量子力学在医学领域研究中的应用
文/汪小波
量子医学是量子力学与医学的边缘学科,是通过量子现象对机体进行综合、系统、全面、发展性地预防、调节、诊断、治疗、康复的学科。生命现象表现为某种量子形式。人体是由微粒构成,人体靠近黑洞或中子星时将被撕裂成亚原子粒子。量子医学使医学研究从宏观进入微观。微观世界的特征是量子性和概率性。从微观世界来考察生命必然与量子力学发生联系。量子医学将引领对各种疾病的本质认识。它将阐明生物分子的结构及其功能、细胞的分化、新陈代谢的机理、遗传和变异、衰老和癌变、药物的应用等。以量子力学出发开发出来的新医疗技术与手段将层出不穷。如美国科学家利用电子芯片培育土壤中的微生物发现了新抗菌化合物,将有望破解耐药困局。又如,引领第四次工业革命的3D打印是信息技术发展的产物,在口腔临床治疗中具有划时代意义。再如将石膏模型扫描到计算机,由成像系统建立虚拟牙科石膏模型,3D打印能确保牙齿修复体的精密性等。3D打印在口腔临床中的应用是多方面的,是未来口腔治疗中不可或缺的工具。
AES、AAS、MRI 、UV 、IR、MS等仪器分析方法在医学研究领域中的广泛应用,使得医学和量子力学发生自然联系。不少医学难题的破解离不开仪器分析手段,而背后理论依据则是量子力学原理。能级是能量量子化直观描述。AES、AAS是电子在原子能级中跃迁的结果;MRI是核自旋与外加磁场方向不同产生能级,在无线电波辐射下,原子核发生跃迁的结果;UV是分子中分子轨道上电子跃迁的结果;IR是分子振动和转动量子化的结果。
仪器分析手段必将在口腔材料研究中发挥重大作用。中国工程院院士张兴栋教授指出,我国口腔生物材料90%以上依靠国外进口,这种状态必须改变。再生医学是利用材料去刺激细胞再生,调动人体自我康复能力。这是当代生物材料发展的前沿,也是口腔生物材料的发展发向。具有生物活性的牙科材料已经成为今天的主要研究方向,也是在未来最应该大力推广的牙科材料,因为具有生物活性的材料能够刺激机体自体生长,从而最大限度地修复已经缺损、缺失的组织。再如仿生磷酸钙和骨形成蛋白在骨再生中能够沉积于金属植入物和生物材料;诱导干细胞按照需要的形态完成成骨细胞转变,最后形成自体产生的骨组织。
1.原子发射光谱法(AES) 人们生活水平的提高相伴龋齿发病率日见增长,我国目前其发病率已达到60% —70% (甚至高达90%)。研究预防和治疗龋病已显得十分重要。对龋齿的牙本质和牙釉质各微量元素分别测试,有人用AES 测定龋病组和对照组牙齿(健康牙齿) 的牙釉质与牙本质中Zn、Fe、Cu、Sr、M g、Cr、A l 和Pb 等微量元素的含量及变化, 推断微量元素与龋病的关系, 为龋病的治疗提供科学参考依据。牙齿样品经HNO3、HClO4混合溶液溶解, 采用AES测定龋齿和健康齿的牙釉质与牙本质中Zn、Fe、Cu、Sr、Mg、Cr、Al 和Pb 等微量元素。实验测得龋齿牙釉质与牙本质中Zn、Fe、Cu 和Sr 含量均明显低于健康齿, 而Mg、Cr、Al 和Pb 含量则均高于健康齿, 说明牙齿中的微量元素是指示龋病的一种因子。为口腔医学研究、预防和治疗龋齿提供了参考数据。
2. 原子吸收光谱法(AAS) (1)AAS对目前口腔修复临床应用较多的镍铬合金、镀金镍铬合金、涂金泥镍铬合金、钛合金和金钯合金这5种烤瓷合金在人工唾液中浸泡后的金属离子析出进行分析,用以比较各类合金的耐腐蚀性和生物相容性,从而为临床实践提供参考。(2)应用AAS检测健康人、口腔粘膜白斑患者、口腔鳞癌患者的血清和组织中微量元素铜、锌含量。结发现①鳞癌患者血清锌、铜/锌值与对照组相比,差异非常显著:与白斑患者相比,也有显著差异。白斑患者血清铜高于对照组,差异非常显著,但血清锌、铜/锌值与对照组比较,无显著性差异。②鳞癌患者病变组织各项测定值与对照组、白斑组相比,均有显著性差异;白斑患者组织铜高于对照组,锌低于对照组,有显著差异,而铜/锌值差异无显著性。
3. 磁共振成像(MRI) 1973年研发出了核磁共振现象的成像技术(MRI)。1980年核磁共振应用于临床医学。在做MRI体检时,被检人员不应带磁性物品。因此研究口腔临床常用的金属材料对磁共振成像影响程度就很有必要。金、银、钛、银汞合金和镍钛记忆合金因其导磁率低对磁共振成像无影响,不锈钢全冠、医用不锈钢丝、钴铬合金和镍铬合金对磁共振成像有不同程度的伪迹干扰,尤以镍铬合金的干扰最为严重。而功能性磁共振成像fMRI具有无创伤地对神经元活动进行较准确的定位、较高的空间和时间分辨率及较好的可重复性等特点,在神经科学的基础研究领域与临床研究得到广泛应用。fMRI在口腔医学的应用主要集中在口腔功能的研究。
兰州大学口腔医学院探讨了基于核磁共振氢谱(1HNMR)的代谢组学方法在快速鉴别不同念珠菌的种类和分析相关代谢产物的化学物质种类的可能性。该法在口腔念珠菌的快速检测中和相关代谢产物的分析中有很好的应用前景。有人以甲基丙烯酸、1,10-癸二醇和三氯氧磷为主要原料合成出了口腔粘接新型材料磷酸二氢(甲基丙烯酰氧癸)酯。并用1HNMR、MS和31PNMR对产物结构进行了表征确认。
4. 红外光谱(IR)和紫外光谱(UV) 有人研究指出,获取牙周炎、牙龈炎和健康组织区的龈沟液样本的IR谱,使用多变量的统计学线性分析方法,可对龈沟液吸收光谱的炎性指数进行定性评估。通过IR谱分析牙周炎组、牙龈炎组、健康组龈沟液中的4种分子标志物,可以准确地区分健康的和病变的牙周组织。
中草药提取物可用于口腔卫生保健,其药理性能和机理一直受到国内外学者关注。有人研究了荷叶提取物对牙周炎、口臭、牙龈红肿等病状的主要致病菌的抑制作用。其中某淡黄色晶体与盐酸镁粉反应呈阳性,以及从UV上看都表明是黄酮类化合物。1HNMR证实其分子式C12H20O12(金丝桃苷)。
5. 激光 1997年Er:YAG(铒:钇、铝、石榴石)激光获得FDA批准作为牙体硬组织激光应用于临床。Er:YAG激光在治疗过程中具有无痛、对牙髓组织刺激小、不改变牙体组织结构等特点,在去腐、备洞等方面的作用已得到证实。Er:YAG激光凭借其自身的优势也在口腔医学领域获得了越来越多的关注,它对牙周致病微生物也有较强的抑制、杀灭作用。
6. 量子力学对产生癌症的解释 “只有量子力学能解释生命过程中的化学键的特殊作用。”(薛定谔)。3环到7环的许多芳香烃,有不少有致癌活性。普尔曼等提出了K区理论。K区是进行键反应的部位,L区是进行对位加成反应的部位。致癌烃应具有化学反应能力强的K区,而L区则应较弱。
汪小波,四川省夹江中学退休教师,四川省特级教师。曾任多届夹江县政协常委、夹江中学教科室主任。曾获乐山市优秀人才、乐山市优秀教师、夹江县首届名教师等称号。发表论文论著80多篇(部),有多个教育科研课题获省市成果。
“青神天梯杯”2025七夕征文大赛
“鸾扇斜分凤帷开,星桥横过鹊飞回,争将世上无期别,换得年年一度来。”在2025年中国情人节七夕节即将到来之际,《三苏文学》特举办“青神天梯杯”2025年七夕征文大赛,征集有关七夕的诗词、散文、小说等作品。
四川省青神县河坝子玉蟾寺在白石岩上从寺庙上到山顶的石阶被广大网友誉为“青神天梯”,赋予爱情相爱相守的象征,是四方游客及网友争相打卡之地。
1、征稿时间:2025年7月23日至2025日8月31日。
2、作品应为与七夕节相关的小说、诗歌、散文等原创作品。
3、作品抬头应注明“青神天梯杯征文大赛”。参赛作品投《三苏文学》主编微信/ZWB612462。
4、参赛期间作品所有赞赏全部作为大赛运营费用及奖金。
5、参赛作品在《都市头条》三苏文学专栏上刊发,同时在《三苏文学》微信公众号上选发。
6、作品在都市头条浏览量达4万、点赞及留言达20个(条)才能入围。
6、大赛设一、二、三等奖各一名,赠送《三苏文学》会员资格一年,分别奖励精美荣誉证书各一本。优秀奖5名,赠送《三苏文学》会员资格一年。
7、2025年9月5日在《三苏文学》微信公众号上发布获奖名单。
8、三苏文学招募会员,将在全国各省设立分社,壮大三苏文学社,会员可以升入管理层,投稿可优先编发。有意可联系主编微信/ZWB612462。
三苏文学社
2025年7月23日
赵文碧,四川省青神县河坝子人,三苏文学社社长、主编,擅长写散文与地方传说,代表作品有《火烧玉蟾寺》、《丞相敬师》等,作品常见于《三苏文学》微信公众号、江山文学网、都市头条、金榜头条、美篇、百度等。
三苏文学将在每年年底评选当年三苏文学的优秀作者,按投稿量、浏览量、评论数、获精次数、上红榜各占25%,前三名将获得精美荣誉证书及至尊奖杯,并同时在《三苏文学》微信公众号、都市头条、金榜头条、今日头条、百度等平台广泛颁布彰显荣耀,到时可以做现场颁奖活动。欢迎文学老师们踊跃参加、积极支持、互相转告。