生物无机化学.ppt

生物无机化学生物无机化学 6 稀土生物无机化学稀土生物无机化学1 概概 述述2 必需元素与有毒元素必需元素与有毒元素3 金属酶金属酶4 IA及及IIA金属的生物无机化学金属的生物无机化学5 副族元素的生物学效应副族元素的生物学效应 引引 言言 河南林县、四川盐亭、山西太行山的部分地河南林县、四川盐亭、山西太行山的部分地区，食道管肿瘤发病率较高，研究发现是由于缺区，食道管肿瘤发病率较高，研究发现是由于缺乏化学元素钼（乏化学元素钼（Mo））所致 黑龙江克山县部分地区，以心肌损害为主要黑龙江克山县部分地区，以心肌损害为主要病变的地方性心脏病发病率较高，研究发现是由病变的地方性心脏病发病率较高，研究发现是由于缺乏化学元素硒（于缺乏化学元素硒（Se））所致 在某些内陆的边远山区，过去常见一在某些内陆的边远山区，过去常见一种发病率较高的地方病甲状腺肿大，研究种发病率较高的地方病甲状腺肿大，研究发现是由于缺乏化学元素碘（发现是由于缺乏化学元素碘（I））所致 六十年代，在伊朗以谷物为主食的居六十年代，在伊朗以谷物为主食的居民中发现了民中发现了“侏儒症侏儒症”病例，进一步的研病例，进一步的研究证明是由于化学元素锌（究证明是由于化学元素锌（Zn））缺乏所致。

缺乏所致 日本神通川地区曾经有一种以骨痛为特征的日本神通川地区曾经有一种以骨痛为特征的疾病，被当地人称为疾病，被当地人称为“痛痛病痛痛病”调查发现是调查发现是 由于该地区水体中化学元素镉由于该地区水体中化学元素镉（（Cd））的浓度严的浓度严重超标所致重超标所致 日本部分地区曾经还有一种日本部分地区曾经还有一种“水俣水俣(yu)病病”，主要表现为手足麻木、听觉障碍、震颤及其情，主要表现为手足麻木、听觉障碍、震颤及其情绪失常研究发现是由于化学元素汞（绪失常研究发现是由于化学元素汞（Hg））中中毒所造成的毒所造成的 20 世纪世纪 50 年代以来，痕量分析等新技术的出现，年代以来，痕量分析等新技术的出现，使人们认识到生命过程与无机化学也密切相关，打破使人们认识到生命过程与无机化学也密切相关，打破了早期认为与生命化学都是有机化学的观点了早期认为与生命化学都是有机化学的观点 20 世纪世纪 70 年代初开始形成了由无机化学和生物年代初开始形成了由无机化学和生物化学交叉、渗透而产生的生物无机化学化学交叉、渗透而产生的生物无机化学 (bioinorganic chemistry)。

标志之一是标志之一是 1970 年成立了国际生物无机年成立了国际生物无机化学协会并召开了国际生物无机化学研讨会在化学协会并召开了国际生物无机化学研讨会在 1971 年又出版了名为年又出版了名为 “Bioinorganic Chemistry” 的学术刊的学术刊物物 ( 1979 年被更名为现在的年被更名为现在的 “Journal of Inorganic Biochemistry”杂志杂志 )1 概概 述述 1.1 生物无机化学的主要研究内容：生物无机化学的主要研究内容：①①生物体内物质及相关化合物与各种无机元素，尤生物体内物质及相关化合物与各种无机元素，尤其是微量金属离子之间的相互作用；其是微量金属离子之间的相互作用；②②生物体内金属离子及其金属酶、金属蛋白的结构、生物体内金属离子及其金属酶、金属蛋白的结构、功能以及模功能以及模 拟研究；拟研究；③③无机元素在生物体内的循环、环境污染、含金属无机元素在生物体内的循环、环境污染、含金属药物等对生物体、生命生理过程的影响等药物等对生物体、生命生理过程的影响等 1.2 生物无机化学的主要研究方法：生物无机化学的主要研究方法：①①用各种物理化学方法直接研究用各种物理化学方法直接研究 生物体系中金属酶生物体系中金属酶和金属蛋白等含金属物种的结构、功能及其作用和金属蛋白等含金属物种的结构、功能及其作用机理；机理；②②用模拟的方法来研究重要生物过程和生物大分子用模拟的方法来研究重要生物过程和生物大分子配合物的结构以及结构与功能之间的关系。

包括配合物的结构以及结构与功能之间的关系包括活性中心的结构模拟、功能模拟以及利用基因突活性中心的结构模拟、功能模拟以及利用基因突变等方法对原型化合物进行局部修改，从而观测变等方法对原型化合物进行局部修改，从而观测修改对其结构、功能的影响等修改对其结构、功能的影响等2 必需元素与有毒元素必需元素与有毒元素 2.1 必需元素必需元素 (essential elements) 生物必需元素或生命元素，是维持生物体生生物必需元素或生命元素，是维持生物体生存所必需的元素存所必需的元素 , 缺少会导致严重病态或者死亡缺少会导致严重病态或者死亡①①生物必需元素的种类和个数随着研究的深入和发生物必需元素的种类和个数随着研究的深入和发展而不断变化，例如展而不断变化，例如 Ni、、As 等以前认为不是生物等以前认为不是生物必需元素的元素后来被证实为生物必需元素必需元素的元素后来被证实为生物必需元素②②必需元素需同时具备以下四个条件必需元素需同时具备以下四个条件: (i) 元素在不同的生物组织内均有一定的浓度；元素在不同的生物组织内均有一定的浓度； (ii) 去除后会使生物有相同去除后会使生物有相同(似似)的生理上的异常的生理上的异常; (iii) 恢复后可以消除或预防这些异常恢复后可以消除或预防这些异常; (iv) 元素有专门生物化学上的功能。

元素有专门生物化学上的功能2.2 生物必需元素的分类生物必需元素的分类 按元素在生物体中的含量可分为按元素在生物体中的含量可分为: ①①宏量结构元素宏量结构元素 (bulk)：构成氨基酸、蛋白质、核酸、：构成氨基酸、蛋白质、核酸、多糖、脂质等化合物的多糖、脂质等化合物的 C、、H、、O、、N、、P、、S; ②②宏量矿物素宏量矿物素 (macrominerals): 主要有主要有 Na、、K、、Ca、、Mg 等元素等元素; ③③微量金属元素微量金属元素 (trace metal): Fe、、Zn、、Cu 等等;④④超微量元素超微量元素 (ultratrace)：：Mn、、Mo、、Co、、Cr、、V、、 Ni、、 Cd、、Sn、、Pb、、Li 及及 I、、F、、Se、、Si、、As、、B 等 生物无机化学研究中涉及的主要是微量和超微生物无机化学研究中涉及的主要是微量和超微量金属元素量金属元素2.3 生物体选择特定元素的基本规律：生物体选择特定元素的基本规律： ①①丰度规则：丰度规则：又称海生学说根据生命起源于海洋的又称海生学说根据生命起源于海洋的假说假说 , 在生物进化早期在生物进化早期 , 当生物体可以从能够完成当生物体可以从能够完成同样功能的几种元素中选取一种元素时同样功能的几种元素中选取一种元素时 , 生物体选生物体选择了海洋中丰度较大的一种。

这一假说认为生物体择了海洋中丰度较大的一种这一假说认为生物体选择某一元素作为生物必需元素是与当时生物体所选择某一元素作为生物必需元素是与当时生物体所处的环境有关处的环境有关 ②②有效规则：有效规则：当有几种元素当有几种元素 ( 或化合物或化合物 ) 可供选择时可供选择时, 生物体一般从中选取最为有效的一种元素作为自身生物体一般从中选取最为有效的一种元素作为自身的必需元素的必需元素③③基本适应规则基本适应规则: 这一规则认为这一规则认为 被选择的元素在热被选择的元素在热力学上必须具备完成某种功能的能力力学上必须具备完成某种功能的能力④④有效性和特异性规则有效性和特异性规则: 作为生物必需元素的金属离作为生物必需元素的金属离子还必须具备在酶或蛋白的特定结构中完成特定子还必须具备在酶或蛋白的特定结构中完成特定功能的能力功能的能力 研究证实生物体系中金属酶、金属蛋白都具研究证实生物体系中金属酶、金属蛋白都具有特定的结构和功能有特定的结构和功能 , 尤其是其活性中心的结构一尤其是其活性中心的结构一般具有特定的扭曲畸变般具有特定的扭曲畸变 , 而不同于简单配合物中金而不同于简单配合物中金属离子周围的结构属离子周围的结构 , 而且正是因为这种特殊的扭曲而且正是因为这种特殊的扭曲畸变结构保证了金属酶和金属蛋白的特异性。

畸变结构保证了金属酶和金属蛋白的特异性 2.4 有毒元素有毒元素(toxic elements) 有毒元素又称有害元素有毒元素又称有害元素，是指那些存在于生物，是指那些存在于生物体内会影响正常的代谢、生命和生理过程的元素体内会影响正常的代谢、生命和生理过程的元素 目前已知的明显有害的目前已知的明显有害的元素有元素有 Cd、、Hg、、Pb、、Tl、、As、、Sb、、Be、、Ba、、In、、Te、、Se、、V、、Cr、、Nb 等等，，其中其中 Cd、、Hg、、Pb、、As 等为剧毒元素等为剧毒元素 无论是必需元素还是有毒元素，在生物体内的无论是必需元素还是有毒元素，在生物体内的量是决定是否对生物体有益的关键因素量是决定是否对生物体有益的关键因素, 太少可能太少可能引起某些疾病和不正常，导致缺乏症引起某些疾病和不正常，导致缺乏症 此外，有些金属离子在生物体内存在的价态等此外，有些金属离子在生物体内存在的价态等决定其是否有毒性如适量的决定其是否有毒性如适量的 Cr3+ 和和 Ni2+ 对生物对生物体都是有益的，但是体都是有益的，但是 CrO42− 和和 Ni(CO)4 可致癌。

可致癌必需元素的量必需元素的量−效关系效关系3 金属酶金属酶 3.1 金属酶金属酶 金属酶就是结合有金属离子的生物酶金属酶就是结合有金属离子的生物酶 , 也就是也就是说必须有金属离子参与才有活性的酶被称为金属酶说必须有金属离子参与才有活性的酶被称为金属酶 (metalloenzyme 或或 metal-activated enzyme) 目前已经知道生物体系中约有三分之一的酶需目前已经知道生物体系中约有三分之一的酶需要有金属离子参与才能显示活性这些金属酶实际要有金属离子参与才能显示活性这些金属酶实际上是一种生物催化剂上是一种生物催化剂 , 在其作在其作 用下用下 , 生物体内许多生物体内许多复杂的或通常条件下难以发生的化学反应能够在温复杂的或通常条件下难以发生的化学反应能够在温和的生理条件下得以顺和的生理条件下得以顺 利进行 3.2 金属酶的分类金属酶的分类 天然金属酶根据其催化的反应类型可分为：天然金属酶根据其催化的反应类型可分为：①①氧化还原酶氧化还原酶 (oxidoreductase)②②转移转移 酶酶 (transferase)③③水解酶水解酶 (hydrolase) ④④异构化酶异构化酶 (isomerase )⑤⑤裂解酶裂解酶 (lyase) ⑥⑥合成酶合成酶 (synthetase, 又称连接酶又称连接酶 ligase) 3.3 金属酶的作用金属酶的作用 ①①金属离子与蛋白链结合金属离子与蛋白链结合 , 从而使蛋白具有特定的从而使蛋白具有特定的高级结构高级结构 ( 构象构象 ) 和稳定性和稳定性 , 而且这种特定的结而且这种特定的结构和稳定性与其催化活性之间有密切关系；构和稳定性与其催化活性之间有密切关系；②②通过金属离子与底物分子间的相互作用通过金属离子与底物分子间的相互作用 , 使底物使底物分子定向分子定向 , 从而发生专一性强、选择性高的催化从而发生专一性强、选择性高的催化反应；反应； ③③形成催化反应活性中心形成催化反应活性中心 (active center 〉〉 , 从而为从而为酶提供催化反应的活性部位酶提供催化反应的活性部位 (active site) 。

3.4 金属药物金属药物 金属药物是一类人为地引人生物体内的含金金属药物是一类人为地引人生物体内的含金属物种，目前该方面的研究主要集中在以下两个属物种，目前该方面的研究主要集中在以下两个方面：方面：①①设计合成新的配位化合物设计合成新的配位化合物 , 目的是从中筛选出有活目的是从中筛选出有活性的化合物性的化合物 , 为作进一步研究提供基础；为作进一步研究提供基础；②②研究金属药物分子与体内生物分子的作用、机理研究金属药物分子与体内生物分子的作用、机理以及药物分子在体内的代谢等以及药物分子在体内的代谢等 , 目的是探讨活性与目的是探讨活性与结构之间的关系结构之间的关系 , 从而为设计合成活性高、毒性低从而为设计合成活性高、毒性低的新型金属药物奠定基础的新型金属药物奠定基础  金属药物的分类金属药物的分类 金属药物根据其作用不同可分为治疗类药物和金属药物根据其作用不同可分为治疗类药物和诊断类药物两大类诊断类药物两大类①①治疗类药物：治疗类药物：如如 1965 年年 Rosenberg 等人报道抗癌等人报道抗癌药物顺铂药物顺铂 cis-Pt(NH3)2Cl2 (cisplatin)，到目前为止，到目前为止仍然是临床上广泛使用的一种抗癌药物仍然是临床上广泛使用的一种抗癌药物 , 说明顺铂说明顺铂是一种非常了不起的药物。

是一种非常了不起的药物 顺铂等抗癌药物的作用机理是广大科学工作顺铂等抗癌药物的作用机理是广大科学工作者研究的热点问题之一，这不仅为了解决为什么者研究的热点问题之一，这不仅为了解决为什么顺铂有抗癌活性而反铂没有抗癌活性的问题顺铂有抗癌活性而反铂没有抗癌活性的问题 , 而且而且为阐明药物结构为阐明药物结构−活性活性−毒副作用之间的关系提供毒副作用之间的关系提供基础基础 , 从而为设计和筛选新的抗癌药物提供依据从而为设计和筛选新的抗癌药物提供依据 DDP 的作用机理的作用机理 对对 DDP 抗肿瘤活性的作用机理的研究，目前抗肿瘤活性的作用机理的研究，目前公认为：公认为： (1). DDP 首先水解，首先水解，以以 H2O 分子取代分子取代 DDP 中的中的 Cl－－ 离子，形成离子，形成 cis-Pt(NH3)2(OH)2 (2). DDP 的水解产物与的水解产物与 DNA 相互作用，相互作用，使肿瘤细胞使肿瘤细胞 DNA 的复制、转录受到抑制，迫使肿的复制、转录受到抑制，迫使肿瘤细胞凋亡或死亡瘤细胞凋亡或死亡。

 1995年年 WHO 对上百种治癌药物进行排名，对上百种治癌药物进行排名，顺铂的综合评价（疗效，市场等）位居顺铂的综合评价（疗效，市场等）位居第第 2另据统计，在我国以顺铂为主或有顺铂参加配伍的化疗统计，在我国以顺铂为主或有顺铂参加配伍的化疗方案占所有化疗方案的方案占所有化疗方案的70%～～80％％ 尽管尽管 DDP 作为抗肿瘤药物至今仍然使用，但作为抗肿瘤药物至今仍然使用，但它同时也有较它同时也有较严重的毒性和副作用严重的毒性和副作用 对对 DDP 进行进行改良的研究改良的研究一直在进行，几个代一直在进行，几个代表性的该类配合物简述如下：表性的该类配合物简述如下： 卡铂：卡铂：1 1，，1 1－环丁二酸二胺合铂（－环丁二酸二胺合铂（II)II) 二十世纪八十年代，由二十世纪八十年代，由美国施贵宝公司、美国施贵宝公司、英国肿瘤研究所以及英国肿瘤研究所以及 Johnson Mayyhey 公司联公司联合开发的合开发的第二代第二代铂系抗肿瘤药物铂系抗肿瘤药物。

Nedaplatin：：顺式乙醇酸二氨合铂（顺式乙醇酸二氨合铂（II) 简称简称 CDGP，，代号代号 254-S已在已在日本日本上市，上市，并进入并进入 III 其临床研究其临床研究乐铂：环丁烷乳酸盐二甲胺合铂（乐铂：环丁烷乳酸盐二甲胺合铂（II)II) 由德国由德国 Asta Medica AG Frankfurt 公司开发，公司开发，目前在进行目前在进行乐伯与乐伯与 5-Fu 联合联合治疗食道系统肿瘤治疗食道系统肿瘤的临床试验的临床试验草草 酸酸 铂铂 Oxaiplatin, 代号代号L-OHP，，全称为全称为草酸草酸-(反反式式-L-1,2-环己二胺合铂环己二胺合铂(II)该要首先在日本及该要首先在日本及法国进行研究，现已在法国上市法国进行研究，现已在法国上市 异丙异丙铂铂 (Ipmplatin) 化学名为化学名为: 顺顺−异丙异丙胺胺二氯二氯−反式反式−二二羟羟基基合铂合铂是八面体构型的是八面体构型的铂铂配合物配合物 , 水溶性比顺铅高。

异丙水溶性比顺铅高异丙铂铂抗瘤谱比较广抗瘤谱比较广, 主要用于肺癌、乳腺癌、淋巴肉瘤、主要用于肺癌、乳腺癌、淋巴肉瘤、白血病等的治疗该药的肾毒性很低白血病等的治疗该药的肾毒性很低  对对铂铂类化合物抗肿瘤活性类化合物抗肿瘤活性的的研究研究, 总结出总结出如下如下的的构效关系构效关系:①①中性中性配配合物比合物比配配离子具有更高的抗肿瘤活性离子具有更高的抗肿瘤活性 ②②烷烷基伯基伯胺胺或环或环烷烷基伯基伯胺胺取代顺取代顺铂铂中的氨中的氨 , 可明显增可明显增加其治疗指数加其治疗指数 ③③双齿配位体代替两个单齿配位体双齿配位体代替两个单齿配位体 , 一般可以增加其一般可以增加其抗肿瘤活性因为双齿配位体化合物不像单齿配位抗肿瘤活性因为双齿配位体化合物不像单齿配位体化合物那样容易转变为反式配合物而失活体化合物那样容易转变为反式配合物而失活④④取代的配位体要有足够快的水解速率取代的配位体要有足够快的水解速率 , 但也不能太但也不能太快快 , 以让配合物有足够的稳定性达到作用部位以让配合物有足够的稳定性达到作用部位⑤⑤平面正方形和八面体构型的平面正方形和八面体构型的铂铂配合物抗肿瘤活性配合物抗肿瘤活性高于其它构型的高于其它构型的铂铂配合物。

配合物  在治疗类金属药物中除了顺在治疗类金属药物中除了顺铂铂类抗癌药物之外类抗癌药物之外, 还有可用于治疗类风湿性关节炎的一价金还有可用于治疗类风湿性关节炎的一价金 [Au(I)] 配配合物合物, 包括注射用的硫代苹果酸包括注射用的硫代苹果酸−Au(I) 配合物配合物(a)和口和口服的三乙基服的三乙基膦膦和四和四−O−乙乙酰酰硫葡萄糖硫葡萄糖 (b) 两种不同配两种不同配体的体的 Au(I) 配合物配合物 ②②诊断类药物：诊断类药物： 在实际临床中在实际临床中, 对疾病及时、准确的发现和诊对疾病及时、准确的发现和诊断非常重要目前在临床上使用或正在进行试验的诊断非常重要目前在临床上使用或正在进行试验的诊断类金属药物有利用钆断类金属药物有利用钆 [Gd(III)] 配合物作为核磁共振配合物作为核磁共振成像时使用的造影剂成像时使用的造影剂 (a) 、作为心脏造影剂的含有放、作为心脏造影剂的含有放射性同位素射性同位素 99Tc 的化合物的化合物(b)等 4 IA及及IIA金属的生物无机化学金属的生物无机化学 碱碱金金属属离离子子中中的的 Na+、、K+ 以以及及碱碱土土金金属属离离子子中中的的Mg2+、、Ca2+ 是是生生物物体体系系中中含含量量最最多多的的几几种种宏宏量量矿矿物物元元素素。

它它们们在在生生物物体体内内一一方方面面作作为为电电解解质质起起到到平平衡衡电电荷荷、、维维持持渗渗透透压压等等作作用用 , 另另一一方方面面 , 起起到到稳稳定定蛋蛋白白质质结结构构、、激激活活酶酶等等作作用用此此外外 , 镁镁和和钙钙还还是是骨骨髓髓、、牙牙齿齿等等生生物物矿矿物物的的主主要要成成分分, 镁镁还还参参与与光光合合作作用用表表明明碱碱金金属属和和碱碱土土金金属属离离子子在在维维持持正正常常的的生生命命和和生生理理过过程程中中起起着着非非常常重重要要的的作作用用 , 也也因因此此引引起起了了广大生物无机化学工作者们的兴趣广大生物无机化学工作者们的兴趣 4.1 离子泵和离子载体离子泵和离子载体 碱金属和碱土金属离子在细胞内外的浓度分布碱金属和碱土金属离子在细胞内外的浓度分布有很大的差别例如有很大的差别例如 Na+ 和和 K+ 离子离子 , 前者主要存前者主要存在于细胞外在于细胞外 , 而后者则主要存在于细胞内而后者则主要存在于细胞内 , 这种差这种差别在平衡细胞内外渗透压方面起着重要作用而这别在平衡细胞内外渗透压方面起着重要作用而这种浓度差的维持则依赖于一种被称之为种浓度差的维持则依赖于一种被称之为钠泵钠泵 (sodium pump) 的的 Na+/K+−ATP 酶酶, 它是一种跨膜蛋它是一种跨膜蛋白白 , 其功能是将细胞外的其功能是将细胞外的 K+ 离子泵入细胞内离子泵入细胞内 , 同时同时将细胞内的将细胞内的 Na+ 离子泵出到细胞外。

有趣的是离子泵出到细胞外有趣的是 , 泵泵入的入的 K+ 离子与泵出的离子与泵出的 Na+ 离子的比例并非离子的比例并非 1:1, 而而是是 2:3 该过程所需要的能量由该过程所需要的能量由 ATP 水解产生水解产生 ADP 和无机磷酸来提供和无机磷酸来提供 Na+/K+−ATP 酶中除了酶中除了 Na+ 和和 K+ 离子的参与离子的参与外外 , 还需要还需要 Mg2+ 的激活的激活 , 因此因此 , 也被称为也被称为 Na+/K+/Mg2+−ATP 酶与 Na+/K+−ATP 酶相似的还酶相似的还有有 Ca2+−ATP 酶酶, 亦称钙泵亦称钙泵 (caicium pump) 该酶该酶是在是在 Ca2+、、Mg2+ 和和 K+ 离子的共同存在下离子的共同存在下 ATP 水水解产生解产生 ADP 和和 无机磷酸无机磷酸 , 利用利用 ATP 水解产生水解产生 ADP 和无机磷酸时释放的能量将和无机磷酸时释放的能量将 2 个个 Ca2+ 离子从细胞离子从细胞内运送到细胞外内运送到细胞外 , 从而使细胞内游离的从而使细胞内游离的 Ca2+ 离子浓离子浓度维持在度维持在 < 10−4 mmol∙L−1 以下。

以下  离子运输从低浓度运送到高浓度离子运输从低浓度运送到高浓度 , 也就是说是也就是说是逆浓度梯度逆浓度梯度进行的的运输称为进行的的运输称为主动运输主动运输 (active transport)，这种运输过程需要消耗能量，这种运输过程需要消耗能量 , 例如上面例如上面提到的提到的 Na+、、K+ 和和 Ca2+ 离子的运输所需的能量来离子的运输所需的能量来源于源于 ATP 的水解 顺着浓度梯度顺着浓度梯度 ( 即从高浓度到低浓度即从高浓度到低浓度 ) 进行的进行的运输称为运输称为被动运输被动运输 (passive transport) 被动运输被动运输可以是由于浓度差而产生的简单扩散可以是由于浓度差而产生的简单扩散 , 也可以是与也可以是与其他的载体或运送体结合后进行的促进扩散其他的载体或运送体结合后进行的促进扩散 因为金属离子本身是亲水的因为金属离子本身是亲水的, 而细胞膜内层则而细胞膜内层则是疏水的是疏水的 , 因此因此 , 金属离子本身难通过细胞膜金金属离子本身难通过细胞膜金属离子的跨膜运送需要借助其他的载体或运送体来属离子的跨膜运送需要借助其他的载体或运送体来完成完成 , 常见的载体或运送体有可以在膜内活动的小常见的载体或运送体有可以在膜内活动的小分子分子离子载体离子载体 (ionophore) 以及膜内存在固定的以及膜内存在固定的离离子通道子通道 (ionic channel)载体。

现在已知的天然离子载体现在已知的天然离子载体都是抗生素载体都是抗生素 , 根据其结构可以分为环状和链状根据其结构可以分为环状和链状离子载体离子载体 离子载体是通过与金属离子形成较为稳定的配离子载体是通过与金属离子形成较为稳定的配合物合物 , 从而携带金属离子通过生物膜从而携带金属离子通过生物膜 , 实现运送金实现运送金属离子的功能属离子的功能 离子通道载体则不同与离子载体离子通道载体则不同与离子载体, 它们不能与要它们不能与要通过的金属离子形成稳定的配合物通过的金属离子形成稳定的配合物 , 而是相对固定而是相对固定在生物膜上在生物膜上 , 形成可以让金属离子通过的孔道形成可以让金属离子通过的孔道 , 引引导金属离子过膜导金属离子过膜4.2 4.2 钙与凝血过程钙与凝血过程 人体内大部分人体内大部分 Ca2+ 除分布在硬组织中外，除分布在硬组织中外，主要存在于血液中，血液中游离的钙称为血钙，主要存在于血液中，血液中游离的钙称为血钙，其浓度有一定的正常值范围其浓度有一定的正常值范围 血钙浓度过高会出现血钙浓度过高会出现高钙血症：高钙血症：可与血液中可与血液中的的 PO43- 结合可形成尿结石；可使全身性骨骼变结合可形成尿结石；可使全身性骨骼变粗，软骨钙化。

粗，软骨钙化 血钙浓度过低会出现血钙浓度过低会出现低钙血症：低钙血症：骨骼中的钙骨骼中的钙会游离出来而使骨软化，神经、肌肉兴奋性增高，会游离出来而使骨软化，神经、肌肉兴奋性增高，易发生痉挛易发生痉挛 血液凝固是一个十分复杂的过程，一些无血液凝固是一个十分复杂的过程，一些无活性的活性的酶原必须被酶原必须被 Ca2+ 激活激活成为有活性的酶，成为有活性的酶，才能起凝血作用才能起凝血作用 Ca2+ 在血液凝固过程中起着十分重要的在血液凝固过程中起着十分重要的作用，如果加入适当的配体如作用，如果加入适当的配体如 EDTA 则可使则可使血液不再凝固血液不再凝固 当凝血活性较高时容易形成和血栓相关的当凝血活性较高时容易形成和血栓相关的疾病研究表明，当加入能够和疾病研究表明，当加入能够和 Ca2+ 竞争配竞争配位结合点的稀土离子位结合点的稀土离子 RE3+ 时，可降低凝血活时，可降低凝血活性 从化学角度考虑，从化学角度考虑，RE3+ 具有抗凝血作用具有抗凝血作用因此一些含稀土金属离子的配合物（如因此一些含稀土金属离子的配合物（如香豆素、香豆素、维生素维生素K 等）有潜在的治疗血栓病的可能性。

等）有潜在的治疗血栓病的可能性4.2 叶绿素和光合作用叶绿素和光合作用 叶绿素叶绿素 (chlorophyll) 主要存在于绿藻、蓝藻及主要存在于绿藻、蓝藻及高等植物的叶中，是一类含有部分被还原的二氢卟啉高等植物的叶中，是一类含有部分被还原的二氢卟啉环的镁配合物由于叶绿素对可见光有很强的吸收能环的镁配合物由于叶绿素对可见光有很强的吸收能力力, 因此在植物光合作用的过程中起重要作用因此在植物光合作用的过程中起重要作用 光合作用是以光合作用是以光为能源将水和二氧化碳转换为糖光为能源将水和二氧化碳转换为糖和氧气和氧气的反应的反应 , 该反应该反应一方面是将无机化合物转换为一方面是将无机化合物转换为有机的糖类有机的糖类 , 另一方面是在固定空气中的二氧化碳的另一方面是在固定空气中的二氧化碳的同时释放出氧气同时释放出氧气该类反应从该类反应从热力学热力学上来讲是一类很上来讲是一类很难发生的反应难发生的反应 , 它涉及二氧化碳的还原和水分子的氧它涉及二氧化碳的还原和水分子的氧化 叶叶绿绿素素分分子子中中Mg2＋＋离离子子扮扮演演着着结结构构中中心心和和活活性性中中心心的的作作用用, ,能能吸吸收收可可见见光光中中的的红红光光(680 nm)，，为为光光合合作作用提供能量。

用提供能量 R R’叶绿素叶绿素a：：CH3 C20H39叶绿素叶绿素b：：CHO C20H39 C20H39: 叶绿基叶绿基Mg2＋＋－－叶绿素分子叶绿素分子4.3 钙调蛋白钙调蛋白 钙结合蛋白钙结合蛋白 (calcium-binding protein) 是指细胞是指细胞内与钙离子有很强结合能力内与钙离子有很强结合能力 (键合常数在键合常数在106 左右左右) 的的一类蛋白该类蛋白中的典型代表是人们所熟悉的一类蛋白该类蛋白中的典型代表是人们所熟悉的钙钙调蛋白调蛋白 (calmodulin，简称为，简称为CaM )自 1971 年被发年被发现以来现以来 , 人们已经从动物和植物的多种组织中分离得人们已经从动物和植物的多种组织中分离得到了多种到了多种 CaM , 研究发现不同来源研究发现不同来源 CaM 的一级结构的一级结构( 氨基酸序列氨基酸序列 ) 具有很强的保守性具有很强的保守性 在生物体内在生物体内 , 当结合了钙离子的当结合了钙离子的 CaM 与没有活与没有活性的酶结合性的酶结合 , 可以激活酶可以激活酶 , 使酶显示活性使酶显示活性 ; 相反相反 , 当当钙离子脱离钙离子脱离 CaM 时时 , 导致导致 CaM 与酶解离与酶解离 , 从而使酶从而使酶回到原来没有活性的状态。

因此回到原来没有活性的状态因此 , CaM 通过结合钙通过结合钙离子前后其构象的变化来调节很多酶的活性离子前后其构象的变化来调节很多酶的活性 氧载体是生物体内一类可以与分子氧进行可逆地氧载体是生物体内一类可以与分子氧进行可逆地配位结合的生物大分子配合物配位结合的生物大分子配合物 , 其功能是其功能是 储存或运储存或运送氧分子到生物体组织内需要氧的地方送氧分子到生物体组织内需要氧的地方 生命体需要大量氧生命体需要大量氧 (O2) 以维持生命必需的各以维持生命必需的各种氧化作用种氧化作用 O2 是非极性分子，是非极性分子，298K和标准压力下，在和标准压力下，在 1L 水中溶解水中溶解 6.59 mL O2，，得到浓度为得到浓度为 3 10−4 mol∙L−1 的溶液，自然溶解的氧远远不能满足正常的溶液，自然溶解的氧远远不能满足正常生理活动的需要生理活动的需要4.4 天然氧载体天然氧载体 血液输送血液输送 O2 是借助于氧载体进行的，生物是借助于氧载体进行的，生物体内的天然氧载体可使血液中的氧含量比水中增体内的天然氧载体可使血液中的氧含量比水中增大约大约 30 倍。

倍 血红蛋白（血红蛋白（Hb））与肌红蛋白（与肌红蛋白（Mb））都是人都是人体中的天然氧载体，其中体中的天然氧载体，其中 Hb 的作用为输送氧，的作用为输送氧， Mb 的作用为储存氧一些天然氧载体见下表的作用为储存氧一些天然氧载体见下表天然氧载体天然氧载体种种 类类Mr金属离子金属离子 主要功能主要功能 存在动物存在动物血红蛋白血红蛋白64,500Fe(II)输送输送 O2脊椎动物脊椎动物肌红蛋白肌红蛋白17,800Fe(II)储存储存 O2肌肌 肉肉血兰蛋白血兰蛋白105~107Cu(I)输送输送 O2软体动物软体动物血钒蛋白血钒蛋白27,500V(III)结合结合 O2海鞘类海鞘类蚯蚓蚯蚓血红蛋白血红蛋白108,000Fe(II)储存储存 O2海洋蠕虫海洋蠕虫Hb与与Mb Hb 存在于与血液（红细胞）中，是输送存在于与血液（红细胞）中，是输送O2 的工具；的工具；Mb 存在于肌肉组织中，承担存在于肌肉组织中，承担 O2 的储存并运送的储存并运送 O2 穿过细胞膜穿过细胞膜 Hb 和和 Mb 与与 O2 的的结合是结合是松弛的、可逆松弛的、可逆的，的，特点是既能迅速结合，又能迅速离解。

特点是既能迅速结合，又能迅速离解 在在 Hb 和和 Mb 中，载中，载 O2 的的活性中心均为活性中心均为Fe2+ 卟啉卟啉是小分子生物配体，是是小分子生物配体，是卟吩卟吩环上环上1～～8位位置上氢原子被一些基团取代的的衍生物，和金置上氢原子被一些基团取代的的衍生物，和金属离子形成的配合物称为属离子形成的配合物称为金属卟啉金属卟啉 卟啉环卟啉环是由是由 11 个共轭双键组成的高度共个共轭双键组成的高度共轭体系，其结构稳定并具有一定的刚性轭体系，其结构稳定并具有一定的刚性4 个个吡咯吡咯 N 配位原子形成配位腔，由环中心到每配位原子形成配位腔，由环中心到每个吡咯个吡咯 N 原子的距离为原子的距离为 204 pm 生物体系中最重要的两种金属卟啉是生物体系中最重要的两种金属卟啉是镁卟镁卟啉和铁卟啉啉和铁卟啉镁卟啉类衍生物是绿色植物中的镁卟啉类衍生物是绿色植物中的叶绿素叶绿素；铁卟啉类衍生物被称为；铁卟啉类衍生物被称为血红素血红素，血红，血红素为素为 Hb 和和 Mb 蛋白中所结合的辅基蛋白中所结合的辅基血红素中血红素中Fe(II)的配位结构的配位结构 在在脱氧的血红素中，脱氧的血红素中，Fe(II)为为高自旋状态高自旋状态，，有四个成单电子。

有四个成单电子 rFe(II) = 78 pm B(Fe-N) = 218 pm B(N-N) = 408 pm Fe(II)为五配位结构，为五配位结构，如右图示如右图示 Fe(II)处于处于卟啉环平面以上平均距离卟啉环平面以上平均距离 75 pm 处处血红素中血红素中Fe(II)的立体配位结构的立体配位结构 在氧合后的血红素中，在氧合后的血红素中，Fe(II)为低自旋状态，没为低自旋状态，没有成单电子此时：有成单电子此时： rFe(II) = 61 pm B(Fe-N) = 201 pm B(N-N) = 408 pm Fe(II)为六配位结构，为六配位结构，如右图示如右图示 Fe(II)处于处于卟啉环平面上卟啉环平面上O2 与与 CO 的配位能力比的配位能力比较较O2 分子中的分子中的 HOMO：： (π* 2p)2CO分子中的分子中的 HOMO：： (σ2p)2O2 分子可以形成分子可以形成三角形三角形的配位结构，的配位结构，CO 分子则倾向于形成分子则倾向于形成线型线型的配位结构。

的配位结构 一般情况下，一般情况下，CO 的配位能力比的配位能力比 O2 分子分子要大要大 25,000 倍 在在 Hb 和和 Mb 中，中，Fe(II) 的第六配位的第六配位点附近存在组氨酸的残基点附近存在组氨酸的残基−咪唑基团，咪唑基团，由于空由于空间位阻的影响，使间位阻的影响，使 Fe(II) 的第六配位点不易的第六配位点不易形成线型的配位结构形成线型的配位结构所以使所以使 CO 的配位能力的配位能力下降到比下降到比O2 分子约大分子约大200倍换言之，倍换言之， CO 的配位优势降到了原来的的配位优势降到了原来的 1％％以下，这一点对以下，这一点对人类是特别重要的人类是特别重要的人工合成氧载体人工合成氧载体 从配位化学的角度出发，用一些分子量相对从配位化学的角度出发，用一些分子量相对较小的过渡金属配合物作为模型化合物来较小的过渡金属配合物作为模型化合物来模拟天模拟天然氧载体然氧载体的可逆氧合作用，在理论及实际应用上的可逆氧合作用，在理论及实际应用上都具有十分重要的意义如对都具有十分重要的意义如对人造血液人造血液的研究归的研究归根到底就是对人工合成氧载体的研究。

根到底就是对人工合成氧载体的研究 至今已合成的至今已合成的氧载体模型化合物氧载体模型化合物比较多，最比较多，最具代表性的有下列几类：具代表性的有下列几类：“栅栏栅栏”型铁卟型铁卟啉啉 1973年由年由 Collman 等等采用空间位采用空间位阻效应技术阻效应技术合成，该模合成，该模型化合物在型化合物在苯溶剂中与苯溶剂中与室温下能够室温下能够与与 O2 可逆可逆结合“帽型帽型”铁卟啉铁卟啉 1975年年由由Baldwin等合成该模型化该模型化合物中卟合物中卟啉环平面啉环平面上方好像上方好像一顶帽子一顶帽子对面型双（铁）卟啉对面型双（铁）卟啉20世纪世纪80年代年代合成的合成的代表性代表性氧载体氧载体模型脂质包埋型铁卟啉脂质包埋型铁卟啉由由日本学者日本学者土田英俊土田英俊等等合成，将其合成，将其用超声波分用超声波分散后，在生散后，在生理盐水中可理盐水中可形成具有可形成具有可逆载氧能力逆载氧能力的微球5 副族元素的生物学效应副族元素的生物学效应 (1) 参与生物体内的氧化还原过程参与生物体内的氧化还原过程 具具有有可可变变氧氧化化态态的的过过渡渡金金属属，，如如Fe(II、、III)、、Cu(I、、II)、、Co(I、、II、、III)、、Mn(II、、III)、、Mo(IV、、V、、VI)等等，，常常存存在在于于与与氧氧化化还还原原过过程程有有关关的的金金属属酶酶和和金金属属蛋白的活性部位，参与生物体内的氧化还原过程。

蛋白的活性部位，参与生物体内的氧化还原过程 作作为为生生命命必必需需元元素素的的过过渡渡金金属属离离子子在在体体内内的的浓浓度度都都很很小小，，它它们们的的许许多多确确切切作作用用还还未未被被人人们们所所知知晓晓不不过过从从化化学学的的角角度度来来讲讲，，它它们们的的生生物物功功能能可可概概括括为为三三类类: (2) 作为作为Lewis酸酸 过过渡渡金金属属离离子子，，由由于于体体积积小小和和电电荷荷高高，，因因而而都都是是较较强强的的Lewis酸酸，，易易接接受受底底物物的的电电子子发发生生配配位位作作用用而而使底物活化使底物活化 不不同同的的金金属属离离子子有有不不同同的的路路易易斯斯酸酸强强度度，，其其强强度度随着金属离子电荷的增加和离子半径的递减而增大随着金属离子电荷的增加和离子半径的递减而增大 对对于于过过渡渡金金属属来来说说，，配配位位场场强强度度等等其其他他因因素素的的影影响响也也是是重重要要的的，，因因此此＋＋2价价离离子子的的配配合合物物的的稳稳定定性性也也呈现出呈现出Irving-Williams序列(3) 稳定核酸构型稳定核酸构型 近近年年来来发发现现，，核核酸酸的的合合成成涉涉及及到到许许多多金金属属离离子子。

除除主主族族金金属属Mg、、Ca、、Sr、、Ba、、Al外外，，还还包包括括过过渡渡金金属属Cr、、Mn、、Fe、、Ni和和Zn 目目前前认认为为，，这这些些金金属属都都与与核核酸酸构构型型的的稳稳定定性性有有关关已已证证明明Zn可可在在DNA的的两两股股间间桥桥联联，，在在Zn(II)存存在在时时，，即即使使DNA熔熔化化，，两两股股也也不不分分开开但但Cu(II)的的存存在在则则能能引引起起DNA的两股分离的两股分离锌锌：：人人体体内内大大约约共共有有18种种含含锌锌金金属属酶酶和和14种种锌锌激激活活酶酶锌酶涉及到生命过程各个方面锌酶涉及到生命过程各个方面 例例如如碳碳酸酸酐酐酶酶是是一一种种分分子子量量高高达达30000的的锌锌酶酶，，它它具具有有一一系系列列的的生生物物功功能能，，包包括括光光合合成成、、钙钙化化、、维维持持血血液液pH值值、、离离子子输输送送和和CO2交交换换等等该该酶酶是是目目前前所所知知道道的的催催化化效效率率最最高高的的酶之一 碳酸酐酶活性碳酸酐酶活性 部位示意图部位示意图 碳碳酸酸酐酐酶酶具具有有一一系系列列的的生生物物功功能能，，包包括括光光合合成成、、钙钙化化、、维维持持血血液液pH值值、、离离子子输输送送和和CO2交交换换等等。

例例如如，，由由该该酶酶催催化化人人体体产产生生的的CO2水水合合变变为为HCO3－－，，HCO3－－离离子子随随血血液液循循环环到到达达肺肺泡泡，，又又由由碳碳酸酸酐酐酶酶催催化化它它转转化化为为CO2并并排排出出体体外外在在310 K时时，，由由碳碳酸酸酐酐酶酶催催化化的的CO2的的水水合合速速率率可可达达106 mol－－1·s－－1(而而通通常常情情况况下下为为7×l0－－4 mol－－1·s－－1)，，因因而而该该酶酶被被认认为为是是目目前前所所知知道道的的催催化化效效率率最最高高的的酶酶之之一一其其催催化化机机制制有人认为是：有人认为是： 另另有有一一些些含含锌锌酶酶则则有有助助于于控控制制从从HCO3－－形形成成CO2的的速速率以及消化蛋白质率以及消化蛋白质 体体内内促促进进磷磷脂脂水水解解的的磷磷酸酸酯酯酶酶的的主主要要活活性性成成分分也也是是锌锌锌锌也也是是合合成成DNA、、RNA和和蛋蛋白白质质所所必必需需的的，，缺缺乏乏锌锌的的大大白白鼠鼠DNA、、RNA和和蛋蛋白白质质的的合合成成量量降降低低此此外外，，DNA合合成成时时的的基基因因活活化化过过程程也也需需要要锌锌。

实实验验还还证证明明，，锌锌在在加加速速伤伤口口愈愈合合、、视视网网膜膜定定位位、、视视觉觉反反应应中中起起着重要作用着重要作用 羧羧肽肽酶酶是是体体内内重重要要的的肽肽水水解解酶酶，，是是一一种种典典型型的的锌锌酶酶它它对对体体内内蛋蛋白白质质的的水水解解具具有有重重要要作作用用缺缺乏乏锌锌时时该该酶酶活活性性降降低低，，但但补补充充锌锌后后活活性性又又可可恢恢复复体体内内许许多多脱氢酶，如乳酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶等都是锌酶脱氢酶，如乳酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶等都是锌酶铜铜: 体体内内大大约约有有12种种含含铜铜酶酶这这些些含含铜铜酶酶具具有有从从铁铁的的利利用用到到皮肤的着色等多种生物学效应皮肤的着色等多种生物学效应 红红血血球球中中的的铜铜60 %以以上上以以血血球球铜铜蛋蛋白白的的形形式式存存在在，，血血球球铜铜蛋蛋白白也也被被称称为为为为超超氧氧化化物物歧歧化化酶酶(SOD)该该酶酶分分子子中中含含有有两两个个铜铜离离子子和和两两个个锌锌离离子子，，铜铜离离子子是是催催化化中中心心，，锌锌离离子子只只起起次次要要的的结结构构作作用用SOD有有防防御御氧氧阴阴离离子子自自由由基基的的毒毒性性、、抗辐射损伤、预防衰老以及防止肿瘤和炎症等重要作用。

抗辐射损伤、预防衰老以及防止肿瘤和炎症等重要作用 血血浆浆中中的的铜铜，，大大多多以以血血浆浆铜铜蓝蓝蛋蛋白白的的形形式式存存在在，，血血浆浆铜铜蓝蓝蛋蛋白白是是分分子子量量约约为为16万万的的α2-球球蛋蛋白白它它是是一一种种与与铁铁代代谢过程有关的氧化酶谢过程有关的氧化酶 在在软软体体动动物物和和甲甲壳壳类类动动物物的的血血液液中中，，存存在在含含铜铜的的呼呼吸吸色色素素蛋蛋白白——血血蓝蓝蛋蛋白白血血蓝蓝蛋蛋白白和和脊脊椎椎动动物物的的血血红红蛋蛋白白一样与分子氧相结合，发挥氧载体的作用一样与分子氧相结合，发挥氧载体的作用 铜铜缺缺乏乏时时，，新新生生儿儿会会表表现现出出运运动动失失调调症症状状，，毛毛发发色色素素也会缺乏，羊毛的角化和骨的形成也会受到影响也会缺乏，羊毛的角化和骨的形成也会受到影响钼钼: 钼钼在在动动物物生生长长中中的的必必需需性性是是在在1953年年被被证证明明的的实实验验发发现现黄黄素素酶酶(黄黄嘌嘌呤呤氧氧化化酶酶)是是含含钼钼的的金金属属酶酶，，其其活活性性受受钼钼支支配配此此外外，，生生物物体体内内的的醛醛氧氧化化酶酶、、硝硝酸酸盐盐还还原原酶酶、、亚硫酸氧化酶、固氮酶等都是含钼的金属酶。

亚硫酸氧化酶、固氮酶等都是含钼的金属酶 固固氮氮酶酶是是由由铁铁蛋蛋白白和和钼钼铁铁蛋蛋白白构构成成的的在在这这些些蛋蛋白白中中, Fe、、S、、Mo都都是是功功能能元元素素通通过过模模型型化化合合物物的的研研究究发发现现：：Fe、、Mo蛋蛋白白的的结结构构是是由由组组成成为为MFe3S3的的两两个个开开口口“网网斗斗”口口对对口口地地被被三三个个S原原子子相相桥桥联联图图中中上上半半部部口口朝朝下下的的那那个个MFe3S3的的M为为Fe原原子子，，而而下下 半半 部部 口口 朝朝 上上 的的 那那 个个MFe3S3的的M则为则为Mo原子结结构构中中存存在在一一个个由由6个个配配位位不不饱饱和和的的Fe原原子子组组成成的的三三棱棱柱柱体体，，Rees等等认认为为N2分分子子是是在在三三棱棱柱柱体体空空腔腔中中与与Fe原原子子形形成成六六联联N2桥桥物物种种而而活活化化并并被被还还原原的的图图中中的的Y在在最最先先的的报报道道中中是是个个未未知知配配位位体体, 现现在在则则认认为为也也是是S原子钴钴: 钴钴是是一一种种人人体体必必需需微微量量元元素素钴钴的的生生物物学学效效应应主主要要是是它它在在B12系系列列辅辅酶酶中中的的作作用用。

维维生生素素B12是是重重要要的的含含钴钴生生物物配配位位化化合合物物，，又又称称为为氰氰钴钴氨氨酸酸，，Co3＋＋处处于于咕咕啉啉环环的的中中心心位位置置维维生生素素B12在在生生物物体体内内的的功功能能实实际际上上是是通通过过辅辅酶酶B12参参与与碳碳的的代代谢谢作作用用，，促促进进核核酸酸和和蛋蛋白白质质合合成成、、叶叶酸酸储储存存、、硫硫醇醇活活化化、、骨骨磷磷酯酯形形成成，，促促进进红红细细胞胞发育与成熟因此，维生素发育与成熟因此，维生素B12能有效地治疗恶性贫血能有效地治疗恶性贫血 动动物物和和人人体体所所需需维维生生素素B12，，一一部部分分从从食食物物中中摄摄取取，，一部分由肠道中的细菌合成一部分由肠道中的细菌合成 B12的的结结构构见见左左图图所所示示中中心心离离子子Co3＋＋处处在在一一个个咕咕啉啉环环的的中中心心位位置置八八面面体体形形排排布布的的六六个个配配位位原原子子中中有有四四个个为为环环上上的的氮氮原原子子，，一一个个是是侧侧链链上上的的氮氮原原子子，，最最后后一一个个为为活活性性基基团团R，，在在正正常常情情况况下下，，R为为CN、、OH或有机基团。

或有机基团 维生素维生素B12的结构的结构钒、铬、锰、镍钒、铬、锰、镍: 已已经经证证明明这这几几种种元元素素是是生生命命必必须须微微量量元元素素，，但但它它们们在在人人体体内内的的浓浓度度很很小小，，其其作作用用机机理理尚尚不不十十分分明明确确况况且且，，一一旦旦它它们们在在体体内内的的浓浓度度超超过过一定界限，又将成为致畸和致癌物质一定界限，又将成为致畸和致癌物质6 稀土生物无机化学稀土生物无机化学 自从人们发现稀土有可以使农作物增产的作用自从人们发现稀土有可以使农作物增产的作用之后之后 , 稀土就开始大量地应用于农业稀土就开始大量地应用于农业, 后来又将稀土后来又将稀土作为饲料中的微量添加剂用于饲养业这样稀土元作为饲料中的微量添加剂用于饲养业这样稀土元素就不可避免地进入包括人在内素就不可避免地进入包括人在内 的生物圈稀土元的生物圈稀土元素进入人体后是有益还是有害素进入人体后是有益还是有害, 其生物效应如何成其生物效应如何成为人们普遍关心的问题为人们普遍关心的问题 , 也是人们急需解决的问题也是人们急需解决的问题尤其是在我国尤其是在我国 , 稀土资源丰富稀土资源丰富 , 使用量大使用量大, 从而使得从而使得稀土不稀稀土不稀 , 其生物效应显得尤为重要。

国内从其生物效应显得尤为重要国内从 20 世世纪后期就开始在稀土生物无机化学方面开展了大量纪后期就开始在稀土生物无机化学方面开展了大量有意有意 义的研究工作义的研究工作 , 并取得了很大进展并取得了很大进展  稀土生物无机化学的研究范围非常广泛稀土生物无机化学的研究范围非常广泛 , 包括包括稀土的摄入稀土的摄入 , 稀土在生物体内的分布、运输、代稀土在生物体内的分布、运输、代 谢谢以及稀土与生物体内酶、蛋白质、核酸、细胞等不以及稀土与生物体内酶、蛋白质、核酸、细胞等不同层次物种的结合、相互作用等虽然相关研同层次物种的结合、相互作用等虽然相关研 究还究还有待于进一步深入和积累有待于进一步深入和积累 , 但是通过广大科学工作但是通过广大科学工作者们多年来的努力者们多年来的努力 , 现在人们对稀土的生物效应已现在人们对稀土的生物效应已经有了一定的了解经有了一定的了解 由于许多工作还有待于进一步深入和系统化由于许多工作还有待于进一步深入和系统化, 到目前为止，对稀土金属离子的毒性到目前为止，对稀土金属离子的毒性 , 包括致癌、包括致癌、致畸等与人们生活密切相关的问题尚未完全解决。

致畸等与人们生活密切相关的问题尚未完全解决 6.1 稀土对农作物的主要作用 稀土为什么能使农作物增产，改善农作物稀土为什么能使农作物增产，改善农作物品质？品质？ 长期稀土农用基础理论研究表明：稀土元长期稀土农用基础理论研究表明：稀土元素可以提高植物的叶绿素含量、增强光合作用、素可以提高植物的叶绿素含量、增强光合作用、促进根系的发育、增加根系对养分的吸收；稀促进根系的发育、增加根系对养分的吸收；稀土还能促进种子萌发、增加种子萌发率、促进土还能促进种子萌发、增加种子萌发率、促进幼苗生长；稀土元素还具有使某些作物增强抗幼苗生长；稀土元素还具有使某些作物增强抗病、抗寒、抗旱的能力病、抗寒、抗旱的能力  稀土（稀土（Rare Earth，简写为，简写为RE）元素被人们）元素被人们称为新材料的称为新材料的“宝库宝库”，是国内外科学家，尤其是，是国内外科学家，尤其是材料专家最关注的一组元素材料专家最关注的一组元素 近年来的研究表明，稀土元素在农业、林业、近年来的研究表明，稀土元素在农业、林业、畜牧业、国防工业、涂料工业、电子工业、机械工畜牧业、国防工业、涂料工业、电子工业、机械工业等众多行业都有广泛的应用，被发达国家政府部业等众多行业都有广泛的应用，被发达国家政府部门列为发展高技术产业的关键元素。

门列为发展高技术产业的关键元素 有人预言，随着稀土元素的开发，将会引发一有人预言，随着稀土元素的开发，将会引发一场新的技术革命场新的技术革命 IUPAC对稀土元素的定义对稀土元素的定义: 稀土类元素是周期表稀土类元素是周期表IIIB族中原子序数从族中原子序数从57至至71的的15个镧系元素个镧系元素(Lanthanon，简写为，简写为Ln)，即，即: 镧镧(57)、铈、铈(58)、镨、镨(59)、钕、钕(60)、钷、钷(61)、钐、钐(62)、、铕铕(63)、钆、钆(64)、铽、铽(65)、镝、镝(66)、钬、钬(67)、铒、铒(68)、、铥铥(69)、镱、镱(70)、镥、镥(71)，， 再加上与其电子结构和化再加上与其电子结构和化学性质相近的钪学性质相近的钪(21)和钇和钇(39)，， 共计共计17个元素除个元素除钪与钷外，钪与钷外， 其余其余15个元素往往共生个元素往往共生 “稀土”的原始含义 稀土的含义为稀土的含义为“稀少的土稀少的土”，是，是18世纪遗留给世纪遗留给人们的误会人们的误会1794年后人们相继发现了若干种稀土年后人们相继发现了若干种稀土元素，由于当时科学技术水平的限制，人们只能制元素，由于当时科学技术水平的限制，人们只能制得一些不纯净的、像得一些不纯净的、像“土土”一样的氧化物，故人们一样的氧化物，故人们便给这组元素留下了这么一个别致有趣的名字。

便给这组元素留下了这么一个别致有趣的名字“稀土”的现实情况 稀土元素并不稀土元素并不“稀少稀少”，地壳中总含量的，地壳中总含量的克拉克值达克拉克值达0.0236%其中铈组元素其中铈组元素0.01592%，钇组元素为，钇组元素为0.0077% (见表见表1-l)；比常见元素铜；比常见元素铜 (0.01%)，锌，锌(0.005%)，锡，锡(0.004%)，铅，铅(0.0016%)，镍，镍(0.008%)，钴，钴(0.003%)等都多等都多 稀土元素更不是稀土元素更不是“土土”，而是一组典型的，而是一组典型的金属元素，其化学活泼性仅次于碱金属和碱土金属元素，其化学活泼性仅次于碱金属和碱土金属稀土元素在地壳中的丰度稀土元素在地壳中的丰度*元素名称元素名称ScYLaCePrNdPmSmEu地地壳丰度壳丰度(ppm)253135669.1400.457.062.1元素名称元素名称GdTbDyHoErTmYbLu地地壳丰度壳丰度(ppm)6.11.24.51.31.30.53.10.8* Xu Guangxian et al.，， Advances in Science of China，， 1985，， 1，， 75~105. 研究表明，施用适当浓度稀土元素能促进植研究表明，施用适当浓度稀土元素能促进植物对养分的吸收、转化和利用，这已得到许多实物对养分的吸收、转化和利用，这已得到许多实验结果的证实。

验结果的证实 用富镧稀土对春小麦喷施或拌种，结果显示用富镧稀土对春小麦喷施或拌种，结果显示春小麦生长发育得到促进，结实穗数和籽粒数也春小麦生长发育得到促进，结实穗数和籽粒数也有所增加有所增加 花生喷施稀土，对根瘤固氮活性和叶片硝酸花生喷施稀土，对根瘤固氮活性和叶片硝酸还原酶活性均有显著的促进作用，提高了叶片氨还原酶活性均有显著的促进作用，提高了叶片氨态氮含量，降低了硝态氮含量，对改善品质，提态氮含量，降低了硝态氮含量，对改善品质，提高产量有利高产量有利 稀土在氮、磷均衡营养供应的条件下，对一稀土在氮、磷均衡营养供应的条件下，对一些作物有增产刺激作用，增产机理在于稀土可促些作物有增产刺激作用，增产机理在于稀土可促进、协调作物对矿质养分的吸收，刺激酶活性进、协调作物对矿质养分的吸收，刺激酶活性 稀土是生理活性物质，必须与大量营养元素稀土是生理活性物质，必须与大量营养元素进行合理的配用，才能发挥效益进行合理的配用，才能发挥效益 稀土元素能增强作物的抗逆性和抗病性，增强稀土元素能增强作物的抗逆性和抗病性，增强作物对不良环境的抵抗能力，加强代谢过程中的作物对不良环境的抵抗能力，加强代谢过程中的氧化酶活性，有效地抑制病原体侵染，从而提高氧化酶活性，有效地抑制病原体侵染，从而提高作物的抗病性。

作物的抗病性  稀土对农作物的作用不仅能提高作物的产量，稀土对农作物的作用不仅能提高作物的产量，还能改善品质，如使葡萄的果粒增大，糖酸比提还能改善品质，如使葡萄的果粒增大，糖酸比提高，改进风味高，改进风味 稀土拌种可使玉米的品质改善，产量提高稀土拌种可使玉米的品质改善，产量提高喷施稀土可使苹果和柑橘果实的喷施稀土可使苹果和柑橘果实的Vc含量，总糖含含量，总糖含量，促进果实着色和早熟并可抑制贮藏过程中量，促进果实着色和早熟并可抑制贮藏过程中呼吸强度，降低腐烂率施用稀土复合肥还可减呼吸强度，降低腐烂率施用稀土复合肥还可减少蔬菜中硝酸盐的积累另外稀土元素对啤酒花、少蔬菜中硝酸盐的积累另外稀土元素对啤酒花、水稻的产量与品质均有影响水稻的产量与品质均有影响 目前，稀土农用推广已成气候，稀土碳铵复混目前，稀土农用推广已成气候，稀土碳铵复混肥、稀土多元复合肥、稀土饲料添加剂的生产销路肥、稀土多元复合肥、稀土饲料添加剂的生产销路迅速拓宽在国家计委、财政部和化工部的大力支迅速拓宽在国家计委、财政部和化工部的大力支持下，目前已改产稀土碳铵肥的厂家持下，目前已改产稀土碳铵肥的厂家112家，将形家，将形成年产成年产500万吨稀土碳铵生产能力，年可耗用稀土万吨稀土碳铵生产能力，年可耗用稀土1.2万吨，稀土碳铵将成为农用稀土的第一大户。

其万吨，稀土碳铵将成为农用稀土的第一大户其他稀土农用林用产品的年覆盖面积，将达到他稀土农用林用产品的年覆盖面积，将达到1亿亩，亿亩，年消费稀土量为年消费稀土量为1000吨 6.2 稀土农用实现产业化情况稀土农用实现产业化情况 20世纪世纪80年代我国建立了以河南商丘、哈尔滨、年代我国建立了以河南商丘、哈尔滨、甘肃稀土公司等为主的甘肃稀土公司等为主的8个稀土农用产品生产基地，个稀土农用产品生产基地，总生产能力达总生产能力达8000吨，土地覆盖面积可达吨，土地覆盖面积可达1.5～～2亿亿亩；亩； 至至2001年先后在全国各地，用稀土碳铵复混技年先后在全国各地，用稀土碳铵复混技术改造小碳铵厂近术改造小碳铵厂近170家，形成生产能力约家，形成生产能力约500万吨，万吨，可覆盖土地面积可覆盖土地面积1亿亩  目前，我国已在目前，我国已在120种农作物、牧草、林苗种农作物、牧草、林苗上使用稀土，在近上使用稀土，在近20种畜禽饲料中应用稀土（见种畜禽饲料中应用稀土（见表表6−7），除西藏、台湾以外，全国各地都推广），除西藏、台湾以外，全国各地都推广使用了稀土，累计使用总面积在使用了稀土，累计使用总面积在4亿亩亿亩/次以上，次以上，使用稀土肥料按硝酸稀土计约使用稀土肥料按硝酸稀土计约8000吨，增产粮棉吨，增产粮棉瓜果等上百亿公斤，企业经济效益瓜果等上百亿公斤，企业经济效益4000多万元，多万元，农业经济效益百余亿元。

农业经济效益百余亿元稀土在农林、畜禽业上的应用概况稀土在农林、畜禽业上的应用概况稀土在农林、畜禽业上的应用概况稀土在农林、畜禽业上的应用概况类别类别品品 种种粮食作物粮食作物小麦、大麦、玉米、荞麦、水稻、再生稻、小麦、小麦、大麦、玉米、荞麦、水稻、再生稻、小麦、高梁、谷子高梁、谷子经济作物经济作物大豆、油菜、油茶、花生、茶叶、烟草、橡胶树、大豆、油菜、油茶、花生、茶叶、烟草、橡胶树、胡麻、苎麻、剑麻、棉花、甘蔗、甜菜、棉花、胡麻、苎麻、剑麻、棉花、甘蔗、甜菜、棉花、向日葵、胡椒、啤酒花、芦苇、黄麻、芝麻向日葵、胡椒、啤酒花、芦苇、黄麻、芝麻蔬蔬 菜菜大白菜、黄花菜、黄瓜、冬瓜、豆角、辣椒、豌大白菜、黄花菜、黄瓜、冬瓜、豆角、辣椒、豌豆、韭菜、菠菜、花椰菜、马铃薯、食用菌、番豆、韭菜、菠菜、花椰菜、马铃薯、食用菌、番茄、甘兰、豇豆茄、甘兰、豇豆瓜瓜 果果西瓜、菠萝、苹果、荔枝、桂圆、梨、桃、板栗、西瓜、菠萝、苹果、荔枝、桂圆、梨、桃、板栗、醋栗、枣、葡萄、香蕉、猕猴桃、柑橘、山楂、醋栗、枣、葡萄、香蕉、猕猴桃、柑橘、山楂、草莓、李子草莓、李子稀土在农林、畜禽业上的应用概况稀土在农林、畜禽业上的应用概况稀土在农林、畜禽业上的应用概况稀土在农林、畜禽业上的应用概况类别类别品品 种种花花 卉卉石菖莆、水仙花、玫瑰、菊花、石竹、香雪兰、石菖莆、水仙花、玫瑰、菊花、石竹、香雪兰、百合、芍药、射干百合、芍药、射干药药 材材人参、当归、枸杞、白芍、天麻、黄芪人参、当归、枸杞、白芍、天麻、黄芪牧牧 草草紫苜蓿、沙打旺、草木犀、老芒麦、披碱草、羊紫苜蓿、沙打旺、草木犀、老芒麦、披碱草、羊茅、鸭茅、银合欢、三叶草、柱花草、野豌豆、茅、鸭茅、银合欢、三叶草、柱花草、野豌豆、木岩、黑麦、雀麦、水草、冷蒿、燕麦木岩、黑麦、雀麦、水草、冷蒿、燕麦松松 树树兴安落叶松、长白落叶松、樟子松、红松、油松、兴安落叶松、长白落叶松、樟子松、红松、油松、马尾松马尾松杨杨 树树加杨、北京杨、小黑杨、银中杨加杨、北京杨、小黑杨、银中杨柏柏 树树侧柏侧柏稀土在农林、畜禽业上的应用概况稀土在农林、畜禽业上的应用概况稀土在农林、畜禽业上的应用概况稀土在农林、畜禽业上的应用概况类别类别品品 种种其他树种其他树种泡桐、柠条、桑树、柞树、火炬树泡桐、柠条、桑树、柞树、火炬树畜禽鱼畜禽鱼猪、羊、牛、马、兔、鸡、鸭、鸽、鲤鱼、草鱼、猪、羊、牛、马、兔、鸡、鸭、鸽、鲤鱼、草鱼、链鱼、蚌（珍珠）链鱼、蚌（珍珠）蚕蚕 类类家蚕、柞蚕家蚕、柞蚕稀土产品稀土产品硝酸稀土、碳酸稀土、柠檬酸稀土、抗坏血酸稀硝酸稀土、碳酸稀土、柠檬酸稀土、抗坏血酸稀土、稀土碳铵复混肥、稀土多元复合剂、氨基酸土、稀土碳铵复混肥、稀土多元复合剂、氨基酸稀土、稀土菌肥、稀土磷肥、稀土保水剂等。

稀土、稀土菌肥、稀土磷肥、稀土保水剂等19901990～～～～20032003年年年年我国稀土在农业中的消费量（我国稀土在农业中的消费量（我国稀土在农业中的消费量（我国稀土在农业中的消费量（REOREO，吨），吨），吨），吨）年年 份份1990199119921993199419951996消费量消费量5008009901030119020602100年年 份份1997199819992000200120022003消费量消费量21202120215021802100200020506.3 稀土在医疗中的应用稀土在医疗中的应用 人们很早就发现稀土的药理作用最早在医人们很早就发现稀土的药理作用最早在医药中应用的是铈盐，如草酸铈可用于治疗海洋药中应用的是铈盐，如草酸铈可用于治疗海洋性晕眩和妊娠呕吐，已载于药典；此外，简单性晕眩和妊娠呕吐，已载于药典；此外，简单的无机铈盐可用作伤口消毒剂自的无机铈盐可用作伤口消毒剂自60年代以来年代以来陆续发现稀土化合物具有一系列特殊的药效作陆续发现稀土化合物具有一系列特殊的药效作用，是用，是Ca2+的优良拮抗剂，有镇静止痛作用，的优良拮抗剂，有镇静止痛作用，可广泛用于治疗烧伤、炎症、皮肤病、血栓病可广泛用于治疗烧伤、炎症、皮肤病、血栓病等，从而引起了人们的广泛注意。

等，从而引起了人们的广泛注意6.3.1 稀土在药物上的应用稀土在药物上的应用抗凝血作用抗凝血作用 稀土化合物作为抗凝剂的一个重要优点是作用稀土化合物作为抗凝剂的一个重要优点是作用迅速，并且具有长期效应稀土化合物在抗凝血方迅速，并且具有长期效应稀土化合物在抗凝血方面已得到广泛的研究和应用，但在临床应用方面由面已得到广泛的研究和应用，但在临床应用方面由于稀土离子的毒性和累积问题而受到一定限制近于稀土离子的毒性和累积问题而受到一定限制近年来，人们将稀土与高分子材料结合，制得具有抗年来，人们将稀土与高分子材料结合，制得具有抗凝血作用的新型材料，由这样的高分子材料制成的凝血作用的新型材料，由这样的高分子材料制成的导管及体外血液循环装置可以防止血液凝固导管及体外血液循环装置可以防止血液凝固 烧伤药物烧伤药物 稀土铈盐的抗炎作用是提高治疗烧伤效稀土铈盐的抗炎作用是提高治疗烧伤效果的主要因素使用含铈盐药物，能使创面果的主要因素使用含铈盐药物，能使创面炎症减轻，加速愈合，稀土离子能抑制血液炎症减轻，加速愈合，稀土离子能抑制血液中细胞成分的增殖及液体从血管中的过度渗中细胞成分的增殖及液体从血管中的过度渗出，从而促进肉芽组织生长及上皮组织的代出，从而促进肉芽组织生长及上皮组织的代谢。

硝酸铈能迅速控制严重感染的创面使其谢硝酸铈能迅速控制严重感染的创面使其转为阴性，为进一步治疗创造条件转为阴性，为进一步治疗创造条件抗炎、杀菌作用抗炎、杀菌作用 稀土化合物作为抗炎、杀菌药物使用已有稀土化合物作为抗炎、杀菌药物使用已有很多研究报道使用稀土药物对皮肤炎、过敏很多研究报道使用稀土药物对皮肤炎、过敏性皮肤炎、牙龈炎、鼻炎和静脉炎等炎症均有性皮肤炎、牙龈炎、鼻炎和静脉炎等炎症均有满意的结果目前稀土抗炎药物大部分为局部满意的结果目前稀土抗炎药物大部分为局部外用药，但也有一些学者在探索将其应用于治外用药，但也有一些学者在探索将其应用于治疗胶原性疾病（风湿性关节炎、风湿热等）和疗胶原性疾病（风湿性关节炎、风湿热等）和过敏性疾病（荨麻疹、湿疹、漆中毒等），这过敏性疾病（荨麻疹、湿疹、漆中毒等），这对皮质激素类药物禁忌的患者更具有重要意义对皮质激素类药物禁忌的患者更具有重要意义 抗动脉硬化作用抗动脉硬化作用 近年来发现稀土化合物有抗动脉硬化作用，近年来发现稀土化合物有抗动脉硬化作用，很受人们关注冠状动脉硬化是世界工业化国家很受人们关注。

冠状动脉硬化是世界工业化国家发病死亡的首要原因，我国大城市近年来也出现发病死亡的首要原因，我国大城市近年来也出现了同样的趋势因此动脉粥样硬化的病因和防治了同样的趋势因此动脉粥样硬化的病因和防治是当今医药研究的重大课题之一稀土元素镧可是当今医药研究的重大课题之一稀土元素镧可预防、改善主动脉和冠状脉粥硬化预防、改善主动脉和冠状脉粥硬化 放射性核素与抗肿瘤放射性核素与抗肿瘤 稀土元素的抗肿瘤作用已引起人们的关注稀土元素的抗肿瘤作用已引起人们的关注1965年用稀土放射性同位素治疗与垂体有关的年用稀土放射性同位素治疗与垂体有关的肿瘤科研人员对轻稀土抑瘤作用机理的研究肿瘤科研人员对轻稀土抑瘤作用机理的研究表明，稀土元素除了可以清除机体内的有害自表明，稀土元素除了可以清除机体内的有害自由基外，还可使癌细胞内的钙调素水平下降，由基外，还可使癌细胞内的钙调素水平下降，抑癌基因的水平上升表明稀土元素的抑癌作抑癌基因的水平上升表明稀土元素的抑癌作用可能是通过使癌细胞恶性程度下降而实现，用可能是通过使癌细胞恶性程度下降而实现，说明稀土元素对肿瘤的防治有不可低估的前景说明稀土元素对肿瘤的防治有不可低估的前景。

 流行病学调查结果表明：稀土作业工人的肿流行病学调查结果表明：稀土作业工人的肿瘤发生率明显低于对照组人群动物实验也发现：瘤发生率明显低于对照组人群动物实验也发现：给小鼠长期灌服稀土后，观察到小鼠对移植的肉给小鼠长期灌服稀土后，观察到小鼠对移植的肉瘤有明显的抑制作用瘤有明显的抑制作用 进一步研究还证实：稀土元素一方面可对抗进一步研究还证实：稀土元素一方面可对抗人类多种肿瘤细胞株人类多种肿瘤细胞株(如乳腺癌、肺癌、胃癌、白如乳腺癌、肺癌、胃癌、白血病等血病等)生长和增殖，另一方面又可促进正常细胞生长和增殖，另一方面又可促进正常细胞的生长，这就为稀土应用于肿瘤治疗提供了一定的生长，这就为稀土应用于肿瘤治疗提供了一定的实验依据的实验依据 稀土抗肿瘤的机制是什么稀土抗肿瘤的机制是什么? 多数研究认为主要有多数研究认为主要有以下几方面：以下几方面： 对肿瘤组织有较强的亲和力，与肿瘤组织结合对肿瘤组织有较强的亲和力，与肿瘤组织结合后可干扰肿瘤细胞的代谢和后可干扰肿瘤细胞的代谢和DNA的合成；的合成； 像一把像一把“剪刀剪刀”，可剪切核酸链，使其发生水，可剪切核酸链，使其发生水解、断裂；解、断裂； 能选择性破坏恶变的细胞内部的超微结构；能抑能选择性破坏恶变的细胞内部的超微结构；能抑制癌基因表达，同时又能增强抑癌基因的表达。

制癌基因表达，同时又能增强抑癌基因的表达6.3.2 稀土在医疗器械中的应用稀土在医疗器械中的应用 含稀土的激光材料制成的激光刀可作精细手术；含稀土的激光材料制成的激光刀可作精细手术； 由镧玻璃制作的光学纤维可用作光导管，用它能由镧玻璃制作的光学纤维可用作光导管，用它能清楚地观察到人体胃部病变情况；清楚地观察到人体胃部病变情况； 稀土元素镱作为脑扫描药剂，可用于脑扫描和腔稀土元素镱作为脑扫描药剂，可用于脑扫描和腔室造影；室造影； 用稀土荧光材料制作的新型用稀土荧光材料制作的新型X光增感屏，可缩短光增感屏，可缩短曝光时间，减少人体所受辐射剂量，拍片的清晰度也曝光时间，减少人体所受辐射剂量，拍片的清晰度也大为提高，还可以把原来难确诊的病变比较准确地诊大为提高，还可以把原来难确诊的病变比较准确地诊断出来；断出来；  利用稀土永磁材料制成的磁共振成像仪利用稀土永磁材料制成的磁共振成像仪(MRI)是八十年代应用的新技术医疗设备，它利用一个稳是八十年代应用的新技术医疗设备，它利用一个稳定均匀的大磁场给人体一个脉冲波，使人体氢原子定均匀的大磁场给人体一个脉冲波，使人体氢原子产生共振并吸收能量，然后突然关闭磁场，氢原子产生共振并吸收能量，然后突然关闭磁场，氢原子就会将吸收的能量释放出来，由于人体各组织中的就会将吸收的能量释放出来，由于人体各组织中的氢原子分布不同，释放能量的时间长短各异，经过氢原子分布不同，释放能量的时间长短各异，经过电子计算机对接收到的不同信息加以分析处理，就电子计算机对接收到的不同信息加以分析处理，就能复原和解析出人体内部器官的图像，用以分辨器能复原和解析出人体内部器官的图像，用以分辨器官正常或异常，鉴别病变的性质。

和官正常或异常，鉴别病变的性质和X光断层扫描光断层扫描相比，相比，MRI具有安全、无痛苦、无损害、对比度高具有安全、无痛苦、无损害、对比度高等优点 在医疗应用最广泛的是运用稀土永磁材料进在医疗应用最广泛的是运用稀土永磁材料进行磁穴疗法由于稀土永磁材料的磁性能很高，行磁穴疗法由于稀土永磁材料的磁性能很高，并能做成各种形状的磁疗用具，而且不易退磁，并能做成各种形状的磁疗用具，而且不易退磁，用它作用于肌体经络穴位或病变区域，能取得比用它作用于肌体经络穴位或病变区域，能取得比传统磁疗效果好的疗效传统磁疗效果好的疗效 现在用稀土永磁材料制成磁疗项链、磁针、磁现在用稀土永磁材料制成磁疗项链、磁针、磁保健耳饰、健身磁手镯、磁水杯、磁贴敷、磁性保健耳饰、健身磁手镯、磁水杯、磁贴敷、磁性木梳、磁护膝、磁护肩、磁腰带、磁性按摩器等木梳、磁护膝、磁护肩、磁腰带、磁性按摩器等磁疗产品，具有镇静、止痛、消炎、止痒、降压、磁疗产品，具有镇静、止痛、消炎、止痒、降压、止泻等作用止泻等作用我国稀土永磁产业状况我国稀土永磁产业状况 钕铁硼材料是支撑现代电子信息产业的重要基钕铁硼材料是支撑现代电子信息产业的重要基础材料之一，与人们的生活息息相关。

随着计算机、础材料之一，与人们的生活息息相关随着计算机、移动、汽车等通讯设备的普及和节能汽车移动、汽车等通讯设备的普及和节能汽车的高速发展，世界对高性能稀土永磁材料的需求量的高速发展，世界对高性能稀土永磁材料的需求量迅速增长迅速增长 1998年世界钕铁硼的产量已达年世界钕铁硼的产量已达11300吨，近年吨，近年来年增长率均保持在来年增长率均保持在30%以上稀土永磁材料发展以上稀土永磁材料发展之快令人瞩目之快令人瞩目  稀土永磁材料在核磁共振成像仪、电机、音响、稀土永磁材料在核磁共振成像仪、电机、音响、磁选机、电度表、磁化器、传感器等器件上的应用磁选机、电度表、磁化器、传感器等器件上的应用有扩大之外，在高新技术、国防军工、工农业和家有扩大之外，在高新技术、国防军工、工农业和家用电器等领域的应用取得了很大的进步近年来在用电器等领域的应用取得了很大的进步近年来在地震检波器、永磁除铁设备、磁渗药品、电动车、地震检波器、永磁除铁设备、磁渗药品、电动车、汽车等领域的应用发展较快汽车等领域的应用发展较快 目前我国烧结钕铁硼在各个领域应用比例为：目前我国烧结钕铁硼在各个领域应用比例为：电声音响占电声音响占32%，磁化器占，磁化器占21%，电机和传感器占，电机和传感器占31%，磁联轴及磁选机占，磁联轴及磁选机占9%，音圈马达及电度表，音圈马达及电度表占占5%，其他为，其他为2%。

 核磁共振成像仪是核磁共振成像仪是80年代的新技术设备，他年代的新技术设备，他可对人体内部组织拍摄各种不同角度的相片，因可对人体内部组织拍摄各种不同角度的相片，因此能构成立体图象，确定病变的性质与形态，对此能构成立体图象，确定病变的性质与形态，对确定初期肿瘤病变很有帮助确定初期肿瘤病变很有帮助 过去是用超导磁体，缺点是造价高、运转费过去是用超导磁体，缺点是造价高、运转费用高如果用永磁铁氧体来做，一台核磁共振仪用高如果用永磁铁氧体来做，一台核磁共振仪需铁氧体需铁氧体100吨；如果改用钕铁硼磁体来做，每台吨；如果改用钕铁硼磁体来做，每台只用只用0.5吨，如果今后全世界的市场年需求吨，如果今后全世界的市场年需求1万台，万台，年需钕铁硼磁体年需钕铁硼磁体5000吨。