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近日，加州大学洛杉矶分校（UCLA）的加州纳米系统研究所（CNSI）宣布成立量子生物学研究中心，该中心将专注于基于量子生物学的跨学科研究。
CNSI 表示，该中心是美国第一所量子生物学中心，由 CNSI 研究员、加州大学洛杉矶分校电气和计算机工程助理教授 Clarice Aiello 领导。该中心将以 UCLA 培育的量子生物学人才网络（network）为基础，重点围绕科学网络（scientific networking）培养门生和刚入行的科学家和工程师。
该中心获得了美国国家科学基金会、卡弗里基金会以及戈登和贝蒂摩尔基金会等的支持。
（泉源：UCLA）
“我们需要年轻、多元化的跨学科科学家进入该领域，也需要不同领域的科学家相互交流。我们的目标是培养的量子生物学学员能够提出问题并探索各领域之间的接洽。”Aiello 说。
该中心的落成，为量子生物学的发展按下了加速键，早前英国、德国、韩国、丹麦和日本已经设立了专注于量子生物科学研究的学术中心。
量子生物学是什么？研究现状如何？又将有哪些应用场景？
高度交叉的学科
量子生物学（quantum biology）概念最早出现于20 世纪 20 年代晚期，是一个相对比较新兴的领域。
这是一门研究量子力学和理论化学在生物体或者生物问题中应用的学科，能够根据量子力学效应计算模拟生物间的相互作用。绝大多数生物过程都会涉及能量转化，本质上都属于量子力学范畴，比如说化学反应、光吸取、酶作用、突变、光合作用、呼吸等。
量子生物学也是一门高度交叉的学科，其在量子力学与分子生物学的基础上发展而来，汇集了核物理学、生物化学和分子生物学等等。该学科利用量子力学计算微观体系的全部过程，并得出微观体系的各种参量。
在量子力学领域，分子中的原子核是骨架，外围电子则围绕在这一骨架附近活动。可以把电子看做是粒子，同时又具有波动的性子。因此，每个电子的活动可以用一个波函数来描述，整个微观体系也就可以用所有电子活动的总波函数描述。（注：波函数是量子力学中描述微观系统状态的函数。）
（泉源：discovermagazine）
量子力学计算的生物分子通常都具有一个重要特点 —— 共轭系统，也就是具有单键 - 双键交替结构的体系，其中单键由 σ 电子组成，比较固定，双键由 π 电子组成，这种电子活动性强，不定位在某个原子附近，可以在整个共轭系统中自由活动。
量子力学办理复杂分子体系有两种方式，一种是价键法，另一种是分子轨道法。通常，人们认为每个电子的活动可以扩展到整个分子或者整个分子体系，因此分子轨道法也是最常用的方式。
如果要利用量子力学计算分子体系，第一步需要写出全部自由活动电子的波函数，比如说共轭体系中所有 π 电子。整个体系的波函数可以写成各个原子轨道的线性组合（LCAO），紧接着写出波方程，也就是薛定谔方程，然后进行运算。
基于对生物大分子或者具有生物活性分子的计算和深入理解，量子生物学的研究内容可以归纳为四个方向：分子间相互作用力研究、生物分子电子结构与反应活性研究、生物大分子构象与功能研究以及特异性作用和机理分析研究。
多国布局
1900 年，德国科学家物理学家 Max Karl Ernst Ludwig Planck 首次提出量子概念；与此同时，1939 年，物理学家 Jordan 提出 “突变是一种量子过程”，该观点在 1944 年 Schrodinger 的《生命是什么》一书中得到详尽描述。
此后，经过科学家在量子力学以及分子生物学的不断研究，量子生物学日益发展起来。量子生物学发展史反映出了量子力学从计算原子扩展到计算复杂生物大分子及其功能的可能性，将分子生物学带入了电子时代。
1970 年，国际量子生物和药理学会（The International Society of Quantum Biology and Pharmacology，ISQBP）正式成立，这是当代生物科学从分子程度向电子程度发展的一个重要里程碑。
在过去的十年中，量子生物学领域的研究急剧增加，从视觉、光合作用到鸟类导航的各种现象。不过，直到最近，量子生物学才真正成为一个科学可验证的概念。
在 Google Scholar 按关键词搜索，可以搜到近 5 年共发表 98,000 项研究。整体来看，目前大部分都是理论性研究，所涉及的问题仍有待进一步验证。
目前，许多国家已经成立量子生物学研究中心。英国萨里大学设立了勒沃霍尔姆量子生物学博士培训中心（Leverhulme Quantum Biology Doctoral Training Centre） ，这也是全球第一个量子生物学培训中心。该团队曾利用计算机模拟和量子机械方法确定质子隧道这一纯粹的量子现象在 DNA 内自发突变中的作用。
日本大阪大学同样成立了量子信息和量子生物学中心，该中心旗下由六大研究团队组成，旨在推进多领域跨学科研究；德国奥尔登堡大学设有量子生物实验室，由 Ilia Solov'yov 教授领导，该中心于 2013 年 10 月在南丹麦大学 (SDU) 成立，并于 2019 年迁往德国；希腊多学科研究型大学克里特大学设有量子物理和量子生物系，该中心开发了量子生物学的主要驱动力之一 —— 自由基 - 离子对反应的基本量子动力学研究。
国内披露量子生物学研究中心的信息比较少。
国内有一家自称研究量子生物科技的公司，中盛永基 (北京) 生物科技有限公司，由林陆山创办，公司官网称，该公司以量子生物技术为基础，开发大健康生物医药等药食同源产品 — 有机硒等。尚未查证到该公司或创始人在顶级期刊发表的论文。
以关键词 quantum biology 在 CB Insights 数据库进行搜索，与量子生物学相关的信息呈现波动上升趋势。但是产业化进展缓慢，在 CB Insights 数据库仅搜到一家美国初创公司 Driven Quantum Technologies。官网显示，该公司成立于 2019 年，参与开发知识产权，并最终向计划量子计算相关产品的公司发放技术许可，这些产品可用于量子传感 / 计量、量子生物学、军事 / 情报、医疗等。
（泉源：CB Insights）
潜在应用方向有哪些？
无论出于基础科研，还是出于潜在的产业落地探索，研究人员都强调了量子生物学本身具有的价值和潜力。
“随着技术的小型化，我们在生物世界中拥有丰富的信息，可以从中汲取灵感。这是一个探究生命是什么的绝佳机会，同时也是吸取经验以最优方式在微型尺度上计划生理过程的绝佳机会。” 理论物理学家和量子计算研究员 Adriana Marais 曾这样说。
从涉及范畴来看，量子生物学可应用于化学反应、光吸取、酶催化、DNA 突变、光合作用、呼吸、传感等，未来有望利用量子力学计算和解析这些生命活动现象。
（泉源：wikipedia）
量子生物学可能是太阳能电池、新型生物传感器、药物和诊断领域开发新方法的关键。有业内人士认为，量子生物学可能在未来的医学世界中发挥关键作用。
2020 年 8 月，深圳湾实验室系统与物理生物学研究所量子生物学课题组在PANS发文深入阐释新冠病毒棘突蛋白识别机制。该团队通过分子动力学模拟研究蛋白质微秒尺度的动态结构变化，并发现在与 ACE2 结合界面的三个作用区域。通过自由能微扰计算进一步证实这些关键突变加强了蛋白结合力。
去年，还有一个研究小组提出了一项基于嗅觉量子理论计划的 “仿生鼻子”，用于检测微量浓度的气味剂。
参考资料：
The future of quantum biology | Journal of The Royal Society Interface
https://www.nature.com/articles/nphys2474
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