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论物理学等相关学科的发展带动生物技术的突破——对2003年诺贝尔生理学及医学奖的分析及感想 王哲玮（3100104180） 摘要：生命科学的发展往往离不开其它相关学科的发展。核磁共振是一种物理现象，被广泛用于物理学、化学、生物学中与结构相关的分支。它与原子核的能量跃迁有关。在现代医学中，核磁共振显示了它强大的生命力和创造力。 关键词：2003年诺贝尔生理学及医学奖 核磁共振（MRI） 原理 应用 CT 物理学和化学的进展 对生命科学的推动 生命科学的发展往往离不开其它相关学科的发展。由于生物是非常复杂、非常精密的，所以即使是最简单的生物进行最简单的生命活动，也要设计很多的物理、化学过程。所以，没有基础学科的发展，要系统而准确地研究生物，是不可能的。就像奥地利物理学家薛定谔在《生命是什么》中说：“目前的物理和化学虽然还缺乏能力来说明生物体中发生的各种事件，然而丝毫没有理由怀疑它们是不能用这两门科学来说明的。” [1] 2003年美国科学家保罗·劳特布尔和英国科学家彼得·曼斯菲尔德他们在核磁共振成像技术上获得关键性发现，这些发现最终导致核磁共振成像仪的出现。1930年代，物理学家伊西多·拉比发现在磁场中的原子核会沿磁场方向呈正向或反向有序平行排列，而施加无线电波之后，原子核的自旋方向发生翻转。这是人类关于原子核与磁场以及外加射频场相互作用的最早认识。由于这项研究，拉比于1944年获得了1946年两位美国布洛赫发现，将具有奇数个核子（包括质子和中子）的原子核置于中，再施加以特定频率的射频场，就会发生原子核吸收射频场能量的现象，这就是人们最初对核磁共振现象的认识。为此他们两人获得了1952年度诺贝尔物理学奖。对于有机分子结构测定来说，核磁共振谱扮演了非常重要的角色，核磁共振谱与紫外光谱、红外光谱和质谱一起被有机化学家们称为“四大名谱”。1H、2H、7Li、13C、14N、15N、19F、23Na、31P、87Rb、133Cs进行研究，而氢元素是使用最广泛的元素。由于氢的分布十分广泛，水几乎存在于地球上的任何地方，而氢又是宇宙中最丰富的元素，所以现在的核磁共振技术可以解决很多问题。 在生物学上，有了核磁共振，我们就可以十分清楚地测定大分子（主要是蛋白质）的结构，大大缩短了研究生物大分子的时间，为研究生命活动提供绝佳的素材。利用高分辨NMR测定生物大分子尤其是蛋白质的3D结构最近发展迅猛。早期研究只限定于相对分子质量5000~10000的蛋白质。而最近已经有分子量接近20000的蛋白质完整结构的报道，目前的方法似乎可以应用到解析相对分子质量30000的蛋白质。[2] 医学上，核磁共振仪由于无创、无痛、无副作用的优点而被广泛采用。“核磁共振成像技术的最大优点是能够在对身体没有损害的前提下，快速地获得患者身体内部结构的高精确度立体图像。利用这种技术，可以诊断以前无法诊断的疾病，特别是脑和脊髓部位的病变；可以为患者需要手术的部位准确定位，特别是脑手术更离不开这种定位手段；可以更准确地跟踪患者体内的癌变情况，为更好地治疗癌症奠定基础。此外，由于使用这种技术时不直接接触被诊断者的身体，因而还可以减轻患者的痛苦。”[3] 目前，对核磁共振应用的研究方兴未艾。在中医研究中，被用来研究人参的有效成分。在国内，就有如南京大学和江苏中医院研究院合作的运用核磁共振技术对复方人参注射液的中间体和成品进行指纹图谱研究，探索简便易行的指纹图谱分析方法。研究制备葛根素磷脂复合物，并确定其化学特性。MRI对于生命科学的重要性犹如电子显微镜对材料科学、射电望远镜对天文学、粒子加速器对物理学一样。它必定成为未来生物学家洞察各层次活生物基本问题不可忽略的基本工具。目前，小孔径MRI即NMR显微镜已可用来研究苍蝇的神经系统（孙哲，博士论文，MIT），这种显微镜的目标是直接观察单细胞。[6] 核磁共振技术在现代的科学研究，特别是生命科学研究中，显示了它无穷的生命力。我们相信，未来还会有更多的科学成果是由核磁共振技术贡献的。 而物理学及其它科学的发展极大地推动生命科学的发展，不仅仅表现在核磁共振技术上。历史上，X光的发现、质谱仪的发明等就充分地证明了这一点。还有，现在广泛应用在医院诊断的CT技术就是另一个生动的例子。 1979年A.M.科马克 （美国人）、G.N.蒙斯菲尔德（英国人）了用电子计算机操纵的X 射线断层扫描仪（简称）自从X射线发现后，医学上就开始用它来探测人体疾病。但是，由于人体内有些器官对X线的吸收差别极小，因此X射线对那些前后重叠的组织的病变就难以发现。[4] 仇熙 贾晓彬 陈廉 孔令东《复方人参注射液核磁共振指纹图谱研究葛根素磷脂复合物的制备及核磁共振