孫森鳳 姜 雪 張春嶺

(山東中醫(yī)藥大學藥學院，山東 濟南 250355)

近年來，由于計算機技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機技術(shù)與藥物化學之間的相互滲透已成為藥物化學和計算機科學工作者研究的熱點。利用計算機，藥物化學工作者現(xiàn)在可以快速地獲取過去難于獲得或者需要通過許多方法和渠道才能獲得的信息，也可以通過計算機網(wǎng)絡(luò)快速地發(fā)表自己的觀點、研究成果等。計算機技術(shù)在藥物化學中的應用對藥物化學工作者的傳統(tǒng)工作方法及思維模式產(chǎn)生了很大的沖擊，改變了藥物化學工作者的研究手段及工作環(huán)境，使得原來難以解決的問題變得更加容易，例如藥物化學結(jié)構(gòu)中的許多計算。隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，越來越多的軟件、硬件應用于實際工作中，使得藥物化學工作者愈來愈依靠這種技術(shù)來解決藥物化學中的問題。CADD 從理論的角度出發(fā)，減少了尋找新藥的盲目性和偶然性，為藥物學家提供了理論思維形象化的有力工具，使藥物設(shè)計更便捷、直觀和有效[1]。

1 計算機與藥物化學的結(jié)合

1.1 計算機在藥物化學中的應用

用計算機處理藥物化學中的復雜計算。隨著計算機技術(shù)及功能的完善與不斷發(fā)展，計算機不再是一種簡單的計算工具，它正向網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展，這使得應用計算機技術(shù)能解決的藥物化學問題也越來越多。計算機主要是通過用數(shù)學的方法計算來解決問題，能快速地進行大量復雜、繁瑣的數(shù)學計算，而藥物化學是對藥物中化學物質(zhì)進行認識、分析、合成及利用。因此，要想將計算機技術(shù)應用到藥物化學中就必須解決藥物化學與計算機的結(jié)合問題。這方面的研究包括兩方面的內(nèi)容，即計算機與藥物化學儀器的接口、藥物化學類應用軟件程序包的開發(fā)。

1.2 計算機與藥物化學儀器的接口

它是研制計算機與藥物化學儀器相接時的軟硬件運行環(huán)境，包括實驗數(shù)據(jù)的采集與處理兩方面的內(nèi)容。對數(shù)據(jù)的采集一般采用數(shù)據(jù)采集器實現(xiàn)，如美國吉時利公司的DAS 系列數(shù)據(jù)采集卡、北京科技大學的并口數(shù)據(jù)采集器等等。其方法是使用A / D 或D/ A轉(zhuǎn)化技術(shù)將藥物化學測量中的模擬信號轉(zhuǎn)化為計算機可識別的數(shù)字信號或?qū)⒂嬎銠C發(fā)出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為藥物化學儀器可識別的模擬信號，進而實現(xiàn)對測試及工藝過程的控制。其今后向模塊式、智能化測試系統(tǒng)方向發(fā)展將是一種必然趨勢。對采集數(shù)據(jù)的處理，是通過使用不同目的的應用軟件系統(tǒng)來實現(xiàn)。 如姚志峰等[1]研制的基于WINDOWS環(huán)境的高速數(shù)據(jù)采集；趙寧、孫小勇等[2]研制出基于PLC 的化學水處理監(jiān)控系統(tǒng)；四川大學化工學院開發(fā)的燃燒熱測試系統(tǒng)；王蘭省[3]報道了虛擬儀器系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)等等。將計算機技術(shù)與藥物化學儀器相結(jié)合從而到分析測試的自動化、智能化是當前新儀器、新設(shè)備的設(shè)計與制造的重要發(fā)展趨勢。

1.3 化學類應用軟件程序包

主要是設(shè)計具有工具性的應用軟件程序包和處理化學問題的數(shù)學程序。這方面國外較多，如 Chemoffice2000、ChemWindow、ChemSketch、Scivision系列化學辦公軟件。我國在這方面起步較晚，唐敖慶等編制的結(jié)構(gòu)化學軟件是我國較早自己設(shè)計的化學類工具軟件；清華大學CAI 中心實驗室開發(fā)的寫作系統(tǒng)THCAI，可以用它開發(fā)包括藥物化學類的CAI 課件；安登魁等[4]設(shè)計的計算藥物分析程序包，它包含35 個常用方法，可用于各種類型的藥物化學統(tǒng)計分析、分光光度分析、最優(yōu)化、因子分析、聚類分析及模式識別的計算。

2 計算機與藥物化學研究

目前這方面的進展非常神速，幾乎涉及藥物化學及其交叉學科各個方面，各種應用軟件層出不窮。就其研究內(nèi)容看來，計算機在藥物化學研究中的應用一般可分為：計算機與計算藥物化學、計算機與應用藥物化學、藥物化學數(shù)據(jù)庫與專家系統(tǒng)。

2.1 計算機與計算藥物化學

計算機是計算藥物化學的基本工具，計算藥物化學的基本任務是通過量子化學對體系進行研究，達到對物質(zhì)化學結(jié)構(gòu)的解析、表征、計算機模擬與分子設(shè)計等。這方面的工作進行得最早，當前仍是非?；钴S的研究領(lǐng)域，其研究成果很豐富。如Frank R. Burden 和David A. Winkler[5]報道了應用新的QSAR 方法計算結(jié)構(gòu)中的活性點分布及鍵合的方法；孫嘯與韋鈺[6]研究了應用pro-log語言表示和處理分子結(jié)構(gòu)的問題；羅時瑋、姚建華等[7]研究了用計算機處理復雜的藥物化學結(jié)構(gòu)的問題。

2.2 計算機與應用藥物化學

其目的是應用計算機對研究中的實驗數(shù)據(jù)進行處理進而使所研究的問題進行計算機模擬達到節(jié)省人力物力。將計算機技術(shù)與分析技術(shù)相結(jié)合使許多分析測試變得準確、快速、方便。如蔣靈、何小榮等[8]研究的用 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行置信度分析。目前，計算機技術(shù)在藥物化學及與藥物化學有關(guān)的交叉學科中都得到廣泛應用，如嚴新建與周家舉等[9]報道了應用計算機輔助研究中國傳統(tǒng)中藥的方法。由于研究者從事的科研領(lǐng)域或研究方向多種多樣，研究者可以根據(jù)自己的研究問題自行設(shè)計所需的應用程序。所以，要想在這里將所有的研究成果一一列舉是很困難的，但這方面的應用軟件具有的共同特點是種類多、應用程序一般較小、通用性較差。

2.3 藥物化學數(shù)據(jù)庫與專家系統(tǒng)方面

由于藥物化學學科的特點，各種常數(shù)、物質(zhì)的基本參數(shù)以及測試條件等很多，而計算機可以以很快的速度進行查詢與存貯，因此我們可以將這些繁瑣的工作由計算機來完成。由此，人們建立了多種多樣的藥物化學數(shù)據(jù)庫及其專家系統(tǒng)。通過藥物化學數(shù)據(jù)庫的建立可以達到藥物化學數(shù)據(jù)管理的合理化及數(shù)據(jù)資源的共享，應用專家系統(tǒng)人們可以得到許多有益的幫助，這樣就為藥物化學工作者提供許多方便。 目前，世界上許多著名的公司都建立了藥物化學信息系統(tǒng)和藥物化學數(shù)據(jù)庫。同時，人們還可以根據(jù)自己的使用目的建立相應的數(shù)據(jù)庫。

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展及化學家用計算機解決問題的經(jīng)驗日愈豐富，使用計算機來解決更多的藥物化學問題成為了可能，當然，由于技術(shù)上的和經(jīng)濟上的原因，目前在軟件開發(fā)上還沒有形成統(tǒng)一的標準，不同的應用軟件的開發(fā)平臺各不相同，使得它們的應用范圍受到較大的限制。如果能夠開發(fā)出一種通用的應用軟件開發(fā)操作系統(tǒng)或平臺，則可以加快藥物化學應用軟件的開發(fā)速度，同時也可以減少許多重復勞動。

3 藥物化學教育中的計算機輔助教學(CAI)

計算機技術(shù)與教學相結(jié)合形成了計算機輔助教學(CAI)，它是教育領(lǐng)域第四次革命形成的計算機輔助教育(CBE)的一個重要分支。以程序教學理論為基礎(chǔ)，以計算機技術(shù)為手段的CAI教學是一種很新穎的教學方式，具有教學與輔助雙重功能，是實現(xiàn)遠程教育的重要手段，它為教學研究與改革注入了新的活力。當前，CAI已成為當今高校教學改革的一個重要方向，藥物化學也不例外。目前，對藥物化學CAI 的研究主要集中在教學課件。

3.1 教學過程的計算機模擬

藥物的化學結(jié)構(gòu)決定著藥物的名稱、理化性質(zhì)、藥理作用和構(gòu)效關(guān)系等，藥物化學離不開介紹藥物的化學結(jié)構(gòu)，而絕大多數(shù)藥物的化學結(jié)構(gòu)復雜，許多藥物的藥理作用還與其立體結(jié)構(gòu)有密切相關(guān)，利用CAI具有容量大、速度快、效果好的優(yōu)點，可在課堂上展示與本學科內(nèi)容相關(guān)的各種信息，增加了課堂的知識容量，加深學生的理解。如介紹局部麻藥的發(fā)展史，我們可以充分利用CAI的強大優(yōu)勢，詳盡而快速地介紹可卡因的理化性質(zhì)、化學結(jié)構(gòu)，及對其結(jié)構(gòu)的改造過程，直至普魯卡因的合成，啟示人們可以簡化天然藥物的結(jié)構(gòu)來尋找新藥；從普魯卡因的酯基不穩(wěn)定，易水解失效，研究發(fā)現(xiàn)可用較不易水解的酰胺基取代酯基，于是發(fā)現(xiàn)了酰胺類局麻藥利多卡因；通過進一步改造普魯卡因、利多卡因等局麻藥的結(jié)構(gòu)，得到了其它新的局麻藥；另外，肯定還會有穩(wěn)定性更好、效果更佳的新的局麻藥有待于我們?nèi)ネ诰颉⑷ラ_發(fā)；從而順利過渡到完整的知識框架。

3.2 試題庫的合理設(shè)計

試題庫對教學質(zhì)量的評價具有重要的地位，是實行標準化考試的基礎(chǔ)。因此，許多考試組織部門都建有相應學科的試題庫。

多媒體網(wǎng)絡(luò)教學是信息時代課堂教學改革不可或缺的手段[10]。先進的教學技術(shù)是加速人才培養(yǎng)、多出人才、出好人才的重要物質(zhì)條件。在藥物化學的教學中普及和提高CAI的應用，采取措施大力發(fā)展教育技術(shù)，發(fā)展新的教學手段，深化教學改革，加速教學手段現(xiàn)代化進程，以適應當今網(wǎng)絡(luò)教育、遠程教育和繼續(xù)教育的現(xiàn)實需要，是社會發(fā)展的必然趨勢。

4 計算機與藥物化學信息資源

計算機科學及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是本世紀90年代以來Internet的迅速發(fā)展，使得Internet正在變成轉(zhuǎn)遞各種信息資源的重要載體，電子郵件的出現(xiàn)和應用使得人們之間的交流變得更加方便、快捷，計算機正在以不同方式對人們的學習和生活產(chǎn)生越來越大的影響。人類正從工業(yè)社會進入信息社會，信息已成為科學技術(shù)進步和社會進步的重要資源，如何快速獲得有用的信息已成為每一個科技工作者必備的能力。目前，Internet已成為世界上最大的全球信息網(wǎng)絡(luò)，世界上許多大企業(yè)、高等院校、科研機構(gòu)等都擁有自己的Internet站點，而有關(guān)藥物化學類的網(wǎng)站也不斷地建立,這些站點可以提供諸如專業(yè)信息服務、數(shù)據(jù)庫、教育、網(wǎng)上書店等方面的服務。作為一個藥物化學工作者，如何利用Internet上面的藥物化學信息資源是非常重要的，藥物化學與Internet已成為一個非常誘人的新興交叉領(lǐng)域，因此，必須掌握這門技術(shù)。

目前，在藥物化學與Internet之間所要解決的基本問題是如何實現(xiàn)藥物化學信息資源的網(wǎng)絡(luò)化共享及快速查詢，既要解決如何在計算機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下提供藥物化學的方法問題，又要解決通過 Internet獲取藥物化學信息的方法問題，這兩個方面都是人們正在努力探索的熱點問題。目前Internet 藥物化學類站點提供的藥物化學信息數(shù)量巨大，因此，如何快速獲得所需的應用信息就顯得很重要。由于當前Internet上藥物化學信息太分散，即使用合適的方法要得到有用的信息與資料還是要花費很多的人力和物力，如果能夠建立一個公用的藥物化學信息發(fā)布庫，將有償服務與免費資源分開，這將為廣大藥物化學工作者提供很大的方便。

5 結(jié) 語

綜上所述，隨著計算機科學與技術(shù)的迅速發(fā)展，計算機的功能越來越強大和完善，藥物化學與它的關(guān)系也會越來越緊密，因此計算機技術(shù)已成為藥物化學工作者必須掌握的一種工作手段。應用計算機技術(shù)，可以使藥物化學工作者從許多繁雜的簡單工作及大量的重復勞動中解放出來，進行更多的研究工作，還可以幫助藥物化學工作者快速地獲得所需的信息。由于多種原因，我國藥物化學工作者在計算機技術(shù)應用上與國外還存在很大的差距，21世紀將是信息時代，所以加強計算機科學與技術(shù)在藥物化學中的應用研究是非常重要的，這些要廣大藥物化學工作者與計算機工作者的共同努力。另外，由于藥物化學及其交叉學科的研究領(lǐng)域很多，使得計算機與藥物化學的結(jié)合點也很多。因此，在如此巨大的研究內(nèi)容上，要想將當今計算機與藥物化學方面的研究內(nèi)容一一羅列是很困難的。鑒于目前國內(nèi)外在計算機與藥物化學方面的總結(jié)性文章很少，希望本文能夠取到一個拋磚引玉的作用，使更多的專家學者能對自己研究領(lǐng)域內(nèi)的計算機與藥物化學的研究成果進行綜述，以促使該研究領(lǐng)域的發(fā)展。

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[2] 趙寧, 孫小勇, 張保平. 化學水處理PLC監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 測控技術(shù), 1999, 18(4): 25～26.

[3] 王蘭省, 李振海. 虛擬儀器系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)[J]. 測控技術(shù), 1999, 18(4): 58～60.

[4] 張亮, 藍要武, 韓英 等.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于中藥材雷公藤和昆明山海棠的分類識別研究[J]. 中國藥科大學學報, 1995(2): 127～132.

[5] Frank R. Burden, David A. Winkler , [J]. Chem. In f .Comput. Sci , 1999, 39( 2) : 236～242.

[6] 孫嘯, 韋鈺. 運用PROLOG語言表示和處理分子結(jié)構(gòu)[J]. 計算機與應用化學, 1994(2).

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[8] 蔣靈, 何小榮. BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的置信度分析[J]. 計算機與應用化學, 1999(3):213～218.

[9] 嚴新建, 周家駒, 溫浩 等.英國劍橋晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)系統(tǒng)及中國區(qū)中心[J]. 化學通報, 1998(7): 48～50.

[10] 衣曉青, 趙渝渝, 洪源渤.信息時代課堂教學改革不可或缺的手段[J]. 中國高教研究, 2004(5): 89.