复杂溶液是环境科学、医学等研究中常见的一种溶液形式,是典型的复杂化学体系。它内部包含了各种线性的独立反应和非线性的耦合反应,因此各物质之间的组合关系十分复杂。这些复杂的化学关系,其数量之庞大不亚于近年来高度发展的生物基因领域的相关研象,这将是自然科学领域一个典型的大数据库资源,另外,这些作用也是复杂溶液外在功能和效应的本质来源。但由于缺少适用的技术手段,对于这种复杂化学关系几乎没有办法开展符合它对应的大数据特征的研究。最近,关于复杂溶液主要有两个方面的探究思路:一类是简化关系来模拟、分析复杂体系内部的各种反应;例如讨论某种污染与其他污染物质之间的反应化学关系。一类是进行面向复杂溶液的成分检测。例如,常规环境监测中的单一污染指标的成分检测。然而,对于各种内部反应的研究,我们通常凭借化学常识和经验,来确定用数个独立化学反应来表达整个反应体系的性质,这种方法只适用于物种较常见并且物种数较少的情况;对于溶液成分的检测,传统的方法将无法呈现出复杂溶液的综合性质。例如,对于环境介质中的污染物,虽然我们先进的检测设备能够越来越精确地检测某种污染物的含量,但实际上,依旧无法让我们对其环境效应有更精确的量化,其根本原因是特定的污染物会受到介质中复杂化学关系的影响。面对传统的复杂化学体系研究分析的弊端,我们希望针对各种复杂溶液,探索出一种方法,既可以将各种复杂溶液内部化学关系可视化的呈现与记录,又可以对呈现的结果进行量化分析的可能。经过三年的探索与尝试,我们课题组创建了一类基于高通量实验技术复杂化学体系内部关系结构化呈现与编码记录的新策略,希望可以为复杂化学体系的相关研究迈出新的一步。我们通过高通量技术手段,对扰动系统和结果检测进行结构化的组合。即按照组合化学的方法,并利用化学打印技术将代表不同扰动效应的扰动剂和具有指示作用的酸碱显色剂,规律化的、独立的分散在一定大小的平面载体上,最终形成可提供大数量级平行扰动的化学扰动体系,我们把制作的这种芯片命名为UR-chip。借助超声雾化装置,利用显色原理的可视化手段,将复杂溶液的内部信息以彩色图片的形式表达出来,从而得到了有丰富色彩信息的图像。此外,我们还通过数码相机对获取的图像信息进行记录,并利用计算机软件对图像信息进行初步处理和分析,以进一步探讨复杂溶液内部信息的整体特征和可能挖掘的其他信息。主要结论:(1)环境中复杂溶液内部信息记录与呈现方法的建立。利用高通量组合化学的思想,我们设计了复杂溶液信息记录与编码的新策略,用化学打印技术制作了记录复杂溶液内部信息的芯片(UR-chip),同时筛选出适合本研究使用的化学扰动剂的组配和浓度;(2)复杂溶液检测装置的设计与实验。利用流体力学的原理,设计并搭建了化学反应装置,通过紫外-可见分光光度仪确定了每种复杂样品的反应质量和化学打印芯片上组合扰动剂的总量。通过显色原理,对复杂溶液进行可视化,并通过数码相机对信息进行记录;(3)实验结果的图像数字化处理。为了对呈现的图像信息直观化,我们通过计算机软件对图像颜色信息进行提取,并采用:“图像-灰度-等高线”、“图像-阈值-二维矩阵”两种形式对复杂溶液内部信息进行分析和存储;(4)复杂溶液内部信息的挖掘和初步探究。在本研究方法的基础上,我们对原始尿液、交互作用的尿液、加偏作用的尿液、稀释尿液等提供了大数量级的化学扰动,并对实验结果进行了记录和呈现,对图像信息进行了初步的数字化处理和分析;(5)实验的验证性分析和可行性拓展的探究。通过图片处理和数据分析,我们验证了芯片的扰动性、实验的精确度和芯片在其他研究体系的可行性等特性。