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主管單位:中國(guó)科協(xié)
主辦單位:中國(guó)化學(xué)會(huì)
出版周期:月刊
出版地址:江蘇省南京市
語(yǔ)
種:中文
開(kāi)
本:大16開(kāi)
國(guó)際刊號(hào):1001-4861
國(guó)內(nèi)刊號(hào):32-1185/O6
郵發(fā)代號(hào):28-133
發(fā)行范圍:國(guó)內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行
創(chuàng)刊時(shí)間:1985
期刊收錄:
CA 化學(xué)文摘(美)(2009)
SCI 科學(xué)引文索引(美)(2009)
CBST 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)速報(bào)(日)(2009)
中國(guó)科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(kù)(CSCD―2008)
核心期刊:
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊榮譽(yù):
一門(mén)科學(xué)的內(nèi)涵和定義至少有四個(gè)屬性:
整體和局部性科學(xué)是一個(gè)復(fù)雜的知識(shí)體系,好比一塊蛋糕。為了便于研究,要把它切成大、中、小塊。首先切成自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)和社會(huì)科學(xué)三大塊。在自然科學(xué)中,又有許多切法。一種傳統(tǒng)的切法是分為物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、天文學(xué)、地理學(xué)等一級(jí)學(xué)科。近年來(lái)又有切成物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球科學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)、生態(tài)環(huán)境科學(xué)、納米科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)等的分類方法。化學(xué)是從科學(xué)整體中分割開(kāi)來(lái)的一個(gè)局部,它和整體必然有千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。這是它的第一個(gè)屬性。
學(xué)科之間的關(guān)聯(lián)和交叉如果把科學(xué)整體看成一條大河,那么按照各門(mén)科學(xué)研究的對(duì)象由簡(jiǎn)單到復(fù)雜,可以分為上游、中游和下游。數(shù)學(xué)、物理學(xué)是上游科學(xué),化學(xué)是中游科學(xué),生命科學(xué)、社會(huì)科學(xué)等是下游科學(xué)。上游科學(xué)研究的對(duì)象比較簡(jiǎn)單,但研究的深度很大。下游科學(xué)的研究對(duì)象比較復(fù)雜,除了用本門(mén)科學(xué)的方法以外,如果借用上游科學(xué)的理論和方法,往往可以收到事半功倍之效。所以“移上游科學(xué)之花,可以接下游科學(xué)之木”。具有上游科學(xué)的深厚基礎(chǔ)的科學(xué)家,如果把上游科學(xué)的花,移植到下游科學(xué),往往能取得突破性的成就。例如1994年諾貝爾經(jīng)濟(jì)獎(jiǎng)授予納什,他在1950年得數(shù)學(xué)博士學(xué)位,1951-1958年任美國(guó)麻省理工學(xué)院數(shù)學(xué)講師、副教授,后轉(zhuǎn)而研究經(jīng)濟(jì)學(xué),把數(shù)學(xué)中概率論之花,移到經(jīng)濟(jì)學(xué)中來(lái),提出預(yù)測(cè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)的博弈論,因而獲得諾貝爾經(jīng)濟(jì)獎(jiǎng)。
發(fā)展性化學(xué)的內(nèi)涵隨時(shí)代前進(jìn)而改變。在19世紀(jì),恩格斯認(rèn)為化學(xué)是原子的科學(xué)(參見(jiàn)《自然辯證法》),因?yàn)榛瘜W(xué)是研究化學(xué)變化,即改變?cè)拥慕M合和排布,而原子本身不變的科學(xué)。到了20世紀(jì),人們認(rèn)為化學(xué)是研究分子的科學(xué),因?yàn)樵谶@100年中,在《美國(guó)化學(xué)文摘》上登錄的天然和人工合成的分子和化合物的數(shù)目已從1900年的55萬(wàn)種,增加到1999年12月31日的2340萬(wàn)種。沒(méi)有別的科學(xué)能像化學(xué)那樣制造出如此眾多的新分子、新物質(zhì)。現(xiàn)在世紀(jì)之交,我們大家深深感受到化學(xué)的研究對(duì)象和研究?jī)?nèi)容大大擴(kuò)充了,研究方法大大深化和延伸了,所以21世紀(jì)的化學(xué)是研究泛分子的科學(xué)。
定義的多維性一門(mén)科學(xué)的定義,按照從簡(jiǎn)單到詳細(xì)的程度可以分為:(1)一維定義或X-定義,X是指研究對(duì)象。(2)二維定義或XY-定義。Y是指研究的內(nèi)容。(3)三維定義或XYZ-定義。Z是指研究方法。(4)四維定義或WXYZ定義,W是指研究的目的。(5)多維定義或全息定義。一門(mén)科學(xué)的全息定義還要說(shuō)明它的發(fā)展趨勢(shì)、與其他科學(xué)的交叉、世紀(jì)難題和突破口等等。這樣才能對(duì)這門(mén)科學(xué)有全面的了解。下面以化學(xué)為例加以說(shuō)明。
化學(xué)的一維定義
21世紀(jì)的化學(xué)是研究泛分子的科學(xué)。泛分子的名詞是仿照泛太平洋會(huì)議等提出的。泛分子是泛指21世紀(jì)化學(xué)的研究對(duì)象。它可以分為以下十個(gè)層次:(1)原子層次,(2)分子片層次,(3)結(jié)構(gòu)單元層次,(4)分子層次,(5)超分子層次,(6)高分子層次,(7)生物分子和活分子層次,(8)納米分子和納米聚集體層次,(9)原子和分子的宏觀聚集體層次,(10)復(fù)雜分子體系及其組裝體的層次。
化學(xué)的二維定義化學(xué)是研究X對(duì)象的Y內(nèi)容的科學(xué)。具體地說(shuō),就是:化學(xué)是研究原子、分子片、結(jié)構(gòu)單元、分子、高分子、原子分子團(tuán)簇、原子分子的激發(fā)態(tài)、過(guò)渡態(tài)、吸附態(tài)、超分子、生物大分子、分子和原子的各種不同維數(shù)、不同尺度和不同復(fù)雜程度的聚集態(tài)和組裝態(tài),直到分子材料、分子器件和分子機(jī)器的合成和反應(yīng),制備、剪裁和組裝,分離和分析,結(jié)構(gòu)和構(gòu)象,粒度和形貌,物理和化學(xué)性能,生理和生物活性及其輸運(yùn)和調(diào)控的作用機(jī)制,以及上述各方面的規(guī)律,相互關(guān)系和應(yīng)用的自然科學(xué)。
化學(xué)的三維定義化學(xué)是用Z方法研究X對(duì)象的Y內(nèi)容的科學(xué)。化學(xué)的研究方法和它的研究對(duì)象及研究?jī)?nèi)容一樣,也是隨時(shí)代的前進(jìn)而發(fā)展的。在19世紀(jì),化學(xué)主要是實(shí)驗(yàn)的科學(xué),它的研究方法主要是實(shí)驗(yàn)方法。到了20世紀(jì)下半葉,隨著量子化學(xué)在化學(xué)中的應(yīng)用,化學(xué)不再是純粹的實(shí)驗(yàn)科學(xué)了,它的研究方法有實(shí)驗(yàn)和理論。現(xiàn)在21世紀(jì)又將增加第三種方法,即模型和計(jì)算機(jī)虛擬的方法。化學(xué)的四維定義化學(xué)是用Z方法研究X對(duì)象的Y內(nèi)容以達(dá)到W目的的科學(xué)。化學(xué)的目的和其他科學(xué)技術(shù)一樣是認(rèn)識(shí)世界和改造世界,但現(xiàn)在應(yīng)該增加一個(gè)“保護(hù)世界”。化學(xué)和化學(xué)工業(yè)在保護(hù)世界而不是破壞地球這一偉大任務(wù)中要發(fā)揮特別重要的作用。造成污染的傳統(tǒng)化學(xué)向綠色化學(xué)的轉(zhuǎn)變是必然的趨勢(shì)。21世紀(jì)的化工企業(yè)的信條是五個(gè)“為了”和五個(gè)“關(guān)心”:為了社會(huì)而關(guān)心環(huán)保;為了職工而關(guān)心安全、健康和福利;為了顧客而關(guān)心質(zhì)量、聲譽(yù)和商標(biāo);為了發(fā)展而關(guān)心創(chuàng)新;為了股東而關(guān)心效益。
化學(xué)的多維定義———21世紀(jì)化學(xué)研究的五大趨勢(shì)
1、更加重視國(guó)家目標(biāo),更加重視不同學(xué)科之間的交叉和融合在世紀(jì)之交,中國(guó)和世界各國(guó)政府都更加重視國(guó)家目標(biāo),在加強(qiáng)基礎(chǔ)研究的同時(shí),要求化學(xué)更多地來(lái)改造世界,更多地滲透到與下述十個(gè)科學(xué)郡的交叉和融合:1數(shù)理科學(xué),2生命科學(xué),3材料科學(xué),4能源科學(xué),5地球和生態(tài)環(huán)境科學(xué),6信息科學(xué),7納米科學(xué)技術(shù),8工程技術(shù)科學(xué),9系統(tǒng)科學(xué),10哲學(xué)和社會(huì)科學(xué)。這是化學(xué)發(fā)展成為研究泛分子的大化學(xué)的根本原因。所以培養(yǎng)21世紀(jì)的化學(xué)家要有寬廣的知識(shí)面,多學(xué)科的基礎(chǔ)。
2、理論和實(shí)驗(yàn)更加密切結(jié)合
1998年,諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予W.Kohn和J.A.Plple。頒獎(jiǎng)公告說(shuō):“量子化學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為廣大化學(xué)家所使用的工具,將化學(xué)帶入一個(gè)新時(shí)代,在這個(gè)新時(shí)代里實(shí)驗(yàn)和理論能夠共同協(xié)力探討分子體系的性質(zhì)。化學(xué)不再是純粹的實(shí)驗(yàn)科學(xué)了。”所以在21世紀(jì),理論和計(jì)算方法的應(yīng)用將大大加強(qiáng),理論和實(shí)驗(yàn)更加密切結(jié)合。
3、在研究方法和手段上,更加重視尺度效應(yīng)
20世紀(jì)的化學(xué)已重視宏觀和微觀的結(jié)合,21世紀(jì)將更加重視介乎兩者之間的納米尺度,并注意到從小的原子、分子組裝成大的納米分子,以至微型分子機(jī)器。
4、合成化學(xué)的新方法層出不窮合成化學(xué)始終是化學(xué)的根本任務(wù),21世紀(jì)的合成化學(xué)將從化合物的經(jīng)典合成方法擴(kuò)展到包含組裝等在內(nèi)的廣義合成,目的在于得到能實(shí)際應(yīng)用的分子器件和組裝體。合成方法的十化:芯片化,組合化,模板化,定向化,設(shè)計(jì)化,基因工程化,自組裝化,手性化,原子經(jīng)濟(jì)化,綠色化。化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的微型化和超微型化:節(jié)能、節(jié)材料、節(jié)時(shí)間、減少污染。從單個(gè)化合物的合成、分離、分析及性能測(cè)試的手工操作方法,發(fā)展到成千上萬(wàn)個(gè)化合物的同時(shí)合成,在未分離的條件下,進(jìn)行性能測(cè)試,從而篩選出我們需要的化合物(例如藥物)的組合化學(xué)方法。
5、分析化學(xué)已發(fā)展成為分析科學(xué)分析化學(xué)已吸收了大量物理方法、生物學(xué)方法、電子學(xué)和信息科學(xué)的方法,發(fā)展成為分析科學(xué),應(yīng)用范圍也大大拓寬了。分析方法的十化:微型化芯片化、仿生化、在線化、實(shí)時(shí)化、原位化、在體化、智能化信息化、高靈敏化、高選擇性化、單原子化和單分子化。單分子光譜、單分子檢測(cè),搬運(yùn)和調(diào)控的技術(shù)受到重視。分離和分析方法的連用,合成和分離方法的連用,合成、分離和分析方法的三連用。
一門(mén)課程的緒論課講授得如何,直接影響到學(xué)生對(duì)教師及教材的推測(cè)評(píng)價(jià)。如果緒論課沒(méi)講好,學(xué)生一開(kāi)始對(duì)這門(mén)學(xué)科的性質(zhì)、重要性不清楚,自然就會(huì)影響以后的聽(tīng)課效果和學(xué)習(xí)積極性。基礎(chǔ)化學(xué)原理是一門(mén)重要的基礎(chǔ)課,并且面對(duì)大一新生開(kāi)設(shè),所以在使學(xué)生樹(shù)立正確的學(xué)習(xí)態(tài)度、培養(yǎng)獨(dú)立學(xué)習(xí)能力以及促使其盡快適應(yīng)大學(xué)階段的學(xué)習(xí)規(guī)律等方面都起著重要的不可替代的作用。在教學(xué)過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn),多數(shù)大一新生在入學(xué)初期不能積極主動(dòng)應(yīng)對(duì)角色的轉(zhuǎn)換,對(duì)自己所屬專業(yè)知之甚少,特別是對(duì)于基礎(chǔ)化學(xué)原理課程的重要性及其與專業(yè)課的關(guān)系幾乎一無(wú)所知,因而往往忽視對(duì)該課程的學(xué)習(xí)。為了解決上述問(wèn)題,我們認(rèn)為教師必須重視基礎(chǔ)化學(xué)原理緒論課的教學(xué),精心設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容,使學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程的第一時(shí)間,就能清楚地認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)本課程的重要性和必要性,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣和責(zé)任感[1],初步了解大學(xué)的學(xué)習(xí)規(guī)律和學(xué)習(xí)方法。
2教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)
(1)關(guān)注化學(xué)學(xué)科發(fā)展,講授內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)。化學(xué)學(xué)科隨著時(shí)代的發(fā)展而不斷發(fā)展,所以基礎(chǔ)化學(xué)原理緒論課的講授內(nèi)容必須能夠體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的發(fā)展。比如在向?qū)W生介紹化學(xué)的定義時(shí),需要使學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)的定義有一個(gè)逐漸演變的過(guò)程。在19世紀(jì),化學(xué)被認(rèn)為是原子的科學(xué),發(fā)現(xiàn)新元素是19世紀(jì)到20世紀(jì)上半葉化學(xué)科學(xué)的前沿;隨著20世紀(jì)下半葉科學(xué)的迅速發(fā)展,化學(xué)的主要任務(wù)不再是發(fā)現(xiàn)新元素,而是合成新分子,所以化學(xué)被認(rèn)為是分子的科學(xué);進(jìn)入21世紀(jì),由于化學(xué)的研究對(duì)象和研究?jī)?nèi)容大大擴(kuò)充,研究方法大大深化和延伸,化學(xué)被認(rèn)為是研究泛分子的科學(xué)[2]。泛分子可以分為原子、分子片、結(jié)構(gòu)單元、分子、超分子、高分子等10個(gè)層次。鑒于課時(shí)及學(xué)生的知識(shí)水平有限,筆者沒(méi)有對(duì)這10個(gè)層次一一講解,而是以艾滋病毒(HIV)與C60能夠形成超分子,從而利用C60可以抑制HIV為例,簡(jiǎn)單介紹超分子的概念,使學(xué)生對(duì)當(dāng)今化學(xué)學(xué)科的研究對(duì)象認(rèn)識(shí)更加深刻,且對(duì)化學(xué)這門(mén)學(xué)科有了一個(gè)嶄新的認(rèn)識(shí)。
(2)根據(jù)不同專業(yè)因材施教,樹(shù)立專業(yè)思想和信心。對(duì)于不同專業(yè)的學(xué)生,緒論課講授的內(nèi)容應(yīng)與其專業(yè)有一定聯(lián)系。本文以授課對(duì)象是化學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生為例,說(shuō)明緒論課在內(nèi)容設(shè)計(jì)上要有針對(duì)性。在向?qū)W生講解化學(xué)學(xué)科在科學(xué)領(lǐng)域及國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位時(shí),為說(shuō)明化學(xué)技術(shù)能創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益,筆者著重向?qū)W生介紹2007年度國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)獲得者閔恩澤教授。他接連攻克重重難關(guān),最早研制出了我國(guó)煉油工業(yè)急需的催化劑,奠定了我國(guó)煉油催化劑發(fā)展的基礎(chǔ)。之后我國(guó)煉油催化劑品種不斷豐富和齊全,并形成系列,不但大大滿足了國(guó)內(nèi)煉油生產(chǎn)的需要,也使我國(guó)逐漸成為世界少有的裂化催化劑出口國(guó)之一。豐富生動(dòng)的實(shí)例使學(xué)生認(rèn)識(shí)到從事化學(xué)化工行業(yè)大有用武之地,而當(dāng)務(wù)之急是學(xué)好基礎(chǔ)課程———基礎(chǔ)化學(xué)原理。在向?qū)W生介紹化學(xué)學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)時(shí),我們引用了徐光憲院士的觀點(diǎn)“21世紀(jì)的化學(xué)研究有六大趨勢(shì)”[2],針對(duì)化學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生,筆者重點(diǎn)向?qū)W生介紹這六大發(fā)展趨勢(shì)中的第四和第五大趨勢(shì)。首先向?qū)W生介紹第四大趨勢(shì)即合成新分子和新材料仍是化學(xué)學(xué)科的主要任務(wù),以滿足人類生活和高新技術(shù)發(fā)展的需要。之所以向?qū)W生重點(diǎn)介紹第五大趨勢(shì)即造成污染的傳統(tǒng)化學(xué)向綠色化學(xué)的轉(zhuǎn)變是必然的趨勢(shì),是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的化工企業(yè)在滿足社會(huì)發(fā)展需要的過(guò)程中,也同時(shí)帶來(lái)很多嚴(yán)重的負(fù)面問(wèn)題。此時(shí)應(yīng)向?qū)W生明確指出,化學(xué)化工行業(yè)不是環(huán)境污染的罪魁禍?zhǔn)祝瘜W(xué)是能夠治理環(huán)境、保護(hù)環(huán)境的。作為一名化工專業(yè)的學(xué)生,更加有責(zé)任學(xué)好化學(xué)、用好化學(xué),以保護(hù)我們的生存環(huán)境。由此引出“走綠色化的道路是化學(xué)工業(yè)發(fā)展的唯一出路,也是必然趨勢(shì)”。此外,根據(jù)學(xué)生的反饋信息,大一新生已對(duì)今后的就業(yè)密切關(guān)注,所以我們?cè)诰w論課教學(xué)中對(duì)學(xué)生今后的就業(yè)前景進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。通過(guò)以上有針對(duì)性的介紹,能夠使學(xué)生對(duì)本專業(yè)具有更加深刻的認(rèn)識(shí),同時(shí)使學(xué)生堅(jiān)定了獻(xiàn)身化學(xué)化工事業(yè)的信念和決心。
(3)密切聯(lián)系實(shí)際,旁征博引,使教學(xué)內(nèi)容具有時(shí)代性和趣味性。如果教學(xué)內(nèi)容枯燥無(wú)味,僅僅是一些定義和原理的簡(jiǎn)單堆積,就不可能吸引學(xué)生的注意力,收不到應(yīng)有的教學(xué)效果。為了講好緒論課,我們充分利用期刊及網(wǎng)上資源,搜集了許多新資料,并利用多媒體向?qū)W生提供了大量與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的自然、人文圖片以及動(dòng)畫(huà)等資料,力求使教學(xué)內(nèi)容具有時(shí)代性和趣味性。比如無(wú)機(jī)化學(xué)與分析化學(xué)的研究?jī)?nèi)涵就是通過(guò)具體實(shí)例(如某著名進(jìn)口品牌化妝品檢測(cè)出禁用成分鉻和釹)引出的:通過(guò)介紹鉻與釹的特征與性質(zhì)引出“無(wú)機(jī)化學(xué)是研究所有元素的單質(zhì)和化合物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和反應(yīng)的學(xué)科”;通過(guò)引用檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)鉻和釹含量的測(cè)試結(jié)果指出“分析化學(xué)是研究物質(zhì)組成成分及其含量的測(cè)定原理、測(cè)定方法和操作技術(shù)的學(xué)科”。資料的搜集和整理以及圖文并茂、生動(dòng)有趣的多媒體課件的制作需要花費(fèi)大量時(shí)間和精力,但為了提高緒論課教學(xué)質(zhì)量,這個(gè)過(guò)程是必不可少的。
增設(shè)必要工科基礎(chǔ)課程,夯實(shí)工科基礎(chǔ)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)兼具理科和工科的特點(diǎn),需要有堅(jiān)實(shí)的化學(xué)基礎(chǔ)理論還需要兼具必要的化工基礎(chǔ)理論。原有的《化工基礎(chǔ)及實(shí)驗(yàn)》是為非工科化學(xué)類專業(yè)開(kāi)設(shè)的基礎(chǔ)課程,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)目前應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)。因此,必須采用化工基礎(chǔ)理論課程———《化工原理及實(shí)驗(yàn)》取代原有的化工基礎(chǔ)及實(shí)驗(yàn)課程。《化工原理》是以四大化學(xué)為前修課程的一門(mén)化工基礎(chǔ)理論課程。開(kāi)設(shè)學(xué)時(shí)設(shè)定為72+36學(xué)時(shí),分別在第四學(xué)期和第五學(xué)期開(kāi)課。《化工原理實(shí)驗(yàn)》課程設(shè)置36學(xué)時(shí),第五學(xué)期開(kāi)課。此外,工科學(xué)生的培養(yǎng),尤其是化工方向,離不開(kāi)相應(yīng)的電子電工學(xué)基礎(chǔ)以及工程制圖或化工制圖等方向的課程。在保證數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科基礎(chǔ)平臺(tái)課程的基礎(chǔ)上,必須在專業(yè)基礎(chǔ)平臺(tái)課程中增設(shè)《電子電工學(xué)及實(shí)驗(yàn)》和《工程制圖》課程及金工實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)。《電子電工學(xué)及實(shí)驗(yàn)》設(shè)置共72學(xué)時(shí),其中36學(xué)時(shí)講授,36學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn),第三學(xué)期開(kāi)課。《工程制圖》設(shè)置為54學(xué)時(shí),第三學(xué)期完成課程教學(xué)。金工實(shí)習(xí)2周,第五學(xué)期進(jìn)行。
開(kāi)設(shè)“寬口徑”專業(yè)選修課程模塊應(yīng)用化學(xué)還是一個(gè)包容性很強(qiáng)的學(xué)科。從全國(guó)重點(diǎn)高校的應(yīng)用化學(xué)專業(yè)培養(yǎng)方案來(lái)看,各個(gè)高校的專業(yè)課程體系特色模塊差異較大,但是都體現(xiàn)自己的科研特色。例如北大,具有核藥物化學(xué)、輻射化學(xué)和輻射高分子、超分子化學(xué)與材料、新能源與材料和核環(huán)境化學(xué)5個(gè)特色研究方向,并開(kāi)設(shè)應(yīng)用輻射化學(xué)、應(yīng)用放射化學(xué)等方面的選修課程。因此在專業(yè)課程設(shè)置中必須和學(xué)科科研特色結(jié)合起來(lái),開(kāi)設(shè)相關(guān)課程。根據(jù)自身學(xué)科科研特色以及師資力量,我們?cè)O(shè)置3類可供選擇的專業(yè)選修課程:偏向理學(xué)的應(yīng)用化學(xué)方向模塊課程、偏向工科的專業(yè)方向模塊以及高分子材料方向模塊。此外,根據(jù)目前我院教師們的學(xué)術(shù)專長(zhǎng)、特色研究方向和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),開(kāi)設(shè)了應(yīng)用化學(xué)前沿講座、日用化學(xué)品、阻燃技術(shù),農(nóng)藥化學(xué)、高分子助劑及應(yīng)用、染料化工與助劑、催化原理、精細(xì)化學(xué)品開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)等選修課程,開(kāi)闊學(xué)生視野的同時(shí),分享老師們研發(fā)產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)以及研發(fā)思路。
以“大論文”為抓手,強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)
實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和應(yīng)用型綜合人才的重要環(huán)節(jié)。在強(qiáng)化“基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)—專業(yè)實(shí)驗(yàn)—金工實(shí)習(xí),工廠見(jiàn)習(xí)和頂崗實(shí)習(xí)—畢業(yè)論文”多層次課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)體系[2]的基礎(chǔ)上,我們采用以畢業(yè)論文環(huán)節(jié)為抓手,強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。畢業(yè)論文是本科生人才培養(yǎng)鏈條中的一個(gè)重要綜合性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),對(duì)于保證人才質(zhì)量、與人才市場(chǎng)對(duì)接是至關(guān)重要的。針對(duì)目前畢業(yè)論文環(huán)節(jié)設(shè)置不合理,時(shí)間短,任務(wù)重,監(jiān)管不嚴(yán)的問(wèn)題,我們采取“大論文”措施改革畢業(yè)論文環(huán)節(jié),通過(guò)延長(zhǎng)時(shí)間,注重過(guò)程,加強(qiáng)監(jiān)管,使其真正成為“培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力”的平臺(tái)。“大論文”之“大”主要體現(xiàn)在:思想意識(shí)上對(duì)畢業(yè)論文重視程度的提高;畢業(yè)論文要求的拔高;畢業(yè)論文時(shí)間的增加;畢業(yè)環(huán)節(jié)和專業(yè)課程的關(guān)聯(lián)與銜接更加密切;學(xué)生能力培養(yǎng)也更加綜合、立體等方面。首先,畢業(yè)論文開(kāi)始時(shí)間提前到第五學(xué)期,在學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)完之后,即對(duì)學(xué)生開(kāi)展畢業(yè)論文要求的教育,同時(shí)結(jié)合學(xué)院教師科研特色開(kāi)展專業(yè)研究方向介紹,開(kāi)闊學(xué)生視野,幫助學(xué)生了解相關(guān)研究領(lǐng)域、研究方向,并在此基礎(chǔ)上雙向選擇學(xué)生感興趣的課題和指導(dǎo)老師。然后根據(jù)課題,在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下,使學(xué)生有目的地選修必要的專業(yè)選修課程,為進(jìn)入課題研究打下扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。結(jié)合第五學(xué)期設(shè)置的文獻(xiàn)檢索課程和專業(yè)英語(yǔ)課程,在相關(guān)課程教師和課題指導(dǎo)老師的共同指導(dǎo)下,圍繞自選課題進(jìn)行相關(guān)文獻(xiàn)信息的檢索,和專業(yè)文獻(xiàn)的閱讀與翻譯,相應(yīng)考核成績(jī)分別記錄為文獻(xiàn)檢索及專業(yè)英語(yǔ)的課程成績(jī)。第六到第八學(xué)期,學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室,在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下進(jìn)行課題的初步探索。并在課題老師的指導(dǎo)下繼續(xù)選擇必要的專業(yè)課程進(jìn)行學(xué)習(xí)。這個(gè)過(guò)程中,實(shí)施論文中期檢查回報(bào)和畢業(yè)答辯的監(jiān)管。嚴(yán)格管理程序,設(shè)置必要的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制和淘汰機(jī)制,激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造熱情。
增加學(xué)生選課自由度,逐步實(shí)現(xiàn)自我規(guī)劃,自我培養(yǎng)
中圖分類號(hào):TQ137.1+2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
文章編號(hào):0367-6358(2015)03-0184-03
MnO2納米晶是重要的Ⅱ~Ⅵ族寬禁帶直接帶隙的半導(dǎo)體材料,在催化、吸附、超級(jí)電容器、納米反應(yīng)器、燃料電池、傳感器和生物技術(shù)等領(lǐng)域都展現(xiàn)出了巨大的潛力,受到國(guó)內(nèi)外許多研究者的廣泛關(guān)注。近年來(lái),形貌及尺寸規(guī)整可控的MnO2納米晶的合成是目前十分引人注目的研究領(lǐng)域,制備合成中的形貌調(diào)控及其功能化是這些納米材料能夠得到應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。目前已能采用多種方法,通過(guò)調(diào)控合成條件,制備出不同形貌維數(shù)的MnO2納米微粒。本文歸納為四個(gè)主要大類:零維MnO2納米晶;一維MnO2納米晶;二維MnO2納米晶;三維MnO2納米晶。并提出了MnO2納米晶形貌維數(shù)控制的發(fā)展方向。
1 MnO2納米晶的不同形貌
1.1 零維MnO2納米晶
MnO2納米晶在空間三維尺度均受約束,如顆粒、團(tuán)簇(指由幾個(gè)乃至上千個(gè)原子、分子或離子通過(guò)物理或化學(xué)結(jié)合力組成的相對(duì)穩(wěn)定的微觀或亞微觀聚集體)、立方體、多面體等。
張學(xué)萍等利用超分子蛋白納米空腔結(jié)構(gòu)作為反應(yīng)模板礦化組裝納米材料,馬脾脫鐵蛋白作為限制性反應(yīng)器控制金屬離子水解、氧化還原等反應(yīng),堿性條件下原位合成出直徑3~8nm左右,均一的球形顆粒狀MnO2納米晶,而超分子蛋白是合成納米無(wú)機(jī)材料限制性反應(yīng)的一種理想生物模板。
中國(guó)科學(xué)院電工研究所將過(guò)硫酸鉀,硫酸錳,硝酸鋁加入到水熱反應(yīng)釜中,加人去離子水充分?jǐn)嚢韬螅?10~140℃水熱反應(yīng)1~12h后自然冷卻至室溫,得到的產(chǎn)物是α-MnO2星型納米團(tuán)簇,硝酸鋁的加入是改變MnO2納米形貌的主要影響因素。
選用Mn(CH3COO)2?4H2O為前驅(qū)體,以十八烯為溶劑,在表面活性劑油酸和油胺存在時(shí),在高溫條件下通過(guò)“一鍋法”制得50~100nm左右類四角星形狀的MnO納米粒子,利用高錳酸鉀可將此納米粒子表面氧化為MnO2,并保持類四角星形狀,反應(yīng)過(guò)程中表面活性劑的種類及濃度對(duì)產(chǎn)物的形貌和粒徑分布有重要的影響。
1.2 一維MnO2納米晶
MnO2納米晶在空間有兩維處于納米尺度并受到約束,例如線、帶、棒、管等。
王譯瑩以高錳酸鉀為錳源,在離子液體1-丁基-3甲基咪唑六氟磷酸鹽水溶液中通過(guò)微波加熱法制備了平均直徑為15nm、平均長(zhǎng)度為2μm的α-MnO2納米線,發(fā)現(xiàn)反應(yīng)時(shí)間和離子液體對(duì)產(chǎn)物的形貌和尺寸起著關(guān)鍵作用。
文獻(xiàn)在150℃水熱條件下,以CTAB作為模板導(dǎo)向劑,用HMnO4氧化Mn(CH3COO)2,制備出厚度約幾個(gè)納米,長(zhǎng)約1μm左右的β-MnO2納米帶,模板劑CTAB是納米帶形成的決定因素。
以鋸屑為模板,結(jié)合溶膠一凝膠法成功地合成出形態(tài)規(guī)整、平均直徑約8nm、平均長(zhǎng)度120nm左右的β-MnO2納米棒,天然多孔材料一鋸屑為MnO2納米棒的成型提供了骨架。
文獻(xiàn)分別以反應(yīng)溫度100℃和150℃,用水熱法合成出兩種不同納米結(jié)構(gòu)γ-MnOOH為前驅(qū)物,采用單模式微波加熱法在170℃下、反應(yīng)20min分別制備了直徑在5~20nm之間,長(zhǎng)度約幾微米的α-MnO2納米纖維及直徑在100~250nm之間、長(zhǎng)度達(dá)數(shù)十微米β-MnO2納米棒,且γ-MnOOH納米棒前驅(qū)物起著模板作用。
采用化學(xué)沉積和500℃熱處理的方法在多孔氧化鋁(AAO)模板中成功地合成了超級(jí)電容器電極材料γ-MnO2納米管,管直徑約200nm,壁厚約40nm,孔徑約120nm,可以通過(guò)調(diào)節(jié)AAO模板孔徑大小來(lái)實(shí)現(xiàn)γ-MnO2納米管的可控生長(zhǎng)。
1.3 二維MnO2納米晶
MnO2納米晶在三維空間中有一維在納米尺度,超薄膜狀、盤(pán)狀、片狀,這些納米結(jié)構(gòu)與體材料相區(qū)別,統(tǒng)稱為低維納米結(jié)構(gòu)。
危光明的碩士學(xué)位論文以金屬鈦片為金屬基底,以酸性高錳酸鉀為前驅(qū)體,采用水熱法在金屬Ti片表面制備出生長(zhǎng)很均勻的MnO2納米片陣列材料,其片厚度10~20nm左右,納米片之間還有大量的空間。
目前,某團(tuán)隊(duì)以硫酸錳和高錳酸鉀/聚乙烯吡咯烷酮為基本水熱研究體系,在水熱溫度150℃,水熱時(shí)間14h,控制pH為14時(shí),得到層狀結(jié)構(gòu)的δ-MnO2納米片,pH的變化是形貌主要影響因素,會(huì)改變了溶液中鉀離子和水分子的結(jié)合狀態(tài),從而引起結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)變。
1.4 三維MnO2納米晶
MnO2納米晶由多個(gè)次級(jí)幾何單體結(jié)構(gòu)通過(guò)設(shè)計(jì)、組裝構(gòu)筑成更為復(fù)雜的建筑體,如四角體、花狀、核殼結(jié)構(gòu)等。
通過(guò)在微酸性環(huán)境中高錳酸鉀自身分解反應(yīng),采用低溫水熱反應(yīng)成功制得花狀層狀氧化錳,溫度對(duì)花狀形貌的影響較大,120℃為較均勻的花球形貌,140℃花球形貌聚集為花簇狀結(jié)構(gòu),當(dāng)溫度升到160℃時(shí),層狀結(jié)構(gòu)發(fā)生坍塌,形成隱鉀錳礦型的納米線結(jié)構(gòu)形貌。
劉延雨等采用操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)可行的界面合成法在H2O/CH2Cl2界面上成功制得平均孔徑為5.9nm、比表面積為322.5m2/g,孔容為0.451cm3/g,由中空的亞微米級(jí)的MnO2刺球堆積排列而成介孔MnO2材料。
文獻(xiàn)采用水熱法,調(diào)節(jié)原料高錳酸鉀和硫酸錳的物質(zhì)的量配比為6:1時(shí),制備出由納米片構(gòu)成,形似海膽,直徑約為0.5~1μm的球形δ-MnO2,K+可被認(rèn)為是形成MnO2隧道結(jié)構(gòu)和層狀結(jié)構(gòu)的模板。
中圖分類號(hào):TSl02.52文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
超細(xì)纖維通常分為兩大類,即長(zhǎng)絲和短纖。長(zhǎng)絲的除了絲密度相對(duì)較大的采用直接紡絲法,絕大部分是采用復(fù)合紡絲法。復(fù)合紡絲法中線密度較大的主要采用復(fù)合裂片剝離法,線密度很小的主要采用海島溶離法。
海島型復(fù)合纖維是由兩種不同溶離性能的聚合物分別作為"島"和"海"組分制成的。島組分一般選用聚酯(PET)或聚酰按(PA),海組分一般選用丙烯酸酯,聚苯乙烯,低密度聚乙烯和陽(yáng)離子可染聚酯(COPET)等。剝離時(shí),使復(fù)合原絲中的"海"組分溶離,留下"島"組分即海島型的超細(xì)纖維(稱海島絲)。通常線密度在0.11~0.01ldtex范圍內(nèi),一些特殊用途的纖維,線密度更低,最低可達(dá)0.0001dtex。通常島的數(shù)為16、36、37、5l和64,目前已經(jīng)可以生產(chǎn)出島數(shù)超過(guò)100的超細(xì)纖維,最高可達(dá)1000左右。海和島的比例也有不同,早期為60:40左右,目前為30~20:70~80,甚至可以使海島組分減少至2%一10%,海島型復(fù)合超細(xì)纖維的染整加工過(guò)程為前處理(退漿,精練、松弛、預(yù)定形、堿減量開(kāi)纖)、染色和后整理。
1前處理
1.1退漿與精練
海島絲線刻度大小,比表面積大,因此上漿量和上油量大,上漿量(約4%~6%)比常規(guī)纖維(約3%)多一倍左右,上油量(2.0%~4.0%)比常規(guī)纖維(0.5%~1.0%)多近三倍。在預(yù)定形前必須把漿料和油劑除盡(一般殘油率
1.2松弛與預(yù)定形
松弛處理可使海島型超細(xì)纖維織物有效收縮以獲得良好的蓬松感,松弛處理時(shí)織物完全處于無(wú)張力狀態(tài)下,經(jīng)濕熱、干熱作用,纖維間產(chǎn)生收縮差異,從而提高織物的回彈性,平滑性和蓬松性。
預(yù)定形溫度一般控制在180℃~190℃。溫度太低,布面皺痕不易去盡,織物抗皺性差,易產(chǎn)生染色疵病,門(mén)幅穩(wěn)定性不夠,并影響手感和風(fēng)格;溫度過(guò)高,布面發(fā)硬,增加堿減量難度,還會(huì)產(chǎn)生色邊染疵。如果海島纖維是COPET,預(yù)定形溫度在155℃~165℃,否則開(kāi)纖較難。
1.3堿減量開(kāi)纖。
海島型超細(xì)纖維的開(kāi)纖需要溶解或分解海組分,才能得到極細(xì)的島纖維。常用堿來(lái)溶離海組分,使其堿性水解為水溶性物質(zhì)而達(dá)到開(kāi)纖,而島纖維又很少受到損傷。不僅要光分去除海纖維,又要防止島纖維是受到損傷,還要注意高收縮纖維的損傷和收縮程度。
開(kāi)纖好壞對(duì)后加工影響很大,特別是對(duì)染色和磨絨。完全開(kāi)纖后,每根紗含有數(shù)量多達(dá)數(shù)千根的超細(xì)纖維,所以非常柔軟,透氣性也好,磨絨后可在織物表面形成濃密的絨毛。
不同的海島纖維,島與海的復(fù)合比例,紡絲溫度,冷卻成形條件和拉伸卷繞條件等都影響開(kāi)纖維難易,因此開(kāi)纖條件也是不同的。
用燒堿作為開(kāi)纖劑雖然速度較快,但控制較難,在海組分不斷溶解的同時(shí),島組分也遭到水解,特別是先被開(kāi)纖出來(lái)的島纖維,會(huì)發(fā)生水解剝皮作用。這樣的產(chǎn)品不僅強(qiáng)力差,絨毛豐滿度、彈性也差,染色鮮艷度和染色牢度也差,而且加工穩(wěn)定性和重現(xiàn)性也差。因此選用多種堿劑,添加適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┖涂刂茰囟龋瑫r(shí)間對(duì)開(kāi)纖都很重要。
通常都是采用測(cè)定失重率來(lái)控制,由于堿的作用,可能有多方面的失重,包括織物上的未去除的漿料和油劑(量很少),海組分的溶脫,島組分PET的水解剝皮、高收縮PET纖維比較容易水解失重,后兩種失重是應(yīng)當(dāng)防止的。失重度一般控制在20%~25%之間。
2染色
2.1染色工藝
影響纖維及紡織品染色性能的因素很多,包括纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)(化學(xué)組成,聚合度等)和超分子結(jié)構(gòu)(結(jié)晶度、聚向度、無(wú)定形區(qū)大小、分布等)。其次是形態(tài)結(jié)構(gòu)(纖維粗細(xì),截面形狀,皮芯結(jié)構(gòu)等)。
纖維細(xì)小,比表面積大,當(dāng)線密度小于ldtex時(shí),其比表面積呈指數(shù)增大。因此吸附和擴(kuò)散時(shí)間較短。在較低溫度下就有較快的上染速度,在高于50℃后就明顯上染(通常PET要高于90℃才較快上染);最高染色溫度也低,約為120℃一125℃(普通PET為130℃),染色對(duì)溫度的依存性也強(qiáng)。
由于上染速度快,勻染性也差,當(dāng)然勻染性也與纖維線密度不均勻和開(kāi)纖不充分和不均勻有關(guān)。后者較難解決,前者需控制起始染色溫度后的升溫速度。在50℃~85℃(接近纖維玻璃化溫度Tg)階段,保持1℃/min升溫速度,85℃~90℃保溫一定時(shí)間(5~lOmin)使染料在未大量擴(kuò)散進(jìn)纖維內(nèi)部之間,表面染料充分移染,因?yàn)楸缺砻娣e大有利表面染料的移染,可以大大提高勻染性。在90℃~110℃之間,升溫速度進(jìn)一步放慢至0.5℃/min,在110℃再保溫一段時(shí)間,因?yàn)樵?10℃~115℃范圍,是染料擴(kuò)散最快的階段。然后再緩慢升溫(1℃/min)左右達(dá)到最高染色溫度,然后適當(dāng)保溫時(shí)間。對(duì)于不同的海島型超細(xì)纖維,溫度控制條件也不同。最后降溫到70℃以下放液,可改善織物手感,減少皺折,也有利于聚酯纖維中少量低聚物,落入染液中再沾粘著在織物表面,產(chǎn)生染疵。
海島型超細(xì)纖維的顯色性比普通滌綸纖維低,主要原因是纖維細(xì),比表面積大,對(duì)光的反射和散射強(qiáng)。超細(xì)纖維比相同染料濃度的粗旦纖維的色澤淺得多,為了獲得相同顏色深度,超細(xì)纖維的染料濃度要比普通纖維高得多。而且顏色鮮艷度也較低。同樣原因使超細(xì)紡織品的染色牢度,包括耐曬、耐洗和耐升華牢度也低。因?yàn)楸缺矸e大而使纖維表面吸附的染料量多,總曝光量也增加,而且光容易透入纖維內(nèi)部,使內(nèi)部染料也易褪色。通常染料濃度高,耐曬牢度高,超細(xì)纖維則相反。由于同樣原因,纖維受熱后容易發(fā)生熱遷移,染料從纖維內(nèi)部向表面遷移比普通纖維明顯,因而引起熱定形后的染色牢度下降。上述兩種情況的出現(xiàn)主要要選用合適的分散染料來(lái)提高深色性和染色牢度。
2.2染料選用
海島型滌綸超細(xì)纖維染色用分散染料的基本要求。勻染性和重現(xiàn)性優(yōu)良;得色量和提升力高,易染成深濃色;淺、中色的曬牢度和中、深色濕牢度優(yōu)良。衡量分散染料在海島型滌綸超細(xì)纖維的勻染性,可以從初染率,移染性和勻染度sr值來(lái)考核。
上染速率的提高,突出表現(xiàn)在初染率高,染料如在較低溫度時(shí)(低于嗚)就開(kāi)始大量上染,不利于勻染。同一分散染料在海島型超細(xì)纖維上的初染率要比常規(guī)纖維高l~3倍,不同分散染料在海島超細(xì)纖維上的初染率也有很大的差異。因此,要取得良好的勻染性,除了采用合適的染色工藝和選用優(yōu)良的勻染劑外,更重要的是選用初染率較低,而最終上染率高的分散染料。
3結(jié)束語(yǔ)
對(duì)于海島型絳綸超細(xì)纖維用分散染料能染成深濃色的大部分是利用超分子化學(xué)復(fù)配增效作用,根據(jù)復(fù)配原理拼混而成。
分散染料染色是在弱酸性介質(zhì)中進(jìn)行的,但其前處理工序均在堿性介質(zhì)中進(jìn)行。若前處理后纖維上的堿劑未洗干凈會(huì)給染色帶來(lái)色相波動(dòng),也會(huì)影響染深性。
參考文獻(xiàn)
[1]宋心遠(yuǎn).新型纖維紡織品染整加工助劑[C].2007年浙江省印染助劑第17屆年會(huì)論文集,2007,5:15.25.
【關(guān)鍵詞】 頭孢曲松鈉; 晶體結(jié)構(gòu); 晶習(xí); X-射線衍射
ABSTRACT Studies of differential scanning calorimetry (DSC), Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy, and X-ray powder diffraction (XRPD) on ceftriaxone sodium purified in laboratory indicate that the ceftriaxone sodium crystal belongs to monoclinic crystal system and space group of P21/c. The crystal structure of ceftriaxone sodium was determined on workstation SGI IRIX of Cerius2 based on the minimizing energy law; the crystal habit was predicted by BFDH law and AE law, respectively, of which the crystal habit predic-ted by AE law was plate, close to the practical habit grown from solution. The effects of crystal growth conditions on crystal habit of ceftriaxone sodium were qualitatively studied by experiments.
KEY WORDS Ceftriaxone sodium; Crystal structure; Crystal habit; X-ray powder diffraction
晶體的微觀結(jié)構(gòu)與物質(zhì)的宏觀物理、化學(xué)性質(zhì)密切相關(guān),決定著物質(zhì)的晶形、密度、熔點(diǎn)等。對(duì)物質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)的了解,將有助于在原子尺度上闡明物質(zhì)各種性能的機(jī)制,對(duì)研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系和規(guī)律具有重要意義[1]。晶習(xí)是表征晶體外部整體形態(tài)的量[2]。晶態(tài)有機(jī)固體的外形是其固液分離體系設(shè)計(jì)和操作的一個(gè)重要參數(shù),影響下游操作過(guò)程(如過(guò)濾、洗滌、干燥)的效率和物質(zhì)的性能(如堆密度、機(jī)械應(yīng)力、潤(rùn)濕性)[2~4]。晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)特性以及外部生長(zhǎng)環(huán)境都能影響晶習(xí)[5],如何利用這些信息去預(yù)測(cè)和控制真實(shí)條件下生長(zhǎng)晶體的晶習(xí)在精細(xì)化工領(lǐng)域,尤其是制藥業(yè),越來(lái)越受到關(guān)注和重視[6~8]。 頭孢曲松鈉(ceftriaxone sodium,C18H16N8Na2O7S3·3.5H2O),曾譯頭孢三嗪,是新型、長(zhǎng)效、廣譜的第三代半合成頭孢菌素,屬于β-內(nèi)酰胺類抗生素,結(jié)構(gòu)式如Fig.1所示[9],1978年由瑞士Roche公司研發(fā)成功,1982年首次在瑞士上市,1984年12月21日獲得FDA認(rèn)證,1996年專利到期。自上市以來(lái),產(chǎn)品暢銷全世界,2000年頭孢曲松鈉在世界前200個(gè)暢銷藥中列第43位,在國(guó)內(nèi)的銷售額居各抗感染藥物之首[10,11]。目前頭孢曲松鈉的研究熱點(diǎn)集中于合成以及藥理,鮮有報(bào)道其晶體結(jié)構(gòu)和晶習(xí)方面的研究。由于頭孢曲松鈉難以培養(yǎng)出滿足測(cè)試要求的單晶,本文通過(guò)X-射線粉末衍射分析,應(yīng)用分子設(shè)計(jì)軟件Cerius2(4.6
Fig.1
Structure of ceftriaxone sodium
版本)根據(jù)能量最小化方法得到了頭孢曲松鈉分子空間結(jié)構(gòu),并在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)了產(chǎn)品晶習(xí),為頭孢曲松鈉工業(yè)結(jié)晶過(guò)程的設(shè)計(jì)、優(yōu)化提供了理論指導(dǎo)。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 實(shí)驗(yàn)原料
頭孢曲松鈉粗品由山東瑞陽(yáng)制藥有限公司提供,實(shí)驗(yàn)室精制后產(chǎn)品純度經(jīng)高壓液相色譜(HPLC)檢測(cè)不小于99.5%。試樣再經(jīng)研磨、篩分,選取粒度范圍在38~45μm之間的細(xì)晶用于X-射線粉末衍射測(cè)試。
1.2 DSC分析
差示掃描量熱儀(NETZSCH Thermal Analysis DSC204):樣品置于封口的Al2O3坩鍋中,參比物為空的α-Al2O3坩鍋;升溫速率為5℃/min,升溫范圍從室溫到330℃;載氣為N2,流量50ml/min。儀器的熱焓采用銦作為標(biāo)準(zhǔn)物校正。
1.3 TG分析
本文采用NETZSCH TG209熱重分析儀測(cè)試頭孢曲松鈉的TG曲線,升溫速率為10℃/min,載氣為N2,流量為18ml/min。樣品用量為5.08mg,升溫范圍從室溫到200℃。
1.4 紅外分析
本文采用KBr壓片法在NICOLET 560型傅立葉變換紅外光譜儀(FT-IR)上對(duì)頭孢曲松鈉進(jìn)行紅外光譜分析。
1.5 掃描電鏡(SEM)
本文采用Hitachi X650掃描電鏡(SEM)表征實(shí)驗(yàn)樣品的晶習(xí),操作電壓15kV,樣品放在黏著雙面膠的金屬片上,在觀察前需在氬氣保護(hù)下間歇噴金。
1.6 X-射線粉末衍射分析
頭孢曲松鈉的X-射線粉末衍射數(shù)據(jù)在日本理學(xué)(Rigaku)D/max-2500型單色X-射線衍射儀上收集,CuKα射線(λ=1.5405),石墨單色器,掃描速率1s/step,工作電壓40kV,工作電流100mA,測(cè)試溫度(25±1)℃。為保證樣品表面與測(cè)角儀軸心平行共面,裝樣采用鋁板背壓法。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 DSC曲線
頭孢曲松鈉的DSC譜圖如Fig.2所示,樣品在260℃附近存在一個(gè)尖銳的放熱峰,在放熱峰前還存在兩個(gè)小的吸熱峰。頭孢曲松鈉DSC曲線260℃附近的放熱峰是樣品熱分解放熱所致[12,13],實(shí)驗(yàn)測(cè)定的熱分解峰頂溫度TP為262.30℃,接近文獻(xiàn)值240~265℃[12,13]。與其他大多數(shù)頭孢菌素一樣[13],頭孢曲松鈉的DSC曲線也沒(méi)有熔點(diǎn)峰,表明頭孢曲松鈉在熔化前已發(fā)生熱分解,故無(wú)法用量熱法來(lái)測(cè)定其純度。
2.2 TG-DTG分析
頭孢曲松鈉的TG-DTG譜圖如Fig.3所示,雖然TG曲線沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的直角臺(tái)階狀,但DTG曲線的雙峰卻說(shuō)明了頭孢曲松鈉在室溫至200℃之間的失重是分兩步完成的。根據(jù)TG線的失重百分率計(jì)算結(jié)果可知,第一步失重約6.30%,第二步失重約3.31%。頭孢曲松鈉分子中結(jié)晶水的理論百分含量是9.53%,參照中國(guó)藥典(CP2005)附錄M水分測(cè)定法中的費(fèi)休氏法測(cè)得頭孢曲松鈉水分含量為9.5%,而實(shí)驗(yàn)測(cè)得TG失重為9.61%,與理論結(jié)晶水含量基本相符。因此可推斷頭孢曲松鈉在室溫至200℃之間的TG失重是脫除結(jié)晶水所致[14],F(xiàn)ig.2中DSC曲線熱降解放熱峰前出現(xiàn)的兩個(gè)小峰正是頭孢曲松鈉分兩步脫水而產(chǎn)生的吸熱峰。而且,頭孢曲松鈉的DSC曲線并未再出現(xiàn)脫溶劑峰,結(jié)合Fig.3所示的TG-DTG譜圖,可以初步判定實(shí)驗(yàn)精制頭孢曲松鈉過(guò)程中未見(jiàn)形成溶劑化合物。
2.3 紅外分析
實(shí)驗(yàn)室制備的頭孢曲松鈉與市售國(guó)外產(chǎn)品的紅外譜圖如Fig.4所示。β-內(nèi)酰胺與雜環(huán)并接產(chǎn)生的特征峰出現(xiàn)在1740cm-1處,在3440~3260cm-1處出現(xiàn)的強(qiáng)而寬的峰是-OH和-NH伸縮振動(dòng)引起的譜帶,-OH和-NH的伸縮振動(dòng)頻率在此區(qū)域相互重疊而不易區(qū)分,由于分子內(nèi)氫鍵,吸收頻率向低頻方向還存在一定的平移。1610cm-1附近處的強(qiáng)峰是芳核骨架振動(dòng)的特征峰,1000cm-1附近的特征峰是芳環(huán)C-H面向彎曲振動(dòng)引起的強(qiáng)吸收峰,但Ar-H在3030cm-1附近的特征峰由于-OH和-NH的存在而不明顯。1740cm-1處的強(qiáng)峰是羰基伸縮振動(dòng)的特征峰,而1650cm-1處的強(qiáng)峰則是酰胺的羰基伸縮振動(dòng)引起的。
2.4 X-射線粉末衍射分析
測(cè)試中發(fā)現(xiàn)當(dāng)2θ>50°后,頭孢曲松鈉的XPRD譜圖不再出現(xiàn)明顯的衍射峰,因此在Rigaku D/max-2500X射線衍射儀上收集5°
2.5 頭孢曲松鈉晶體結(jié)構(gòu)的確定
分子的空間結(jié)構(gòu)信息對(duì)于確定晶體結(jié)構(gòu),研究晶體所屬空間群和原子位置具有重要作用。因此,在研究晶體結(jié)構(gòu)之前研究分子的空間結(jié)構(gòu)是必要的。分子的空間結(jié)構(gòu)一般可以由兩種方法得到:一是通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法,主要包括X-射線單晶衍射和2D-NMR技術(shù);另一個(gè)是通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助分子設(shè)計(jì)的理論計(jì)算方法,目前主要包括“原始”機(jī)制、半經(jīng)驗(yàn)機(jī)制以及分子機(jī)制模型,其中分子機(jī)制模型又有能量最小化、網(wǎng)格搜索、蒙特卡羅(Monte Carlo)以及分子動(dòng)力學(xué)模擬等方法[15]。雖然單晶結(jié)構(gòu)分析是諸多固態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析方法中提供信息最多、最常用的研究方法,已經(jīng)成為合成化學(xué)及其相關(guān)學(xué)科、晶體工程和超分子化學(xué)等研究領(lǐng)域中必不可少的研究手段[16],但目前X-射線單晶衍射儀對(duì)測(cè)試晶體的三維尺度(最小維的空間尺度不小于0.01mm)和質(zhì)地(晶體不能出現(xiàn)缺陷)有嚴(yán)格的要求,由于頭孢曲松鈉晶體是薄片狀晶習(xí),難以培養(yǎng)出合乎單晶測(cè)試要求的晶體,有一維的空間尺度小于0.01mm。頭孢曲松鈉是一種大分子有機(jī)鹽類,具有離子化合物的特性。因此本論文應(yīng)用分子設(shè)計(jì)軟件Cerius2(4.6版本)中的3D-sketcher環(huán)境畫(huà)出分子結(jié)構(gòu)圖,再通過(guò)電荷分配,選擇Dreading 2.21力場(chǎng),最后根據(jù)能量最小化方法得到可能的頭孢曲松鈉分子空間結(jié)構(gòu)如Fig.6所示。
頭孢曲松鈉晶體的晶胞投影如Fig.7所示,晶胞中每2個(gè)頭孢曲松鈉分子和7個(gè)水分子按Fig.6所示組成一個(gè)不對(duì)稱單元。由Fig.1可知,頭孢曲松鈉是一種大分子有機(jī)羧酸鈉鹽,存在鈉離子(Na+)與頭孢曲松酸根離子(C18H16N8O7S3)2-之間強(qiáng)的離子鍵;除此之外,每個(gè)晶胞中還存在眾多既是質(zhì)子受體又能提供質(zhì)子的水分子,而且每個(gè)(C18H16N8O7S3)2-中還含有2個(gè)-NH(與電負(fù)性大的N原子形成強(qiáng)極性鍵的氫原子)和6個(gè)-CO-(電負(fù)性大且又能提供孤對(duì)電子的氧原子),易與水分子或其它頭孢曲松鈉分子之間的-CO-和-NH形成氫鍵,如Fig.7中虛線所示。
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2.6 頭孢曲松鈉晶習(xí)預(yù)測(cè)
在獲得頭孢曲松鈉晶體結(jié)構(gòu)以及晶胞參數(shù)等數(shù)據(jù)以后,應(yīng)用分子設(shè)計(jì)軟件Cerius2(4.6版本)中的morphology模塊,分別選取BFDH模型、AE模型對(duì)頭孢曲松鈉進(jìn)行晶習(xí)預(yù)測(cè),結(jié)果如Fig.8、Fig.9所示。由于完全基于晶體幾何結(jié)構(gòu)理論的BFDH模型沒(méi)有考慮原子、鍵型、局部電荷、生長(zhǎng)環(huán)境等對(duì)晶習(xí)的影響,當(dāng)晶體中分子間的鍵能越大,各向異性越明顯時(shí),模型預(yù)測(cè)的晶習(xí)與實(shí)際晶習(xí)的一致性也就越差[8]。頭孢曲松鈉是一種大分子有機(jī)鈉鹽,金屬鈉離子以及分子間氫鍵的存在,以及生長(zhǎng)環(huán)境中溶劑極性、雜質(zhì)的影響,使得采用BFDH模型預(yù)測(cè)的頭孢曲松鈉晶習(xí)(呈短棒狀)與在水-丙酮體系中生長(zhǎng)的頭孢曲松鈉實(shí)際晶習(xí)(呈薄片狀)相差較大(Fig.10)。
較之BFDH模型,AE模型考慮了晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單元以及相互作用對(duì)晶習(xí)的影響,因而采用AE模型預(yù)測(cè)的晶習(xí)與實(shí)際晶習(xí)更相近,也呈薄片狀(如Fig.10所示), 這也表明晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)基元以及相互作用鍵能對(duì)晶體的形態(tài)有重要的影響。AE模型預(yù)測(cè)的頭孢曲松鈉晶習(xí)由10個(gè)晶面包圍構(gòu)成,101、101、002、011、011及其對(duì)應(yīng)的等價(jià)晶面101、101、002、011、011。應(yīng)用分子設(shè)計(jì)軟件Cerius2(4.6版本)中的surface builder模塊中的cleave crystal surface命令,可以展現(xiàn)出頭孢曲松鈉晶體不同晶面上的分子排列方式和密度,如Fig.11所示。
由Fig.11可見(jiàn),不同晶面顯露出的原子或基團(tuán)及其排列密度是不一樣的,圖中小球代表氧原子。雖然晶面氨基和羰基交替顯露,但羰基上的甲基基團(tuán)增加了空間位阻,不利于頭孢曲松鈉分子之間或頭孢曲松鈉分子與極性溶劑分子之間形成氫鍵。101晶面上的氨基以一定角度顯露,羰基沿法線方向顯露,較101晶面更易形成分子間氫鍵。002、011、011晶面也都有羰基、氨基顯露,而沒(méi)有甲基顯露增加空間位阻,更有利于氫鍵的形成。因此101及其等價(jià)對(duì)稱晶面101具有較慢的生長(zhǎng)速率,表現(xiàn)出較大的顯露面,而101、002、011、011晶面較101有更快的生長(zhǎng)速率,表現(xiàn)出較小的顯露面,導(dǎo)致頭孢曲松鈉晶體呈片狀晶習(xí)。
2.7 生長(zhǎng)環(huán)境對(duì)頭孢曲松鈉晶習(xí)的影響
影響晶習(xí)的主要因素除了晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)外,還有晶體生長(zhǎng)過(guò)程中所處的外部環(huán)境, 例如溫度、 溶劑體系、雜質(zhì)等[2~4]。本文定性考察了不同結(jié)晶操作條件以及含鈉離子添加劑對(duì)頭孢曲松鈉溶析結(jié)晶產(chǎn)品晶習(xí)的影響。
由于頭孢曲松鈉的熱敏性以及溶解度特性[9,11,14,17~20],一般采用溶析結(jié)晶法分離、提純頭孢曲松鈉[11,21]。相同實(shí)驗(yàn)條件下分別采用乙醇和丙酮作溶析劑得到的頭孢曲松鈉結(jié)晶產(chǎn)品的電鏡照片如Fig.12所示,晶習(xí)都呈薄片狀。這表明在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)選用不同的溶析劑并未從宏觀上改變頭孢曲松鈉結(jié)晶產(chǎn)品的晶習(xí)。
相同溶析劑不同溶析結(jié)晶溫度得到的頭孢曲松鈉產(chǎn)品晶習(xí)的電鏡照片如Fig.13所示,在實(shí)驗(yàn)選定溫度范圍內(nèi),雖然溫度升高會(huì)導(dǎo)致晶面生長(zhǎng)速率增大,但各晶面的相對(duì)生長(zhǎng)速率并沒(méi)有明顯變化,所以溫度并沒(méi)有對(duì)頭孢曲松鈉溶析結(jié)晶產(chǎn)品的晶習(xí)造成明顯的影響,只是使得溫度較高時(shí)得到的產(chǎn)品的平均粒度有所增大。
相同操作條件下,考察了氯化鈉、碳酸氫鈉、陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉對(duì)頭孢曲松鈉溶析結(jié)晶產(chǎn)品晶習(xí)的影響,結(jié)果如Fig.14所示。含鈉離子添加劑的加入,頭孢曲松鈉溶析結(jié)晶產(chǎn)品的晶習(xí)并沒(méi)有什么明顯的變化,還是呈薄片狀,這說(shuō)明在實(shí)驗(yàn)條件下氯化鈉、碳酸氫鈉、陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉對(duì)頭孢曲松鈉晶體各晶面的相對(duì)生長(zhǎng)速率沒(méi)有明顯的影響。
3 結(jié)論
(1)頭孢曲松鈉溶析結(jié)晶產(chǎn)品的DSC、TG、FT-IR和XRPD分析測(cè)試結(jié)果表明,在實(shí)驗(yàn)條件下得到的頭孢曲松鈉晶體具有相同的晶體結(jié)構(gòu)。
(2)采用JADE 4.0軟件對(duì)XRPD數(shù)據(jù)進(jìn)行指標(biāo)化、精修,得到頭孢曲松鈉晶胞參數(shù)為a=9.2493,b=15.779,c=20.619,α=γ=90°,β=121.34°,屬于單斜晶系,空間群為P21/c。
(3)在Cerius2工作站SGI IRIX上應(yīng)用能量最小化法確定了頭孢曲松鈉的晶體結(jié)構(gòu);基于BFDH、AE模型預(yù)測(cè)了頭孢曲松鈉晶體的晶習(xí),其中AE模型預(yù)測(cè)的晶習(xí)與實(shí)際生長(zhǎng)晶習(xí)相近,呈薄片狀。
(4)定性實(shí)驗(yàn)研究范圍內(nèi),溶析劑種類、結(jié)晶溫度、含鈉粒子添加劑對(duì)頭孢曲松鈉溶析結(jié)晶過(guò)程產(chǎn)品的晶習(xí)沒(méi)產(chǎn)生明顯的影響。
(5)為獲得片狀晶習(xí)的頭孢曲松鈉晶體產(chǎn)品,工業(yè)上可以采用乙醇或丙酮作為溶析劑,但氯化鈉、碳酸氫鈉、陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉不宜選作頭孢曲松鈉結(jié)晶產(chǎn)品晶習(xí)的改進(jìn)劑。
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專業(yè)碩士與學(xué)術(shù)型碩士不同,其目的是培養(yǎng)具有扎實(shí)理論基礎(chǔ),并適應(yīng)特定行業(yè)或職業(yè)實(shí)際工作需要的應(yīng)用型高層次專業(yè)人才。教育部、人力資源和社會(huì)保障部于2013年11月公布了《關(guān)于深入推進(jìn)專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)模式改革的意見(jiàn)》,強(qiáng)化了專業(yè)碩士應(yīng)以實(shí)踐為導(dǎo)向,重視理論水平與實(shí)踐的綜合應(yīng)用[1]。江南大學(xué)輕化工程專業(yè)碩士培養(yǎng)側(cè)重于染整方向,即以紡織纖維制品為原料,探討、研究與纖維制品相關(guān)的前處理、染色、印花及功能化整理新方法與新技術(shù),以培養(yǎng)染整專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐技能兼?zhèn)涞娜瞬拧?/p>
1培養(yǎng)學(xué)科交叉復(fù)合型人才的必要性
染整作為紡織產(chǎn)業(yè)鏈中的重要環(huán)節(jié)之一,對(duì)提升紡織產(chǎn)品質(zhì)量和附加值有重要影響,但近年來(lái)在發(fā)展中也暴露出不少問(wèn)題,并日益成為制約本行業(yè)發(fā)展的瓶頸[2]。這主要包括:(1)染整企業(yè)生產(chǎn)中水、電、汽能耗高,導(dǎo)致能源緊張和生產(chǎn)成本不斷上升,企業(yè)凈利潤(rùn)下降,影響了可持續(xù)發(fā)展;(2)染整廢水排放量大(占紡織行業(yè)污水排放量的60%),且廢水處理成本較高;(3)部分企業(yè)仍以粗放型和低水平方式生產(chǎn),產(chǎn)品多為常規(guī)中低檔產(chǎn)品,附加值不高。因此盡管國(guó)內(nèi)染整行業(yè)產(chǎn)能水平不低,但從纖維制品前處理到染整廢水處理各環(huán)節(jié)成本不斷上升,導(dǎo)致多數(shù)染整企業(yè)利潤(rùn)走低。為解決上述問(wèn)題,有必要將相關(guān)學(xué)科的新技術(shù)與傳統(tǒng)染整生產(chǎn)技術(shù)相融合,借助于信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、應(yīng)用化學(xué)技術(shù)、生物技術(shù)等來(lái)改造和提升傳統(tǒng)的染整生產(chǎn),通過(guò)新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備和新助劑的應(yīng)用,促使染整行業(yè)向著高效率、低能耗、少污染的方向發(fā)展[3]。近年來(lái)江南大學(xué)發(fā)揮學(xué)科門(mén)類較齊全的優(yōu)勢(shì),在輕化工程專業(yè)碩士教學(xué)中推行了基于學(xué)科交叉互融的教改研究。目前通過(guò)與機(jī)械工程、顏色技術(shù)、應(yīng)用化學(xué)、生物技術(shù)等學(xué)科交叉,培育出了包括新型染整裝備、納米印染技術(shù)、紡織生物技術(shù)等多個(gè)輕化工程專業(yè)碩士的教學(xué)和研究方向。其共同點(diǎn)在于培養(yǎng)具有復(fù)合技能的應(yīng)用型專業(yè)碩士人才,立足于從紡織纖維制品前處理、染色、印花及功能化整理環(huán)節(jié),最大程度地減少生產(chǎn)過(guò)程中水、電、汽等資源的消耗,降低生產(chǎn)排放,實(shí)現(xiàn)紡織品的清潔化生產(chǎn)。
2輕化工程與生物技術(shù)交叉復(fù)合型專業(yè)碩士的培養(yǎng)策略
生物技術(shù)是利用生物體制,以生物工程技術(shù)加工底物為原料來(lái)提供所需的各種產(chǎn)品或達(dá)到某種目的的新型跨學(xué)科技術(shù)。生物技術(shù)與紡織纖維制品的染整加工具有相關(guān)性,尤其在最近30年得到了快速發(fā)展。輕化工程與生物技術(shù)交叉研究的思路是借助于生物酶進(jìn)行纖維前處理、染色后處理和功能整理。與傳統(tǒng)紡織品化學(xué)加工相比,生物技術(shù)與輕化工程相結(jié)合后能降低染整生產(chǎn)排放,實(shí)現(xiàn)溫和條件下高效節(jié)能加工。江南大學(xué)在生物工程、生物技術(shù)學(xué)科方面具有教學(xué)與科研優(yōu)勢(shì),其中生物工程為國(guó)家級(jí)一類特色專業(yè)、江蘇省首批品牌專業(yè)。為順應(yīng)生態(tài)染整的發(fā)展要求,我校結(jié)合這一優(yōu)勢(shì)將輕化工程與生物技術(shù)相交叉,形成了紡織生物技術(shù)研究方向,并構(gòu)建了應(yīng)用型輕化工程專業(yè)碩士人才培養(yǎng)體系。具體包括下述四個(gè)方面。
2.1導(dǎo)師隊(duì)伍建設(shè)
由于生物技術(shù)在染整中的應(yīng)用以酶技術(shù)為主,因此對(duì)導(dǎo)師隊(duì)伍組成也提出了較高要求。一方面要求導(dǎo)師熟悉纖維的原料特點(diǎn),染整加工原理,工藝和設(shè)備,纖維制品質(zhì)量評(píng)價(jià);另一方面也要求導(dǎo)師對(duì)生物技術(shù)的相關(guān)專業(yè)知識(shí)(如生物酶種類、酶學(xué)特性、應(yīng)用效果評(píng)價(jià)方法等)有相當(dāng)?shù)牧私猓η笸瑫r(shí)擁有兩個(gè)學(xué)科的知識(shí)結(jié)構(gòu)。通過(guò)近10年的建設(shè),我校紡織生物技術(shù)研究方向已建成了符合上述要求的導(dǎo)師隊(duì)伍。目前紡織生物技術(shù)方向的導(dǎo)師隊(duì)伍由10人組成,其中教授4人,副教授6人,具有輕化工程專業(yè)背景的博士4人、具有生物技術(shù)相關(guān)發(fā)酵工程專業(yè)的博士3人。在與生物技術(shù)交叉的纖維制品染整加工研究中,能從生物酶的菌種篩選、酶作用機(jī)理與酶學(xué)特性等方面,與纖維制品酶法加工很好地結(jié)合起來(lái)。在專業(yè)碩士培養(yǎng)過(guò)程中為提高人才培養(yǎng)質(zhì)量和企業(yè)課題實(shí)施效果,鼓勵(lì)專業(yè)碩士導(dǎo)師走進(jìn)染整企業(yè),與學(xué)生一起分析和解決企業(yè)遇到的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)難題。另一方面依托企業(yè)設(shè)立的省企業(yè)研究生工作站、博士后流動(dòng)站,聘請(qǐng)企業(yè)內(nèi)碩士生導(dǎo)師共同參與到課題實(shí)施中,以充實(shí)師資隊(duì)伍。
2.2課程體系和平臺(tái)建設(shè)
培養(yǎng)與生物技術(shù)交叉的輕化工程專業(yè)碩士,課程體系和研究平臺(tái)建設(shè)是基礎(chǔ)工作。為體現(xiàn)專業(yè)碩士課程的實(shí)用性和學(xué)科交叉性,教學(xué)改革中對(duì)原有課程組成、學(xué)時(shí)分配、課程考核方式進(jìn)行了優(yōu)化。除了與紡織化學(xué)相關(guān)的專業(yè)課程外,增加了纖維素與蛋白質(zhì)化學(xué)、紡織生物技術(shù)基礎(chǔ)、儀器分析等,其中纖維素與蛋白質(zhì)化學(xué)區(qū)別于一般的紡織材料學(xué),更多從分子和超分子結(jié)構(gòu)層面分析其結(jié)構(gòu)組成與其化學(xué)加工、生物酶處理的相關(guān)性;紡織生物技術(shù)基礎(chǔ)是專業(yè)知識(shí)交叉的主要課程,闡述生物酶種類、酶學(xué)特性、酶對(duì)纖維的作用機(jī)制、纖維結(jié)構(gòu)與酶整理效率相關(guān)性、紡織品生物酶應(yīng)用等內(nèi)容;儀器分析課程除介紹常見(jiàn)的高分子及纖維材料分析方法外,還補(bǔ)充介紹了與生物技術(shù)相關(guān)的測(cè)試手段如凝膠電泳、氨基酸分析等。通過(guò)上述理論課程學(xué)習(xí),為后續(xù)纖維制品化學(xué)和生物酶加工研究奠定了理論基礎(chǔ)。在平臺(tái)建設(shè)方面,依托我校生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,建立了紡織生物技術(shù)研究室,為基于生物技術(shù)交叉的輕化工程專業(yè)碩士培養(yǎng)提供了保證。紡織生物技術(shù)研究室不僅擁有常規(guī)的纖維材料相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器,還建立了與生物技術(shù)相關(guān)的檢測(cè)與評(píng)價(jià)手段,滿足了常規(guī)從菌種篩選到纖維制品酶處理應(yīng)用研究的大部分實(shí)驗(yàn)需求。以紡織生物技術(shù)研究室為基礎(chǔ),我校還聯(lián)合葡萄牙米尼奧大學(xué)成立了生態(tài)染整國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,通過(guò)定期召開(kāi)纖維生物加工技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議,拓展了輕化工程專業(yè)碩士生的研究視野。
2.3構(gòu)建以染整企業(yè)需求為導(dǎo)向的論文選題策略
由于輕化工程專業(yè)碩士不同于學(xué)術(shù)型碩士,論文選題應(yīng)強(qiáng)化理論與應(yīng)用實(shí)踐技能的結(jié)合,優(yōu)先考慮源于工程實(shí)際且對(duì)節(jié)能、減排和降耗有促進(jìn)和引領(lǐng)作用的課題。我校論文選題立足于企業(yè)需求的酶法纖維制品染整加工研究,確立了紡織生物技術(shù)研究三個(gè)子方向:生物酶前處理;生物酶染色后處理;酶促功能化改性加工。(1)生物酶前處理包括纖維制品的酶退漿、酶煮練和漂白脫氧加工等。其中酶退漿是指采用商品淀粉酶和自主菌種篩選得到的PVA降解酶,取代燒堿法或氧化法進(jìn)行棉型織物退漿,通過(guò)酶制劑水解布面淀粉或PVA漿料來(lái)降低前處理廢水的COD值。酶煮練應(yīng)用于棉麻織物和彩棉織物,不僅可達(dá)到用堿法精煉的果膠去除效果,而且還避免了傳統(tǒng)堿煮練易造成的纖維損傷,對(duì)彩棉織物還可減少堿法易造成的色素流失和布面色變現(xiàn)象。在真絲織物加工中,生物酶前處理主要是借助于蛋白酶去除桑蠶絲表面的絲膠。(2)生物酶染色后處理旨在去除深色織物表明的浮色,提高織物的濕處理牢度。與傳統(tǒng)高溫皂煮相比,采用漆酶與較少用量的凈洗劑復(fù)配,不僅能有效去除織物表明未固色或結(jié)合力較弱的浮色染料,而且生物酶能有效對(duì)水洗液進(jìn)行脫色,在一定程度上降低了染色水洗殘液的色度值,降低了染色廢水處理的負(fù)擔(dān)。(3)生物酶功能化改性是借助生物酶進(jìn)行纖維制品的功能化加工,以提高產(chǎn)品的附加值。酶法纖維制品功能化改性的內(nèi)容較廣泛,包括以纖維素酶改善棉麻織物外觀光潔度和織物仿舊整理;以蛋白酶提高羊毛纖維制品的防氈縮性能,以谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶催化接枝氨基整理劑進(jìn)行羊毛抗菌阻燃整理加工;以酪氨酸酶進(jìn)行真絲織物抗菌防皺整理等。相較纖維制品的化學(xué)法功能化加工如高溫焙烘(如阻燃整理)、含氯整理劑(如羊毛防縮)、含醛樹(shù)脂(如防皺整理),盡管酶法加工成本略高,但在賦予纖維功能性的同時(shí),能減輕化學(xué)法整理易造成的纖維損傷和環(huán)境不友好性。在上述子方向論文選題和實(shí)施前,專業(yè)碩士要先制定課題初步實(shí)施方案,探究酶法纖維制品染整加工工藝的可行性并開(kāi)展預(yù)研工作。在此基礎(chǔ)上再制定詳細(xì)的工作計(jì)劃,并定期匯報(bào)課題進(jìn)展情況。在研究中既要考慮纖維制品酶法加工的效果,同時(shí)也要兼顧在企業(yè)應(yīng)用中工藝設(shè)備、生產(chǎn)成本和加工效率的匹配性。
2.4構(gòu)建學(xué)科交叉復(fù)合型輕化專業(yè)碩士質(zhì)量評(píng)價(jià)體系
傳統(tǒng)上對(duì)碩士質(zhì)量與水平高低的評(píng)價(jià)主要是參照論文,包括完成的碩士論文、發(fā)表的期刊論文(SCI、EI、CSCD)的數(shù)量與等級(jí)。而輕化工程專業(yè)碩士是要培養(yǎng)掌握染整專業(yè)堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和寬闊專業(yè)知識(shí)、擁有較強(qiáng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力,滿足實(shí)際工作需要的應(yīng)用型高層次專門(mén)人才。因此專業(yè)碩士在培養(yǎng)質(zhì)量評(píng)價(jià)方面要與學(xué)術(shù)型碩士有所不同,不能簡(jiǎn)單照搬其評(píng)價(jià)體系[4]。參照既有部分高校實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[5-6],結(jié)合本專業(yè)實(shí)際情況,我校主要從專業(yè)知識(shí)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力、學(xué)術(shù)研究能力和創(chuàng)新應(yīng)用能力四方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。專業(yè)知識(shí)能力是指在研究生階段專業(yè)理論課程的學(xué)習(xí)成績(jī),在實(shí)驗(yàn)工作中表現(xiàn)出的對(duì)染整、生物技術(shù)知識(shí)的掌握與運(yùn)用能力;實(shí)踐動(dòng)手能力是指在實(shí)驗(yàn)室或生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),對(duì)纖維制品酶處理加工過(guò)程合理安排和現(xiàn)場(chǎng)操作的技能,此方面企業(yè)導(dǎo)師的評(píng)價(jià)也是重要組成部分。學(xué)術(shù)研究能力評(píng)價(jià)側(cè)重于兩個(gè)方面:一方面評(píng)價(jià)學(xué)位論文階段性進(jìn)展和完成情況,從開(kāi)題報(bào)告、中期檢查結(jié)果、預(yù)答辯和答辯情況四階段,結(jié)合平時(shí)例會(huì)課題匯報(bào)來(lái)綜合評(píng)判課題工作量與論文水平;另一方面考察是否有與課題相關(guān)的學(xué)術(shù)或發(fā)明專利申請(qǐng)。由于多數(shù)論文課題與染整生產(chǎn)的相關(guān)度較高,因此專業(yè)碩士是否可公開(kāi)或?qū)@枧c課題合作企業(yè)商榷確定。創(chuàng)新應(yīng)用能力是指專業(yè)碩士在課題研究、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中表現(xiàn)出來(lái)的個(gè)人綜合拓展能力。在纖維酶處理研究和實(shí)踐中,對(duì)能提出新方法、新工藝并有突出業(yè)績(jī)表現(xiàn)的創(chuàng)新型專業(yè)碩士,紡織生物技術(shù)研究室會(huì)給予適當(dāng)?shù)募?lì)與表彰。
中圖分類號(hào):TQ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-914X(2017)07-0054-01
1.主要內(nèi)容
1.1 本論文緊緊抓住當(dāng)前超支化聚合物發(fā)展的新動(dòng)向,摒棄傳統(tǒng)思維的束縛,從分子設(shè)計(jì)的角度出發(fā),提出了合成超支化聚合物的幾種全新方法,由已商品化且價(jià)格便宜的單體制備了一系列具有廣泛應(yīng)用前景的超支化聚合物,解決了當(dāng)前超支化聚合物研究中合成工藝復(fù)雜、價(jià)格昂貴、結(jié)構(gòu)可控性差等一些重要問(wèn)題,為深入考察其結(jié)構(gòu)一性能關(guān)系、進(jìn)行功能材料設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)應(yīng)用研究提供了可能。進(jìn)而采用在線皿、、等表征手段對(duì)聚合反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)考察,提出了聚合反應(yīng)初期體系分子增長(zhǎng)的一般歷程。在此基礎(chǔ)上,采用封端法,將合成的部分超支化聚合物進(jìn)行了功能化,制得了水溶性熒光超支化聚礬胺及熒光超支化聚醚,考察了濃度、酸堿度、金屬離子等因素對(duì)熒光行為的影響,發(fā)現(xiàn)了超支化聚醚分子內(nèi)的激基締合物現(xiàn)象。本論文還合成了兩親性超支化聚礬胺,并用花熒光標(biāo)記和探針?lè)ㄑ芯苛嗽搩捎H性超支化聚合物在水溶液中的憎水自聚集作用。論文利用花熒光探針技術(shù),首次發(fā)現(xiàn)了高度支化聚合物在水溶液中的自聚集行為,并研究了該行為與支化度的關(guān)系,得到了一些具有原創(chuàng)性的重要結(jié)論,為研究超支化聚合物自組裝行為打下了良好的基礎(chǔ)。用封端法制得了水溶性熒光超支化聚礬胺及熒光超支化聚醚。花標(biāo)記兩親性超支化聚合物的合成、熒光行為研究及利用花熒光探針研究高度支化聚合物水溶液的自聚集作用。
1.2 由于超支化聚合物所具有的三維球狀結(jié)構(gòu),良好的溶解性,大量末端基因等獨(dú)特的物理、化學(xué)特性而成為近年來(lái)高分子科學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn),這可從近年來(lái)不斷增長(zhǎng)的文獻(xiàn)及綜述得到印證。由多,、為可反應(yīng)基因型單體縮合聚合制備超支化聚合物是合成超支化聚合物的常用方法。通過(guò)這種途徑,已制得包括聚苯、聚醚、聚酞胺、聚硅烷、聚醚醚酮、聚碳酸等在內(nèi)的多種超支化聚合物。然而,絕大多數(shù)型單體不能直接購(gòu)買(mǎi),需由實(shí)驗(yàn)者自己合成,既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力,極大程度地限制了超支化聚合物的功能化研究、大規(guī)模生成及商業(yè)化應(yīng)用。因而,合成方法及思維的革新勢(shì)在必行。年,己等人發(fā)明了一種“自縮合乙烯基聚合法”,并由間氯甲基苯乙烯合成了超支化聚合物。通過(guò)“開(kāi)環(huán)聚合”一田一合成超支化聚合物業(yè)已成為可能。最近,。匹、己等〔例分別用和型單體合成了超支化聚酞胺及超支化聚醚。但和單體的縮聚反應(yīng)通常會(huì)導(dǎo)致凝膠,使得聚合工藝難以控制。即使在特殊的催化劑作用下,也只有在極稀的反應(yīng)濃度時(shí)才有可能得到可溶性超支化聚合物。當(dāng)單體濃度達(dá)到幾時(shí),即發(fā)生了交聯(lián)。而且,對(duì)于相同基因配比甩一的反應(yīng),一內(nèi)即發(fā)生了凝膠化。圖式一合成超支化聚合物的新方法設(shè)計(jì)為了尋求原料易得且工藝可控性好的方法,本章從分子設(shè)計(jì)的角度提出了一種合成超支化聚合物的新思維,即由商品化的和'型單體合成超支化聚合物。花在不同濃度一水溶液中的發(fā)射光譜,一圖一一時(shí)花單體和發(fā)射峰與聚合物濃度的關(guān)系曲線對(duì)聚合物自聚集作用的影響如圖一所示,酸堿度對(duì)高度支化聚合物自聚集作用亦有影響。隨著值增大,花的單體發(fā)射強(qiáng)度在以下變化不大,在以上則逐漸增大而皿發(fā)射則隨逐漸增大工班的變化更為復(fù)雜,在以下逐漸增大,在附近無(wú)顯著變化,在以上則逐漸下降。這些數(shù)據(jù)再次證明,的形成并不是因?yàn)槭灏钡乃闇缫鸬模駝t工和工都將會(huì)隨增大而逐漸減小。由于在堿性條件下聚合物的溶解性有所下降,故花更容易形成,也就是說(shuō)聚合物的自聚集作用更明顯。圖一不同值下花在一水溶液中的發(fā)射光譜圖一花在一水溶液中的發(fā)射強(qiáng)度比與值的關(guān)系溶劑對(duì)高度支化聚合物自聚集作用的影響.如圖一所示,甲醇對(duì)花的熒光有一定的影響,但不顯著。隨著甲醇含量的增加,花的單體發(fā)射光譜緩慢增大,達(dá)到后則迅速下降同時(shí)峰強(qiáng)開(kāi)始略有增大,在后,有所減小習(xí)玩開(kāi)始隨甲醇含量增加亦呈下降的趨勢(shì),后,轉(zhuǎn)為上升的趨勢(shì)。這說(shuō)明少量的甲醇將使花的熒光增強(qiáng)當(dāng)甲醇含量太高時(shí),花的熒光會(huì)被部分碎滅,由于對(duì)單體發(fā)射碎滅更強(qiáng),因而工創(chuàng)玩反而增大了。總的說(shuō)來(lái),甲醇對(duì)高度支化聚合物的聚集行為影響不大。與甲醇不同,二甲基亞礬對(duì)高度支化聚合物的聚集行為影響很明顯。如圖一所示,隨著二甲基亞礬含量的增加,花單體的熒光強(qiáng)度呈單調(diào)上升的趨勢(shì),而的強(qiáng)度則呈單調(diào)下降的趨勢(shì),習(xí)玩隨二甲基亞礬比例的加大而迅速減小。這些數(shù)據(jù)表明在有存在的情況下,高度支化聚合物的由于自聚集產(chǎn)生的膠束會(huì)遭到破壞。這種現(xiàn)象應(yīng)主要?dú)w因于的強(qiáng)極性及親脂肪鏈的特性。第七章花標(biāo)記或探針?lè)ㄑ芯砍Щ酆衔锼芤旱淖跃奂袨閳D一不同水甲醇混合溶劑中花的熒光發(fā)射光譜,圖中數(shù)據(jù)指甲醇的體積百分含量的濃度為圖一花在不同水甲醇混合溶劑中的含量。與甲醇含量的關(guān)系不同,二甲基亞礬混合溶劑中花的熒光發(fā)射光譜,圖中數(shù)據(jù)指二甲基亞礬的體積百分含量濃度為花在不同水二甲基亞礬混合溶劑中的含量。與二甲基亞礬含量的關(guān)系其它聚合物體系自聚集行為的花熒光探針研究在實(shí)驗(yàn)中,還用花探針的辦法對(duì)兩親性超支化聚合物一的自聚集行為進(jìn)行了研究,得到了與用標(biāo)記法研究一相一致的結(jié)論。
結(jié)論
用封端法制備了兩親性超支化聚合物,并用花標(biāo)記的方法對(duì)其在水溶液中的自聚集行為進(jìn)行了研究。兩親性超支化聚合物的自聚集作用隨憎水基團(tuán)在聚合物中的含量增大而增強(qiáng),當(dāng)時(shí),其產(chǎn)生膠束的濃度約為一幾,沒(méi)有憎水基團(tuán)的超支化聚礬胺在一定濃度的水溶液中可發(fā)生自聚集作用,其產(chǎn)生膠束的濃度約為兩親性超支化聚合物的一倍。當(dāng)時(shí),超支化聚合物在相對(duì)低的濃度下就可發(fā)生自聚集作用,此時(shí),兩親性超支化聚合物的自聚集的突變點(diǎn)為一幾,一的突變點(diǎn)為一幾。在一一之間,兩親性超支化聚合物的自聚集行為會(huì)發(fā)生突變,而在低濃度下沒(méi)有憎水基團(tuán)的超支化聚礬胺受酸堿度的影響要小得多。由于甲醇對(duì)兩親性超支化聚合物的溶解性及環(huán)境的極性產(chǎn)生影響,因而對(duì)其自聚集行為亦有影響。通過(guò)花探針的方法研究了不同支化度的高度支化聚合物在水溶液中的自聚集行為,支化度越大越容易發(fā)生自聚集作用,支化度越高的聚合物l生自聚集作用的轉(zhuǎn)化點(diǎn)越低,當(dāng)支化度很小巧時(shí),聚礬胺難以產(chǎn)生自聚集作用。在堿性條件下,高度支化聚合物在水溶液中的自聚集更顯著,形成的膠束更緊密。相對(duì)于甲醇,二甲基亞礬對(duì)高度支化聚合物的聚集行為影響更明顯,隨二甲基亞礬含量的增加,聚合物的自聚集作用迅速減弱。超支化聚合物支化度與自聚集作用的這一關(guān)系可反過(guò)來(lái)用于支化度的測(cè)定。
2突破傳統(tǒng)的教學(xué)理念與方法,夯實(shí)理論基礎(chǔ)
講授法教學(xué)仍然是目前多數(shù)課程所用的最基本的教學(xué)方式,具有一定的優(yōu)勢(shì),即教師能連貫地向?qū)W生傳授基礎(chǔ)知識(shí),并配合其它方法,可將基本概念、基本原理及相關(guān)課程知識(shí)傳授給學(xué)生。教授法運(yùn)用得當(dāng),不僅能將講授內(nèi)容系統(tǒng)、科學(xué)而準(zhǔn)確地傳遞給學(xué)生,而且還能很好地突顯講授內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)。然而,實(shí)際教學(xué)過(guò)程中若自始至終均采用這一方法,學(xué)生極易疲勞,產(chǎn)生厭倦甚至煩躁的心理。事實(shí)上,有些教師一直喜歡滿堂灌和填鴨式教學(xué),教師在課堂上洋洋灑灑、痛痛快快地大講特講,卻完全忽略了學(xué)生作為教學(xué)主體的作用。這種教學(xué),只是教師知識(shí)的傾瀉,而不是傳授,其結(jié)果是教師教得非常累,學(xué)生聽(tīng)得更累,因而教學(xué)效果往往顯得特別差。在近幾年材料化學(xué)專業(yè)的學(xué)生對(duì)《大學(xué)化學(xué)》課程的授課評(píng)價(jià)中我們可以清楚地看到,學(xué)生對(duì)那些采取滿堂灌式教學(xué)的教師微詞頗多,普遍要求采用靈活多樣的教學(xué)方法,要充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。在我系《大學(xué)化學(xué)》課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)中,我們都十分重視教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變、更新和教學(xué)方法的改革。我們都視其為課程能否鮮活生動(dòng)的源泉。首先,我們確立了以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心的教學(xué)觀念,以學(xué)生最大程度掌握好專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)為目標(biāo)。如果把教師作為工程師或技術(shù)工人,那么學(xué)生將可看成為其加工的“產(chǎn)品”。“產(chǎn)品”質(zhì)量的優(yōu)劣,能否贏得市場(chǎng),是檢驗(yàn)作為教師教學(xué)質(zhì)量是否合格的標(biāo)準(zhǔn)。要做到這一點(diǎn),必須對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)合理地訓(xùn)練和培養(yǎng)。因此,在課堂教學(xué)上,教師要積極引導(dǎo),在十分融洽的環(huán)境下合理有序地向?qū)W生傳授知識(shí),并能激起學(xué)生的求知欲,使其在課后有進(jìn)一步跟蹤并深入研究的渴望。其次,為更好地傳授知識(shí),改革教學(xué)方法,要采用靈活多樣、切實(shí)可行的教學(xué)方法,使學(xué)生以最直接、最有效的方式獲得知識(shí)。比如,在課前,教師要布置任務(wù),設(shè)置問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí),通過(guò)多種途徑了解有關(guān)課題的成就以及最新發(fā)展動(dòng)態(tài),以吸引學(xué)生的注意力,讓其對(duì)所學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生濃厚的興趣。在課堂上,以多媒體教學(xué)為主,必需的板書(shū)為輔;以探討和學(xué)生參與教學(xué)作為主線,以教師補(bǔ)充和更正作為輔線;以經(jīng)典基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)和實(shí)際應(yīng)用為主要教學(xué)內(nèi)容,以相關(guān)科學(xué)前沿知識(shí)的穿插為輔助內(nèi)容。課后,學(xué)生以完成經(jīng)典題目作業(yè)為主要鞏固課程內(nèi)容的方式,以查閱相關(guān)知識(shí),進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和撰寫(xiě)課程小論文來(lái)擴(kuò)大視野,等等。《大學(xué)化學(xué)》課程理論眾多,在有限的課時(shí)里讓學(xué)生牢固掌握眾多理論,難度較大。我們主要通過(guò)精選教學(xué)內(nèi)容,采用精講、精練的方式,理論與實(shí)際相結(jié)合,科學(xué)前沿介紹與教師的科研課題相結(jié)合,深入簡(jiǎn)出,形象生動(dòng)地向?qū)W生進(jìn)行傳授。通過(guò)具體的材料合成與應(yīng)用示例,夯實(shí)基礎(chǔ)理論,加深《大學(xué)化學(xué)》與材料化學(xué)之間的聯(lián)系,使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的欲望和濃厚的興趣。
3轉(zhuǎn)變課程的管理機(jī)制
課程管理機(jī)制的建立與課程改革相適應(yīng),課程管理機(jī)制的優(yōu)劣將直接關(guān)系到課程教學(xué)質(zhì)量。課程改革的深入開(kāi)展應(yīng)是課程教學(xué)管理的核心內(nèi)容,我們應(yīng)積極探索新的教學(xué)理念,大力開(kāi)展創(chuàng)新教育,逐步推進(jìn)教學(xué)新模式的轉(zhuǎn)變,確保教學(xué)質(zhì)量的提高。第一,我們要求《大學(xué)化學(xué)》課程教師都要進(jìn)行教學(xué)研究,特別注重課堂教學(xué)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式以及教學(xué)細(xì)節(jié)方面的探索與研究。通過(guò)對(duì)課堂教學(xué)過(guò)程、特別是教學(xué)細(xì)節(jié)等方面的研究,讓教師更加重視教學(xué)規(guī)律。第二,加強(qiáng)課堂教學(xué)的誠(chéng)信教育和情感交流,培養(yǎng)師生感情,幫助學(xué)生正確掌握求知觀,不僅要培養(yǎng)學(xué)生的道德情操和知識(shí)品德,還要增進(jìn)學(xué)生服務(wù)于社會(huì)的意識(shí)和責(zé)任感。第三,不斷轉(zhuǎn)變教學(xué)方式,由封閉式教學(xué)向開(kāi)放式教學(xué)轉(zhuǎn)變,由單向式教學(xué)向雙向式教學(xué)轉(zhuǎn)變。第四,教師要轉(zhuǎn)變自己的角色,盡快由“教書(shū)匠”轉(zhuǎn)變?yōu)椤把芯空摺保芍R(shí)的“儲(chǔ)備者”向知識(shí)的“傳播者”轉(zhuǎn)變。教師要經(jīng)常進(jìn)行反思,逐步實(shí)現(xiàn)深層次創(chuàng)新,使自己成為一個(gè)教學(xué)理念、教學(xué)實(shí)踐的開(kāi)拓者和研究者,崇尚科學(xué),崇尚學(xué)術(shù)。第五,加強(qiáng)課堂教學(xué)的監(jiān)督機(jī)制。我們主要通過(guò)教學(xué)督導(dǎo)、教研室聽(tīng)課與評(píng)教、院領(lǐng)導(dǎo)隨機(jī)聽(tīng)課以及學(xué)生期中進(jìn)行教學(xué)評(píng)價(jià)等方式來(lái)提高課堂教學(xué)的管理與監(jiān)督機(jī)制。第六,加強(qiáng)課程學(xué)習(xí)的獎(jiǎng)懲機(jī)制。對(duì)本課程學(xué)習(xí)比較優(yōu)秀的學(xué)生應(yīng)及時(shí)進(jìn)行表?yè)P(yáng)、鼓勵(lì)甚至獎(jiǎng)勵(lì),樹(shù)立模范。對(duì)那些不愛(ài)學(xué)習(xí)、偷懶疲沓的學(xué)生要及時(shí)教育、激勵(lì)以及必要的課程懲罰,如閱讀幾篇科學(xué)論文,撰寫(xiě)小論文等。
4加大學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)
創(chuàng)新是關(guān)乎國(guó)家和民族昌盛興旺的靈魂和永不衰竭的動(dòng)力源泉。創(chuàng)新人才的培養(yǎng)是大學(xué)教育義不容辭的責(zé)任。當(dāng)代大學(xué)生創(chuàng)新人才的培養(yǎng)可以分為創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)素質(zhì)的訓(xùn)練兩個(gè)部分。《大學(xué)化學(xué)》作為專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科,在大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面具有更重要的基礎(chǔ)性作用,是其他學(xué)科無(wú)可替代的。因此,結(jié)合我系材料化學(xué)專業(yè)近幾年的發(fā)展,通過(guò)《大學(xué)化學(xué)》課程的教學(xué)與實(shí)踐,主要在以下幾個(gè)方面實(shí)施對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新能力大力進(jìn)行培養(yǎng)。(1)教師首先要有創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)。通過(guò)教師教研和科研課題的申報(bào)與立項(xiàng),教學(xué)改革的實(shí)施,教學(xué)方法的改進(jìn),教師進(jìn)行各種形式的進(jìn)修,通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生申報(bào)課題項(xiàng)目,引導(dǎo)學(xué)生參與科學(xué)研究。帶領(lǐng)大學(xué)生參與各種競(jìng)賽,領(lǐng)導(dǎo)學(xué)生直接服務(wù)于社會(huì)等,切實(shí)提高教師的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐活動(dòng)。(2)精選并優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,使教學(xué)內(nèi)容更加系統(tǒng)化、科學(xué)化。將大學(xué)化學(xué)課程中無(wú)機(jī)化學(xué)與化學(xué)分析中的相關(guān)知識(shí)緊密結(jié)合起來(lái),盡量節(jié)省課時(shí)。(3)加大基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的權(quán)重,增設(shè)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)。(4)教師進(jìn)行課題講座,通過(guò)專題研究,加強(qiáng)《大學(xué)化學(xué)》課程與專業(yè)學(xué)習(xí)的聯(lián)系。同時(shí),挑選一些能力較強(qiáng)的學(xué)生在課堂上進(jìn)行小專題報(bào)告,培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生進(jìn)行理論交流的能力。(5)積極邀請(qǐng)學(xué)生參與教師課題組或科研課題中來(lái)。讓學(xué)生參與教師的課題研究,不僅使學(xué)生了解科研的一般途徑,更重的是培養(yǎng)了學(xué)生的科研意識(shí)和素質(zhì),能使學(xué)生在進(jìn)行課程學(xué)習(xí)時(shí)不自覺(jué)地提高了科學(xué)分辯和吸收的能力。
[中圖分類號(hào)] R944 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-4721(2014)07(a)-0195-03
靶向給藥系統(tǒng)(targeting drug delivery system,TDDS)是現(xiàn)代藥劑學(xué)研究的重點(diǎn)和要點(diǎn),如何通過(guò)各種給藥系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)靶向給藥,已成為廣泛關(guān)注的問(wèn)題[1]。本文就包合物脂質(zhì)體組合新技術(shù)及其在改善藥物功效中的優(yōu)勢(shì)作簡(jiǎn)要總結(jié)。
1 包合物和脂質(zhì)體
包合物系指一種特殊類型的、由一種分子被全部或部分以范德華力及所謂的Allinger構(gòu)型能量締合而成[2]并被包合于另一種分子的空穴結(jié)構(gòu)內(nèi)而形成的一種絡(luò)合物,最常見(jiàn)的就是以環(huán)糊精為包合主體來(lái)容納包合客體的環(huán)糊精包合物,通常以物質(zhì)的量的比為1∶1的比例[3],使用微膠囊化技術(shù)尤其是噴霧干燥技術(shù)制得包合物[4],又稱“分子膠囊”[5]。近年來(lái),許多藥物通過(guò)與環(huán)糊精包合后其理化性質(zhì)及生物學(xué)性質(zhì)都得到了極大的改善。嚴(yán)春臨等[6]將吳茱萸次堿制備成吳茱萸次堿環(huán)糊精包合物,以提高吳茱萸次堿的水溶性和生物利用度。婁杰等[7]將羥丙基環(huán)糊精包合物與凝膠制劑結(jié)合,制得了既具有高生物利用度又具有原位凝膠的溫度敏感性能的溫敏凝膠材料,進(jìn)入眼部后,由于溫度的變化,制劑發(fā)生相轉(zhuǎn)變形成黏度較大的半固體凝膠,有效提高了藥物的生物利用度以及在制劑中的溶出度,具有良好的應(yīng)用前景,也可通過(guò)制備包合物制劑來(lái)改變其毒性,如用超聲方法合成的具有葉酸受體靶向性的γ-環(huán)糊精――葉酸包合物修飾的CdSe/ZnS量子點(diǎn)納米粒,不但具有好的單分散性、較小的尺寸,還有較高的量子產(chǎn)率和較長(zhǎng)的熒光壽命,還具有較低的細(xì)胞毒性,可選擇性進(jìn)入FR高表達(dá)的癌細(xì)胞內(nèi)[8]。宋哲[9]將天然結(jié)構(gòu)的β-CD引入1,4-丁烷磺內(nèi)酯,再與尼美舒利制成包合物,大大減小了腎毒性和刺激性。
脂質(zhì)體是由磷脂和膽固醇分散在水中形成的類球狀并具有類似生物膜的雙分子結(jié)構(gòu)的閉合囊泡。它由英國(guó)學(xué)者Bangham博士等人提出,于1968年化學(xué)家Sessa和Weissmann等人正式命名為脂質(zhì)體并做出明確的定義,指出脂質(zhì)體是由一層或多層類脂質(zhì)雙層膜構(gòu)成的微型囊泡,具有自行密合的特點(diǎn),其結(jié)構(gòu)如圖1所示,結(jié)構(gòu)中含有疏水基團(tuán)和親水基團(tuán),而膽固醇則鑲嵌在磷脂形成的雙分子層中。這樣的結(jié)構(gòu)既適合作為難溶性藥物的載體,也適合作為水溶性藥物的載體。另外,脂質(zhì)體還具有組織相容性、緩釋性和靶向性等特點(diǎn),并且易于在生物體內(nèi)降解,能有效降低藥物毒性、無(wú)免疫原性[10]。李素珍[11]采用周療法紫杉醇脂質(zhì)體聯(lián)合方案和普通紫杉醇聯(lián)合方案在治療胃癌方面的臨床療效研究中顯示,紫杉醇脂質(zhì)體較普通紫杉醇而言,在制作過(guò)程中去除了有毒性的的聚氧乙基代蓖麻油 ,減少了對(duì)患者神經(jīng)和腎功能的損害,因此能夠明顯降低由此引起的各類毒副作用。Berginc等[12]將姜黃素制備成具有生物黏性的脂質(zhì)體作為新的制劑通過(guò)外陰道靶向給藥,得到良好的包封效果,并發(fā)揮了其藥物的潛在優(yōu)勢(shì)。曹玉桃等[13]通過(guò)優(yōu)化脂質(zhì)體與質(zhì)粒載體的比例濃度,從而獲得在形態(tài)學(xué)水平與分子學(xué)水平表達(dá)目的基因TLR4的細(xì)胞克隆。
圖1 脂質(zhì)體結(jié)構(gòu)示意圖
2 包合物脂質(zhì)體
2.1 包合物脂質(zhì)體及其制備
包合物脂質(zhì)體(圖2)即將脂質(zhì)體技術(shù)和環(huán)糊精包合技術(shù)結(jié)合起來(lái)[14],首先將環(huán)糊精技術(shù)應(yīng)用在脂質(zhì)體中是英國(guó)學(xué)者M(jìn)cCormack等[15]于1994年提出來(lái)的,但當(dāng)時(shí)環(huán)糊精如何修飾并局部給藥的機(jī)制尚未完全明確[16],與包合物相比較,它在肝中的分布增多,滯留時(shí)間延長(zhǎng)[17]。
圖2 包合物脂質(zhì)體結(jié)構(gòu)示意圖
目前已有的報(bào)道中,包合物脂質(zhì)體的制備方法歸納起來(lái)有兩種,一種是直接制備藥物環(huán)糊精包合物脂質(zhì)體,常見(jiàn)方法為噴霧干燥法[18],Skalko-Basnet等[18]曾使用噴霧干燥法將甲硝唑和鹽酸維拉帕米直接與包合材料混勻后加工成包合物脂質(zhì)體,并得到了很好的包封率。另一種是兩步法,即先制備包合物部分,再制備藥物包合物脂質(zhì)體。郭秋實(shí)[10]首先將穿心蓮內(nèi)酯制備成超分子包合物,改善其溶解性,再使其進(jìn)入脂質(zhì)體的親水結(jié)構(gòu)區(qū),使形成包合物脂質(zhì)體系統(tǒng)來(lái)達(dá)到預(yù)期的效果。其優(yōu)點(diǎn)在于包裹于脂質(zhì)體內(nèi)水相的藥物是以包合物的形式存在,而直接將藥物制備于脂質(zhì)體中,部分疏水性藥物可能會(huì)對(duì)脂質(zhì)雙分子層產(chǎn)生干擾,影響脂質(zhì)體穩(wěn)定性,容易發(fā)生泄漏,避免了藥物的重新分配過(guò)程[19]。
2.2 包合物脂質(zhì)體給藥系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)
腫瘤目前已成為嚴(yán)重威脅人們生命健康的多發(fā)病,其發(fā)病率僅次于位居首位的心血管疾病,對(duì)腫瘤藥物的研究也變得更加迫切,而抗腫瘤藥物多為脂質(zhì)體或脂質(zhì)體衍生物,但目前應(yīng)用的抗腫瘤藥物因?yàn)榇嬖谥T多的問(wèn)題(水溶性差、易產(chǎn)生毒副作用和耐藥性等),不能滿足臨床的應(yīng)用。包合物脂質(zhì)體給藥系統(tǒng)將環(huán)糊精作為包封材料的優(yōu)點(diǎn)和脂質(zhì)體作為優(yōu)良載體的緩釋靶向優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái),使其各取所長(zhǎng),改善脂質(zhì)體給藥系統(tǒng)存在著的諸多問(wèn)題。
包合物脂質(zhì)體解決了很多藥物溶解性差的這一缺點(diǎn),某些親脂性藥物會(huì)與脂質(zhì)雙分子層產(chǎn)生干擾,限制了很多有價(jià)值藥物的應(yīng)用。通過(guò)使其形成水溶性的絡(luò)合物,脂質(zhì)體將允許其鑲嵌于囊泡的內(nèi)水相[20],減少了化學(xué)降解,增加了微粒系統(tǒng)的穩(wěn)定性、溶解性、包封率和載藥量,增加了兼容性[21],同時(shí)防止了包合物的解離和腎排泄[22],改變了體內(nèi)分布和藥代動(dòng)力學(xué)行為。Loukas等[23]研究表明,抗炎藥物吲哚美辛由于在堿性介質(zhì)中會(huì)迅速水解,當(dāng)用羥丙基-β-環(huán)糊精制成包合物脂質(zhì)體,其穩(wěn)定性提高了75倍,而加工成包合物、脂質(zhì)體,則只分別提高了3.5倍和22倍[24]。
包合物脂質(zhì)體給藥系統(tǒng)還可以改善藥物在體內(nèi)的釋放,目前已有研究證實(shí)包合物脂質(zhì)體給藥系統(tǒng)對(duì)紅細(xì)胞也沒(méi)有溶血現(xiàn)象,可安全地用于注射。包合物脂質(zhì)體不僅保留了脂質(zhì)體載藥系統(tǒng)靶向和長(zhǎng)效的優(yōu)勢(shì),加之其特定的優(yōu)點(diǎn),還可作為新型的難溶性藥物的給藥載體。
包合物脂質(zhì)體給藥系統(tǒng)由于其良好的靶向遞送性質(zhì),還可將其運(yùn)用到其他的疾病領(lǐng)域,例如局部麻醉,通過(guò)改善后,可增加透皮給藥量,而且起效快,可有效延長(zhǎng)藥理作用[25],在癌癥及接種方面也有研究。還可將相應(yīng)的配體修飾在脂質(zhì)體的表面,陳永鵬等[26]將攜帶半乳糖基的乳糖白蛋白修飾脂質(zhì)體,而修飾的物質(zhì)能夠引導(dǎo)脂質(zhì)體找到肝細(xì)胞靶點(diǎn),使體內(nèi)的IFN增多而發(fā)揮更好的抗病毒效應(yīng)。
3 小結(jié)
本文綜合介紹了包合物脂質(zhì)體給藥系統(tǒng)在改善藥物遞送方面的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用,脂質(zhì)體作為藥物分子載體方面的研究也日益升溫,由于囊泡技術(shù)的可調(diào)控性,使其可以用作多種藥物的載體(從常見(jiàn)的抗腫瘤藥物到分子多肽類),還可以用于治療多種疾病。在眾多研究領(lǐng)域中,人們對(duì)細(xì)胞區(qū)域傳遞的興趣日益濃厚,相信在不久的將來(lái),將會(huì)涌現(xiàn)更多更安全、有效的包合物脂質(zhì)體,該技術(shù)將會(huì)繼續(xù)推動(dòng)抗腫瘤研究的進(jìn)展,帶來(lái)一場(chǎng)全新的革命。
[參考文獻(xiàn)]