型熒光材料的設計、合成與性質[D].安徽大學，2017.[3]鐘丹，湯明等.長余輝發光材料研究新進展[D].南昌大學，2007.[4]李若涵.新型壓力—離子雙重響應型熒光功能材料的合成與性質研究[D].三峽大學，2015.[5]崔榮榮.基于香豆素的功能有機固體熒光材料研究[D].陜西師范大學，2018.[6]李思軍.基于 D-A 結構具有 AIE 現象的力致變色分子的性質研究[D].浙江工業大學，2016.[7]魏瑞瑞.基于聚集誘導熒光的肼二腙類熒光探針和刺激響應材料[D].清華大學，2013.[8]馬良偉.含四苯基乙烯單元的二噻吩乙烯光致變色熒光材料的合成及性能研究[D].華南理工大學，2018.[9]祁清凱.四苯乙烯類刺激響應變色分子的設計合成及性能研究[D].吉林大學，2016.[10]Ma C P, Xu B J, Xie G Y, He J J, Zhou X, Peng B Y, Jiang L, Xu B, Tian W J, Chi Z G, Liu S W, Zhang Y and Xu J R.An AIE-active pH sensor with tunable and remarkable fluorescence switching based on the piezo and 帶 帶格 格式 式的: 的: 下標帶 帶格 格式 式的: 的: 下標

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protonation-deprotonation control[J].Chemical Communications, 2014,50, 7374-7377.[11]Zhu L, LiuAn R.AIE-active boron-difuoride complex: mulistmul-responsive fluorescence

and application in data security protection [J].Chem.Commun, 2014,50, 12951-12954.[12]季宇彬,張娜,王亞麗,張青揚,胡海宇.熱激活延遲熒光分子探針在生物成像中的研究進展[J].中國醫藥生物技術，2018,13(06):532-538.[13] Li X, Guo x, Cao L, Xun Z, Water-soluble triaryIboron compound for ATP imaging in vivo using analyte-induced finite aggregation [J].Angew.Chem, Int Ed, 2014, 53, 7809-7813.[14]范香田.多足三唑熒光化學傳感器的合成及其陰/陽離子識別[D].南昌大學，2016.[15]宮鵬，吲哚并雜環化合物的合成、組裝、熒光傳感器及電致發光性質研究[D].2016.

第二篇：磁刺激應用及機理研究進展

醫生在線國外醫學生物醫學工程分冊2001年第24卷第1期

磁刺激應用及機理研究迚展

郭明霞‘，王學民2，王明時夕

(1，天津醫科大學，天津 300203;2.天津大學精儀學院，天津 300072)摘要：由干迚刺激技術的有效性和無創性，近年來該技術已被應用干臨床治療及腦科學的研究中。本文綜述了磁刺激對各種神經性疾病的治療作用，幵闡述其主要的作用機理。關鍵詞:磁刺激;治療;機理

中圈分類號:Q64;R454 文獻標識碼;A 文童編號:1001-1110(2001)01-0023-04 Advance in the applications and mechanism studies of ma g ne tic s ti mu la ti on GU O M in g-xia;W A N G Xu e-m in, W AN G M in g-sh I(1.T ian jin M e di cal U niversity,T ianjin 300203.China;2.T ianjinU niversity,T ianjin3 00072.Chim)Abstract.Magnetics timulationi sa ne fficienta ndn oninvasivet echnique.re centlyit h asb eenr eporteds omea chievements ofc linicala pplicationa ndh asa lsob eenu sedi nt heb rainr esearches.R ecenta dvacnei nt het reatmento fv ariousn eurologicald iseasesis p resentedi nt hisa rticle.A ndt hep ossiblea ctionm echanismso fm agnetics timulationa reg iven.Key words,magnetic stimulation;therapy;mechanism 1引言

自從 198 5年Baker等人利用磁場對大腦皮層迚行了有效的磁刺激以來，國外學者就磁刺激對神經系統和腦電活動的影響迚行了大量的研究工作，初步形成了一項新的經皮磁刺激技術1，一3〕。磁刺激即利用一定強度的時變磁場刺激可興奮組織，從而 在組織內產生感應電場的過程。由于磁刺激的安全、無創、無副作用等優點，因而越來越受人們的重視，目前已逐步用于中樞神經傳導、疲勞恢復、骨愈合神經疾病治療及腦功能研究等各個方面，幵取得了較好的效果。研究證明，小場強經顱磁刺激(TMS)可通過對神經系統Ca“活動、神經元興奮性、神經遞質和肚類物質的代謝以及免疫功能等廣泛的調節作用治療抑郁癥、老年癡呆、帕金森氏病、偏頭痛、多發性硬化癥、扁痛等疑難病癥.避免了藥物或手術治療的副作用。磁刺激的治療作用 2.1 磁刺滋對失眠的治療作用

隨著 社 會 的發展、生活節奏的加快，社會壓力日益增加，失眠癥越來越普遍，嚴重地影響著人們的生活質量。失眠及由此引起的神經衰弱、焦慮、緊張等導致的藥物濫用已成為一個廣泛的公共衛生問題，幵得到了各國研究者的普遍重視。王明時等141研制了用于治療失眠、提高睡眠質量的磁療睡眠儀，將模擬正常人人睡過程腦電活動的交變磁場藕合入大腦，使其在腦內形成渦流場作用于睡眠中樞，逐漸使患者腦電與之同步。而且，磁場作用還通過影響睡眠中樞的神經元細胞的放電及神經遞質的釋放活動來調節神經系統的興奮及抑制水平。以達到治療失眠的目的。

2.2 破刺傲對抑郁癥的治療作用

研究 表 明，重復經顱磁刺激(rTMS)能改善人的情緒、治療抑郁癥，該研究引起了神經精神科學工作者的極大興趣。Kolbinger等對15例抗藥性、經DSM-I-R診斷標準確診的重度抑郁癥患者迚行重復經顱磁刺激，結果發現使用低強度、短程刺激有抗 郁作用，且安全無驚厥等副作用。研究還表明，左前額葉為重復經顱磁刺激治療抑郁癥的最佳部位。Cohrs等報道重復經顱磁刺激能明顯延長抑郁癥患者快速眼動睡眠和非REM至REM周期，提示重復經顱磁刺激可能通過影響抑郁癥患者睡眠節律及生 物周期而有助于抗抑郁;還有人報告經顱磁刺激治療抑郁癥孕婦獲得成功。近年研究結果喜人，為經顱磁刺激治療抑郁癥開辟了廣闊的前景。

2.3 磁刺激對外周神經的作用

由 于磁 刺激技術是無創的，它在神經肌肉恢復的臨床作用已越來越受到人們的關注。Lin” 等用功能磁刺激幫助脊柱損傷者的訓練以及四肢麻木者的咳嗽恢復;Craggsr'〕討論了隔神經的功能磁刺激對呼吸肌功能的作用;有人已成功地利用外周磁刺激來消除骨骼肌疼痛。Krylov等以1 200mT的脈沖磁場持續作用切斷的兔坐骨神經兩周，發現磁刺激組兔腳肌肌動圖活動強度為空白組兩倍，后肢運動功能也較空白組有意義地改善。Rusovan等用不同頗率的交變磁場作用于鼠坐骨神經，均具有顯著的神經再生作用。劉鴻宇等181報告，將造模腦損傷的小鼠里于交變磁場中，磁感應強度為9.5 X 1 0-'T，每日接受磁場作用24h,研究表明，交變磁場能促迚DNA的合成，有利于受傷腦組織的修復。

2.4 徽剎滋對帕金森氏病和翻呆癥的治療作用

Ma lly J 等[，〕對10位帕金森氏病(PD)患者迚行經顱磁刺激治療.結果表明.經顱磁刺激技術是治療帕金森氏病的有效方法，其治療機理可能是改變7腦內單胺遞質水平。Shimamoto H等對8位PD患者迚行重復經顱磁刺激，采用圓形線圈，脈沖強度700V, 頗醫生在線 醫生在線國外醫學生物醫學工程分冊2001年第24卷第1期

率 0.5H z，左右前傾葉各 30次，治療 3個月，結果同樣顯示重復經顱磁刺激治療PD的有效性。還有臨床研究證明重復經顱磁刺激能夠改善PD病人身心反應遲鈍等癥狀。經 顱磁 刺 激對早老性癡呆性(AD)和腦血管性癡呆癥的診斷及治療作用研究也已取得了一定的迚展。Pepin JL等[7u〕用磁場刺激17位AD病人的運動皮質，與正常人相比，AD病人在經顱磁刺激后，動作闊值顯著減小，且刺激激發的最大響應動作幅度顯著增大。磁刺激對AD患者腦運動皮質作用的研究也有助于解釋這種病人急性發作和肌陣攣及對該病作出早期診斷。腦血管性癡呆癥是由反復發生的多灶性的腦梗塞所致，伴有局限性神經缺失現象和明顯記憶障礙。穴位磁刺激療法能通過降低血脂、減低血液粘度、增輻腦血流量、增加腦內膽堿脂酶活力、促迚腦電活動來改善患者的精神狀態，緩解病情。

2.5 斑倒滋對.痛的治療作用

眾 所 周 知，旅痛病是腦神經生物電活動異常引起的。人類腦組織生物磁活動與生物電活動密切相關，當腦電圖出現最高振幅的電活動時，腦磁圖也有最高振幅的相應變化。有人測出了人腦在突發放電時神經磁場的空間分布。癲痛發作時，腦細胞過度放電，病灶區必然產生一個迅速變化的電場，由楞次定律可知，如果在此部位加一適當的磁場，它必然對旅痛發作時的放電電場產生抑制作用。此外，一定強度的磁場對中樞神經有調節作用。張穎等人〔‘5;給家兔顱內注射硫酸亞鐵溶液，造成穩定的癲痛反復發作模型，頭部放置適當強度的磁場，可明顯抑制癲痛發作。

2.6 磁刺激對腦功能研究的作用

目前，腦 科學研究已經成為歐洲、美國和日本等發達國家科學家們研究的熱點，腦的認知功能是研究任務之一。經顱磁刺激技術已成為腦記憶與學習功能研究的非常有效的工具，使該研究取得了可喜的成績.Kling JW等P}7人發現小鼠腦磁刺激能阻斷鼠短時記憶。Ferbert Ar“〕通過對人腦運動皮質的磁刺激研究，也得到經顱刺激削弱短時記憶的結論。日本有人[rn〕用經顱磁刺激技術刺激人腦后頂皮質(PPC)，觀察記憶誘導眼掃視運動，研究結果表明:在記憶誘導眼掃視運動中，后頂皮質控制了記憶目標精確位置的判定。Sandyk W”1 研究了弱磁刺激(pT級)對多發性硬化癥患者感知運動功能的影響，結論是長期弱磁刺激治療能夠改善患者的行走、平衡、感覺和膀朧功能，證明pT數量級的磁刺激對多發性硬化癥患者的認知缺陷很有療效。此外，人們年研究了經顱磁刺激對語言等功能的影響。但 目前 所 用的神經磁刺激設備的康復性能與可控制程度尚不理想。當今的磁刺激設備一般用通電的回形或8字形刺激線圈組織[r18]，操作時人工移動線圈，停留在要刺激的目標組織上方，直到誘發所期待的反應。這種線圈易于制造，方便身體多部位使用，但是這種線圈刺激范圍大，會造成大面積非靶組織受刺激，減小線圈尺寸能提高聚焦性，但小尺寸的線圈作用深度線，使用中發熱問題嚴重，要解決這一問題在制作工藝上還存在困難，因此在某些方面阻礙了磁刺激應用的迚一步增長。有人 [r 17〕設 想用多信道磁刺激儀，能精確調節磁場焦點軌跡、刺激強度、作用磁場面積等參數，使刺激磁場靈活多樣，如果這種磁刺激儀研制幵能投人使用，可以滿足更多的臨床及研究需要，大大提高磁刺激設備的可控制程度和康復性能，使磁刺激技術得到更加有效和廣泛的應用。

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國外醫學生物醫學工程分冊2001年第24卷第1期.25 3 磁刺激的作用機理 3.1 隴場對松果體的影響

褪 黑 激 素(MT)是松果體(PG)合成的主要激素，對維持機體神經、內分泌和免疫系統正常生理功能，具有極為重要的調節作用。實驗證明，磁場暴露能影響MT的合成和分泌，幵且這一作用是磁場對人和許多動物所產生的各種生物效應的基礎Reiterl1e」發現，在磁感應強度0.02 一 0.07 mT均勻磁場或頻率為50H:的交變磁場中暴露的大鼠，其血漿MT較空白對照組降低有意義，同時檢側了這兩組大鼠PG內的MT，發現磁場作用也能明顯降低PG內的MT含蛋。目前，一些學者們認為作用機制是磁場在組織所產生的感應電流，直接或間接作用于PG交感神經。研究證明，MT對神經系統Ca，十活動、活動元興奮性、神經遞質和膚類物質的代謝以及免疫功能均有廣泛的調節作用。已證明，PG在帕金森氏病、偏頭痛、多發性硬化癥的發病機制中具有中樞性作用。磁場能作用PG，抑制MT的合成和分泌。因此，1991年美國神經病學家Sandyk等創新地相繼探索出以小場強磁場經顱短時刺激治療上述疑難病癥的有效方法。正常 PG 在交感神經調節下，黑暗期合成分泌MT，光亮期則停止活動.具有明顯的節律性，而且M丁隨年齡增長而發生相應的變化。隨著衰老，褪黑激素分泌的幅度逐漸降低。病理生理學證明，MT水平光亮一黑暗周期節律性波動，對維持機體神經、內分泌和免疫系統正常生理功能，具有極為重要的調節作用。大量證據表明松果體及其褪黑激素在衰老中的作用。許多研究表明褪黑激素可以有效地改善睡眠，幵具有起效快、毒性小等優點.現已被應用于臨床。磁刺激睡眠儀作用機理之一就是通過磁刺激調節褪黑激素的合成與分泌來改善睡眠質量。還有 一 些 研究表明，調節MT的合成是通過視網膜一上視交叉核(SCN)一下丘腦前部一神經傳遞一松果體這一途徑，推論磁場對MT的影響可能是一種類似于可見光的刺激因子醫生在線 醫生在線國外醫學生物醫學工程分冊2001年第24卷第1期 的作用。

3.2 神經遞質及神經肚的調節作用

神經 遞 質 為神經元間的傳遞物質。人和動物大腦處于不同睡眠的狀態時，腦中神經元的放電方式是不同的.細胞的這兩種放電方式之間的轉換可能是由來自腦干的上行五翔色胺(5-HT)、去甲腎上腺素(NA)、乙酞膽堿(ACh)能系統和來自基底前腦的下行ACh能神經纖維、來自下丘腦的組胺(HA)能系統的活動狀態決定的。研究結果顯示，通過磁刺激調節這些神經遞質水平，可以達到睡眠的目的。神經 遞 質 的作用常與中樞神經系統中某些部位在記憶中的作用相聯系。研究發現，五經色胺(5-HT)是感覺神經元和運動神經元間的傳遞物質。吳彥卓等探討了電磁脈沖對大鼠學習和腦內神經遞質的影響，磁場作用三天后發現大鼠學習能力降低。利用高效液相色譜法檢測腦不同部位的神經遞質含量，結果是5-HT、多巴酸(DOPAC)、下丘腦多巴胺(Dopamine),腎上腺素(Adr)含量均有不同程度變化。作者認為脈沖磁場通過改變大鼠不同腦區神經遞質的含量來影響其學習能力。近年來 研 究證明，在磁場作用后神經系統可釋放出具有鎮痛效果的一些物質，從而起鎮痛作用。如實驗結果顯示，無論交變磁場或恒定磁場都顯著地使大鼠體內P-內啡膚樣免疫活性物質(ir-f3-Ep)和精氨酸加壓素樣免疫活性物質(ir-AVP)含量升高。卜Ep和AVP是體內作用廣泛的兩種神經膚。目前認為兩者都參與了體內的鎮痛過程。無論是外周，還是中樞給予這兩種神經肚都能使基礎痛悶升高.出現鎮痛效應。兩者也都參與心血管功能的調節。

3.3 磁側滋的免盛學效應

實驗 證 明，磁場具有激活免疫機制、抗炎和抑制腫瘤生長的作用。細胞因子是由淋巴細胞、單核細胞及其它細胞產生的包括白細胞介素、干擾素、腫瘤壞死因子、集落刺激因子及多種細胞生長因子在內的近百種免疫功能調節物質。目前，越來越多的研究表明，各種細胞因子在抗炎癥、抗病毒及抗腫瘤反應中起著重要作用。磁場促迚或抑制體內細胞因子的產生，調節免疫細胞活性，從而發揮作用。高美華等通過磁場對荷瘤小鼠IL_IL6,IL。作用的研究發現，旋轉磁場促迚IL_IL。產生，抑制IL。及瘤細胞增殖的作用非常顯著。提示IL_IL。具有增強T,B,K,NK,LAK細胞活性的作用，由此使抗腫瘤免疫細胞活化，殺傷腫瘤細胞，從而起到抗腫瘤作用。

3.4 磁場的細胞生物學效應

大 量 的 研究表明，電磁場可使細胞形態、DNA,RNA、蛋白質合成，跨膜轉運、酶活性以及生物遺傳等產生顯著變化。一些 蛋 白和酶含有過渡族的金屬離子，這些離子所在部位又常常是酶的活動中心。電磁場通過對這些離子的作用影響酶活性，迚而影響這些酶參與的新陳代謝反應。生物膜對Na+,K

十、Caz+離子的主動和被動輸運不僅是細胞興奮的基礎，也是迚行一些重要新陳代謝和能量轉換過程的條件。電磁場對生物膜的離子轉運能力的影響會導致一些生化和生理過程的變化，從而影響與生物電活動相關的各種過程。電磁場促迚組織修復的病理學基礎是刺激細胞增殖。目前，細胞膜是低頻電磁場作用的靶體已被越來越多的實驗研究所證實。多數實驗表明，低頻電磁場會促迚細胞增殖。其機制可能是，電磁場作用于胞膜受體，引起胞內CAMP水平改變，繼而觸發一系列磷酸化生物信號放大反應，而調控細胞增殖。另 外，經 絡是運行氣血、聯絡臟腑肢節、溝通上下內外通路。經絡又是電磁傳導的通道，利用電磁刺激人體電磁場的敏感點— 穴位，可以引起穴位局部的能量變化和電子活動，疏通經絡、調整機能。如電磁穴位療法可通過經絡穴位調整神經機能，使神經感覺沖動傳感抑制，痛闊升高，交感神經興奮性降低.從而達到良好的解疼和鎮痛作用。以上 滋 場 效應在各種疾病治療中起到直接或間接治療作用。磁刺激療法取得一定的效果可能是這些效果或更多效應的綜合作用結果，這些不同層次的諸多效應是相互聯系、相輔相成的，很少是其中一種效應單獨作用的結果。因此，在采用磁刺激療法時，要考慮到多種因家影響，選擇合適的物理參數，取得最好的療效。醫生在線.26.國外醫學生物醫學工程分冊2001年第24卷第1期

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第三篇：植物對干旱脅迫的響應及其研究進展

植物對干旱脅迫的響應及其研究進展

學院：班級：

姓名：學號：

摘要：植物在經受干旱脅迫時，通過細胞對干旱信號的感知和傳導，調節基因表達，產生新蛋白質，從而引起大量形態、生理和生化上的變化．干旱脅迫對植物在細胞、器官、個體、群體等水平的形態指標有顯著影響，也會影響其光合作用、滲透調節、抗氧化系統等生理生化指標．植物對干旱脅迫分子響應較復雜，包括合成一些新的基因如NCED、Dehydrin基因和CBF、DREB等轉錄因子．另外，干旱脅迫還能造成蛋白質組學的變化．

關鍵詞干旱脅迫；生態響應 ；生理機制 ；研究進展

干旱作為影響作物生長發育、基因表達、分布以及產量品質的重要因素之一，嚴重限制了作物的大面積擴展。植物對干旱的適應能力不僅與干旱強度、速度有關，而且更受其自身基因的調控。在一定干旱閥值（drought threshold）脅迫范圍內，很多植物能夠進行相關抗旱基因的表達，隨之產生一系列生理、生化及形態結構等方面的變化，從而顯現出抗旱性的綜合性狀。因此，從植物本身出發，深入研究植物的抗旱機理，揭示其抗旱特性，提高植物品種的抗旱耐旱能力，以降低作物栽培的用水量，同時最大程度提高作物的產量和品質，科學選育適宜廣大干旱、半干旱地區種植的優良作物品種，已成為國內外專家學者們所特別關注和研究的熱點問題，對于水資源的合理利用和生態環境的改善均有著重要的意義。

目前，生存資源、環境與農業可持續發展之間的矛盾日益突出，這就要求人們更應高度重視農業綜合開發過程中作物逆境生物學的基礎研究。

一、植物抗旱基因工程研究新進展

（一）與干旱脅迫相關的轉錄因子研究

通過轉化調節基因來提高植物脫水脅迫的耐性是一條十分誘人的途徑．由于在逆境條件下，這些逆境相關的轉錄因子，能與順式作用重復元件結合，從而調節這些功能基因的表達和信號轉導，它們在轉基因植物中的過量表達會激活許多抗逆功能基因的同時表達．脅迫誘導基因能增強脅迫反應的耐力，不同的轉錄因子參與脅迫誘導基因的調控．遺傳研究已經鑒

定了很多轉錄因子操縱脅迫反應的調控．最近的研究進展是在干旱脅迫下基因表達的復合調控 ．植物轉錄調節子的AP2／ERF家族至少包含一個拷貝的DNA結合域，叫AP2域．AP2域是植物特定的、在不同的植物中都有同源性 ．

（二）與脫落酸(ABA)生物合成相關酶的基因——（NCED）研究

作為一種植物激素，ABA在植物生命周期的很多階段都發揮重要作用，包括種子的形成和萌芽以及植物對各種環境脅迫的反應，因為這些生理過程和內源ABA水平相關，ABA的生物合成使得這些生理過程得以說明．脫落酸在干旱脅迫下調控基因表達，一旦ABA水平升高，信號傳導機制被激活，刺激基因表達．ABA在植物適應水分脅迫中具有重要作用 ．

（三）與干旱脅迫直接相關的誘導基因研究

在干旱脅迫條件下，植物會特異地表達一些基因，通過研究這些被干旱脅迫所誘導的基因可能找到植物對干旱脅迫的適應及抵御機理，并為植物抗旱基因工程提供理論支持，避免抗性分子育種的盲目性．例如：在擬南芥中的兩個基因rd29A和rd29B能被干旱、低溫和高鹽或外源ABA誘導．rd29A在脫水和高鹽條件下能作m快速反應，但對ABA反應沒有響應．rd29A在脫水、高鹽、和低溫下能延遲rd29B的誘導 ．

（四）與干旱脅迫相關的蛋白質、蛋白質組學研究

植物適應逆境脅迫的一個重要策略是即時大量合成許多脅迫誘導蛋白．干旱誘導蛋白是指植物在受到干旱脅迫時新合成或合成增多的一類蛋白．逆境誘導蛋白對植物的逆境適應起保護作用，它們的誘導是植物對環境的一種適應，可以提高植物的耐脅迫能力．胚胎發生后期，富集蛋白(LEA)在逆境脅迫下能被誘導并迅速大量合成，參與植物的防御代射．LEA蛋白可以解決在嚴重脫水的情況下，植物因失水導致的細胞組分的晶體化，破壞細胞的有序結構的問題．LEA蛋白被構建成伸展狀態而不是折疊成球狀，使它具有高的親水性，LEA蛋白的這些由柬水作用組成的優點加上它們高的細胞內濃度和它們的表達方式，可以維持特殊的細胞結構或者通過少量的水分需求而適應干旱脅迫的影響．

二、干旱脅迫對植物的生理傷害

（一）干旱脅迫對植物生長指標的影響

1、干旱脅迫對根系活力的影響

植物根系的活力是體現植物根系吸收功能、合成能力、氧化還原能力以及生長發育情況的綜合指標，能夠從本質上反應植物根系生長與土壤水分及其環境之間的動態變化關系，因此，保證一個深層、分散、具有活力的根系是植物耐旱避旱的重要因素之一。

2、干旱脅迫對葉片相對含水量的影響

水是植物的血液，其含量一般占組織鮮重的65% ～ 90%。葉片的相對含水量（RWC）表征植物在遭受干旱脅迫后的整體水分虧缺狀況，反映了植株葉片細胞的水分生理狀態。因此，RWC 常常是被用來衡量植物抗旱性的生理指標。RWC 比單純的含水量更能較為敏感地反映植物水分狀況的改變，在一定程度上反映了植物組織水分虧缺程度。在干旱脅迫條件下，土壤中的可利用水減少，導致根系吸水困難，相對含水率降低。

（二）干旱脅迫對植物光合作用的影響

綠色植物的光合作用是自然界中規模最大的碳素同化作用，是植物物質生產和產量形成的重要生理過程，同時也是受干旱脅迫影響最為顯著的生理過程之一。沒有水，光合作用就無法進行。

1、干旱脅迫對光合速率的影響

干旱脅迫下，光合速率的下降是氣孔限制和非氣孔限制雙重作用的結果，輕度干旱脅迫下氣孔限制是光合速率下降的主要原因，而嚴重干旱脅迫下非氣孔因素是光合速率下降的主要原因。

2.干旱脅迫對葉綠素含量的影響

葉綠體是綠色植物葉片進行光合作用的場所，主要利用葉綠素進行光能吸收、傳遞與轉換，葉綠素在植物體內是不斷進行代謝的，與作物光合作用及產量形成的關系密切。葉綠素是光合作用中最重要和最有效的色素，其含量在一定程度上能反映植物同化物質的能力，從而影響植物的生長。植物缺少水分會抑制葉綠素的生物合成，而且與蛋白質合成受阻有關，嚴重缺水還會加速原有葉綠素的分解，因此植物在遭受干旱時，葉片呈黃褐色。

（三）干旱脅迫對植物生長過程中氮代謝的影響、干旱脅迫對硝酸還原酶（NR）的影響

硝酸還原酶（nitrate reductase，NR）可催化植物體內的硝酸鹽還原成亞硝酸鹽，是硝酸鹽同化中第一個酶，也是限速酶。作為植物氮代謝的關鍵酶，其活性大小反映了作物對氮素的利用速度，水分脅迫下NR 活性和作物生長發育有密切關系。對農作物產量和品質有重要影響。在正常情況下，植物物體內一般不會發生硝酸鹽積累。但在干旱條件下，由于水分脅迫減弱了酶的合成速度導致植株中硝酸鹽積累過多，從而發生毒害作用。研究表明：干旱脅迫會使NR 活性急劇降低，抗旱品種的NR 活性高于不抗旱品種。、干旱脅迫對蛋白質組分的影響

在干旱條件下，植物體內代謝產生變化與調整，引起活性氧的積累，進而導致脂過氧化和蛋白質（酶）、核酸等分子的破壞，植物自身為了避免脅迫造成的傷害，會誘導產生某些

抗逆性蛋白質

（四）干旱脅迫對植物生長過程中氧代謝的影響

在長期的進化過程中，植物形成了受遺傳性制約的逆境適應機制。氧代謝在這些適應性機制中占據重要位置，是植物對逆境脅迫的最基本的反應。干旱誘導脂過氧化是造成植物細胞膜受到損傷的關鍵因素，而膜損傷又是導致植物組織傷害和衰老的重要誘導因素，但植物在遭受水分脅迫時可以啟動保護酶系統來有效地防御和清除自由基保護細胞免受氧化傷害。

1、干旱脅迫對氧自由基的影響

正常情況下，植物體細胞內自由基的產生的清除處于動態平衡狀態。但是當植物處于干旱條件下及衰老時，植物細胞內活性氧自由基的產生和清除代謝的平衡受到破壞，使活性氧自由基的產生占據主導地位從而導致自由基含量過多積累且超過閾值，進而引發或加劇了細胞的膜脂過氧化，給植物體造成傷害、干旱脅迫對保護酶及丙二醛（MDA）影響

MDA 是植物細胞膜脂過氧化作用的主要產物之一，并且是最終分解產物，在干旱脅迫時，植物體內活性氧自由基大量產生，進而引發加劇了膜過氧化產生丙二醛，造成植物細胞膜系統受到破壞。

三、植物對干旱脅迫的生理生態響應

植物受到干旱脅迫時能做出多種抗逆性反應，包括氣孔調節、pH調節、滲透調節、脫水保護以及活性氧清除等 ．植物在經受干旱脅迫時，通過細胞對干旱信號的感知和轉導、調節基因表達、產生新蛋白質從而引起大量的生理和代謝上的變化 ．比較常見的是：光合速率降低，代謝途徑發生改變，可溶性物質累積，脯氨酸、甜菜堿 通過各種途徑被合成，一些體內原來存在的蛋白質消失、分解，同時產生包括參與各種代謝調節相關的酶．干旱脅迫容易引起光能過剩，過剩的光能會對光合器官產生潛在的危害．依賴于葉黃素循環的熱耗散是光保護的主要途徑，同時酶促及非酶促系統也是防止光合器官破壞的重要途徑 ．

四、干旱傷害植物的機理

干旱對植物的影響通常易于觀察，如植株部分敏感器官萎蔫。萎蔫的實質是因為缺水導致植株內部組織、細胞等結構發生了物理或化學變化，如膜的結構和透性改變。由于結構變化導致代謝過程受阻，如光合作用抑制、呼吸作用減慢，蛋白質分解，脯氨酸積累，核酸代謝受阻，激素代謝途徑改變等。植物體內水分分配出現異常，抑制植物生長，更為嚴重的是引起植株機械性損傷，導致植株死亡。

五、啟示與展望

干旱脅迫常常影響植物的生長發育，造成作物嚴重減產，對農作物造成損失在所有的非生物脅迫中占首位，僅次于病蟲害造成的損失。隨著淡水資源的日益匱乏，干旱已經成為全球各國農業生產上面臨的嚴峻問題。因此，深入了解干旱脅迫對植物的傷害機理及植物細胞對干旱脅迫的應答反應愈來愈成為國內外植物生理學專家學者關注的研究熱點之一。從目前對干旱脅迫下作物生長的研究進展看來，作物對缺水環境會產生相應的適應和抗旱機制。隨著分子和基因組時代的到來，近年來對植物抗旱性的研究也已經深入到了分子水平，在植物抗旱生理方面的研究也已經取得了較大的成就。許多與脅迫相關的基因及其調控因子已通過現代基因分離技術得到鑒定，并且利用各種現代分子生物學技術成功克隆一批能有效地提高植物的滲透調節能力、增強植物的抗逆性的基因。例如各種經脅迫誘導表達的大量調控性基因和功能性基因。日益增加的研究結果表明植物中存在一個脅迫反應體系，對不同環境脅迫的交叉響應可能是由共同的細胞信號轉導途徑介導的。例如有研究表明：在一定的干旱脅迫強度之下有些植物能夠通過信號傳導作用，調控與抗旱有關的基因表達，隨之產生一系列的形態、生理生化及生物物理等方面的變化以達到抵抗逆境的目的，顯示出抗旱力，但研究成果之間彼此較獨立。因此，應該把重點放在以下幾個方面：

（一）、研究如何實際應用且有利于控制土壤水分狀況的田間操作，以及如何把基因工程手段與傳統的栽培技術結合起來等方面。

（二）、在穩產、高產、優質的前提下，以培育抗旱性較強的作物品種為重點，進一步加強作物耐旱、抗旱機理及其應用的發掘和創新，抗旱遺傳基因的研究。如將組織培養和植物再生技術、種質資源保存技術等應用在作物品種資源的保存上；深入研究作物的基因克隆與表達分析；通過花藥培養與單倍體培育、RFLP 標記、SSR 標記、AFLP 標記等分子標記核技術進行作物育種。

（三）、利用現代的生物基因工程技術實現不同物種之間抗旱基因的轉移，應用基因技術改良作物品質以及進行轉基因抗性育種的研究，協調干旱脅迫與其它植物生長條件的關系，建立抗旱節水栽培新技術體系以及探索植物究竟在何種程度的水分狀況下各項生理生化指標和水分利用效率達到最優應是今后研究的目標。特別是分子生物學、植物逆境生理學、基因組學、蛋白質組學及生物信息學等相關學科的迅速發展，全面的解釋了植物的抗逆機制，有效地從種質資源中發掘抗性基因，從而培育出優質的抗旱品種。

第四篇：熒光愛自然

熒光愛自然

深夜中，星星布滿天幕，月亮與星星講述著自然的故事，一顆流星劃過天際，微乎的熒光照耀林云。。。

螢火蟲是大自然最特別的女兒，逍遙于叢林中，給大自然傳遞愛的信息。

螢火蟲總是位神秘的“夜行者”。它有薄薄的翅膀，黑夜遮住了它的面目，只有淺淺的黃光、綠光為它美襯。陽光使它睜不開眼睛，惟有夜晚的深邃讓它著迷，也唯有夜晚的冰涼來降降它腹中的“燈火”的獨特。螢火蟲在夜晚低唱，它想用它的絕唱來贊美它偉大的母親——大自然。它不喜歡青蛙、蟬的“噪音交響曲”，它喜歡與風兒與星星的“幽靜交響樂”。它行于夜間，掛著斗篷，只為那一份僅屬于自然萬物的寧靜。

螢火蟲也是位低調的“美容師”。它與伙伴用身上的熒光照耀草叢邊上，像一顆顆冷綠的露珠點綴；飛過小溪，像一盞盞燈火溶于水，不見蹤影；飛在大樹上，像一個個發光的果實熟得可摘。

流螢成群地在夜空中飛舞，像星的河流，燈的長陣；流螢閃爍在林梢，忽出忽沒，像樹林里藏著晶晶瑩瑩的藍寶石，把夜色點綴得分外瑰麗神奇。

螢火蟲還是位無私的“短命者”。人家說：“曇花一現。”曇花在太陽初升于地平線，就閉了花瓣，落了青葉，但至少讓人們欣賞到了它獨特的美和誘人的芬芳。而螢火蟲直至它光輝的消逝而逝去了僅一夜的生命，那斑點的光兒并不持久，被夜給融化了。可螢火蟲死在夜里，又有誰尋覓到它在夜晚時給予的光的奉獻？但是它雖然短命，卻很欣然——因為螢火蟲為自然而生，為快樂而去。在夜晚與白天的交接，它滿足了，也釋然了。

螢火蟲的光芒悄悄地流于水中，不留半點痕跡，“銀燭秋光冷畫屏，輕羅小扇撲流螢，”萬般柔情溶于水中，只求星星粲然一笑——這是螢火蟲不變的信條。

初二:劉哲

第五篇：游戲也刺激

游戲也刺激

“我先坐上！”“不是！”“呀！”……在學校里，在操場中，在草地上，愉快的音樂聲和同學們的喊叫聲彼此起伏。這是怎么回事呢？

只見五把椅子圍成一圈，同學們則在椅子周圍轉圈。椅子旁邊放著一個音箱，里面放著優美的音樂。音樂一停，總有一個“倒霉蛋”因為沒有椅子坐而被淘汰，這正是“搶椅子”游戲。

第一局開始了，一首優美的交響樂，從音箱中傳出來。“哇！這音樂可真好聽！”同學們叫道。而此時的我，眉頭緊鎖，眼睛瞪得像銅鈴那樣，死死盯著那幾把椅子，心臟都要快跳到嗓子眼兒了！

再看看其他同學，有的若無其事地走著，有的在竊竊私語，還有的像孫悟空一樣耍戲……看著他們那么“心不在焉”的樣子，我也慢慢放下心來。

突然間，音樂停了！這令我措手不及，草地上原來歡樂的氛圍也變得緊張起來。等我反應過來，椅子上早已坐滿了人。哎！大意失荊州啊！

第二局開始了，前面都還正常，我的椅子也搶到了。可就在那個“倒霉蛋”同學用無助的眼神環視四周時，我故意從椅子上站起來，想戲耍他一番。不出我所料，他像哥倫布發現新大陸似的，開心地飛奔而來，而我卻故意在提前一秒坐下，得意地望著他。那個“倒霉蛋”同學呢，他的眼睛瞪著我，似乎冒起了火花；眉頭擰著，像一個“八”字；嘴巴張著，似乎下一秒我就要成為他的晚餐……忽然，他用盡全身力氣，搶走了“我”的寶座。

我呆呆的站在原地，氣得說不出話來，雙手握成拳頭，眼里冒著火花，有股想揍他的沖動。可轉念一想，是我戲弄他在先，只怪我作繭自縛，到頭來自己成了那個“倒霉蛋”。