zaibd/wkpdtw huggingface dataset:
在密碼學中，分組加密（英語：Block cipher），又稱分塊加密或塊密碼，是一種對稱金鑰演算法。它將明文分成多個等長的模組（block），使用確定的演算法和對稱金鑰對每組分別加密解密。分組加密是極其重要的加密協定組成，其中典型的如 AES 和 3DES 作為美國政府核定的標準加密演算法，應用領域從電子郵件加密到銀行交易轉帳，非常廣泛。

現代分組加密建立在迭代的思想上產生密文。其思想由克勞德・香農在他 1949 年的重要論文《保密系統的通信理論》（Communication Theory of Secrecy Systems）中提出，作為一種通過簡單操作如替代和排列等以有效改善保密性的方法。 迭代產生的密文在每一輪加密中使用不同的子金鑰，而子金鑰生成自原始金鑰。

DES 加密在 1977 年由前美國國家標準局（今「美國國家標準與技術研究所」）頒布，是現代分組加密設計的基礎思想。它同樣也影響了密碼分析的學術進展。



簡述

分組加密包含兩個成對的演算法：加密演算法 _E_ 和解密演算法 _D_，兩者互為反函式。每個演算法有兩個輸入：長度為 _n_ 位的組，和長度為 _k_ 位的金鑰；兩組輸入均生成 _n_ 位輸出。將兩個演算法看作函式，_K_ 表示長度為 _k_ 的金鑰（金鑰長度），_P_ 表示長度為 _n_ 的分組，_P_ 也被表示為明文，_C_ 表示密文，則滿足：

　
: $E_{K}(P)=C\;;\quad E_{K}^{-1}(C)=P$

　
: $E_{K}(P):=E(K,P):\{0,1\}^{k}\times \{0,1\}^{n}\rightarrow \{0,1\}^{n},$

對於任意金鑰 _K_，_EK(P)_ 是輸入的組的一個置換函式，且可逆地落在 {0,1}n 區間。_E_ 的反函式（解密演算法）定義為：

　
: $E_{K}^{-1}(C):=D_{K}(C)=D(K,C):\{0,1\}^{k}\times \{0,1\}^{n}\rightarrow \{0,1\}^{n},$

例如，一個分組加密演算法使用一段 128 位的分組作為明文，相應輸出 128 位的密文；而其轉換則受加密演算法中第二個輸入的控制，也就是金鑰 _k_。解密演算法類似，使用 128 位的密文和對應的金鑰，得到原 128 位的明文。


* 每一個金鑰實際上是選擇了 _n_ 位輸入排列的 $(2^{n})!$ 種組合中的一種。

大多數的區塊加密法在在加密演算法中會重複使用某一函式進行多輪運算，典型的輪數在 4-32 次之間，每一輪的函式 _R_ 使用不同的子金鑰 _Ki_，由原金鑰生成，作為輸入：

　
: $M_{i}=R_{K_{i}}(M_{i-1})$

其中 $M_{0}$ 是最初的明文， $M_{i}$ 是第 _i_ 輪加密後的密文。



歷史

Lucifer 一般被認為是第一個現代區塊加密法，由 IBM 在 1970 年代基於霍斯特・費斯妥（Horst Feistel）的工作完成。它的一個修改版本是資料加密標準，被美國政府納入聯邦資料處理標準，並於 1976 年正式發布，至今仍被廣泛應用。

當時設計 DES 密碼的最初目的是為了抵抗某些美國國家安全局（NSA）和 IBM 知道的密碼分析方法，直到 1980 年代末期，這種被稱為差分密碼分析的方法才被畢漢姆（Eli Biham）和薩莫爾（Adi Shamir）獨立重新發現。線性密碼分析是另一種方法，NSA 在松井充發布這種實驗性的密碼分析方法之前還並不知道。DES 作為早期的區塊加密法，最早成為密碼標準，由於在最初 DES 並未公布其實現細節，其 S 盒設計被懷疑包含後門，因此學界對其進行了大量的研究，提高了學界對區塊加密法的了解，客觀上促進了密碼學及密碼分析的發展，引領了很多密碼學和密碼分析的研究。另一種區塊加密法標準進階加密標準（AES）被美國國家標準與技術研究院（NIST）採納，即將逐漸取代 DES 目前的位置。



優缺點



設計原則

混淆與擴散（confusion and diffusion）是影響密碼安全的主要因素。擴散的目的是讓明文中的單個數字影響密文中的多個數字，從而使明文的統計特徵在密文中消失，相當於明文的統計結構被擴散。例如，最簡單的方法讓明文中的一個數字影響密文中的 _k_ 個數字，可以用：

　
: $c_{n}=\sum _{i=1}^{k}m_{n+i}$

擾亂是指讓金鑰與密文的統計資訊之間的關係變得複雜，從而增加通過統計方法進行攻擊的難度。擾亂可以通過各種代換演算法實現。

設計安全的分組加密演算法，需要考慮對現有密碼分析方法的抵抗，如差分分析、線性分析等，還需要考慮密碼安全強度的穩定性。此外，用軟體實現的分組加密要保證每個組的長度適合軟體編程（如 8、16、32……），儘量避免位置換操作，以及使用加法、乘法、移位等處理器提供的標準指令；從硬體實現的角度，加密和解密要在同一個器件上都可以實現，即加密解密硬體實現的相似性。



工作模式



參考文獻



參見


* 密碼學

* 串流加密法
分型（strain）是生物學分類使用的概念。



病毒學

指病毒的毒株。例如，不同的流感毒株的感染性不同。



微生物學

細菌或真菌的菌株。是具有不同基因型並能穩定遺傳的亞型。



植物學

植物學與農學的品系，指源自共同祖先，具有統一的形態學或生理學特性的植株。

例如，某些水稻經過基因改造後成為一個新的品系。



嚙齒類

大鼠或小鼠的品系。



參考文獻



外部連結


* Coli Genetic Stock Center（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* EcoliWiki _E. coli_ strain index （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* International Mouse Strain Resource (IMSR) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* Rat strain index （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
分域碼頭（英語：Fenwick Pier）是香港一個碼頭，位於香港島灣仔西北，近中信大廈及分域碼頭街一帶。分域碼頭由非牟利機構軍人輔導會（Servicemen's Guides Association）擁有及營運，第二次世界大戰後於美國及其他國家軍艦訪問香港時，負責接待水兵登陸及離開香港的地方，並為船員提供多元化服務及旅遊指南。在外地，接待軍艦的單位主要是政府機構，這安排反映了香港在冷戰期間的特殊地位。



歷史

「分域碼頭」最初是 19 世紀末興建在莊士敦道的一個私人碼頭，隸屬由佐治・分域（George Fenwick）於 1887 年自己開設的公司 ── 分域船廠（Fenwick & Co.）。碼頭跟隨海岸線進行過遷移，首次於 1929 年遷到告士打道，1964 年被颱風摧毀而重建。1967 年因政府填海而重置，並於 1970 年遷至分域碼頭街的現址。1974 年碼頭擴建。碼頭於 1990 年代再次擴建，於 1994 年開幕至今。碼頭曾經接待來自 14 個國家的船員，高峰時期同時接待超過 50,000 名海軍人員。

告士打道時期，分域碼頭與金鐘添馬艦相近，不久政府在告士打道與軍器廠街交界興建了 6 層高的海軍俱樂部（China Fleet Club Royal Navy），使海員能在步程內抵達。此外，灣仔填海後海員宿舍由西營盤搬到灣仔，加上新填地的樓宇多而租廉，造就了駱克道一帶的酒吧和紅燈區事業，1960 年代的電影《蘇絲黃的世界》正取材於灣仔一帶。

分域碼頭街時期，碼頭最早於 1970 年興建時為 1 層，後來 1993 年擴建 3 層的西翼部份。美蘇冷戰期間，鑑於香港當時是英國殖民地的身份，碼頭成為美軍在越戰時期的一個遠東補給站。

1997 年主權移交前，政府以五年短期方式租賃，每年以 1 元象徵式收費，之後特區政府改以每季形式出租。

2011 年起碼頭旁邊填海之後，分域碼頭不再與海邊相連，因而失去碼頭功能，但仍作為軍人輔導會辦公室及招待由堅尼地城招商局碼頭上岸再乘穿梭巴士抵達的水兵 。

商戶原定需於 2021 年 12 月 31 日遷出，政府後來延後限期至翌年農曆新年後（2 月 11 日）供商戶更多時間清貨，最後開放予公眾日子為 2 月 6 日。軍人輔導會亦於離開前的 1 月份與藝術團體舉辦「一場過去、當下與未來的相聚」社區藝術展覽，以不同媒介回顧海軍商場的歲月。



海軍商場

現時海軍商場位於灣仔龍景街 1 號，在 1994 年 2 月 7 日落成開幕，為登岸水兵提供找換、安排本地遊、理髮、洗衣、訂製西裝、銀行、購買紀念品等服務，曾設有郵政局及圖書館供水兵使用，圖書主要由贊助人捐出，現時兩者已經關閉。商場由軍人輔導會擁有及營運，由於持有會所牌照關係，只限會員使用。現時登記作為會員十分方便和免費。海軍商場分為高座和低座兩部份，合共有約十多間店舖，大多數商店從以前位於海軍大廈（The Fleet House）的海軍俱樂部（China Fleet Club）遷入。軍人輔導會得到香港美國婦女協會（American Women's Association of Hong Kong）的義工幫忙，當有需要時協助為大批水兵提供本地資訊服務。

船艦聯絡組

船艦聯絡組（Ship Liaison Group）設於海軍商場地面樓層，於資訊站對面，負責海軍與分域碼頭以及香港公眾和記者的聯絡工作，有時安排本地獲邀人士登船訪問戰艦。

進駐商店

商場地下有高級餐廳、首飾店及酒類店，二樓有洋服（西裝）店，三樓為辦公室，但後期近半商店都沒有開門。商場曾設有全香港唯一售賣啤酒和義大利薄餅的麥當勞餐廳，結業多年後轉型為澳洲餐廳 The Quarterdeck Club，之後再易手成法式餐廳 Quayside Harbour Front Restaurant & Bar。昔日有艦艇靠岸停泊時，大量水兵會在西裝店門外排隊等候。

沉降事件

2018 年 8 月 17 日，《蘋果日報》報道商場內外出現多條大裂縫，最闊位置逾 30 毫米。商店員工指早在 2015 年已開始出現沉降，其中近海位置最嚴重，當年的沉降幅度逾 50 毫米。工程師認為該處受沙中綫隧道挖掘工程影響，導致整幢建築物沉降幅度不均。

圖片



重建及拆卸

早於 2008 年，特區政府已經打算拆卸分域碼頭，原址改作公園，而碼頭將不會重建。《中環及灣仔填海計劃》灣仔發展計劃第 2 期開始後，碼頭被陸地包圍，終於 2013 年停用並拆卸分域碼頭的梯台。軍人輔導會於 2012 年向政府提出重建計劃，並於 2014 年向城規會申請改變分域碼頭的土地用途，由「休憩用地及道路」改為「商業、文化、機構及康樂用途」以配合未來灣仔北的海濱發展。於 2016 年得到城市規劃委員會批准，當時軍人輔導會預留了 2500 萬美元（約 1.95 億港元）用作改建及補地價。2020 年 1 月，《南華早報》報道政府突然決定府終止分域碼頭的租約，連同香港軍人輔導會於兩年內遷出。騰出空間留予原本會議展覽中心附近的港灣消防局於此處安置，而港灣道的消防局位置則改作配合會議中心的展覽、辦公室及酒店用途。

軍人輔導會總幹事郝泰德（Theodore Algire）表示，明白本港土地稀缺，故提出新方案希望新分域碼頭與消防局並存，但被政府拒絕。他又指，2014 年「佔中」後訪港海軍的確大減，2015 至 2020 每年亦僅有個位數船隻約數千名水手到訪，但相信未來訪港水兵會回升，而且政府 2016 年同意重建時，到訪量也極低，故不認為使用量低是不獲續約的理由。 軍人輔導會董事成員王黃就卿亦強調分域碼頭是灣仔的重要地標，「不是一般的碼頭，具有代表性」，是香港人的集體回憶和印證著香港歷史。政府則認為沒有足夠政策理據，將土地繼續長期撥予軍人輔導會使用。當中考慮到近年對軍人輔導會服務的需求已大不如前，原因之一是不少到港海軍選擇在中環以外上岸。

對於分域碼頭拆卸的消息，各界均有不同意見：香港掌故鄭寶鴻指出分域碼頭擁有悠久歷史，經歷過由莊士敦道移師到告士打道，最後到今日鄰近金鐘的位置；國際關係學者沈旭暉表示碼頭在香港已經背負有「美國海軍基地」的形象，在外交圈子可能被解讀為抹去香港的殖民地歷史和美國在城市裏存在的象徵；中國全國政協香港區委員兼全國港澳研究會副會長劉兆佳就認為政府的決定是基於辦公室及其他用途的土地供應緊絀，拿走殖民地政府所授予的土地並沒有錯，而且土地沒有得到充分利用，再者並不是每個人都喜歡它的歷史。



鄰近


* 香港藝術中心

* 會展站

* 香港演藝學院

* 分域碼頭街



參見


* 分域街



注釋



參考來源



外部連結


* 分域碼頭 Fenwick Pier 的 Facebook 專頁

* 分域碼頭網站（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* 凱卓發展：分域碼頭項目（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）（英文）- 原定於 2017 年第 4 季落成之計劃

* Welcome to Hong Kong - Servicemen's Guides（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）（英文）- 1959 年軍人輔導會小冊子地圖
分域街（英語：Fenwick Street）是香港位於香港島北部灣仔的一條街道，南北走向，全長 400 米。它是香港島維多利亞港早期填海所得的土地之一，所以不是山坡路。「分域」音譯自「Fenwick」，並不是指該街道為區域的分界線。

分域街的北部起自分域碼頭街與港灣道，南到莊士敦道垂直交界止。沿途經過告士打道、謝斐道、駱克道、軒尼詩道等街道。

分域街沿途有知名建築物香港演藝學院、香港藝術中心、港島皇悅酒店、星港酒店、循道衛理香港堂等。



特色

分域街在謝斐道和駱克道附近是老牌的酒吧區，顧客包括外地海員及訪港水兵。每每黃昏在酒吧門前都會燒紙錢求神，才開始營業的。



交通

巴士



外部鏈結


* 灣仔分域街地圖 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
分塊棋（Forms）是 Steven W. Meyers 在 2007 年推出的 2 人棋類，規則在 2011 年改變。



棋具


* 圍棋棋具。



原規則


* 棋群是指互相以邊相連的棋子。

* 初始佈置為雙方所有棋子佔領一半的棋盤，棋子皆放於棋格。

* 每回合玩家移除一枚敵棋，並拿 1 枚在棋盤的己棋，放置於前者的棋格。若使棋群分離，將該枚己棋離開的棋群全部移出棋盤。

* 使所有己棋離開棋盤獲勝。



新規則


* 初始佈置改為雙方所有棋子交錯。

* 每回合玩家從以下兩種動作選擇之一，若使棋群分離，將該枚己棋離開的棋群全部移出棋盤。
  
* 移動一枚己棋至鄰邊格的敵棋處，並將後者移除。
  
* 移動一枚己棋至鄰邊格有棋子的任何空位。

* 使所有己棋離開棋盤獲勝。



參考



外部連結


* 遊戲介紹 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* 原規則遊戲棋譜（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
在數學的矩陣理論中，一個分塊矩陣或是分段矩陣就是將矩陣分割出較小的矩形矩陣，這些較小的矩陣就稱為區塊。換個方式來說，就是以較小的矩陣組合成一個矩陣。分塊矩陣的分割原則是以水平線和垂直線進行劃分。分塊矩陣中，位在同一行（列）的每一個子矩陣，都擁有相同的列數（行數）。

通過將大的矩陣通過分塊的方式劃分，並將每個分塊看做另一個矩陣的元素，這樣之後再參與運算，通常可以讓計算變得清晰甚至得以大幅簡化。例如，有的大矩陣可以通過分塊變為對角矩陣或者是三角矩陣等特殊形式的矩陣。



範例

如下矩陣

　
: $P={\begin{bmatrix}1&1&2&2\\1&1&2&2\\3&3&4&4\\3&3&4&4\end{bmatrix}}$

可以分成四個 2×2 區塊

　
: $P_{11}={\begin{bmatrix}1&1\\1&1\end{bmatrix}},P_{12}={\begin{bmatrix}2&2\\2&2\end{bmatrix}},P_{21}={\begin{bmatrix}3&3\\3&3\end{bmatrix}},P_{22}={\begin{bmatrix}4&4\\4&4\end{bmatrix}}$

分塊後的矩陣可以寫作 $P={\begin{bmatrix}P_{11}&P_{12}\\P_{21}&P_{22}\\\end{bmatrix}}$



分塊矩陣乘法

一個分塊的矩陣乘法可以僅用包含算符的子矩陣來表述。
給定一個 $(m\times p)$ 矩陣 $\mathbf {A} $ 有 $q$ 行 $s$ 列

　
: $\mathbf {A} ={\begin{bmatrix}\mathbf {A} _{11}&\mathbf {A} _{12}&\cdots &\mathbf {A} _{1s}\\\mathbf {A} _{21}&\mathbf {A} _{22}&\cdots &\mathbf {A} _{2s}\\\vdots &\vdots &\ddots &\vdots \\\mathbf {A} _{q1}&\mathbf {A} _{q2}&\cdots &\mathbf {A} _{qs}\end{bmatrix}}$

另外 一個 $(p\times n)$ 矩陣 $\mathbf {B} $ 有 $s$ 行且 $r$ 列

　
: $\mathbf {B} ={\begin{bmatrix}\mathbf {B} _{11}&\mathbf {B} _{12}&\cdots &\mathbf {B} _{1r}\\\mathbf {B} _{21}&\mathbf {B} _{22}&\cdots &\mathbf {B} _{2r}\\\vdots &\vdots &\ddots &\vdots \\\mathbf {B} _{s1}&\mathbf {B} _{s2}&\cdots &\mathbf {B} _{sr}\end{bmatrix}},$

矩陣乘積

　
: $\mathbf {C} =\mathbf {A} \mathbf {B} $

可被分成塊來計算，矩陣 $\mathbf {C} $ 是 $(m\times n)$ 的矩陣有 $q$ 行 $r$ 列，你的矩陣 $\mathbf {C} $ 中的分割矩陣可以在乘法中被相乘:

　
: $\mathbf {C} _{\alpha \beta }=\sum _{\gamma =1}^{s}\mathbf {A} _{\alpha \gamma }\mathbf {B} _{\gamma \beta }$
生產中心又稱分娩中心，是一個為孕婦提供分娩服務的醫療機構，生產中心內有接生員、產科醫生以及護理員。接生員們負責在孕婦分娩過程中監控產婦和胎兒。護理員可以協助接生員，使得孕婦分娩更容易。如果孕婦需要額外的醫療援助，生產中心可以將孕婦轉移至醫院 。

與醫院產房相比，分娩中心提供了更像家一樣的環境，通常孕婦在分娩期間有更多的選擇：食物和飲料，音樂以及家人和朋友的陪伴（如果需要）。孕婦在分娩後的停留時間較短；有時孕婦在分娩後僅六個小時就可以和嬰兒回家 。



參考文獻
分娩疼痛也稱為陣痛，是指婦女在分娩時可能遇到的疼痛。婦女在分娩時感受到的疼痛大小取決於嬰兒的大小和位置、骨盆的大小、個人情緒以及子宮收縮的程度。孕婦如果緊張會加劇分娩時的疼痛。幾乎所有的婦女都會考慮她們將如何應對分娩時的疼痛。



參考文獻
分娩高潮（英語：birthgasm，orgasmic childbirth）是指在分娩期間所出現的性高潮。一些女性會以性刺激的方式去減輕宮縮，並以此替代麻醉藥物。波斯特爾（Postel）於 2013 年發表了一項調查，當中多於 85％的受訪助產士表示，女性可能會在生產時體會到性愉悅，69％則表示他們曾觀察到這樣的情況。



參考文獻
分子中的原子理論（Atoms in molecules，簡稱 AIM）是量子化學的一個模型。它基於電子密度純量場的拓撲性質來描述分子中的成鍵。除了成鍵性質之外，AIM 還根據拓撲性質對全空間進行劃分，每個區域內正好包含一個原子核，這種區域給出了量子化學上定義原子的一種方式。通過對每一區域內進行積分，可以得到單個原子的一系列性質。AIM 方法於上世紀 60 年代由理察・貝德提出。在過去的幾十年裡，AIM 逐漸發展成一種用於解決化學體系中的許多問題的理論，其應用的廣泛性遠非之前提出的各種模型或理論所能及。在 AIM 中，原子表現電子密度梯度場中的吸引子，因而可以通過梯度場的局域曲率來進行定義。這種分析方法一般在文獻中稱為對電子密度的拓撲分析，儘管這個詞與數學中的拓撲一詞的含義並不相同。

根據 AIM 理論的基本原理，分子結構由電子密度場上的駐點給出。



主要結果

AIM 理論的主要結果包括：


* 分子可以人為地劃分為各個原子的區域。這些區域之間的分界面為電子密度梯度場的零通量面。原子的物理性質，包括原子有效電荷、偶極矩和能量等，可以通過採用適當的算符在原子區域內進行積分而得到；

* 若且唯若兩個原子之間被一個零通量面分隔開，且該零通量面上有一個 (3, −1) 臨界點時，認為兩個原子間存在鍵。其中臨界點指的是電子密度梯度為零的點。(3, −1) 臨界點指的是海森矩陣的本徵值中有兩個負值和一個正值的臨界點。其中 3 表示海森矩陣的非零本徵值的個數，而−1 表示本徵值的符號函數之和。這個臨界點稱為鍵臨界點（bond critical point, BCP）。換句話說，鍵臨界點就是電子密度純量場上的一階鞍點。鍵徑由電子密度梯度場中與鍵臨界點相關聯的兩個核臨界點（即原子核所在位置）指向鍵臨界點兩條軌線構成。鍵徑上的每一點在垂直於鍵徑的方向上均為電子密度的極大點。

* 根據電子密度場在鍵臨界點的拉普拉斯的符號，可以把鍵分為兩類：閉殼層相互作用的拉普拉斯為正，而電子共享相互作用的拉普拉斯為負。

* 分子成鍵張力可以用鍵徑與連接兩原子核的直線之間的夾角來表徵，鍵徑偏離直線越遠，表明鍵中的張力越大。

 



參見


* 量子化學



外部連結


* 麥克馬斯特大學上的 AIM 頁面 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* Bader Charge Analysis, 對量化軟體得到的電子密度場進行 Bader 和 Voronoi 分析的免費軟體



參考文獻
分子雲（英語：Molecular cloud 或 Stellar nursery）是星際雲的一種，主要是由氣體和固態微塵所組成。其規模沒有一定的範圍，直徑最大可超過 100 光年，總質量可達太陽的 106 倍。

氫分子（H2）是分子雲中最普遍的組成物質之一。根據估計，每 1cm3 的分子雲內大約有 104 個氫分子；而在物質較密集的區域（如分子雲的核心），1cm3 內的氫分子則約有 105 個。除了氫以外，分子雲內亦有不少經由核融合合成出的元素。這些元素是多數恆星的主要組成物質，因此分子雲同時也是恆星 —— 甚至是行星系的誕生場所，如太陽系就是其一。

氫分子很難被直接偵測到。通常是利用一氧化碳（CO）偵測氫分子。一氧化碳輻射的光度與分子氫質量的比例幾乎是常數。不過在對其他星系的觀測中有理由懷疑這樣的假設。

 



出現場所

在銀河系中，分子氣體在星際物質中佔不到百分之一的體積，但它依然是在太陽環繞銀河中心公轉軌道以內最密集，並且佔有大約一半質量的氣體。這些分子氣體大多在距離銀河中心 3.5 至 7.5 千秒差距的環形區域中（太陽距離中心大約是 8.5 千秒差距）。對本星系的大尺度一氧化碳成圖表明，這種氣體出現的位置和本星系的旋臂相關。這些分子氣體主要出現在旋臂上，表明分子雲形成和消散的時間應該少於一千萬年，因為這是物質穿越旋臂所要花費的時間。

在垂直方向上，分子氣體位於厚度大約在 50–75 秒差距的狹窄的銀河盤面中層，比同屬於 ISM 的溫暖的原子雲（Z=130-400pc）和熱的游離氣體（Z=1000pc）薄許多。在游離氣體的空間分布中，氫游離區的分布是一個例外。氫游離區是在分子雲中被年輕的大質量恆星強烈輻射激發所形成的熱離子氣泡，在垂直方向上分布的厚度與分子氣體相近。

分子氣體的在大尺度上的分布是平滑的，但小尺度上的分布極不規則，大多集中於孤立的分子雲和分子雲複合體之中。



分子雲的類型

巨分子雲

巨分子雲（GMCs）是大量分子氣體的集合體，質量介於 104–106 倍太陽質量。雲氣的直徑可以達到數十個秒差距，密度則在每立方公分 102–103 個粒子（在太陽附近是平均每立方公分一個粒子）。在這些雲氣內的次結構有複雜的形式，包括絲狀體、片狀、氣泡和不規則的團塊等。

密度最高的絲狀體和團塊部分稱為「分子雲核」，而密度最高的分子雲核，就稱為「稠密分子雲核」，密度可以高達每立方公分 104–106 個粒子。在觀測上，可以用一氧化碳搜尋分子雲核，用氨搜尋稠密分子雲核。集中在分子雲核的塵埃會阻擋背景的星光，造成星際消光的效果形成暗星雲。

我們「本地」的巨分子雲通常在其所在天區的星座範圍內佔有明顯的位置，因此經常會用星座命名，例如獵戶座分子雲（OMC）或是金牛座分子雲（TMC）。這些分子雲圍繞著太陽成為一個環形的陣列，稱為古爾德帶。在銀河系內質量最大的分子雲是人馬座 B2，在距離銀河中心 120 秒差距處形成一道環。人馬座的區域含有豐富的化學元素，是天文學家在星際空間中尋找新分子的良好標本。

小分子雲

孤立的、引力束縛的，質量在數百個太陽質量以下的小分子雲稱為包克球。在這種小分子雲中密度最高的區域與在巨分子雲的分子雲核等價，因此常出現在同樣研究之中。

高銀緯彌散分子雲

在 1984 年，紅外線天文衛星（IRAS）証認了一種新型的彌散分子雲。
這些彌散成絲狀的雲在高銀緯的地區（離開銀河盤面的空間）可觀測到，雲氣中每立方公分大約有 30 顆粒子。



過程

恆星形成

據我們所知，在目前的宇宙中，新誕生的恆星完全都是在分子雲中被製造出來的，這是它們在適當的低溫和高壓下的自然結果，因為導致塌縮的引力可以超出抗拒塌縮的內部壓強。觀測證據也表明，巨大的、正在形成恆星的雲在很大程度上是被它們自身的引力束縛的（如同恆星、行星和星系），而不是由外部壓力束縛（像地球大氣層中的雲彩那樣）。這證據源於從一氧化碳（CO）譜線寬度推測出的湍流速度與軌道速率成比例（均功關係）。

物理性質

分子雲的物理性質很難理解並且仍有爭議，它們的內部運動由寒冷和磁化氣體的湍流所控制。大質量分子雲湍流的運動遠超過音速，但是可與磁場擾動的速度相比。這種狀態被認為會迅速失去能量，不是會整體塌縮就是具有穩定的能量回注。同時，在分子雲大部分的質量形成恆星之前，牠們也會被一些過程瓦解──最可能是大質量恆星的作用。

分子雲，特別是巨分子雲通常也是天文物理邁射（astronomical masers）的來源。



相關條目



參考文獻



外部連結


* 《大英百科全書》中的條目：Molecular cloud（英文）
分子互動是一家以泛二次元 IP 孵化開發為核心的綜合傳媒公司。



介紹

分子互動創建於 2012 年，是一家聚焦泛二次元領域和年輕人群的文化公司，業務涉及動漫 IP 孵化、社交媒體營銷傳播、IP 商業化開發、動畫製作等多個模塊。旗下包括 IP《非人哉》、《萬聖街》、《有獸焉》系列等。

分子互動致力於把握潮流文化和新生代消費市場，通過 IP 體系及核心業務泛二次元 IP 產業價值鏈。



子公司

1. 上海玩谷信息科技有限公司（全資子公司）
2. 天津分母互娛企業管理諮詢合夥企業（有限合夥企業）
3. 寧波引爆點投資管理合夥企業（投資方）
4. 杭州分子互動文化傳媒有限公司（地區分公司）



參考資料



外部連結

分子互動 — 天眼查
分子亞型（英語：Molecular subtyping）是癌症生物學中一種基於分子數據和分類模型將癌症分組的新方法。

與傳統的癌症組織學分類不同，分子分類依賴於生物標誌物和分類器。生物標誌物可以是信息基因、microRNAs (miRNAs)、DNA 甲基化標誌物等。分類器可以通過機器學習算法構建，例如微陣列預測分析 (PAM)、支持向量機 (SVM) 等。



參考文獻
分子人（英語：Molecule Man） ，本名歐文・瑞斯（Owen Reece） ，是漫威漫畫里的一個虛構的角色。他經常被塑造成一個超級壞蛋，但有時候也以改造了的違法分子或者不情願的英雄的形象出現。



角色

歐文・瑞斯（Owen Reece）是一名十分出色的科學家，他在一場實驗中意外打通了一個叫作「超越領域（Beyond-Realm）」的異空間，因此得到了力量，亦因為這次意外而喚醒了「超越者」。



其他媒體

遊戲


* 《漫威：未來之戰》：手機遊戲，分子人是玩家可使用角色之一。
分子人類學（英語：Molecular Anthropology）是人類學的分支，是在人類基因組等研究基礎上發展形成的一門新興交叉學科，利用分子水平的遺傳信息來分析人類起源、當代和古代人類群體的演化以及古代社會文化結構等多方面多層次的問題。主要方法是比較 DNA 序列或蛋白質序列，但是早期方法亦包括血清學的比較研究。

通過考察在不同人群中的 DNA 序列，科學家可以判斷的有關種群之間（或群體內部）的親密關係。基因構成一定的相似性，能讓分子人類學家確定不同的人群是否屬於同一個單倍群（haplogroup），進而確定是否他們都有一個共同的地理發源地。它允許人類學家追蹤遷移的和定居的模式，這提供了幫助洞察到現代人群是如何形成的並且將是如何繼續向未來發展的。
分子人雕塑（英語：Molecule Man）是德國柏林的一個城市雕塑，1999 年 5 月由美國雕塑家喬納森・博羅夫斯基創作。雕塑由三個人形組成，位於施普雷河中央，埃爾森橋和奧伯鮑姆橋之間。雕塑所在位置大致為柏林克羅伊茨貝格、舊特雷普托和腓特烈斯海恩這三個下屬區的交點。



歷史

1977 年，喬納森・博羅夫斯基創作了首個「分子雕塑」並在洛杉磯展出。雕塑表面布滿孔洞，象徵著構成人類的分子，這種象徵意味讓他著迷。

雕塑的展覽地點被選在了特雷普托、克羅伊茨貝格和腓特烈斯海恩的交點，這三個下屬區都曾經單獨作為柏林的區。這個展覽地點也位於歷史上西柏林和東柏林的交界處。



形態和象徵

分子人雕塑高 30 米，重約 45 噸，由安聯股份公司出資修建。雕塑形態為三個人面向中心站立，人形由鋁板構成，鋁板上布滿象徵著分子的孔洞。雕塑象徵了周圍三個下屬區和兩個區的交匯，也象徵人類由分子結合而成。



參考來源



外部連結


* 位於美國洛杉磯的首個分子人雕塑 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
分子伴侶（英語：chaperone，molecular chaperone）又譯侶伴蛋白、伴護蛋白、分子伴護蛋白，是一類協助細胞內分子組裝和協助蛋白質摺疊的蛋白質。利用 ATP 協助蛋白質摺疊，只是一部分分子伴侶的功能；分子伴侶如 Asf1 者，能在細胞分裂過程中提升 DNA 解螺旋酶的活性並且將母鏈的組織蛋白傳遞到子鏈。

分子伴侶與伴侶素（chaperonin）不同，後者只是分子伴侶中的一種，前者還包括熱休克蛋白 Hsp60 和 Hsp10 兩個家族。



生理功能

雖然蛋白質的三維結構是由它自身的胺基酸序列決定的，但並非所有蛋白質都能自然摺疊到其自然狀態（native status，即蛋白質能發揮其功能的最終狀態），很多蛋白質的摺疊或者是在高溫失活後（即所謂的熱休克，heat shock），都通常需要分子伴侶的協助達到或恢復到其自然狀態。其實，分子伴侶並不是只在熱休克時才出現的，它們一直存在於細胞內。蛋白質在摺疊時，總體來說是朝著降低能量的方向進行的。不過有時候它會進入所謂的「能井」中（見圖 2 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館））。這些狀態並非其能量最低狀態，但是蛋白質卻因為缺乏外源能量而不能越出能井，或者是要很長的時間才能做到。這時分子伴侶會發揮其作用，幫助蛋白質摺疊回正確狀態並加速這一過程。從另一個角度看，所有的分子伴侶都能識別疏水性區域。因為自然狀態下的蛋白質會隱藏其疏水性區域，只有在不正確摺疊的情況下才暴露出這些區域。分子伴侶便依靠疏水性作用與其受質結合，發揮作用。

而分子伴侶 Asf1 則有著另外的功能。法國一個由 Genevieve Almouzni 帶領的研究小組通過遏制該蛋白，使用細胞分裂抑制劑和添加過量的組織蛋白來研究該分子伴侶的功能。他們發現，如果細胞內該蛋白被遏制，細胞周期會停滯於 S 期。不過 DNA 複製的起始無礙，而複製的過程也不會受到任何檢查點（checkpoint）的阻撓。該小組人員懷疑該蛋白和解螺旋酶的活性有關。當 Asf1 不存在時，解螺旋酶功能失常。當細胞受到分裂抑制劑處理後，細胞分裂停止，而 Asf1 的含量也上升。另外，當細胞內被人工添加過量的組織蛋白時，Asf1 因忙於接載這些外源的組織蛋白而不能處理母鏈上的組織蛋白，細胞周期因此而停止。因此研究人員推測，Asf1 傳遞母鏈上的組織蛋白到子鏈，完成染色質的組裝。



主要分子伴侶家族

分子伴侶中很大一部分是熱休克蛋白（反過來也未必成立，就是說，並非所有熱休克蛋白都是分子伴侶）。這些蛋白在所謂的壓力源的刺激下，如高溫，葡萄糖供應不足，身體受到感染和癌症被活化。下面根據 Ranford, J.C. et al. 列出主要的分子伴侶。



備註



參考文獻



參見


* 蛋白質摺疊

* 熱休克蛋白

* 蛋白酶體
在研究光譜的結構時，我們先要了解分子的儲能方式，以下將對分子的各種儲存能量的方式一一列出：


* 移動能量：任意一在空間中運動的粒子，都應該具有動能，單個分子的平均移動動能為 K.T/2。K 為波茲曼常數，T 為絕對溫度。

* 轉動能量：一個由原子構成的分子，能夠圍繞通過分子重心的軸旋轉或者繞轉，於是具有轉動能量。轉動能量變化相對較小，極小值在 1cm-1，因此，純轉動帶出現在微波譜區和遠紅外譜區。

* 振動能量：構成分子的原子受某種類似彈簧的彈力的束縛，單個原子能夠相對於原子彼此間的平衡位置而振動，分子具有了振動能量。振動能量變化通常都大於 600cm-1，振動躍遷一般耦合著許多轉動躍遷。這種耦合造成一組譜線，稱為中紅外頻譜中的振轉帶。

* 電子能量：構成分子的電子能態發生變化也會使分子能量發生變化，因此，分子具有電子能量。典型的電子躍遷要涉及幾個電子伏（約 104cm-1）的能量，電子躍遷要求高能光子，所以吸收和發射通常出現在紫外或者可見光譜區。

後三種能量方式是量子化的。電子躍遷能夠產生線光譜，而附帶著轉動躍遷和振動躍遷的能量，從而產生複雜的帶狀結構。
分子克隆（英語：Molecular cloning）又譯分子選殖、分子純化繁殖，指分離一個已知 DNA 序列，並以活體內方式獲得許多複製品的過程。這一複製過程經常被用於增加並獲取 DNA 片段中的基因，但因為這個方法本身使用了基因剪貼的技術，也可用來增加某些任意的 DNA 序列，如啟動子、非編碼序列、化學合成的寡核苷酸或是隨機的 DNA 片段。

分子克隆目前多應用於基因克隆（英語：Gene cloning，又譯基因選殖），是指由基因組或 DNA 中選取並分離單個基因，將此單個基因導入宿主細胞中，進行擴增而複製出許多相同拷貝的過程。
分子內親核取代反應簡稱 SNi，是一個具體但不經常遇到的親核取代反應的反應機理。這個名稱是由 Cowdrey et al. 在 1937 年提出來表述保持結構的親核反應， 但這個名稱很快被借用來表述各種具有類似反應機理的反應。



參見


* 親核醯基取代反應



參考資料


* Jerry March. Advanced Organic Chemistry. John Wiley. 1985. ISBN 0-471-85472-7.
分子內作用力是分子和化合物中原子互相吸引的力。 它包括所有種類共價鍵。 分子內作用力比分子間作用力要強，實際上分子間作用力是只是存在於分子間的力而並不屬於化學鍵。



分子內作用力的分類

分子內作用力大致可分為三種：


* 離子鍵一般由陽離子和陰離子構成，例如氯化鈉中的鈉離子為金屬離子（陽離子）和氯離子為非金屬離子（陰離子）。

* 共價鍵，一般由兩個非金屬元素構成，例如二氧化氮。 共價鍵是一種以分享電子的方式構成的化學鍵。 共價鍵可分為幾類：極性共價鍵中電子更貼近兩個原子中的其中一個，而非極性共價鍵中被分享的價電子在均勻的分布在兩者的中間。單質分子和雙原子分子是純共價化合物。共價鍵中的極性由其中各個原子的電負性決定；極性共價鍵通常會導致鍵偶極矩.

* 金屬鍵，是金屬元素和金屬元素之間的化學鍵，可以在金屬單質和合金中找到。一般地，金屬電子皆為游離態，這導致了大量的電子圍繞著帶正電的原子核，有時也稱作電子海。



另見


* 分子間作用力

* 共價鍵

* 離子鍵



引用
分子力場根據量子力學的波恩 - 奧本海默近似，一個分子的能量可以近似看作構成分子的各個原子的空間坐標的函數，簡單地講就是分子的能量隨分子構型的變化而變化，而描述這種分子能量和分子結構之間關係的就是分子力場函數。分子力場函數為來自實驗結果的經驗公式，可以講對分子能量的模擬比較粗糙，但是相比於精確的量子力學從頭計算方法，分子力場方法的計算量要小數十倍，而且在適當的範圍內，分子力場方法的計算精度與量子化學計算相差無幾，因此對大分子複雜體系而言，分子力場方法是一套行之有效的方法。以分子力場為基礎的分子力學計算方法在分子動力學、蒙特卡羅方法、分子對接等分子模擬方法中有著廣泛的應用。



構成

一般而言，分子力場函數由以下幾個部分構成：


* 鍵伸縮能：構成分子的各個化學鍵在鍵軸方向上的伸縮運動所引起的能量變化

* 鍵角彎曲能：鍵角變化引起的分子能量變化

* 二面角扭曲能：單鍵旋轉引起分子骨架扭曲所產生的能量變化

* 非鍵相互作用：包括范德華力、靜電相互作用等與能量有關的非鍵相互作用

* 交叉能量項：上述作用之間耦合引起的能量變化

構成一套力場函數體系需要有一套聯繫分子能量和構型的函數，還需要給出各種不同原子在不同成鍵狀況下的物理參數，比如正常的鍵長、鍵角、二面角等，這些力場參數多來自實驗或者量子化學計算。



常用力場函數和分類

不同的分子力場會選取不同的函數形式來描述上述能量與體系構型之間的關係。到目前，不同的科研團隊設計了很多適用於不同體系的力場函數，根據他們選擇的函數和力場參數，可以分為以下幾類


* 傳統力場
  
* AMBER 力場：由 Kollman 課題組開發的力場，是目前使用比較廣泛的一種力場，適合處理生物大分子。
  
* CHARMM 力場：由 Karplus 課題組開發，對小分子體系到溶劑化的大分子體系都有很好的擬合。
  
* CVFF 力場：CVFF 力場是一個可以用於無機體系計算的力場
  
* MMX 力場：MMX 力場包括 MM2 和 MM3，是目前應用最為廣泛的一種力場，主要針對有機小分子

* 第二代力場

　
: 第二代的勢能函數形式比傳統力場要更加複雜，涉及的力場參數更多，計算量也更大，當然也相應地更加準確。

  
* CFF 力場 CFF 力場是一個力場家族，包括了 CFF91、PCFF、CFF95 等很多力場，可以進行從有機小分子、生物大分子到分子篩等諸多體系的計算
  
* COMPASS 力場由 MSI 公司開發的力場，擅長進行高分子體系的計算
  
* MMFF94 力場 Hagler 開發的力場，是目前最準確的力場之一

* 通用力場

　
: 通用力場也叫基於規則的力場，它所應用的力場參數是基於原子性質計算所得，用戶可以通過自主設定一系列分子作為訓練集來生成合用的力場參數

  
* ESFF 力場 MSI 公司開發的力場，可以進行有機、無機分子的計算
  
* UFF 力場可以計算周期表上所有元素的參數
  
* Dreiding 力場適用於有機小分子、大分子、主族元素的計算

* 反應力場
  
* 是一種基於鍵級的分子力場，常用於分子動力學模擬
  
* 傳統力場因不能滿足斷裂和形成鍵的要求而不能模擬化學反應，因而 ReaxFF 避開了顯式的鍵並基於鍵級，從而允許連續的鍵的形成或斷裂



參見


* 計算化學

* 量子化學

* 分子模擬
分子力學採用經典力學來模擬分子體系。在分子力學中，使用分子力場方法計算出所有系統的勢能。分子力學可用於研究小分子，也可用於研究具有成千乃至上百萬原子數的大型生物系統或材料。

全原子分子力學方法具有以下性質：


* 將每個原子模擬為單個粒子

* 每個粒子具有一個半徑值（通常為范德華半徑），極化率和一個恆定的淨電荷數（通常來自於量子計算和 / 或實驗）

* 將原子間互相成鍵作用模擬為「連線」，取平衡距離等於實驗或計算所得的鍵長

這個方法有幾個可能的變體。例如，許多模擬方法曾使用「原子團」模型（此模型將一個甲基基團或亞甲基單元視為單個粒子），而大型蛋白系統則通常使用「珠」模型（此模型將一個胺基酸視為二至四個粒子）進行模擬。



函數形式

下文中的函數（即化學勢函數，或稱化學力場函數），用於在給定的構象下，對獨立能量進行加和，計算分子體系的勢能（E）。

$$
\ E=E_{\text{covalent}}+E_{\text{noncovalent}}\,
$$

其中，共價鍵和非共價鍵的貢獻由下面的和式求出：

$$
\ E_{\text{covalent}}=E_{\text{bond}}+E_{\text{angle}}+E_{\text{dihedral}}
$$

$$
\ E_{\text{noncovalent}}=E_{\text{electrostatic}}+E_{\text{van der Waals}}
$$

分子體系的確切的勢能函數形式，或其分子力場形式，取決於所使用的特定的仿真程序。



應用領域

分子力學的一個應用是能量最小化。換句話說，將 力場原則用作 優化 準則，通過適當算法（如 最速下降法）尋找（局部）最小值。



環境和溶劑化



軟體包

這個列表不完整。有許多列表中未包含的軟體可以用於進行分子力學模擬的計算。



相關條目



參考文獻


* Allinger NL, Burkert U. Molecular Mechanics. An American Chemical Society Publication. 1982. ISBN 0-8412-0885-9.

* Box VG. The Molecular Mechanics of Quantized Valence Bonds. J Mol Model. March 1997, 3 (3): 124–41. doi:10.1007/s008940050026.

* Box VG. The anomeric effect of monosaccharides and their derivatives. Insights from the new QVBMM molecular mechanics force field. Heterocycles. 12 November 1998, 48 (11): 2389–417 [2014-03-15]. doi:10.3987/REV-98-504. （原始內容存檔於 2012-05-31）.

* Box VG. Stereo-electronic effects in polynucleotides and their double helices. J Mol Struct. 2004, 689 (1–2): 33–41. Bibcode:2004JMoSt.689...33B. doi:10.1016/j.molstruc.2003.10.019.

* Becker OM. Computational biochemistry and biophysics. New York, N.Y.: Marcel Dekker. 2001. ISBN 0-8247-0455-X.

* Mackerell AD. Empirical force fields for biological macromolecules: overview and issues. J Comput Chem. October 2004, 25 (13): 1584–604. PMID 15264253. doi:10.1002/jcc.20082.

* Schlick T. Molecular modeling and simulation: an interdisciplinary guide. Berlin: Springer. 2002. ISBN 0-387-95404-X.

* Krishnan Namboori; Ramachandran, K. S.; Deepa Gopakumar. Computational Chemistry and Molecular Modeling: Principles and Applications. Berlin: Springer. 2008. ISBN 3-540-77302-9.



外部連結


* Molecular dynamics simulation methods revised

* Molecular mechanics - it is simple （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
分子動力學是一套分子模擬方法，該方法主要是依靠計算機來模擬分子、原子體系的運動，是一種多體模擬方法。通過對分子、原子在一定時間內運動狀態的模擬，從而以動態觀點考察系統隨時間演化的行為。通常，分子、原子的軌跡是通過數值求解牛頓運動方程式得到，位能（或其對笛卡爾坐標的一階偏導數，即力）通常可以由分子間交互作用位能函數、分子力學力場、全始計算給出。對於考慮分子本身的量子效應的體系，往往採用波包近似處理或採用量子力學的費恩曼路徑積分表述方式處理。
分子動力學也常常被採用作為研究複雜體系熱力學性質的採樣方法。在分子體系的不同狀態構成的系綜中抽取樣本，從而計算體系的構型積分，並以構型積分的結果為基礎進一步計算體系的熱力學量和其他宏觀性質。
分子動力學最早在 20 世紀 50 年代由物理學家提出，如今廣泛應用於物理、化學、生物體系的理論研究中。



分子動力學簡史


* 1957 年：基於剛球勢的分子動力學法（Alder and Wainwright）

* 1964 年：利用 Lennard-Jones 勢函數法對液態氬性質的模擬（Rahman）

* 1971 年：模擬具有分子團簇行為的水的性質（Rahman and Stillinger）

* 1977 年：約束動力學方法（Rychaert, Ciccotti & Berendsen; van Gunsteren）

* 1980 年：恆壓條件下的動力學方法（Andersen 法、Parrinello-Rahman 法）

* 1983 年：非平衡態動力學方法（Gillan and Dixon）

* 1984 年：恆溫條件下的動力學方法 (Berendsen et al.)

* 1984 年：恆溫條件下的動力學方法（Nosé-Hoover 法）

* 1985 年：第一原理分子動力學法（→Car-Parrinello 法）

* 1991 年：巨正則系綜的分子動力學方法（Cagin and Pettit）

* 1993 年：路徑積分分子動力學



基本步驟


* 確定起始構型

　
: 進行分子動力學模擬的第一步是確定起始構型， 一個能量較低的起始構型是進行分子模擬的基礎 ，一般分子的起始構型主要來自實驗數據或量子化學計算。

　
: 在確定起始構型之後要賦予構成分子的各個原子速度，這一速度是根據波茲曼分布隨機生成的，由於速度的分布符合波茲曼統計，因此在這個階段，體系的溫度是恆定的。另外，在隨機生成各個原子的運動速度之後須進行調整，使得體系總體在各個方向上的動量之和為零，即保證體系沒有平動位移。


* 進入平衡相

　
: 由上一步確定的分子組建平衡相，在構建平衡相的時候會對構型、溫度等參數加以監控。


* 進入生產相

　
: 進入生產相之後體系中的分子和分子中的原子開始根據初始速度運動，可以想像其間會發生吸引、排斥乃至碰撞，這時就根據牛頓力學和預先給定的粒子間交互作用勢來對各個粒子的運動軌跡進行計算，在這個過程中，體系總能量不變，但分子內部位能和動能不斷相互轉化，從而體系的溫度也不斷變化，在整個過程中，體系會遍歷位能面上的各個點（理論上，如果模擬時間無限）。計算分析所用樣本正是從這個過程中抽取的。


* 計算結果

　
: 用抽樣所得體系的各個狀態計算當時體系的位能，進而計算構型積分。



作用勢與動力學計算

作用勢的選擇與動力學計算的關係極為密切，選擇不同的作用勢，體系的位能面會有不同的形狀，動力學計算所得的分子運動 和 分子內部運動的軌跡也會不同，進而影響到抽樣的結果和抽樣結果的位能計算，最初的分子動力學計算採用比較簡單的剛球勢，現在更多地採用蘭納 - 瓊斯勢，後者能夠更好的與粒子間交互作用擬合。



時間步長與約束動力學

分子動力學計算的基本思想是賦予分子體系初始運動狀態之後利用分子的自然運動在相空間中抽取樣本進行統計計算，時間步長就是抽樣的間隔，因而時間步長的選取對動力學模擬非常重要。太長的時間步長會造成分子間的激烈碰撞，體系數據溢出；太短的時間步長會降低模擬過程搜索相空間的能力，因此一般選取的時間步長為體系各個自由度中最短運動週期的十分之一。

但是通常情況下，體系各自由度中運動週期最短的是各個化學鍵的振動，而這種運動對計算某些 宏觀性質 並不產生影響，因此就產生了屏蔽分子內部振動或其他無關運動的約束動力學，約束動力學可以有效地增長分子動力學模擬的時間步長，提高搜索相空間的能力。



應用

分子動力學的計算過程給定了體系的總能量，因此適用於對微正則系綜的模擬計算，另外由於分子動力學計算過程始終是時間的函數，因此一些與時間有關的巨觀量如擴散係數的模擬必須應用分子動力學。

另外，在實際應用中，經常把分子動力學方法和蒙特・卡羅方法聯合使用。
在近年，多尺度模擬計算已經得到了很多學者的關注。在多尺度模擬計算中，分子動力學方法研究奈米級現象，蒙特・卡羅方法研究微觀形態，有限元方法應用於宏觀領域。通過多種尺度的多種模擬計算方法的聯合應用，令納觀與宏觀聯結起來。



參見


* 計算化學

* 分子模擬

* 量子化學



參考資料



外部連結


* （英文）The GPUGRID.net Project （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (GPUGRID.net)

* （英文）The Blue Gene Project (IBM)JawBreakers.org

* （英文）Materials modelling and computer simulation codes （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* （英文）A few tips on molecular dynamics （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* （英文）Movie of MD simulation of water (Youtube) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* （英文）Live molecular dynamics simulation rendered at 1 frame per second （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* （英文）Molecular Dynamics Simulation; 7 Essential Concepts You Need to Learn （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） }
分子馬達（Molecular motor）是分布於細胞內部或細胞表面的一類蛋白質，它負責細胞內的一部分物質或者整個細胞的宏觀運動。生物體內的各種組織、器官乃至整個個體的運動最終都歸結為分子馬達在微觀尺度上的運動。分子馬達將化學鍵中的能量耦合轉化為動能。而化學鍵中的能量最終來自細胞膜或粒線體膜內外的電化學梯度。



例子

一些在生物學中較為重要的分子馬達：


* 細胞骨架馬達蛋白：
  
* 肌球蛋白主要功能之一是使肌肉收縮。在非肌肉組織中維持細胞的彈性，以及參與細胞質分裂。
  
* 驅動蛋白以微管為軌道的動力蛋白，運動的極性由三磷酸腺苷水解酶（ATP 水解酶）活性域在蛋白一級結構中的位置決定。
  
* 動力蛋白一般是以超分子集成體的形式存在，往微管的負極運動。

* 聚合馬達蛋白：
  
* 肌動蛋白聚合作用產生用於推進的力。該過程需要利用三磷酸腺苷（ATP）水解釋放的能量。
  
* 微管聚合作用需要利用三磷酸鳥苷（GTP）。
  
* 發動蛋白主要功能是從細胞膜中分離網格蛋白芽。該過程需要利用 GTP。

* 轉動馬達蛋白:
  
* F0F1 三磷酸腺苷合成酶 (ATPase) 位於細胞膜或粒線體膜上。利用電化學質子的梯度合成 ATP。
  
* 轉動馬達蛋白令大腸桿菌（_E. coli_）和其他一些細菌的鞭毛像螺旋槳一般轉動，使它們完成遊動、翻滾或轉向的動作。這種蛋白質由跨膜質子流驅動，運作機制可能與中利用到的 Fo 馬達相似。

* 核酸馬達蛋白：
  
* DNA 聚合酶以一條單鏈 DNA 為模板合成與之互補的 DNA 單鏈。
  
* RNA 聚合酶 (RNAP) 以一條單鏈 DNA 為模版轉錄合成與之互補的 RNA 單鏈。
  
* 解旋酶將雙鏈的核酸分解為在複製和轉錄中需要利用到的單鏈。該過程需要利用 ATP。
  
* 拓撲異構酶降低細胞中 DNA 的超螺旋數目。該過程需要利用 ATP。
  
* RSC 和 SWI/SNF 複合物重塑真核細胞中的染色質。該過程需要利用 ATP。
  
* 染色體結構維持蛋白被利用於真核細胞中的染色體凝聚。
  
* 病毒 DNA 的包裝馬達蛋白在病毒的複製周期內將其 DNA 注入其衣殼中，使該 DNA 分子被衣殼蛋白緊密包裹起來。

* 微絲聚合可產生推動力。

* 人工合成的動力分子已被一些化學家制出。它們通過改變分子的手性產生扭矩，從而在宏觀上產生轉向力。



實驗方法


* 高清晰度活體顯微鏡技術

* 廣視野顯微鏡與三維去卷積 (decovolution) 技術
  
* 共焦距顯微鏡 (confocal microscopy) 技術
    
* 掃描共焦距雷射顯微技術 (laser-scanning microscopy)
    
* 轉碟共焦距顯微鏡技術 (spinning-disc confocal microscopy)
  
* 全反射 (Total Internal Reflection) 與傾斜入射 (Oblique illumination) 雷射顯微鏡技術

* 動力分子的主要研究方法還包括分子物理學中的一些技術：
  
* 螢光共振能轉技術 (FRET)，以及螢光交互波譜分析 (FCS)
  
* 單分子電生理分析（Electrophysiology），用於測量單個離子通道 (ion channel) 的動力學
  
* 單分子滑動化驗法（single molecule gliding assay），用於測量動力分子的運動速度，彈簧常數，以及 processivity.
  
* 光鑷，用於測量動力分子的力學性質



參考文獻



外部連結


* Cymobase （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - 關於細胞骨架及分子馬達蛋白序列資料的資料庫



參見


* 分子力學

* 蛋白質動力學

* 馬達蛋白

* 細胞骨架
分子對接（macromolecular docking ）是分子模擬的重要方法之一，其本質是兩個或多個分子之間的識別過程，其過程涉及分子之間的空間匹配和能量匹配。分子對接方法在藥物設計、材料設計等領域有廣泛的應用。



歷史

分子對接這一想法的歷史可以追溯到 19 世紀提出的受體學說，Fisher 提出的受體學說認為，藥物與體內的蛋白質大分子即受體會發生類似鑰匙與鎖的識別關係，這種識別關係主要依賴兩者的空間匹配。隨著受體學說的發展，人們對生理活性分子與生物分子的相互作用有了更加深刻的認識，從基於空間匹配的剛性模型逐漸發展成為基於空間匹配和能量匹配的柔性模型。模型的優化使通過計算模擬分子間相互作用的設想更容易實現。另一方面，計算機和計算科學的迅速發展又使得人們能夠處理大量數據，這兩方面的因素共同促成了分子對接方法的出現。

早期的分子對接方法用分子力學方法或者量子化學方法計算小分子之間分子識別，在一些分子模擬軟體包中也含有分子對接的模塊。但是由於算法和計算機處理能力的限制，早期的對接方法較難處理含有大分子的分子對接過程。

1995 年由 Accelrys 公司開發的計算化學軟體 Affinity 上市，這是第一個可以進行有大分子參與的商業化分子對接軟體，此後，商業化和免費的分子對接軟體層出不窮。現在應用中的分子對接軟體涵蓋了剛性對接、半柔性對接、柔性對接等各種對接方法，在能量優化方面則使用了人工神經網絡、遺傳算法、模擬退火、禁忌搜索、局部搜索等各種方法，目前的分子對接方法是研究小分子與大分子相互作用模式、生物大分子間識別、分子自組裝、超分子結構等課題的常用方法之一。



原理與方法

分子對接方法的兩大課題是分子之間的空間識別和能量識別。空間匹配是分子間發生相互作用的基礎，能量匹配是分子間保持穩定結合的基礎。對於幾何匹配的計算，通常採用格點計算、片斷生長等方法，能量計算則使用模擬退火、遺傳算法等方法。

各種分子對接方法對體系均有一定的簡化，根據簡化的程度和方式，可以將分子對接方法分為三類。

剛性對接：剛性對接方法在計算過程中，參與對接的分子構像不發生變化，僅改變分子的空間位置與姿態，剛性對接方法的簡化程度最高，計算量相對較小，適合於處理大分子之間的對接。

 
半柔性對接：半柔性對接方法允許對接過程中小分子構像發生一定程度的變化，但通常會固定大分子的構像，另外小分子構像的調整也可能受到一定程度的限制，如固定某些非關鍵部位的鍵長、鍵角等，半柔性對接方法兼顧計算量與模型的預測能力，是應用比較廣泛的對接方法之一。

柔性對接：柔性對接方法在對接過程中允許研究體系的構像發生自由變化，由於變量隨著體系的原子數呈幾何級數增長，因此柔性對接方法的計算量非常大，消耗計算機時很多，適合精確考察分子間識別情況。



主要分子對接軟體

DOCK

Dock 是目前應用最廣泛的分子對接軟體之一，由 Kuntz 課題組開發。Dock 應用半柔性對接方法，固定小分子的鍵長和鍵角，將小分子配體拆分成若干剛性片斷，根據受體表面的幾何性質，將小分子的剛性片斷重新組合，進行構像搜索。在能量計算方面，Dock 考慮了靜電相互作用、范德華力等非鍵相互作用，在進行構像搜索的過程中搜索體系勢能面。最終軟體以能量評分和原子接觸罰分之和作為對接結果的評價依據。

AutoDock

Autodock 是另外一個應用廣泛的分子對接程序，由 Olson 科研組開發。AutoDock 應用半柔性對接方法，允許小分子的構像發生變化，以結合自由能作為評價對接結果的依據。自從 AutoDock3.0 版本以後，對能量的優化採用拉馬克遺傳算法 (LGA)，LGA 將遺傳算法與局部搜索方法相結合，以遺傳算法迅速搜索勢能面，用局部搜索方法對勢能面進行精細的優化。

FlexX

FlexX 是德國國家信息技術研究中心生物信息學算法和科學計算研究室開發的分子對接軟體，目前已經作為分子設計軟體包 BioSolveIT LeadIT 的一個模塊實現商業化。FlexX 使用碎片生長的方法尋找最佳構像，根據對接自由能的數值選擇最佳構像。FlexX 程序對接速度快效率高，可以用於小分子資料庫的虛擬篩選。



參考文獻



參見


* 分子力學

* 分子模擬

* 計算化學
分子建模（英語：Molecular modelling）或稱分子模擬，是指利用理論方法與計算技術，模擬出化學分子的外觀或性質，屬於計算化學與計算生物學領域的研究對象。並且是化學與生物學上，如結構生物學等學門所應用的研究方法。



分子建模軟體


* Agile Molecule （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* AMBER

* BALLView

* CHARMM

* Cerius2

* GAUSSIAN

* Ghemical

* GROMOS

* InsightII

* MarvinSpace

* MMTK

* MOE

* Molsoft ICM

* NOCH

* Oscail X

* PyMOL

* Sirius

* SPARTAN （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* Sybyl（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* VMD

* WHAT IF （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）



參見


* 分子影像

* 分子動力學



外部連結


* Center for Molecular Modeling at the National Institutes of Health (NIH) (U.S. Government Agency)

* Molecular Simulation

* The eCheminfo （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Network and Community of Practice in Informatics and Modeling

* Molecular Modelling Italian web portal



參考文獻
分子式（molecular formula）是用元素符號及各元素個數表示物質（單質、化合物）分子的組成、該物質分子量的化學式；分子式僅能表示一個分子所含每種原子的數目，並不能表明分子的結構。例如：葡萄糖的分子式為 ${\ce {C6H12O6}}$ ，一個分子含 6 個碳原子、12 個氫原子、6 個氧原子。

有些物質確實由分子構成，在分子內原子間以共價鍵聯結，而分子間以范德華力或氫鍵聯結，這些物質就具有分子式。如氧分子用 ${\ce {O2}}$ 表示，氯化氫分子用 ${\ce {HCl}}$ 表示。分子式不僅表示了物質的組成，更重要的，它能表示物質的一個分子及其成分、組成（分子中各元素原子的數目、分子量和各成分元素的重量比）；因此分子式比最簡式的含義廣。

分子式和實驗式（最簡式）不同，對化合物來說，它們的分子式是最簡式的整數倍，或者說分子量是最簡式的整數倍。僅當分子量和最簡式式量（formula weight）相同時，最簡式才和分子式相同，這時最簡式就是分子式。
分子結（molecular knot，也稱為 knotane）為一種類似繩結的機械互鎖分子結構。三葉結組態的分子結為手性分子，至少有二個對映異構，像 DNA 和一些特定蛋白都是自然生成的分子結。乳鐵蛋白和其線性的異構物有不同的性質。其他的合成分子結因為其球狀外形及奈米尺寸，因此是奈米科技中潛在的建設方塊。第一個合成分子結是由 Sauvage 在 1989 年合成。

knotane 一詞是由 Fritz Vögtle 等在 2000 年在應用化學期刊中創建，類似 Rotaxane（輪烷）、catenane（索烴），不過 IUPAC 尚未核定此一詞語。

已發現許多合成分子結的方式。也已找到合成五葉分子結的方式。



相關條目


* 大環 (化學)

* 超分子化學
分子探勘（Molecule mining）為使用分子的資料探勘。由於分子可由分子圖表示，這與圖形挖掘和結構化數據挖掘密切相關。主要問題是如何在區分數據實例時表示分子。其中一種方法是化學相似性度量，這在化學資訊學領域具有悠久的傳統。

計算化學相似性的典型方法是使用化學指紋，但這會導致丟失有關分子拓撲的基礎資訊。挖掘分子圖直接避免了這個問題。反向 QSAR 問題也適用於向量對映問題。



編碼 (分子 i, 分子 j\neq i)

核心方法


* 邊緣化圖形核心

* 最優分配核心

* 藥效核心

* C++(and R) 執行 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）結合
  
* 標記圖之間的邊緣化圖形核心
  
* 邊緣化核心的擴展
  
* 谷本核 (Tanimoto kernels)
  
* 基於樹形圖的圖形核心
  
* 基於用於分子 3D 結構的藥效核心

最大值共同圖形方法 (Maximum Common Graph methods)


* MCS-HSCS (單 MCS 最高得分普通子結構（HSCS）排名策略)

* 小分子子圖檢測器（SMSD）- 是一個基於 Java 的軟體庫，用於計算小分子之間的最大共同子圖（MCS）。這將有助於我們找到兩個分子之間的相似性 / 距離。 MCS 也用於通過擊打分子來篩選藥物化合物，其分享共同的子圖（子結構）。



編碼（分子 i）

分子查詢方法


* Warmr

* AGM

* PolyFARM

* FSG

* MolFea

* MoFa/MoSS

* Gaston

* LAZAR

* ParMol (包括 MoFa, FFSM, gSpan 和 Gaston)

* optimized gSpan

* SMIREP

* DMax

* SAm/AIm/RHC

* AFGen

* gRed

* G-Hash

基於神經網路特殊架構的方法


* BPZ

* ChemNet

* CCS

* MolNet

* Graph machines



參見


* 分子查詢語言

* 化學圖論



參考文獻

進一步閱讀


* Schölkopf, B., K. Tsuda and J. P. Vert: Kernel Methods in Computational Biology, MIT Press, Cambridge, MA, 2004.

* R.O. Duda, P.E. Hart, D.G. Stork, Pattern Classification, John Wiley & Sons, 2001. ISBN 0-471-05669-3

* Gusfield, D., Algorithms on Strings, Trees, and Sequences: Computer Science and Computational Biology, Cambridge University Press, 1997。 ISBN 0-521-58519-8

* R. Todeschini, V. Consonni, Handbook of Molecular Descriptors, Wiley-VCH, 2000. ISBN 3-527-29913-0



參見


* 定量構效關係

* ADME

* 分配係數



外部連結


* 小分子子圖檢測器 (SMSD) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - 是一個基於 Java 的軟體庫，用於計算小分子之間的最大共同子圖（MCS）。

* 2007 年第五屆國際挖掘與學習研討會 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* 2006 年概覽 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* 分子開採（基礎化學專家系統）

* ParMol 和 碩士論文文件（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - Java - 開源 - 分佈式挖掘 - 基準演算法庫

* TU 慕尼黑 - 克萊默集團

* 分子採礦（高級化學專家系統）

* DMax 化學助理 - 商業軟體

* AFGen （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - 用於生成基於片段的描述符的軟體
分子振動是指分子內原子間進行的週期性來回運動，而不包含分子的移動和轉動。這種週期性的運動頻率稱為振動頻率。在光譜學上常用紅外吸收光譜法與拉曼光譜學來測量分子的振動頻率，並用來分析分子結構。



振動座標系

一個擁有 _n_ 個原子的非線性分子有 3_n_ − 6 個振動正交模（vibrational normal mode），其餘為 3 個轉動、3 個移動。而線性的分子有 3_n_ − 5 個振動正交模，只有 2 個轉動。雙原子分子為線性分子，所以有一個振動模。每一振動正交模有其不同的振動頻率。分子的振動正交模可透過群論的點群來分析。

範例

以乙烯 (C2H4) 作為例子，C2H4 有 6 × 3 − 6 = 12 個振動模：

其中，有 4 個 C-H 伸展 (stretching)、1 個 C=C 伸展、2 個 H-C-H 剪式運動 (scissoring)、1 個 H-C-H 擺動 (rocking)、1 個 C-C-H 擺動、2 個 H-C-H 搖擺 (wagging) 與 1 個 H-C-H 扭轉 (twisting)。在擺動、搖擺與扭轉模，原子間的鍵長不會改變。

乙烯的對稱性屬於 D2h 點群，下表列出其 12 個振動正交模及其對應點群的不可約表示 (irreducible representation)、頻率及紅外（Infrared active，IR active）與拉曼活性（Raman active）：



量子化學

在處理正交振動模時，量子化學使用簡諧運動來近似處理分子振動。解薛丁格方程式可獲得以下的振動能階公式：

 $E_{n}=\left(n+{1 \over 2}\right)h{1 \over {2\pi }}{\sqrt {k \over m}}\!$
其中 _n_ 為振動量子數 0, 1, 2,...，可用來代表其振動能階、振動量子態，詳細推導請參閱量子諧振子。



參閱


* 分子對稱性

* 紅外吸收光譜法

* 拉曼光譜學



參考文獻
分子探針 (Molecular Probes) 公司是一家專注於螢光染色領域的生物技術公司。2003 年被現美國生命技術公司的前身 Invitrogen 以約 3.25 億美元現金收購 ，目前屬於生命技術公司的子公司。

該公司 1975 年由 Richard 夫婦在其美國明尼蘇達家中的廚房創辦，之後曾短暫遷往德克薩斯，並於 1980 年代早期遷至俄勒岡。1989 年，從俄勒岡 Junction City 搬遷到目前所在的尤金。

該公司產品的命名頗有特色。德克薩斯紅是 Haugland 夫婦在德州期間從羅丹明的衍生物中開發的一種染料。而俄勒岡綠和 Cascade 藍染料則因是公司在俄勒岡期間開發而得名。Marina Blue 和公司最著名的產品 Alexa Fluor 則取名於 Hauglands 夫婦的女兒 Marina 和兒子 Alex。



參考文獻



外部連結


* Molecular Probes Handbook
分子擴散（英語：molecular diffusion），通常簡稱擴散，是任何粒子（氣體或液體）於絕對零度以上之環境下的熱力學運動。本行為的速率是溫度、流體黏度以及粒子大小（質量）的函數。擴散解釋高濃度與低濃度之間存在分子淨通量的原因。一旦濃度相等，分子雖持續運動，但由於濃度梯度已不復存在，分子遂停止擴散，改由自擴散主導分子的隨機運動。擴散的結局是材料逐漸混合，使分子分佈達成均勻。由於分子依然持續運動，但平衡也已經建立，因此分子擴散的最終狀態被稱為「動態平衡」。在具有均勻溫度的相態中，因不受外部淨力影響，擴散過程最終將達到完全混合。

今考慮兩個等溫且有能力交換粒子的系統，S1 與 S2。如果系統位能有發生交換；例如 μ1>μ2（μ 為化學勢），則系統 S1 至系統 S2 將有能量流產生，因為自然傾向降低能量並使熵值極大化。

分子擴散一般都以菲克定律作為其數學描述。



應用

擴散是許多物理、化學及生物學科重要的基礎。一些應用擴散的例子如下：


* 以燒結來製造固體材料（粉末冶金、製造陶瓷等）

* 化學反應器設計

* 化學工業的觸媒設計

* 改善鋼鐵性質

* 半導體製程的摻雜



重要性

擴散是輸送現象的一部份，是一種較緩慢的質傳方式。

生物學

於細胞生物學中，擴散是細胞間傳送必要物質（如胺基酸）的主要方式。溶劑（如水）在半透膜上的擴散行為則被稱為滲透。



氣體分子擴散

物質於靜止流體或跨越穩流流體之流線的輸送方式為分子擴散。兩相鄰容器以隔牆隔開，並各自裝有兩假想之氣體 A 與 B，於容器中隨意運動著。倘若隔牆被移除，部分氣體 A 將移往原來被氣體 B 佔據的區域。相反地，B 分子也將移往原來被純 A 分子佔據的區域。最終，兩種分子達成完全混合。在此之前，A、B 之濃度皆隨著擴散軸向（X）逐漸變化，可以數學表示為 - dCA/dx，其中 CA 是 A 的濃度。數學式前方的負號代表 A 濃度隨著距離 x 的增加而減少。同樣地，B 濃度的變化則為 - dCB/dx。分子 A 的擴散速率 NA 與濃度梯度和分子 A 於 x 方向上的平均速率相關，而這個關係得以菲克定律描述：

　
: $N_{A}=-D_{AB}{\frac {dC_{A}}{dx}}$ （僅可用於無整體流動的情形下）



等莫耳逆向擴散



相關條目


* 擴散

* 氣體分子擴散

* 等莫耳逆向擴散

* 雙極性擴散
分子食物（英語：Molecular gastronomy）又稱為分子美食、分子料理，被人們稱為未來食物、人造美食，所謂的分子食物是指把葡萄糖 (C6H12O6)、維生素 C (C6H8O6)、檸檬酸 (C6H8O7)、麥芽糖醇 (C12H24O11) 等等可食用的化學物質進行組合或改變食材分子結構，再重新組合。也就是從分子的角度製造出無限多的食物，不再受地理條件、產量等因素的局限。一些科學家認為，「人造」食物很有可能解決某些地方食物短缺的問題。



製作 / 重製

大廚利用各種奇異工具，透過物理或者化學的變化，把食材的味道、口感、質地、樣貌完全打散，再重新「組合」成一道新菜。比如，把固體的食材變成液體甚至氣體食用，或使一種食材的味道和外表酷似另一種食材。如：用蔬菜製作的魚子醬、冰淇淋般的馬鈴薯、奶油與起司做的雞蛋、果凍製成生魚片壽司、泡沫狀糕點等。但頂級分子食物製作起來就如同做科學實驗一樣複雜，難度極高，因此價格也極高。



棉花糖

常見的棉花糖是分子食物，蔗糖晶體的分子原本有著非常整齊的排列方式，一旦進入棉花糖製作機，機器中心溫度很高的加熱腔釋放出來的熱量會打破晶體的排列，從而使晶體變成糖漿。而加熱腔中有一些比顆粒蔗糖尺寸還小的孔，當糖在加熱腔中高速旋轉的時候，離心力將糖漿從小孔中噴射到周圍。由於液態物質遇冷凝固的速度和它的表面積有關，表面積越大凝固越快。因此從小孔中噴射出來的糖漿就凝固成糖絲，不會黏連在一起。也就是改變食材分子間的組織結構，再重新組合。



延伸閱讀


* Caporaso, Nicola, Diego Formisano (2016). Developments, applications, and trends of molecular gastronomy among food scientists and innovative chefs. Food Reviews International, 32(4), 417-435.

* Hoelscher, Dietmar, _Molecular kitchen and moleculare mixology: you can do what you imagine_ (2008 DVD) ISBN 978-3-00-022641-0

* Kurti, Nicholas, _But the Crackling Is Superb_, Institute of Physics Publishing, 1998 ISBN 978-0-85274-301-0

* McGee, Harold, _The Curious Cook_. North Point Press, Berkeley, 1990.

* McGee, Harold, _On Food and Cooking: The Science and Lore of the Kitchen_. Scribner, New York, 2004. ISBN 0-684-80001-2.

* This, Hervé, _Building a Meal: From Molecular Gastronomy to Culinary Constructivism_, Columbia University Press 2009 ISBN 978-0-231-14466-7

* This, Hervé, Pierre Gagnaire: _Cooking: The Quintessential Art_, University of California Press 2008 ISBN 978-0-520-25295-0

* This, Hervé, _Kitchen Mysteries: Revealing the Science of Cooking_. Columbia University Press, New York, 2007 ISBN 978-0-231-14170-3

* This, Hervé, _Molecular Gastronomy: Exploring the Science of Flavor_. Columbia University Press, New York, 2006. ISBN 978-0-231-13312-8

* Wolke, Robert L., "What Einstein Told His Cook: Kitchen Science Explained" (2002, 350p) ISBN 0-393-01183-6



參見


* 上泰晤士報查分子食物 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* 新華網：你吃過「分子食物」嗎？ （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
分子晶體指的是物質內部由范德華力（又稱作范德瓦耳斯力或分子間作用力）將分子結合起來的固體物質。



構成

晶體的內部由分子構成，大多數非金屬單質（少數如 Si 等除外）、它們的化合物以及大多數有機物在處於固態時都屬於分子晶體。其內部各個分子間由一種不是化學鍵的分子間作用力相互吸引，結合成晶體。



性質

分子晶體的熔沸點一般比較低，且固態與液態均不導電。若要比較不同分子晶體的熔沸點的高低，則有以下幾個方法：

比較相對分子質量

相對分子質量越大，該晶體的熔沸點就高。

　
: 例如：熔沸點 F 
2 < Cl 
2 < Br 
2 < I 
2

比較氫鍵

含有氫鍵的晶體熔沸點比不含氫鍵的晶體的沸點大得多。例如：水（H 
2O）的熔沸點比氯化氫（HCl）的熔沸點高得多，這時因為水分子中 H 與其他水分子中的 O 結合緊密，形成了氫鍵。而氯化氫分子中則沒有這種結構。
分子束是一種以移動速度近乎相同且極少相互碰撞顆粒（原子、自由基、分子或離子）組成的波束，一種氣體在較高的壓力下膨脹以通過一個小孔進入壓力較低的腔室內而形成分子束。分子束可應用於以分子束外延的方法生產薄膜和人工結構（如量子阱、量子線和量子點），在交叉分子束法中亦有應用。可通過操縱電場和磁場使分子束中的分子減速，斯塔克減速或者塞曼減速器可使其減速。



歷史

第一個研究分子束的是 H・卡爾曼和 F.Reiche。1921 年，他們開始對電偶極矩和極性分子在不均勻電場中的偏轉產生興趣。1922 年的施特恩－格拉赫實驗激發了他們工作的靈感，該實驗中使用的並非分子束，而是原子束。 1927 年，Erwin Wrede 首次發現電偶極矩和分子束（使用氯化鉀等二元鹽）偏轉之間的關係。
在 1939 年，伊西多・拉比發明了一個分子束核磁共振的方法，這種方法通過兩個磁體依次產生非均勻磁場，曾用來利用氯化鋰、氟化鋰和二鋰分子束來測量鋰的幾個同位素的磁矩。該方法是 NMR 的前身。。1957 年，戈登、澤格和湯斯利用氨分子和一種特殊的靜電四極聚焦器造出了微波激射器。



參考文獻



參見


* F.M.Devienne
分子束磊晶（英語：Molecular beam epitaxy, MBE）是使單晶材料生長的一種方法，由貝爾實驗室的 J. R. 亞瑟（J. R. Arthur）和卓以和（Alfred Y. Cho）於 1960 年代後期發明。



方法

分子束磊晶於高真空或超高真空（ultra-high vacuum，10−8 帕斯卡）的環境進行。分子束磊晶最重要的方面是其低沉積率，通常使薄膜以每小時低於 3000 奈米的速度磊晶生長。如此低的沉積率要求真空程度足夠高，以達到其他沉積方式同等級別的潔淨程度。

在固體源的分子束磊晶過程中，諸如鎵、砷的元素，會以超純（ultra-pure）的形式在獨立的石英克努森容器（Knudsen Cell）中被加熱，直到它們開始緩慢昇華。然後，這些氣態物質在晶圓上凝結，而且它們在那裡互相作用。以鎵和砷為例，上述作用可以產生單晶砷化鎵。術語「（分子）束」的意思是過程中的氣體原子並不產生交互作用，也不與真空室物質反應，除非它們接觸到晶圓。這是因為這些氣體具有較長的平均自由徑。

磊晶過程中，反射式高能電子繞射（Reflection high-energy electron diffraction，縮寫：RHEED）經常被用來檢測晶體層次生長的行程。電腦能夠控制反應室前方的一個「閥門」，從而實現對每個層次的精確控制，其精確度可以達到單層原子。不同材料層次的精細結構可以通過這種方式產生。此種控制方式可以把電子束縛在一定空間裡，產生量子阱（quantum well）和量子點（quantum dot）。上述的「層」對於很多現代的半導體元件十分關鍵，包括雷射二極體和發光二極體。

有的系統需要冷卻底層。生長室的超高真空環境必須使用一個低溫泵（cryopump）來維持，而液氮或低溫氮氣可以使內部溫度冷卻到 77 克耳文（−196 攝氏度）。低溫環境可以進一步降低真空中雜質的含量，為沉積薄膜提供更好的條件。在其他系統裡，晶體生長的晶圓可能會被安裝在一個旋轉的圓盤上，這個圓盤可以被加熱到幾百攝氏度。

分子束磊晶也曾被用於某些種類有機半導體（organic semiconductors）的沉積過程。在上述的情況中，被氣化、然後在晶圓沉積的是材料的有機分子而非原子。其他的分支還包括氣態源分子束磊晶（gas-source MBE），這一方式與化學氣相沉積（chemical vapor deposition）類似。

最新的分子束磊晶技術還在新型電子元件製造、電磁應用、光學應用等領域中，被用於氧化物材料的沉積。為了實現這些目的，分子束磊晶系統必須進行改進，從而能夠與氧源協同作用。



ATG 不穩定性

ATG 不穩定性，全稱阿薩羅 - 蒂勒 - 格林菲爾德不穩定性（Asaro-Tiller-Grinfeld instability），或簡稱為格林菲爾德不穩定性，是分子束磊晶過程中經常遇到的一種彈性不穩定狀況。假設生長的薄膜和支撐晶體的晶格尺寸錯位（mismatch），彈效能量將會在生長的薄膜上積累。當其達到一定的轉折量時，薄膜可以通過分裂為幾個孤立塊的方式，使自由能量的數值降低，這樣積累的張力就可以得以釋放。上述的「轉折量」的數值取決於材料的楊氏模量（Young's modulus）、錯位的尺寸以及表面張力。

已經有不少關於 ATG 不穩定性在應用方面的研究正在進行，例如量子點的自組裝（self-assembly）。



參考來源

注釋

引用

文獻


* 
* *



外部連結


* （簡體中文）中國科學院半導體研究所關於分子束磊晶技術的介紹

* （英文）Silicon and germanium nanowires by molecular beam epitaxy （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* （英文）University of Texas MBE group

* （英文）Physics of Thin Films: Molecular Beam Epitaxy (class notes)

* （英文）SIMULATION OF MOLECULAR BEAM HOMOEPITAXIAL GROWTH OF GAAS （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - uiuc
分子查詢語言（英語：Molecular Query Language，簡寫 MQL），是一種在化學信息學領域中為複雜、困難和特殊的分子檢索問題而設計的計算機語言。相比於已經廣泛應用的 SMARTS 檢索，分子查詢語言為原子和化學鍵的空間和物理化學屬性提供了技術規範。此外，這種語言也容易擴展後用於非原子圖譜的查詢處理。

這種查詢語言基於擴展的 extended Backus–Naur form（簡稱 EBNF) 使用 javaCC 寫成。



注釋與參考文獻


* E. Proschak, J. K. Wegner, A. Schüller, G. Schneider, U. Fechner, _Molecular Query Language (MQL)-A Context-Free Grammar for Substructure Matching_, J. Chem. Inf. Model., 2007, _47_, 295-301. doi:10.1021/ci600305h



外部連結


* Java Webstart application for MQL
分子標誌（英語：Molecular marker）是遺傳標記的一種，是在基因水平上的標記，是直接在 DNA 分子上檢測遺傳變異。分子標誌能對不同發育時期的個體、任何組織器官甚至細胞作檢測，數量極多，遍及整個基因組，多態性高，遺傳穩定，不受環境及基因表達與否的限制，正是因為這些優點分子標誌的應用越來越廣泛。它包括 RFLP、RAPD、AFLP、SSR 和 ISSR 等等。



另見

生物標記
《分子植物》(ISSN 1674-2052，在線 ISSN 1752-9867，_Molecular Plant_) 是由中科院上海生科院植物生理生態研究所和中國植物生理學會共同主辦的一份分子植物學方面的學術期刊，2008 年創刊。由《植物生理與分子生物學學報》改辦。
分子機器（molecular machine）也稱為奈米機器（nanomachine）是由少量的分子所組成，可以對特定的刺激（輸入）產生準機械運動（輸出）的物體。分子機器一詞也常用來表示模仿巨觀世界機器功能的分子。在奈米科技中常提到分子機器，曾提出許多有複雜結構的分子機器，目標是要建構分子組裝機。分子機器可以分為合成的及天然的兩種。

有些分子系統可以使化學或是力學過程偏離其平衡點，是在化學及奈米科技中的重要分支。只要這類的系統可以產生有用的功，依分子機器的定義來看，這也算是分子機器。

2016 年諾貝爾化學獎頒給讓 - 皮埃爾・索瓦日、弗雷澤・斯托達特及伯納德・費林加，原因就是因為他們在分子機器上的設計及合成。



相關條目


* 納機電系統

* 奈米力學

* 奈米傳感器

* 蛋白質動力學

* 分子馬達

* 布朗馬達
雙氮配合物，又稱分子氮配合物，是指含有分子氮作為配體的配合物。這類配合物比較少見，不過自首次製得以來，已有數以百計的雙氮配合物被製得，幾乎涵蓋元素周期表上從 IVB 到 VIII 族所有的過渡元素。雙氮配合物的發現在固氮研究方面有一些意義，不少人希望通過形成雙氮配合物來削弱氮分子的叄鍵，活化分子氮，從而達到將氮還原為氨的目的。



歷史

第一個雙氮配合物 —— 二氯化雙氮・五氨合釕 (II) [Ru (NH3)5(N2)]Cl2 是由多倫多大學的 Allen 和 Senoff 在 1965 年製得的。他們在水溶液中用水合肼還原 RuCl3·3H2O 企圖製備 [Ru (NH3)6]2+ 時，偶然得到了上述化合物。該化合物在紅外光譜中，在～2100 cm−1 處有一強吸收帶。此化合物的發現打破了化學界認為分子氮不能作 π 接受體，不能形成配合物的傳統觀念。



製備

雙氮配合物的製備方法一般為：

1. 將其他含氮配體（如肼）還原為分子氮。
2. 強還原劑存在下，直接用氮氣與金屬配合物（特別是含活性配體的配合物）反應合成。如：（以下反應均在標準壓力下進行）
  1. CoH3(Ph3P)3 + N2 → Co(H)(N2)(Ph3P)3
  2. Co(acac)3 + 3Ph3P + N2 —Al (異 - C4H9)3→ Co(H)(N2)(Ph3P)3
  3. FeCl2 + 3 EtPh2P + N2 —NaBH4、EtOH→ Fe(H2)(N2)(EtPh2P)3
3. 以已有雙氮配合物為原料，利用取代反應合成。



結構

雙氮配合物中的分子氮通常通過端基或橋連的方式與金屬原子配位，少數也可以側基的形式配位。分子氮與金屬原子的配位，減弱了氮 - 氮間的鍵級，使鍵長有所增加，這一點可以通過氮 - 氮鍵的伸縮振動頻率值觀察到。



化學性質

金屬配合物和 N2 分子反應，產生雙氮配合物後，由於金屬原子的電子反饋到 N2 分子的反鍵軌道中，致使 N2 分子中的三鍵的鍵能降低，N≡N 間的距離增大，N2 分子的化學活性增加。

有些雙氮配合物中的分子氮可以被還原，產生氨或者聯氨，但目前為止此類穩定的雙氮配合物數量還不多。雙氮配合物主要對氧化劑敏感，很多是在金屬中心被氧化的同時，失去氮分子。此外，雙氮配合物還可以進行配體的取代反應，分子氮或其他配體（對於穩定的雙氮配合物）被替換。端基雙氮配合物中的外端氮原子因具有較高的負電荷密度，還可作為路易斯鹼進行反應，轉化為同核或異核的橋連雙氮配合物。
中性演化理論全稱為分子演化的中性理論（英語：Neutral theory of molecular evolution），簡稱為中性理論。是日本遺傳學家木村資生在 1968 年早期所提出的一種演化理論。

這個理論認為在分子遺傳學的層次上，基因的變化大多數是中性突變，也就是對生物個體的生殖與生存既沒有好處也沒有壞處的突變。由於中性突變並不受自然選擇影響，而是由中性的突變基因的遺傳漂變產生的，因此中性理論也曾被認為是與查爾斯・達爾文的自然選擇論處於競爭狀態。另外木村資生提出突然變異產生的蛋白質和原本的蛋白質之間沒有適應性的差異時的突然變異則稱為中立突然變異的理論。

不過現今的演化生物學家認為，自然選擇理論與中性理論是能夠並立且互補的。例如木村資生本人便曾在 1986 年說：「此理論並不否認自然選擇對於適應演化上的方向決定」。

中性演化理論承認了多數突變基因為有害基因這一可能性，但是認為由於自然選擇的快速移除，對於物種內或物種間，這些基因並不會造成分子層面上持續的重大的改變，因而中性基因的遺傳漂變在分子演化中起著更重要的作用。此外，這一理論還認為，最終中性突變能否被遺傳是由隨機遺傳漂變模型所描述的抽驗過程所決定。 

這一理論最早由日本生物學家木村資生在 1968 年提出，而兩名美國生物學家 Jack Lester King 和 Thomas Hughes Jukes 在 1969 年也相對獨立地提出了這一理論。 理論的細節由木村在其 1983 年的專著 _The Neutral Theory of Molecular Evolution_ 中描述。根據木村所言，這一理論只適用於分子層面的演化，但表型的進化仍然是由自然選擇控制。這一提法被更廣泛的「中立選擇（neutralist-selectionist）」爭論所沿用，用以解釋分子分化與多樣組合的模式的解釋。這一爭論在 20 世紀 70 到 80 年代達到頂峰，期間大量關於分子層面選擇的證據被發現。



概覽

諸如 Freese (1962) 和 Freese&Yoshida (1965) 等資料顯示，中性突變可能是廣泛的，隨之 木村資生在 1968 年提出中性演化理論來解釋這一現象，在 1969 年 King 和 Jukes 也不約而同地提出這一理論。

理論的提出者們猜想，絕大多數已知物種的基因差異在自然選擇上都是「中性」的，亦即這些基因上的差異所產生的表達的分子之間的差異不影響自然選擇中物種的適應度。由此，中性演化理論認為這些基因組的特性既不從屬於自然選擇，也不能被自然選擇所能解釋。這一觀點建立在密碼子簡併性基礎上 —— 密碼子簡併性指的是組成密碼子即便核酸序列不同，但編碼得到的胺基酸也可能相同。例如，_GCC_ 和 _GCA_ 均是丙氨酸的密碼子。因此，許多可能的只有一個核酸的改變可能實際上是「沉默的」或者「不表達的」(參見：同義替換)，在生物學上被認為是作用極小或者沒有作用的。

建立在中性演化理論基礎上的第二個假說即是：多數的進化實際上是等位基因遺傳漂變的結果，而並不是諸如非中性基因的遺傳連鎖造成的遺傳便車等原因造成的。突變出現後，中性的等位基因可能通過遺傳漂變在族群里根據普遍。但通常情況下，突變會消失，少數情況下會被固定下來，成為族群較為「標準」的基因。這一隨機過程可以被抽樣事件的形式描述，並遵從描述隨機遺傳漂變的公式。

根據這一理論，突變以 μ 的速度發生在每 2N 拷貝的一個基因上，有 1/(2N) 的概率被固定。這意味著，如果所有的突變都是中性的，突變固定的速度會在差異化的族群中累積，並等於每人的基因突變（如 DNA 複製出錯）的概率，均等於 μ。當中性突變的比例為常數時，族群之間的差異率也為常數。儘管分子時鐘的發現早於中性演化理論的提出，但這為分子時鐘提供了理論依據。

中性理論與新達爾文主義理論不同，許多分子生物學家和群體遺傳學家都為其發展做出了貢獻。

中性理論並不排斥自然選擇的發生。進化生物學家通常將自然選擇分為兩大類：_純化選擇（purifying selection）_ , 和_正向選擇（positive (Darwinian) selection）_ ；前者會使有害突變消亡，後者會使得有優勢的基因被偏好。正向選擇也被歸為定向選擇的子類，定向選擇傾向於固定有優勢的基因；同時，平衡選擇可以基因座上的多態性。中性演化理論預言了純化選擇的無所不在，但正向選擇則十分罕見，但其在適應性進化中的作用並未被否定。純化選擇是蛋白編碼基因進化的常態，正向選擇相對稀少；但有趣的是，這是因為這樣的選擇會導致編碼基因逐漸偏離常態。這一理論之後，根井正利提出了更加全面而現代的分子進化理論。



中性選擇爭論

木村資生的理論一出現就伴隨著激烈的爭論。爭論多數圍繞著任何基因組里，到底有相對多少比例的等位基因是中性的，而又有多少不是中性的。與多數外行人的感知不同的是，這一爭論與自然選擇是否發生並無關係。木村資生稱，分子演化是由具有選擇性的中性演化決定的，而在表型層面，性狀的改變可能由自然選擇而非遺傳漂變所決定的。

根據分子演化的中性理論，種群內遺傳差異的數量應當與有效族群大小成比例。而遺傳多樣性比起普查得到的種群規模遠小得多，由此產生了 "遺傳差異的悖論（paradox of variation）"。高水平的遺傳多樣性是支持中性演化理論的幾個初始論點之一，因此這一悖論也成為了反對中性演化理論最有力的論斷之一。

太田朋子強調了接近中性的突變，尤其是損害較小的突變之重要性。近中性變異的種群變遷在本質上與中性突變的相同，除非 N 表示自然選擇的有效族群大小，選擇係數的決定值大小大於 1/N。N 的值因而會影響多少突變被視為中性而多少突變被視為有害。

大量的統計模式測試過中性演化理論與實際演化的匹配情況。(例如 McDonald-Kreitman 測試)，並且一批作者聲稱監測到了選擇。(如：Fay et al. 2002, Begun et al. 2007, Shapiro et al. 2007, Hahn 2008, Akey 2009 等)。然而，根井正利等人在 2010 年發文稱，這些統計模式基於大量的在生物學上是不合理的假設。



參見


* 根井正利

* 木村資生

* 分子演化

* 太田朋子

* Coalescent theory

* Nearly neutral theory of molecular evolution

* Unified neutral theory of biodiversity



參考資料



外部連結


* Misconceptions about natural selection and adaptation: the neutral theory（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） at http://evolution.berkeley.edu（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）.
熱運動是自然界中獨立存在的基本運動形式之一，有巨大數量微觀粒子（分子、原子、電子或點陣粒子等）參與的永不停息的無規則運動，並伴有頻繁碰撞。



存在原因

宏觀物質由巨大數量的微觀粒子構成。例如一莫爾物質，所含的結構粒子數目就有 1023 量級。永恆運動是微觀粒子的固有本性。每個粒子都在運動著的複雜多變的其他粒子作用下運動，呈現出宏觀不可控制的瞬息萬變的雜亂狀態。這勢必導致限定範圍內（即該物體中）大量粒子頻繁碰撞。標準狀態下，每立方厘米氣體，在一秒鐘內，分子碰撞的次數為 1029 量級。每次碰撞，粒子都改變運動狀態，從而加劇了運動的無規性。分子碰撞的劇烈程度隨溫度升高而加劇，故稱熱運動。固體中的點陣粒子之間，雖然並不發生直接的物理接觸，但是粒子熱振動間存在相互作用，其中某些效果猶如流體分子之間發生的碰撞。可見，熱運動是宏觀物體客觀存在的一種自然形態。



宏觀事實與微觀事實

「無規性」並非毫無規律可循。每個粒子都是一個力學體系，遵循力學規律，只是宏觀條件無法簡單且有規律地對其進行控制。宏觀條件只能決定大量粒子的整體運動行為。單個粒子的機械運動與粒子總體的熱運動是兩種性質不同的獨立運動，分別遵守力學規律和統計規律，兩者本質上是不同的規律。從實驗總結出的熱運動宏觀理論是熱力學；揭示熱運動微觀本質的理論是統計物理學，而氣體動力論則是它的一個組成部分。
分子物理學是研究分子的物理性質以及將原子結合為分子的化學鍵性質的學科，與化學學科緊密相連，同時和原子物理學密切相關。

分子物理學中最重要的實驗手段是光譜分析。分子譜和原子譜的最大區別是，除了組成原子的原子能階之外，還有分子本身的轉動和振動能階。

除了從原子得知的電子激發態以外，分子可以旋轉與震動。由於這些旋轉與震動具有量子性質，伴隨的能級也是離散的。純旋轉運動光譜是在紅外線譜域（波長大約為 30-150 微米）；震動光譜是在近紅外線（near infra-red）譜域（大約為 1-5 微米）；電子躍遷光譜是在可見光和紫外線譜域。從測量旋轉運動和震動光譜，可以獲得分子的物理性質，例如，原子核與原子核之間的距離。

原子物理學的原子軌域理論，在分子物理學裏，擴展為分子軌域理論。



研究論題

一些前沿的研究論題為：


* 是否可以從第一原理預測分子晶體與分子液體的性質？

* 為什麼每一種生物的分子在完成某些特別功能時會具有特佳效率？

* 是甚麼機制促使某些物質成為特別有效的化學反應催化劑。

* 是甚麼機制促使某些物質能夠特別有效地俘獲太陽能，並且將其轉換為化學能？



參閱


* 玻恩–歐本海默近似

* 分子能階

* 分子建模

* 光譜學



參考文獻
分子電流假說（electrodynamic molecule）是由物理學家安培於 1821 年提出的一個假說，認為磁體產生的磁場是磁體分子具有的環路電流的宏觀現象。這一模型被後人修改，用於解釋與研究包括磁體在內的熱力學與統計力學性質。



提出



原始表述

磁體分子中以太和兩種電流質的分解會產生環繞分子的圓電流，形成一個個小磁體；當它們在外磁場作用下整齊排列時，就會在宏觀上表現出磁性。



實際物理意義


* 自旋

* 電子軌道



參見


* 伊辛模型 (Ising model)

* 安德烈 - 馬里・安培

* 安培定律



參考文獻
分子生態學是利用進化生物學理論，採用分子生物學和基因組學的實驗方法和技術手段、統計學和數學的分析方法，通過計算機科學的技術和算法，旁及地學、古氣候學等，研究物種和種群的遺傳變異及表觀遺傳變異、遺傳譜系，探討生物多樣性演化、生物地理演化、物種分化、生態適應等的生態學和進化生物學機制。

研究範圍包括種群演化歷史、種群分化和物種形成機制、寄主選擇、配偶選擇、繁殖行為、生殖方式、精子競爭、擴散和建群、遺傳譜系地理演化、遺傳分化和局部適應、生態適應的遺傳基礎、氣候變化的生態學和進化生物學後果、生物對環境變化的響應機制、遺傳多樣性評估、食性鑑定、覓食行為、瀕危生物貿易的監測、個體和種群鑑定、外來入侵種溯
源及入侵機制、遺傳修飾生物的生態風險評估、有害生物防控等。

分支學科包括分子群體遺傳學、譜系生物地理學、生態基因組學、景觀遺傳學、系統發生群落生態學等。

由於很多微生物不能很容易地在實驗室中培養（海水中的 0.001~0.1%，土壤中的 0.3% 左右，活性污泥中 1~15% 可被分離培養），因此不能用傳統的鑒別和描述菌株的辦法研究它們。另外，隨著聚合酶鏈式反應 (PCR) 技術的發展，人們可以快速擴增遺傳物質 DNA。

環境樣品中 DNA 的擴增通常需要一組用於特定微生物的引物，而得到遺傳物質的混合物，將其分離，隨後進行測序和鑒別。經典的分離辦法是通過克隆，將擴增的 DNA 片段插入到細菌質粒上實現的。較新的方法包括變性梯度凝膠電泳 (DGGE)，可以更快地得到結果。

分子生態學的發展也和 DNA 晶片的使用緊密相關，該技術可以高通量檢測環境中的特定生物或基因。

分子生態學中可以使用很多基因進行研究，在分類學角度，最常應用的基因是核糖體小亞基 RNA (SSU rRNA)。而功能性基因的研究有助於判斷微生物在該環境中的活動。

微生物生態學中和分子技術相關的一個重要問題就是，這些生物以主動（進行正常代謝和繁殖）還是被動（靜息休眠）的方式存在。這可以用幾種方式來解決：


* 利用逆轉錄酶擴增活躍的基因

* 用熒光原位雜交 (FISH) 對環境中包含特定基因的細胞進行檢測和計數。



發展歷史

分子生態學開始於 1950 年代。是隨著 DNA 雙螺旋結構的發現，分子水平的群體遺傳學研究得以開展，相繼出現了同工酶電泳、限制性內切酶酶切技術、分子克隆和 DNA 測序技術等，使遺傳變異研究得以實現，並可以在群體水平進行檢測。分子進化的中性理論的提出，引發了適應性進化和中性進化的爭論，推動了群體遺傳學和分子進化研究，分子鐘假說的提出和譜系進化關係重建理論、方法、算法和軟體的出現，進一步促進了分子進化和分子群體遺傳學研究的發展。

到了 1980 年代，DNA 聚合酶鏈反應的發明和熱穩定 DNA 聚合酶的發現，進一步推動了分子生態學和分子群體遺傳學研究。1992 年《Molecular Ecology》的創刊，標誌著分子生態學的建立。溯祖理論、貝葉斯方法和馬爾可夫過程等的引入，提升了分子生態學研究的可靠性。



參考文獻
分子生物學實驗室（LMB）是一個設於英國劍橋的研究機構，參與了 20 世紀 50 年代到 60 年代發生的分子生物學革命，直到目前它仍然是一個重要的醫學研究實驗室，但具有了更廣泛的關注。自 2013 年 5 月起遷入於劍橋生物醫學園區的原址附近一座價值 2.12 億英鎊的新建築。新大樓外的道路被命名為法蘭西斯・克里克大道（Francis Crick Avenue），源自於 1953 年共同發現 DNA 的雙螺旋結構，並於 1962 年獲得諾貝爾獎的法蘭西斯・克里克。

分子生物學實驗室由英國政府醫學研究委員會 (Medical Research Council, MRC) 於 1947 年設立。迄今已產生了不少諾貝爾獎獲得者，如詹姆士・華生、法蘭西斯・克里克、弗雷德里克・桑格、雪梨・布倫納等。

2009 年，文卡特拉曼・拉馬克里希南由於核糖體結構分析和闡明的成果獲得諾貝爾化學獎。 2012 年，約翰・格登與京都大學的山中伸彌一起獲得了諾貝爾生理學和醫學獎。 2017 年，理察・韓德森因為應用低溫電子顯微鏡觀察到蛋白質高解析度結構而被授予諾貝爾化學獎。2018 年，格雷格・溫特因為應用「噬菌體展示技術」定向研發新藥而被授予諾貝爾化學獎。
分子生物學的歷史開始於 1930 年代，統合了當時多種的和各不相同的學科，包括生物化學、遺傳學、微生物學、病毒學、與物理學。希望從更基本的層次來理解生命現象，許多的化學家與物理學家，對於後來成為分子生物學產生興趣。

在現代意義上，分子生物學試圖從產生它們的大分子特性開始解釋生命現象。 特別是兩類大分子是分子生物學家關注的焦點：1）核酸，其中最著名的是脫氧核糖核酸（DNA），基因的組成部分，除此之外還有核糖核酸（RNA）；2）蛋白質，它們是活躍於生物體的活性劑。 因此，分子生物學範圍的一個定義是表徵這兩種類型的大分子之間的結構，功能和關係。 這個相對有限的定義足以讓我們為所謂的「分子革命」建立一個日期，或至少建立其最基本發展的年代時間表。



概述

「分子生物學」一詞最早是由洛克斐勒基金會的瓦倫・韋弗於 1938 年創造，意指一個以物理學及化學來解釋生命的概念。此概念的可行性，來自 1910 年代孟德爾遺傳學的重新見世，以及 1920 年代原子論及量子力學的成熟。有許多研究者關注於生物學、化學以及物理學之間的交叉，例如後來將焦點轉移到生物學的尼爾斯・波耳以及埃爾溫・薛丁格。此外，從 1930 年代到 1940 年代之間，膠體化學、生物物理學以及放射生物學、晶體學等學門也漸趨成熟。

1940 年，喬治・畢多與愛德華・塔特姆證明了基因與蛋白質之間的關係，因此而聯繫了生物化學與遺傳學。他們脫離原先常用的模式生物果蠅（_Drosophila melanogaster_），改使用更合適的粉色麵包黴菌（_Neurospora crassa_），並使之成為後來的分子生物學發展主題。1944 年，紐約洛克斐勒研究院的奧斯瓦爾德・埃弗里，證明基因是由 DNA 所組成（參見埃弗里 - 麥可勞德 - 麥卡蒂實驗）。阿弗雷德・赫希與瑪莎・蔡斯更於 1952 年確認了噬菌體的遺傳物質為 DNA（參見赫雪 - 蔡司實驗）。1953 年，詹姆斯・沃森與佛朗西斯・克里克基於羅莎琳・富蘭克林及莫里斯・威爾金斯的研究，發現了 DNA 雙螺旋結構。

到了 1961 年，方斯華・賈克柏與賈克・莫諾，證明某些基因的產物能作用於這些基因邊緣的特定位置，來調節其他基因的表現。他們也提出了一個假說，認為 DNA 與蛋白質之間具有一種中介物，並將之稱為信使核糖核酸。於 1961 年到 1965 年間，DNA 所儲藏的遺傳訊息與蛋白質的關係逐漸明朗，研究發現遺傳密碼決定了 DNA 的核苷酸與蛋白質的胺基酸序列之間的關聯性。

分子生物學的主要發現發生在僅約二十五年的時間。更新穎且更精巧的基因工程技術，在約十五年後發展成熟，提供隔離複雜生物中特定基因的利器。



分子世界的探索

如果我們在生物學歷史的背景中評估分子生物學的發展，很容易注意到它是從第一次顯微鏡觀察開始的研究高峰。早期研究人員觀察生物體微觀層級的組織架構，希望藉此理解他們的功能。從 18 世紀末開始，組成生物的化學分子開始受到更多關注。19 世紀德國化學家尤斯圖斯・馮・李比希促成生理化學的出現，20 世紀另一位德國化學家愛德華・比希納開發出生物化學，兩個研究領域共同促進了分子層級研究的發展。在化學家研究的分子與光學顯微鏡下可見的微小結構（如細胞核或染色體）之間，存在一個不明確的區域，即物理化學家沃爾夫岡・奧斯特瓦爾德所稱的「被忽略維度的世界」。這個世界充滿了結構和性質皆不明確的化合物膠體。

透過化學家和物理學家開發的新技術，如 X 射線衍射，電子顯微鏡，超速離心和電泳等，分子生物學成功地對未知世界展開一連串探索。 這些研究揭示了大分子的結構和功能。

該過程中的一個里程碑是 1949 年萊納斯・鮑林博士的研究成果，該研究首次將鐮刀型紅血疾病患者的特定基因突變與單個蛋白質，雜合的或純合的紅細胞中的血紅蛋白聯繫起來。



生物化學與遺傳學的相遇

二十世紀的前三十年當中，由於生物化學和遺傳學的相遇，分子生物學有了重大進展。生物化學研究組成生物的分子的結構和功能。在 1900 年到 1940 年之間，它描述了代謝的中心過程，例如養分的消化與吸收等。這些過程中的每一個步驟均由特定的酶催化。如同在於血液中的抗體或負責肌肉收縮的蛋白質一般，酶也是蛋白質。因此，研究蛋白質的結構和合成，成為生物化學家的主要目標之一。

在 20 世紀初發展起來的第二個生物學學科是遺傳學。在 1900 年許霍・德弗里斯、卡爾・科倫斯和埃里克・馮・切爾馬克重新發現了孟德爾實驗後，逐漸開始成形。托馬斯・亨特・摩爾根於 1910 年透過著名的模式生物果蠅（_Drosophila melanogaster_）的研究，更促使遺傳學展開基因層級的發展。不久之後，摩根證實基因位於染色體上，並在接連的研究當中，與眾多其他研究小組一起證實了基因在生物體生命和發育中的重要性。然而，基因的化學性質及其作用機制仍然是一個謎。分子生物學家致力於確定基因的結構，與描述基因和蛋白質之間的複雜關係。

分子生物學的發展不僅僅是思想史上某種內在「必然性」的結果，而且是一種典型的歷史現象，具有所有未知，不可估量和偶然性：物理學在開始時的顯著發展。 20 世紀突出了生物學發展的相對遲滯，成為尋求經驗世界知識的「新前沿」。 此外，1940 年代信息論和控制論理論的發展，為了應對軍事緊急情況，為新生物學帶來了大量肥沃的思想，尤其是隱喻。

細菌及其病毒（噬菌體）的選擇作為研究生命基本機制的模型幾乎是自然的 - 它們是已知存在的最小的生物 - 同時也是個體選擇的結果。 最重要的是，這種模式的成功歸功於德國物理學家馬克斯・德爾布呂克的名聲和組織意識，他能夠創建一個以美國為基地的動態研究小組，其獨家範圍是對噬菌體的研究 ：噬菌體團隊（Phage group）。

新生物學發展的地理全景最重要的是先前的工作。 遺傳學發展最快的美國和前衛遺傳學以及高水平的生物化學研究共存的英國都是先鋒派。 德國是物理學革命的搖籃，擁有世界上最優秀的思想和最先進的遺傳學實驗室，應該在分子生物學的發展中發揮主要作用。 但歷史的不同之處在於：納粹黨在 1933 年上台導致了大量猶太人和非猶太人科學家的移民，法西斯主義義大利的極權主義措施的僵化也在不太極端的程度上促進了他們的移民。 他們中的大多數逃往美國或英國，為這些國家的科學活力提供了額外的衝動。 這些運動最終使分子生物學從一開始就成為真正的國際科學。



參見


* 生物學史

* 生物技術歷史

* 遺傳學歷史



參考文獻


* Fruton, Joseph. _Proteins, Genes, Enzymes: The Interplay of Chemistry and Biology_. New Haven: Yale University Press. 1999. ISBN 0-300-07608-8

* Lily E. Kay, _The Molecular Vision of Life: Caltech, the Rockefeller Foundation, and the Rise of the New Biology_, Oxford University Press, Reprint 1996

* Morange, Michel. _A History of Molecular Biology_. Cambridge, MA: Harvard University Press. 1998.
分子電子學是一門研究分子並將之應用於電子元件製造領域（用分子製造電子元件）的學問，其目標是用單個分子、超分子或分子簇代替矽基半導體電晶體等固體電子元件組裝邏輯電路。它的研究內容包括各種分子電子器件的合成、性能測試以及將它們組裝在一起以實現一定的邏輯功能的方法。它也是一門涉及物理學、化學和材料科學等領域的跨學科學問。由於引入分子，電子元件的尺寸可以大幅縮小，分子電子學已經引起了許多人的注意，甚至還有可能突破摩爾定律。



參考文獻
分子電子躍遷表示分子中價電子從一個能階因為吸收能量時，躍遷到一個更高的能階；或者釋放能量，躍遷到更低的能階的過程。如果起始能階的能量比最終能階的能量高，原子便會釋放能量（通常以電磁波的形式發放）。相反，如果起始能階的能量較低，原子便會吸收能量。釋放與吸收的能量等於這兩個能階的能量之差。

在此過程中的能量變化提供了分子結構的信息，並決定了許多分子性質如顏色。有關電子躍遷的能量和輻射頻率的關係由普朗克定律決定。

一般，我們應用電子躍遷來說明單個原子。當討論多原子分子時，我們應用分子軌域理論。也可以視單個原子為單原子分子，將各種情況的電子躍遷統一到分子電子躍遷的框架下來。這裡的能階是基於分子軌域理論提出的。

有機化合物中的電子躍遷在電磁頻譜的紫外區或可見光區發生，可以由 UV/VIS 光譜測得。在 HOMO σ 帶處的電子可被激發到 LUMO 的 σ 帶。這個過程被寫作 σ → σ\
* 躍遷。同樣有電子從 π 鍵軌域激發至反 π 鍵軌域 π\*，寫作 π → π\
* 躍遷。助色基團的自由電子對被寫為孤對電子 n，孤電子對有自己的躍遷，如芳香 π 鍵躍遷。下列是已存在的分子電子躍遷：


* σ → σ\*

* π → π\*

* n → σ\*

* n → π\*

* 芳香 π → 芳香 π\*
分子病毒學是 1950 年代分子生物學興起以來將分子生物學方法運用於病毒學而形成的一門學科。1960 年代以來，DNA 病毒和 RNA 病毒的複製機制都得以闡明，一類亞病毒被發現；建立了絕大多數病毒基因組的無性繁殖系；某些病毒基因的結構與功能的關係以及一些病毒的基因表達調控原理被發現。病毒基因組學、病毒免疫學都得以長足進展。病毒的診斷和預防都有了一系列進步。
其方向主要包括:

1. 病毒複製
2. 病毒致病
3. 病毒免疫
4. 病毒免疫逃避
5. 病毒疫苗
6. 病毒分子診斷技術
7. 抗病毒化學療法
8. 病毒感染監控及控制
9. 病毒病流行病調查