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浅谈现代生活与化学的联系论文
2013-6-14 15:28 |  发布人: hyyi_ |  阅读: 3058 | 

        要:21世纪人类的生活与化学有密切的关系,化学在信息与生命科学中有着及其重要的作用,化学学科 与这些学科交叉,会给人类的生活带来深刻的变革。化学与国民经济各个部门、各尖端科学技术领域以及人 民生活各个方面都有着密切联系。21世纪人们越来越多 地享受和依赖化学带给我们生活的方便和高质量。 关键词:化学与生活;生物技术;信息技术   生活中处处有化学,日常生活以及材料、能 源、环境、生命科学等诸多问题,都体现了化学与 人类、社会发展的密切关系以及化学发展的最新 成果 。随着生活水平的提高,人们越来越追求健康、高品位的生 活,化学与生活的联系也日趋密切。只要你留心观察、用心思 考,就会发现生活中的化学知识到处可见。 化学是一门自然科 学,有着丰富的实验内容。化学本应是一门生动的、贴近生活 的、探求自然奥秘的一门学科。生活中充满着化学的踪影,化学 就在我们身边,用化学知识可以解决生活中的实际问题。化学可 以服务于社会,服务于其它学科,服务于人类自身。  21世纪的生活对化学的要求和利用会日益 加大,人们对衣、食、住、行等各个方面新的需求都 与化学紧密相连。基因疗法、转基因食品、干细胞 技术、生态环保型服装、智能材料、生物质洁净能 源、纳米生物技术等,人们要用化学方法不断创造 新的化学产品;创造新药品战胜癌症、艾滋病、 SARS等病毒性疾病;战胜老年性痴呆、心脏病与 中风等影响健康长寿的顽疾。

  2   21世纪,生物化学领域对于生物结构的研 究已经从静态进入动态,从分子结构进入分子以 上甚至细胞层次的复杂结构研究,对生物功能分 子的结构、性质、功能三者关系的研究从单一分子 进入多分子体系以至细胞体系的研究。现代技术 已经能够分离和鉴定对制造特殊蛋白质有指令作 用的基因,然后把这些基因结合到生物体如酵母 菌中以制造人们所期望的蛋白质。例如对人类有 重要作用的胰岛素或人体生长素,科学家可以通 过化学的方法来改变基因以修饰其序列,生成更 好性质的蛋白质。二十一世纪有一个特别受到关 注的领域,即人体基因组的序列化问题,人体中所 有重要蛋白质都是在基因的指导下制造出来的, 基因组指在细胞核中的遗传性DNA 的全部物 质,它携带着成千上万单独的基因,每一个都包含 有数百个或更多的DNA单元,起着密码信的作 用;人体中有数以亿计的这种单元,要找出人体这 种基因序列并对每种基因中的化学序列进行测 定。进一步了解生命的化学本质和重要性以及对 健康的重要性是十分重要的。在二十一世纪医疗 卫生领域内可能最令人感兴趣的新领域之一是基 因疗法。人体有些疾病并不是由于某种微生物的 侵害而引起的,而是和我们自身的基因缺陷有关。 药物化学家正在尝试着发展一种用向细胞释放 DNA片段的方法,使其替代有缺损的部分;这是 在二十一世纪充满竞争的领域,未来的基因疗法 将有助于目前尚不能解决的与健康有关的问题。 美国前总统克林顿曾向公众展示了未来个性化医 疗的蓝图:如果你到了医院,经过医生和系列化验 诊断为某种疾病,医生只给你提供一组治疗信息 供选择,

  3  你只要将带有自己遗传档案的软盘插入 电脑,同时输入疾病和治疗相关信息,电脑就会提 示应该选择什么药、最佳剂量和剂型、服用的效 果。这样,人们将会获得最佳的治疗效果,药物的 毒副作用避免到最小。   进入21世纪,我们正在经历着一场新的技术 革命,其核心和主流是信息科学技术革命,它必将 对我们的生活产生巨大的影响。在信息科学和信 息技术中比较典型的是传感技术、通信技术和计 算机技术。它们大体相当于人的感觉器官、神经 系统和思维器官。将传感、通信和计算机技术连 接成网,融为一体,标志着信息化社会的到来。 传感技术的任务是要精确、高效、可靠地采集 各种形式的信息。因此,需要努力发展遥感、遥测 及各种高性能的传感器、换能器和显示器,如卫星 遥感技术,红外遥感技术,次声和超声检测技术, 各种热敏、声敏、味敏、嗅敏及智能传感系统。 信息技术的发展正日益改变着人们的生活水 平。信息技术与化学的紧密联系集中表现在通过 各种化学合成手段,制造出功能各异的信息材料, 主要包括电子材料和光电子材料。各种电学、磁 学和光学性能不断改进的新材料推动着电子学的 发展。计算机的功能和速度将来会变成什么样 子,是否真的有一天能够达到和人脑相比拟,甚至 于超过人脑的水平?这恐怕要取决于是否能够把 计算机电路的微型化继续做下去,同时不断提高 芯片的集成度。以半导体硅为基础的微电子技 术,遵循着一个非常著名的定律:摩尔定律,即每 经过1824个月,电路的运算速度大约翻一番, 历经40年的变化后,固态微电子学已

  4  经发展到在 面积小到几个平方厘米的硅片上,可以做出几百 万个尺寸为018(微米)的晶体管的水平。但是 如果和分子器件相比,它仍然是太大了。假设现 在的晶体管相当于布满文字的一页纸,分子器件 大约只相当于其中的一个句点,即使像现在技术 界提出的,12年内硅晶体管的尺度可能缩小到 12Ohm(纳米)的水平,但是硅芯片和分子器件相 比,仍然要大60o00!再者,没有人认为传统的 硅基微电子学会继续按照摩尔定律发展下去,这 和芯片制造专家认为继续做下去经济上不再合算 有关。当把更多的晶体管做在一张芯片上时,杂 散信号、因为器件过于密集而带来的芯片散热问 题以及制造器件本身的困难等等,都将影响到这 项技术的进展。事实上,制造有效的超小型硅晶 体管以及它们之间的连接等技术的革新,已经是 越来越困难了。不少专家认为,当晶体管达到01 微米的水平时,挑战将变得更加激烈,因为集成电 路加工技术所遇到的困难是随着晶体管密度的增 加呈指数增长的,但是它的经济效益却不一定能 够达到同样的增长速度。不少专家认为在2015 年左右,芯片的产值将达到2000亿美元,此时它 的不断小型化的势头也将停滞,因为这时用来提 高芯片能力的成本实在太高了。近年来在分子计 算机研究方面的巨大进步,为解决这个问题提供 了另一个可能的方向。虽然目前预言它的成功还 为时过早,但是近年来在这个领域内取得的许多 成果所展示的前景却是极其鼓舞人心的。   总之,在21世纪,化学与国民经济各个部门、 尖端科学技术各个领域以及人民生活各个方面都 有着密切联系。它是一门重要的基

 5  础科学,它在 整个自然科学中的关系和地位,正如 []Pi— mentel GC在《化学中的机会——今天和明天》一 书中指出的化学是一门中心科学,它与社会发展 各方面的需要都有密切关系。化学与其他学科的 交叉将是21世纪科学发展的必然趋势,生命科 学、材料科学、环境化学、绿色化学、能源化学、药 物化学、计算化学、纳米化学等众多新兴的交叉领 域将大大地改变传统的化学科学的范畴与意义, 并已经改变且将更大程度上改变社会和个人的生 存、发展及生活方式。

 

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