刺激响应荧光材料研究进展[5篇材料]

第一篇：刺激响应荧光材料研究进展

刺激响应荧光材料研究进展

龚家亮，赵树杨，郭星星，高峰，方近伟，吴栋书，马春平*，李杨*

（贵州理工学院材料与冶金工程学院 贵州贵阳 550003）

[摘要]刺激响应材料是一类根据环境变化而改变自身光物理或化学性质的功能材料。文章综述了刺激响应材料中常见的力致变色材料、热致变色材料和酸致变色材料的研究现状，并阐述了刺激响应材料在防伪墨水、信息复写存储、生物成像和化学传感领域的应用，最后展望了刺激响应材料的发展方向。

[关键词]刺激响应；力致变色；热致变色；酸致变色

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 世纪中期人类进入电气时代以来，照明材料在国民生产、日常生活中扮演着无可或缺的角色。在信息时代，整个社会结构、产业结构以至人们的日常活动都因信息技术的发展而发生重大的变革，而作为照明主要载体的发光材料可满足信息的显示和获取等需要，在社会变革的过程中仍然起着举足轻重的作用 [1]。根据发光物质组分的不同，发光材料可分为无机发光材料和有机发光材料。而无机发光材料发展相对比较成熟，有机发光材料目前正处于迅速发展阶段，通过对作为发光材料基础的有机化合物进行结构上的设计和修饰，可以根据应用的需求改善材料的性能，甚至赋予其多样化的功能，从而拓展其种类和应用范围，以满足当今信息时代对发光材料的需求[ 2]，有机发光材料在有机电致发光器件(organic light-emitting device, OLED)、太阳能电池、生物传感探针、光学刻录、光探测和激光染料等领域具有重要的应用价值。而其中的刺激响应有机发光材料由于其光物理和光化学性能可随着外界环境的改变而变化 [3]，备受科研工作者们关注，本文在文献调研的基础上对刺激响应荧光材料的种类和常见应用做出了综述性介绍。刺激响应荧光材料 刺激响应荧光材料是一类“智能”材料，其颜色和荧光发射峰位/强度在外部环境刺激（如热、压、pH、光、水、离子、有机小分子等）作用下可进行转换或调节 [4]，刺激响应型荧光材料具有合成简单、响应速度快和可重复响应等特点，在荧光传感器、记忆芯片、防伪纸、逻辑运算、光编码、光开关、数据存储、安全墨水和生物成像等领域具有广泛的应用。刺激响应发光材料在溶液或固体状态下应具有较强的发光性能 [5]，因此设计、制备在固态或溶液状态下具有刺激响应性质的荧光材料具有重要的理论指导意义和实际应用价值。

1.1 力致（压致）变色荧光材料 压致（压致）变色材料是在外界机械力（研磨、拉伸和冲击等）的作用下，其发射光谱可发生明显改变的材料。这种发射光谱的改变通常来源于材料聚集态结构从结晶态到无定型态的转变，需要该类材料具有合适的结晶性、恰当的分子极性和分子扭曲程度。部分具有压致变色的有机发光材料暴露在水蒸气中可使其恢复至初始颜色状态，即对水有刺激响应，该类材料有望应用于湿度传感器中。该类压致变色响应一般可通过调整化合物的化学结构或聚集态结构实现，前者通常是在分子水平通过化学反应实现，可能存在不可逆或荧光减弱的缺点 [6]，而一般可通过加热、研磨和溶剂熏蒸等实现化合物聚集态结构的转变，从而实现其变色性能。

1.2 热致变色荧光材料 热致变色即对温度有刺激响应的现象。温度可以改变材料的分子堆积方式，分子间作用力和部分化学键的断裂等，从而产生独特的光物理和光化学性能。魏瑞瑞等人 [7] 将自由旋转的苯环作为刚性基团引入到了二水杨醛缩肼结构中，得到了一种具有聚集诱导和热致荧光变色性质的新型分子-二苯甲酮缩肼。受热后苯环扭转构

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象变化是产生热致荧光变色的主要原因，在热退火处理下，苯环发生了较大的扭转构象改变使其分子在晶体中产生更强的分子间相互作用产生更紧密的堆积方式，从而产生其荧光波长的红移；在熔融热处理下，分子间的强相互作用被破坏，使分子在晶体中以较为疏松的模式堆积，从而使其荧光波长蓝移。

1.3 酸致变色荧光材料 酸碱刺激荧光响应是指荧光材料随酸碱度(pH 值)的改变而发生颜色和荧光强度变化的一种现象。目前，大多数的酸碱刺激荧光响应材料的分子结构中都含有可以和酸发生作用的基团(如氨基、吡啶基或其他含氮杂环)或能和碱反应的基团(如酚羟基)[8]。这类荧光材料在酸碱作用下，发生结构的变化，从而引起荧光光谱的变化。因此，酸碱刺激荧光响应材料可以应用在 pH 传感器、酸碱开关和光电子器件等 [9]。有报道将可同时作为酸或碱的作用位点的 6-羟基苯并噻唑基团与具备 AIE 以及压致荧光变色特性的四苯乙烯基团相结合，成功合成了一种新型的多功能化合物 TPENSOH [10] ：其在溶液状态下可作为碱的“turn-on”型荧光开关，而在固态下又可作为外部刺激(包括 pH 气氛、压力、温度以及有机溶剂)的四色转变的荧光开关。TPENSOH 在溶液状态下对碱响应主要由于其酚羟基的去质子化以及纳米聚集体的形成。TPENSOH 粉末在酸刺激下经历了两步结构转变：首先分子结构中的苯并噻唑基团被质子化，随后溶剂分子填充到 TPENSOH·HCl 晶体结构的通道中。其分子堆砌方式的改变最终导致发射荧光颜色由蓝色向橘黄色转变。刺激响应荧光材料的作用 刺激响应材料由于其独特的光物理和光化学性能，在信息存储、商标防伪和荧光传感等领域具有巨大的应用潜力。

2.1 信息保密 信息保密是指采用一定物理、化学或者数学手段，使信息在传输和保存过程中得以保护。刺激响应发光材料的信息保护可以根据实际需要使发光材料荧光增强、减弱、蓝移和红移等，从而达到加密和解密以保护信息的目的。

Zhu 等人 [11] 报道了一种具有聚集诱导发光性能(其在溶液中发光较弱，但在固体状态下能发射出强烈荧光)的二氟硼化合物([(X)2 Ir(L2)] + PF 6-)

(见图 1 左)，其可见光下颜色和荧光发射在机械研磨、有机溶剂蒸气和酸碱蒸气外界环境的刺激下发生变化，基于该化合物对酸碱的质子化和去质子化响应，可用于数据的保密和解密。如图 1 所示，在保密阶段, 用 18-HCI 做密码墨水、酒石黄做“安全纸”(因为酒石黄的亮柠檬黄色在日光和紫外光下都能掩盖书写的“笔迹”,并且耐酸碱)，在滤纸条上写“NJTECH”，再将纸浸在柠檬黄水溶液中 20 秒，室温下晾干，字迹便被柠檬黄隐藏起来，在日光和紫外灯下均无显示，但在解密阶段，将测试纸曝露在三乙胺蒸气中 10 分钟，字符“NJTECH”的黄色荧光便能清晰显现出来，因此该质子化-非质子化刺激响应荧光材料有作为数据安全保护的潜能。

图 1 染料二氟硼化合物的结构(左)，信息保密和解密图片(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 生物荧光成像技术将荧光显像技术与分子探针结合，对特定分子靶点和通路在组织水平、细胞和亚细胞水平进行非侵袭性显影，实现在活体状态下可视、无损分析和监测不同阶段疾病发展 [12] 的目的。

Li 等人 [13] 报道了染料 DPTB-IMI-EGA(见图 2)对三磷酸腺苷(Adenosine 5’-triphosphate，ATP)的刺激响应性质，DPTB-IMI-EGA 能在体内和体外选择性地识别 ATP：有 ATP 存在时体系产生聚集使荧光明显增强，该聚集诱导荧光增强性能可用于在活细胞内检测 ATP 的分布。

图 2 化合物 DPTB-IMI-EGA 的化学结构式。

Fig.2

Chemical structure formula of compound DPTB-IMI-EGA.2.3 化学传感 荧光化学传感器是将化学信息通过传感器上的荧光信号基团表达出来的装置。荧光探针分子在传递信息过程中，外界的环境变化如氧化还原、电子能量传递、离子配位和氢的质子化等，都能引起荧光信号的改变，从而实现荧光信号的“开/关”转换 [14]。

宫鹏 Gong 等人 [15] 设计合成了两种新的吲哚并磷杂茂化合物异构体 2-DIPO 和 3-DIPO(见图 3)，两者互为同分异构体，但是两者的开环位置并不相同其结构上的差异是他们的并环位置不同。由于 2-DIPO 在溶液和固态都显示出较强的发光性能，且固态 2-DIPO 对酸蒸气具有可逆的荧光刺激响应能力，以 2-DIPO 作为发光层制备的 OLED 器件具有良好的热稳定性和抗氧化稳定性。

图 3 化合物 2-DIPO 和 3-DIPO 的合成路线(左)，滤纸条中 2-DIPO 在暴露于 HCI(红色)和 NHSNH 3(蓝色)蒸气(ex365 nm)前后的荧光发射光谱。插图：

ex365 nm 紫外光下，以含有 2-DIPO 为基础的滤纸条暴露在 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 发展前景 刺激响应性荧光材料因其荧光光谱随着对外部环境的变化而变化，被广泛地应用于信息保密、生物成像和荧光传感器等，但是该类材料的研究还不是太深入且离实际应用尚有距离，因此可以从研究其相应机理出发，寻找性能更优异的荧光材料，在材料制备方面，可以精简其合成路线，试验的过程中其量产的步骤，降低成本，实现该类产率材料的产业化应用。

参考文献 [1]陈安，刘振华.发光稀土配合物材料的研究现状与进步[D].南昌大学，2017.[2]方文彦.氰基二苯乙烯类刺激响应型荧光材料的设计、合成与性质[D].安徽大学，2017.[3]钟丹，汤明等.长余辉发光材料研究新进展[D].南昌大学，2007.[4]李若涵.新型压力—离子双重响应型荧光功能材料的合成与性质研究[D].三峡大学，2015.[5]崔荣荣.基于香豆素的功能有机固体荧光材料研究[D].陕西师范大学，2018.[6]李思军.基于 D-A 结构具有 AIE 现象的力致变色分子的性质研究[D].浙江工业大学，2016.[7]魏瑞瑞.基于聚集诱导荧光的肼二腙类荧光探针和刺激响应材料[D].清华大学，2013.[8]马良伟.含四苯基乙烯单元的二噻吩乙烯光致变色荧光材料的合成及性能研究[D].华南理工大学，2018.[9]祁清凯.四苯乙烯类刺激响应变色分子的设计合成及性能研究[D].吉林大学，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 带 带格 格式 式的: 的: 下标带 带格 格式 式的: 的: 下标

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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,张娜,王亚丽,张青扬,胡海宇.热激活延迟荧光分子探针在生物成像中的研究进展[J].中国医药生物技术，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.多足三唑荧光化学传感器的合成及其阴/阳离子识别[D].南昌大学，2016.[15]宫鹏，吲哚并杂环化合物的合成、组装、荧光传感器及电致发光性质研究[D].2016.

第二篇：磁刺激应用及机理研究进展

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磁刺激应用及机理研究迚展

郭明霞‘，王学民2，王明时夕

(1，天津医科大学，天津 300203;2.天津大学精仪学院，天津 300072)摘要：由干迚刺激技术的有效性和无创性，近年来该技术已被应用干临床治疗及脑科学的研究中。本文综述了磁刺激对各种神经性疾病的治疗作用，幵阐述其主要的作用机理。关键词:磁刺激;治疗;机理

中圈分类号:Q64;R454 文献标识码;A 文童编号: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

自从 198 5年Baker等人利用磁场对大脑皮层迚行了有效的磁刺激以来，国外学者就磁刺激对神经系统和脑电活动的影响迚行了大量的研究工作，初步形成了一项新的经皮磁刺激技术1，一3〕。磁刺激即利用一定强度的时变磁场刺激可兴奋组织，从而 在组织内产生感应电场的过程。由于磁刺激的安全、无创、无副作用等优点，因而越来越受人们的重视，目前已逐步用于中枢神经传导、疲劳恢复、骨愈合神经疾病治疗及脑功能研究等各个方面，幵取得了较好的效果。研究证明，小场强经颅磁刺激(TMS)可通过对神经系统Ca“活动、神经元兴奋性、神经递质和肚类物质的代谢以及免疫功能等广泛的调节作用治疗抑郁症、老年痴呆、帕金森氏病、偏头痛、多发性硬化症、扁痛等疑难病症.避免了药物或手术治疗的副作用。磁刺激的治疗作用 2.1 磁刺滋对失眠的治疗作用

随着 社 会 的发展、生活节奏的加快，社会压力日益增加，失眠症越来越普遍，严重地影响着人们的生活质量。失眠及由此引起的神经衰弱、焦虑、紧张等导致的药物滥用已成为一个广泛的公共卫生问题，幵得到了各国研究者的普遍重视。王明时等141研制了用于治疗失眠、提高睡眠质量的磁疗睡眠仪，将模拟正常人人睡过程脑电活动的交变磁场藕合入大脑，使其在脑内形成涡流场作用于睡眠中枢，逐渐使患者脑电与之同步。而且，磁场作用还通过影响睡眠中枢的神经元细胞的放电及神经递质的释放活动来调节神经系统的兴奋及抑制水平。以达到治疗失眠的目的。

2.2 破刺傲对抑郁症的治疗作用

研究 表 明，重复经颅磁刺激(rTMS)能改善人的情绪、治疗抑郁症，该研究引起了神经精神科学工作者的极大兴趣。Kolbinger等对15例抗药性、经DSM-I-R诊断标准确诊的重度抑郁症患者迚行重复经颅磁刺激，结果发现使用低强度、短程刺激有抗 郁作用，且安全无惊厥等副作用。研究还表明，左前额叶为重复经颅磁刺激治疗抑郁症的最佳部位。Cohrs等报道重复经颅磁刺激能明显延长抑郁症患者快速眼动睡眠和非REM至REM周期，提示重复经颅磁刺激可能通过影响抑郁症患者睡眠节律及生 物周期而有助于抗抑郁;还有人报告经颅磁刺激治疗抑郁症孕妇获得成功。近年研究结果喜人，为经颅磁刺激治疗抑郁症开辟了广阔的前景。

2.3 磁刺激对外周神经的作用

由 于磁 刺激技术是无创的，它在神经肌肉恢复的临床作用已越来越受到人们的关注。Lin” 等用功能磁刺激帮助脊柱损伤者的训练以及四肢麻木者的咳嗽恢复;Craggsr'〕讨论了隔神经的功能磁刺激对呼吸肌功能的作用;有人已成功地利用外周磁刺激来消除骨骼肌疼痛。Krylov等以1 200mT的脉冲磁场持续作用切断的兔坐骨神经两周，发现磁刺激组兔脚肌肌动图活动强度为空白组两倍，后肢运动功能也较空白组有意义地改善。Rusovan等用不同颇率的交变磁场作用于鼠坐骨神经，均具有显著的神经再生作用。刘鸿宇等181报告，将造模脑损伤的小鼠里于交变磁场中，磁感应强度为9.5 X 1 0-'T，每日接受磁场作用24h,研究表明，交变磁场能促迚DNA的合成，有利于受伤脑组织的修复。

2.4 徽刹滋对帕金森氏病和翻呆症的治疗作用

Ma lly J 等[，〕对10位帕金森氏病(PD)患者迚行经颅磁刺激治疗.结果表明.经颅磁刺激技术是治疗帕金森氏病的有效方法，其治疗机理可能是改变7脑内单胺递质水平。Shimamoto H等对8位PD患者迚行重复经颅磁刺激，采用圆形线圈，脉冲强度700V, 颇医生在线 医生在线国外医学生物医学工程分册2001年第24卷第1期

率 0.5H z，左右前倾叶各 30次，治疗 3个月，结果同样显示重复经颅磁刺激治疗PD的有效性。还有临床研究证明重复经颅磁刺激能够改善PD病人身心反应迟钝等症状。经 颅磁 刺 激对早老性痴呆性(AD)和脑血管性痴呆症的诊断及治疗作用研究也已取得了一定的迚展。Pepin JL等[7u〕用磁场刺激17位AD病人的运动皮质，与正常人相比，AD病人在经颅磁刺激后，动作阔值显著减小，且刺激激发的最大响应动作幅度显著增大。磁刺激对AD患者脑运动皮质作用的研究也有助于解释这种病人急性发作和肌阵挛及对该病作出早期诊断。脑血管性痴呆症是由反复发生的多灶性的脑梗塞所致，伴有局限性神经缺失现象和明显记忆障碍。穴位磁刺激疗法能通过降低血脂、减低血液粘度、增辐脑血流量、增加脑内胆碱脂酶活力、促迚脑电活动来改善患者的精神状态，缓解病情。

2.5 斑倒滋对.痛的治疗作用

众 所 周 知，旅痛病是脑神经生物电活动异常引起的。人类脑组织生物磁活动与生物电活动密切相关，当脑电图出现最高振幅的电活动时，脑磁图也有最高振幅的相应变化。有人测出了人脑在突发放电时神经磁场的空间分布。癫痛发作时，脑细胞过度放电，病灶区必然产生一个迅速变化的电场，由楞次定律可知，如果在此部位加一适当的磁场，它必然对旅痛发作时的放电电场产生抑制作用。此外，一定强度的磁场对中枢神经有调节作用。张颖等人〔‘5;给家兔颅内注射硫酸亚铁溶液，造成稳定的癫痛反复发作模型，头部放置适当强度的磁场，可明显抑制癫痛发作。

2.6 磁刺激对脑功能研究的作用

目前，脑 科学研究已经成为欧洲、美国和日本等发达国家科学家们研究的热点，脑的认知功能是研究任务之一。经颅磁刺激技术已成为脑记忆与学习功能研究的非常有效的工具，使该研究取得了可喜的成绩.Kling JW等P}7人发现小鼠脑磁刺激能阻断鼠短时记忆。Ferbert Ar“〕通过对人脑运动皮质的磁刺激研究，也得到经颅刺激削弱短时记忆的结论。日本有人[rn〕用经颅磁刺激技术刺激人脑后顶皮质(PPC)，观察记忆诱导眼扫视运动，研究结果表明:在记忆诱导眼扫视运动中，后顶皮质控制了记忆目标精确位置的判定。Sandyk W”1 研究了弱磁刺激(pT级)对多发性硬化症患者感知运动功能的影响，结论是长期弱磁刺激治疗能够改善患者的行走、平衡、感觉和膀胧功能，证明pT数量级的磁刺激对多发性硬化症患者的认知缺陷很有疗效。此外，人们年研究了经颅磁刺激对语言等功能的影响。但 目前 所 用的神经磁刺激设备的康复性能与可控制程度尚不理想。当今的磁刺激设备一般用通电的回形或8字形刺激线圈组织[r18]，操作时人工移动线圈，停留在要刺激的目标组织上方，直到诱发所期待的反应。这种线圈易于制造，方便身体多部位使用，但是这种线圈刺激范围大，会造成大面积非靶组织受刺激，减小线圈尺寸能提高聚焦性，但小尺寸的线圈作用深度线，使用中发热问题严重，要解决这一问题在制作工艺上还存在困难，因此在某些方面阻碍了磁刺激应用的迚一步增长。有人 [r 17〕设 想用多信道磁刺激仪，能精确调节磁场焦点轨迹、刺激强度、作用磁场面积等参数，使刺激磁场灵活多样，如果这种磁刺激仪研制幵能投人使用，可以满足更多的临床及研究需要，大大提高磁刺激设备的可控制程度和康复性能，使磁刺激技术得到更加有效和广泛的应用。

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国外医学生物医学工程分册2001年第24卷第1期.25 3 磁刺激的作用机理 3.1 陇场对松果体的影响

褪 黑 激 素(MT)是松果体(PG)合成的主要激素，对维持机体神经、内分泌和免疫系统正常生理功能，具有极为重要的调节作用。实验证明，磁场暴露能影响MT的合成和分泌，幵且这一作用是磁场对人和许多动物所产生的各种生物效应的基础Reiterl1e」发现，在磁感应强度0.02 一 0.07 mT均匀磁场或频率为50H:的交变磁场中暴露的大鼠，其血浆MT较空白对照组降低有意义，同时检侧了这两组大鼠PG内的MT，发现磁场作用也能明显降低PG内的MT含蛋。目前，一些学者们认为作用机制是磁场在组织所产生的感应电流，直接或间接作用于PG交感神经。研究证明，MT对神经系统Ca，十活动、活动元兴奋性、神经递质和肤类物质的代谢以及免疫功能均有广泛的调节作用。已证明，PG在帕金森氏病、偏头痛、多发性硬化症的发病机制中具有中枢性作用。磁场能作用PG，抑制MT的合成和分泌。因此，1991年美国神经病学家Sandyk等创新地相继探索出以小场强磁场经颅短时刺激治疗上述疑难病症的有效方法。正常 PG 在交感神经调节下，黑暗期合成分泌MT，光亮期则停止活动.具有明显的节律性，而且M丁随年龄增长而发生相应的变化。随着衰老，褪黑激素分泌的幅度逐渐降低。病理生理学证明，MT水平光亮一黑暗周期节律性波动，对维持机体神经、内分泌和免疫系统正常生理功能，具有极为重要的调节作用。大量证据表明松果体及其褪黑激素在衰老中的作用。许多研究表明褪黑激素可以有效地改善睡眠，幵具有起效快、毒性小等优点.现已被应用于临床。磁刺激睡眠仪作用机理之一就是通过磁刺激调节褪黑激素的合成与分泌来改善睡眠质量。还有 一 些 研究表明，调节MT的合成是通过视网膜一上视交叉核(SCN)一下丘脑前部一神经传递一松果体这一途径，推论磁场对MT的影响可能是一种类似于可见光的刺激因子医生在线 医生在线国外医学生物医学工程分册2001年第24卷第1期 的作用。

3.2 神经递质及神经肚的调节作用

神经 递 质 为神经元间的传递物质。人和动物大脑处于不同睡眠的状态时，脑中神经元的放电方式是不同的.细胞的这两种放电方式之间的转换可能是由来自脑干的上行五翔色胺(5-HT)、去甲肾上腺素(NA)、乙酞胆碱(ACh)能系统和来自基底前脑的下行ACh能神经纤维、来自下丘脑的组胺(HA)能系统的活动状态决定的。研究结果显示，通过磁刺激调节这些神经递质水平，可以达到睡眠的目的。神经 递 质 的作用常与中枢神经系统中某些部位在记忆中的作用相联系。研究发现，五经色胺(5-HT)是感觉神经元和运动神经元间的传递物质。吴彦卓等探讨了电磁脉冲对大鼠学习和脑内神经递质的影响，磁场作用三天后发现大鼠学习能力降低。利用高效液相色谱法检测脑不同部位的神经递质含量，结果是5-HT、多巴酸(DOPAC)、下丘脑多巴胺(Dopamine),肾上腺素(Adr)含量均有不同程度变化。作者认为脉冲磁场通过改变大鼠不同脑区神经递质的含量来影响其学习能力。近年来 研 究证明，在磁场作用后神经系统可释放出具有镇痛效果的一些物质，从而起镇痛作用。如实验结果显示，无论交变磁场或恒定磁场都显著地使大鼠体内P-内啡肤样免疫活性物质(ir-f3-Ep)和精氨酸加压素样免疫活性物质(ir-AVP)含量升高。卜Ep和AVP是体内作用广泛的两种神经肤。目前认为两者都参与了体内的镇痛过程。无论是外周，还是中枢给予这两种神经肚都能使基础痛闷升高.出现镇痛效应。两者也都参与心血管功能的调节。

3.3 磁侧滋的免盛学效应

实验 证 明，磁场具有激活免疫机制、抗炎和抑制肿瘤生长的作用。细胞因子是由淋巴细胞、单核细胞及其它细胞产生的包括白细胞介素、干扰素、肿瘤坏死因子、集落刺激因子及多种细胞生长因子在内的近百种免疫功能调节物质。目前，越来越多的研究表明，各种细胞因子在抗炎症、抗病毒及抗肿瘤反应中起着重要作用。磁场促迚或抑制体内细胞因子的产生，调节免疫细胞活性，从而发挥作用。高美华等通过磁场对荷瘤小鼠IL_IL6,IL。作用的研究发现，旋转磁场促迚IL_IL。产生，抑制IL。及瘤细胞增殖的作用非常显著。提示IL_IL。具有增强T,B,K,NK,LAK细胞活性的作用，由此使抗肿瘤免疫细胞活化，杀伤肿瘤细胞，从而起到抗肿瘤作用。

3.4 磁场的细胞生物学效应

大 量 的 研究表明，电磁场可使细胞形态、DNA,RNA、蛋白质合成，跨膜转运、酶活性以及生物遗传等产生显著变化。一些 蛋 白和酶含有过渡族的金属离子，这些离子所在部位又常常是酶的活动中心。电磁场通过对这些离子的作用影响酶活性，迚而影响这些酶参与的新陈代谢反应。生物膜对Na+,K

十、Caz+离子的主动和被动输运不仅是细胞兴奋的基础，也是迚行一些重要新陈代谢和能量转换过程的条件。电磁场对生物膜的离子转运能力的影响会导致一些生化和生理过程的变化，从而影响与生物电活动相关的各种过程。电磁场促迚组织修复的病理学基础是刺激细胞增殖。目前，细胞膜是低频电磁场作用的靶体已被越来越多的实验研究所证实。多数实验表明，低频电磁场会促迚细胞增殖。其机制可能是，电磁场作用于胞膜受体，引起胞内CAMP水平改变，继而触发一系列磷酸化生物信号放大反应，而调控细胞增殖。另 外，经 络是运行气血、联络脏腑肢节、沟通上下内外通路。经络又是电磁传导的通道，利用电磁刺激人体电磁场的敏感点— 穴位，可以引起穴位局部的能量变化和电子活动，疏通经络、调整机能。如电磁穴位疗法可通过经络穴位调整神经机能，使神经感觉冲动传感抑制，痛阔升高，交感神经兴奋性降低.从而达到良好的解疼和镇痛作用。以上 滋 场 效应在各种疾病治疗中起到直接或间接治疗作用。磁刺激疗法取得一定的效果可能是这些效果或更多效应的综合作用结果，这些不同层次的诸多效应是相互联系、相辅相成的，很少是其中一种效应单独作用的结果。因此，在采用磁刺激疗法时，要考虑到多种因家影响，选择合适的物理参数，取得最好的疗效。医生在线.26.国外医学生物医学工程分册2001年第24卷第1期

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第三篇：植物对干旱胁迫的响应及其研究进展

植物对干旱胁迫的响应及其研究进展

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摘要：植物在经受干旱胁迫时，通过细胞对干旱信号的感知和传导，调节基因表达，产生新蛋白质，从而引起大量形态、生理和生化上的变化．干旱胁迫对植物在细胞、器官、个体、群体等水平的形态指标有显著影响，也会影响其光合作用、渗透调节、抗氧化系统等生理生化指标．植物对干旱胁迫分子响应较复杂，包括合成一些新的基因如NCED、Dehydrin基因和CBF、DREB等转录因子．另外，干旱胁迫还能造成蛋白质组学的变化．

关键词干旱胁迫；生态响应 ；生理机制 ；研究进展

干旱作为影响作物生长发育、基因表达、分布以及产量品质的重要因素之一，严重限制了作物的大面积扩展。植物对干旱的适应能力不仅与干旱强度、速度有关，而且更受其自身基因的调控。在一定干旱阀值（drought threshold）胁迫范围内，很多植物能够进行相关抗旱基因的表达，随之产生一系列生理、生化及形态结构等方面的变化，从而显现出抗旱性的综合性状。因此，从植物本身出发，深入研究植物的抗旱机理，揭示其抗旱特性，提高植物品种的抗旱耐旱能力，以降低作物栽培的用水量，同时最大程度提高作物的产量和品质，科学选育适宜广大干旱、半干旱地区种植的优良作物品种，已成为国内外专家学者们所特别关注和研究的热点问题，对于水资源的合理利用和生态环境的改善均有着重要的意义。

目前，生存资源、环境与农业可持续发展之间的矛盾日益突出，这就要求人们更应高度重视农业综合开发过程中作物逆境生物学的基础研究。

一、植物抗旱基因工程研究新进展

（一）与干旱胁迫相关的转录因子研究

通过转化调节基因来提高植物脱水胁迫的耐性是一条十分诱人的途径．由于在逆境条件下，这些逆境相关的转录因子，能与顺式作用重复元件结合，从而调节这些功能基因的表达和信号转导，它们在转基因植物中的过量表达会激活许多抗逆功能基因的同时表达．胁迫诱导基因能增强胁迫反应的耐力，不同的转录因子参与胁迫诱导基因的调控．遗传研究已经鉴

定了很多转录因子操纵胁迫反应的调控．最近的研究进展是在干旱胁迫下基因表达的复合调控 ．植物转录调节子的AP2／ERF家族至少包含一个拷贝的DNA结合域，叫AP2域．AP2域是植物特定的、在不同的植物中都有同源性 ．

（二）与脱落酸(ABA)生物合成相关酶的基因——（NCED）研究

作为一种植物激素，ABA在植物生命周期的很多阶段都发挥重要作用，包括种子的形成和萌芽以及植物对各种环境胁迫的反应，因为这些生理过程和内源ABA水平相关，ABA的生物合成使得这些生理过程得以说明．脱落酸在干旱胁迫下调控基因表达，一旦ABA水平升高，信号传导机制被激活，刺激基因表达．ABA在植物适应水分胁迫中具有重要作用 ．

（三）与干旱胁迫直接相关的诱导基因研究

在干旱胁迫条件下，植物会特异地表达一些基因，通过研究这些被干旱胁迫所诱导的基因可能找到植物对干旱胁迫的适应及抵御机理，并为植物抗旱基因工程提供理论支持，避免抗性分子育种的盲目性．例如：在拟南芥中的两个基因rd29A和rd29B能被干旱、低温和高盐或外源ABA诱导．rd29A在脱水和高盐条件下能作m快速反应，但对ABA反应没有响应．rd29A在脱水、高盐、和低温下能延迟rd29B的诱导 ．

（四）与干旱胁迫相关的蛋白质、蛋白质组学研究

植物适应逆境胁迫的一个重要策略是即时大量合成许多胁迫诱导蛋白．干旱诱导蛋白是指植物在受到干旱胁迫时新合成或合成增多的一类蛋白．逆境诱导蛋白对植物的逆境适应起保护作用，它们的诱导是植物对环境的一种适应，可以提高植物的耐胁迫能力．胚胎发生后期，富集蛋白(LEA)在逆境胁迫下能被诱导并迅速大量合成，参与植物的防御代射．LEA蛋白可以解决在严重脱水的情况下，植物因失水导致的细胞组分的晶体化，破坏细胞的有序结构的问题．LEA蛋白被构建成伸展状态而不是折叠成球状，使它具有高的亲水性，LEA蛋白的这些由柬水作用组成的优点加上它们高的细胞内浓度和它们的表达方式，可以维持特殊的细胞结构或者通过少量的水分需求而适应干旱胁迫的影响．

二、干旱胁迫对植物的生理伤害

（一）干旱胁迫对植物生长指标的影响

1、干旱胁迫对根系活力的影响

植物根系的活力是体现植物根系吸收功能、合成能力、氧化还原能力以及生长发育情况的综合指标，能够从本质上反应植物根系生长与土壤水分及其环境之间的动态变化关系，因此，保证一个深层、分散、具有活力的根系是植物耐旱避旱的重要因素之一。

2、干旱胁迫对叶片相对含水量的影响

水是植物的血液，其含量一般占组织鲜重的65% ～ 90%。叶片的相对含水量（RWC）表征植物在遭受干旱胁迫后的整体水分亏缺状况，反映了植株叶片细胞的水分生理状态。因此，RWC 常常是被用来衡量植物抗旱性的生理指标。RWC 比单纯的含水量更能较为敏感地反映植物水分状况的改变，在一定程度上反映了植物组织水分亏缺程度。在干旱胁迫条件下，土壤中的可利用水减少，导致根系吸水困难，相对含水率降低。

（二）干旱胁迫对植物光合作用的影响

绿色植物的光合作用是自然界中规模最大的碳素同化作用，是植物物质生产和产量形成的重要生理过程，同时也是受干旱胁迫影响最为显著的生理过程之一。没有水，光合作用就无法进行。

1、干旱胁迫对光合速率的影响

干旱胁迫下，光合速率的下降是气孔限制和非气孔限制双重作用的结果，轻度干旱胁迫下气孔限制是光合速率下降的主要原因，而严重干旱胁迫下非气孔因素是光合速率下降的主要原因。

2.干旱胁迫对叶绿素含量的影响

叶绿体是绿色植物叶片进行光合作用的场所，主要利用叶绿素进行光能吸收、传递与转换，叶绿素在植物体内是不断进行代谢的，与作物光合作用及产量形成的关系密切。叶绿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质的能力，从而影响植物的生长。植物缺少水分会抑制叶绿素的生物合成，而且与蛋白质合成受阻有关，严重缺水还会加速原有叶绿素的分解，因此植物在遭受干旱时，叶片呈黄褐色。

（三）干旱胁迫对植物生长过程中氮代谢的影响、干旱胁迫对硝酸还原酶（NR）的影响

硝酸还原酶（nitrate reductase，NR）可催化植物体内的硝酸盐还原成亚硝酸盐，是硝酸盐同化中第一个酶，也是限速酶。作为植物氮代谢的关键酶，其活性大小反映了作物对氮素的利用速度，水分胁迫下NR 活性和作物生长发育有密切关系。对农作物产量和品质有重要影响。在正常情况下，植物物体内一般不会发生硝酸盐积累。但在干旱条件下，由于水分胁迫减弱了酶的合成速度导致植株中硝酸盐积累过多，从而发生毒害作用。研究表明：干旱胁迫会使NR 活性急剧降低，抗旱品种的NR 活性高于不抗旱品种。、干旱胁迫对蛋白质组分的影响

在干旱条件下，植物体内代谢产生变化与调整，引起活性氧的积累，进而导致脂过氧化和蛋白质（酶）、核酸等分子的破坏，植物自身为了避免胁迫造成的伤害，会诱导产生某些

抗逆性蛋白质

（四）干旱胁迫对植物生长过程中氧代谢的影响

在长期的进化过程中，植物形成了受遗传性制约的逆境适应机制。氧代谢在这些适应性机制中占据重要位置，是植物对逆境胁迫的最基本的反应。干旱诱导脂过氧化是造成植物细胞膜受到损伤的关键因素，而膜损伤又是导致植物组织伤害和衰老的重要诱导因素，但植物在遭受水分胁迫时可以启动保护酶系统来有效地防御和清除自由基保护细胞免受氧化伤害。

1、干旱胁迫对氧自由基的影响

正常情况下，植物体细胞内自由基的产生的清除处于动态平衡状态。但是当植物处于干旱条件下及衰老时，植物细胞内活性氧自由基的产生和清除代谢的平衡受到破坏，使活性氧自由基的产生占据主导地位从而导致自由基含量过多积累且超过阈值，进而引发或加剧了细胞的膜脂过氧化，给植物体造成伤害、干旱胁迫对保护酶及丙二醛（MDA）影响

MDA 是植物细胞膜脂过氧化作用的主要产物之一，并且是最终分解产物，在干旱胁迫时，植物体内活性氧自由基大量产生，进而引发加剧了膜过氧化产生丙二醛，造成植物细胞膜系统受到破坏。

三、植物对干旱胁迫的生理生态响应

植物受到干旱胁迫时能做出多种抗逆性反应，包括气孔调节、pH调节、渗透调节、脱水保护以及活性氧清除等 ．植物在经受干旱胁迫时，通过细胞对干旱信号的感知和转导、调节基因表达、产生新蛋白质从而引起大量的生理和代谢上的变化 ．比较常见的是：光合速率降低，代谢途径发生改变，可溶性物质累积，脯氨酸、甜菜碱 通过各种途径被合成，一些体内原来存在的蛋白质消失、分解，同时产生包括参与各种代谢调节相关的酶．干旱胁迫容易引起光能过剩，过剩的光能会对光合器官产生潜在的危害．依赖于叶黄素循环的热耗散是光保护的主要途径，同时酶促及非酶促系统也是防止光合器官破坏的重要途径 ．

四、干旱伤害植物的机理

干旱对植物的影响通常易于观察，如植株部分敏感器官萎蔫。萎蔫的实质是因为缺水导致植株内部组织、细胞等结构发生了物理或化学变化，如膜的结构和透性改变。由于结构变化导致代谢过程受阻，如光合作用抑制、呼吸作用减慢，蛋白质分解，脯氨酸积累，核酸代谢受阻，激素代谢途径改变等。植物体内水分分配出现异常，抑制植物生长，更为严重的是引起植株机械性损伤，导致植株死亡。

五、启示与展望

干旱胁迫常常影响植物的生长发育，造成作物严重减产，对农作物造成损失在所有的非生物胁迫中占首位，仅次于病虫害造成的损失。随着淡水资源的日益匮乏，干旱已经成为全球各国农业生产上面临的严峻问题。因此，深入了解干旱胁迫对植物的伤害机理及植物细胞对干旱胁迫的应答反应愈来愈成为国内外植物生理学专家学者关注的研究热点之一。从目前对干旱胁迫下作物生长的研究进展看来，作物对缺水环境会产生相应的适应和抗旱机制。随着分子和基因组时代的到来，近年来对植物抗旱性的研究也已经深入到了分子水平，在植物抗旱生理方面的研究也已经取得了较大的成就。许多与胁迫相关的基因及其调控因子已通过现代基因分离技术得到鉴定，并且利用各种现代分子生物学技术成功克隆一批能有效地提高植物的渗透调节能力、增强植物的抗逆性的基因。例如各种经胁迫诱导表达的大量调控性基因和功能性基因。日益增加的研究结果表明植物中存在一个胁迫反应体系，对不同环境胁迫的交叉响应可能是由共同的细胞信号转导途径介导的。例如有研究表明：在一定的干旱胁迫强度之下有些植物能够通过信号传导作用，调控与抗旱有关的基因表达，随之产生一系列的形态、生理生化及生物物理等方面的变化以达到抵抗逆境的目的，显示出抗旱力，但研究成果之间彼此较独立。因此，应该把重点放在以下几个方面：

（一）、研究如何实际应用且有利于控制土壤水分状况的田间操作，以及如何把基因工程手段与传统的栽培技术结合起来等方面。

（二）、在稳产、高产、优质的前提下，以培育抗旱性较强的作物品种为重点，进一步加强作物耐旱、抗旱机理及其应用的发掘和创新，抗旱遗传基因的研究。如将组织培养和植物再生技术、种质资源保存技术等应用在作物品种资源的保存上；深入研究作物的基因克隆与表达分析；通过花药培养与单倍体培育、RFLP 标记、SSR 标记、AFLP 标记等分子标记核技术进行作物育种。

（三）、利用现代的生物基因工程技术实现不同物种之间抗旱基因的转移，应用基因技术改良作物品质以及进行转基因抗性育种的研究，协调干旱胁迫与其它植物生长条件的关系，建立抗旱节水栽培新技术体系以及探索植物究竟在何种程度的水分状况下各项生理生化指标和水分利用效率达到最优应是今后研究的目标。特别是分子生物学、植物逆境生理学、基因组学、蛋白质组学及生物信息学等相关学科的迅速发展，全面的解释了植物的抗逆机制，有效地从种质资源中发掘抗性基因，从而培育出优质的抗旱品种。

第四篇：荧光爱自然

荧光爱自然

深夜中，星星布满天幕，月亮与星星讲述着自然的故事，一颗流星划过天际，微乎的荧光照耀林云。。。

萤火虫是大自然最特别的女儿，逍遥于丛林中，给大自然传递爱的信息。

萤火虫总是位神秘的“夜行者”。它有薄薄的翅膀，黑夜遮住了它的面目，只有浅浅的黄光、绿光为它美衬。阳光使它睁不开眼睛，惟有夜晚的深邃让它着迷，也唯有夜晚的冰凉来降降它腹中的“灯火”的独特。萤火虫在夜晚低唱，它想用它的绝唱来赞美它伟大的母亲——大自然。它不喜欢青蛙、蝉的“噪音交响曲”，它喜欢与风儿与星星的“幽静交响乐”。它行于夜间，挂着斗篷，只为那一份仅属于自然万物的宁静。

萤火虫也是位低调的“美容师”。它与伙伴用身上的荧光照耀草丛边上，像一颗颗冷绿的露珠点缀；飞过小溪，像一盏盏灯火溶于水，不见踪影；飞在大树上，像一个个发光的果实熟得可摘。

流萤成群地在夜空中飞舞，像星的河流，灯的长阵；流萤闪烁在林梢，忽出忽没，像树林里藏着晶晶莹莹的蓝宝石，把夜色点缀得分外瑰丽神奇。

萤火虫还是位无私的“短命者”。人家说：“昙花一现。”昙花在太阳初升于地平线，就闭了花瓣，落了青叶，但至少让人们欣赏到了它独特的美和诱人的芬芳。而萤火虫直至它光辉的消逝而逝去了仅一夜的生命，那斑点的光儿并不持久，被夜给融化了。可萤火虫死在夜里，又有谁寻觅到它在夜晚时给予的光的奉献？但是它虽然短命，却很欣然——因为萤火虫为自然而生，为快乐而去。在夜晚与白天的交接，它满足了，也释然了。

萤火虫的光芒悄悄地流于水中，不留半点痕迹，“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤，”万般柔情溶于水中，只求星星粲然一笑——这是萤火虫不变的信条。

初二:刘哲

第五篇：游戏也刺激

游戏也刺激

“我先坐上！”“不是！”“呀！”……在学校里，在操场中，在草地上，愉快的音乐声和同学们的喊叫声彼此起伏。这是怎么回事呢？

只见五把椅子围成一圈，同学们则在椅子周围转圈。椅子旁边放着一个音箱，里面放着优美的音乐。音乐一停，总有一个“倒霉蛋”因为没有椅子坐而被淘汰，这正是“抢椅子”游戏。

第一局开始了，一首优美的交响乐，从音箱中传出来。“哇！这音乐可真好听！”同学们叫道。而此时的我，眉头紧锁，眼睛瞪得像铜铃那样，死死盯着那几把椅子，心脏都要快跳到嗓子眼儿了！

再看看其他同学，有的若无其事地走着，有的在窃窃私语，还有的像孙悟空一样耍戏……看着他们那么“心不在焉”的样子，我也慢慢放下心来。

突然间，音乐停了！这令我措手不及，草地上原来欢乐的氛围也变得紧张起来。等我反应过来，椅子上早已坐满了人。哎！大意失荆州啊！

第二局开始了，前面都还正常，我的椅子也抢到了。可就在那个“倒霉蛋”同学用无助的眼神环视四周时，我故意从椅子上站起来，想戏耍他一番。不出我所料，他像哥伦布发现新大陆似的，开心地飞奔而来，而我却故意在提前一秒坐下，得意地望着他。那个“倒霉蛋”同学呢，他的眼睛瞪着我，似乎冒起了火花；眉头拧着，像一个“八”字；嘴巴张着，似乎下一秒我就要成为他的晚餐……忽然，他用尽全身力气，抢走了“我”的宝座。

我呆呆的站在原地，气得说不出话来，双手握成拳头，眼里冒着火花，有股想揍他的冲动。可转念一想，是我戏弄他在先，只怪我作茧自缚，到头来自己成了那个“倒霉蛋”。