學霸從數學建模開始!
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相比於“仙豆”計劃和“仙露”計劃,“仙氣”計劃明顯更為不切實際。
壓縮餅乾和營養液這兩種東西無論是在現實世界還是影視世界都大量的存在,隨著時代的發展,它們的製造技術也在不斷的進步,每一個單位重量所承載的營養物質越來越多。
“仙氣”計劃則不然,還從未聽說過有人能夠靠吸空氣填報肚子的。
但經過方舟的一番探索之後,他發現這條從未有人走過的科研道路竟然十分具有可操作性。
能填報肚子的一定是特定的營養物質,而不是某一種空氣中存在的物質。
正常的空氣按照體積分數大概可以分為幾種,氮氣約占781,氧氣約占209,稀有氣體約占0939,二氧化碳約占0031,還有其他氣體和雜質約占003,如臭氧、一氧化氮、二氧化氮、水蒸氣等。
這其中,人體處於正常狀態時,每分鐘約吸入05升氧氣,當大氣含氧量低至15時,人就會感到呼吸困難,當低至8以下時就會危及生命。
其他諸如二氧化碳氣體雖然無毒,但濃度過高也會影響健康;一氧化碳的毒性很強,當空氣中有十萬分之一的一氧化碳時,人就會慢性中毒,患貧血、心臟病、呼吸道疾病的患者,病情即開始惡化。
除此之外,其餘氣體大多數是原本的含量進入,再以原本的含量排出,並不參與人體內循環。
人體的呼吸係統由呼吸道和肺構成。呼吸道,包含鼻、咽、喉、氣管和支氣管。
空氣進入人體之後隻會接觸上麵幾個器官,並不會進入消化係統。
因此若空氣中攜帶營養物質,肺部作為人體壓縮空氣的重要器官,卻並沒有消化分解葡萄糖的能力,營養物質隻能跟著其他空氣再度排出體外。
但是呼吸係統和消化係統有一個重要的交界點,口腔。
一方麵,口腔作為鼻子以外的第二大呼吸器官,在鼻腔出現堵塞的時候,可以進行輔助呼吸,將外界的空氣傳入經過相同的路徑傳入肺部。
另一方麵,口腔作為食物的第一消化場所,既有牙齒能切碎和磨碎食物,增加食物的表麵積,舌的攪拌能使食物與唾液充分混合,它們都不直接改變澱粉的分子結構;又有唾液能使部分澱粉消化成麥芽糖。
若存在一種營養物質能夠借助空氣傳入口腔中,又恰好能被唾液澱粉酶消化,那不就能夠通過吸食空氣來進行營養供給了嗎?
說到這裡,肯定會有人說,直接吸麵粉不就好了嗎?
麵粉既能夠飛舞在空氣當中,又能被唾液澱粉酶消化,這不就是完美的“仙氣”嗎?
但是澱粉存在一個致命的缺陷,顆粒太大,吸食過程中會攜帶空氣中大量的灰塵和微生物進入人體。
作為一種粉塵,長期吸入澱粉的話,會在肺內瀦留而引起的以肺組織彌漫性纖維化為主的全身性疾病。
同時因為呼吸道受阻後直接受影響肺活量,肺臟內循環不足如同河道水少,久之會被塵垢所埋。
因此,這種營養物質的首要條件,便是要小。
方舟換回了辦公常用的文到死係統,開始在知網上和國外的學術論壇上大量搜索有關糖類物質的相關資料。
但這也是徒勞,早在前往西貝大學之前,方舟就看過了大量的營養學資料,如果能有對應的物質,那方舟一定會第一時間知道並加以實驗。
現實世界沒有,隻能自己造了。
這又是一個全新的領域,生物學和化工學交織的學術領域。
就如同化學專業的研究生製備化合物時常用的方法一樣,方舟也開始和化學生一樣來進行多糖物質的設計。
正常的化合物合成路線是這樣的先確定目標化合物的結構,再設計合成路線,合成目標化合物,最後對樣品進行結構測定試驗其性質或功能。
路線的核心,必然是確定目標化合物的結構。
對於方舟來說,目標化合物並不存在,也無從考證,一切都需要方舟重新開始進行設計。
從原始的單糖類物質的葡萄糖開始,分子式c6h12o6,結構為最基本的五個羥基,一個醛基,具有多元醇和醛開始進行設計。
逐漸增加數量,設計各種角度的連接方式。
以旋光性、溶解度、甜度等為評價函數,對每一個合成的大分子進行測定。
以某些已經存在的大分子糖類物質測定數據作為參考,回去自己房間的魏萊似乎洗完澡之後就進入了夢鄉,並沒有來打擾方舟。
方舟就這樣在電腦前做了一整夜。
先是在利用強大的計算機能力,在原有的hyerche化學分子結構計算軟件基礎上進行修改,使其具有快速自動拚接的功能。
這是一款以分子力學、分子動力學和半經驗分子軌道方法和密度泛函理論為理論依據設計的外國軟件,對於進行蛋白質分析的化學生來說頗為好用,但是用來分析糖類物質時,功能就有些彆扭。
後半夜,方舟麵前的這台筆記本開始了瘋狂的工作狀態,一晚上僅從單糖推導至三糖,就生成了上萬組數據。
方舟的將這些數據拉入建模軟件進行分子性質的計算分析、單點能、幾何優化、分子軌道分析,蒙特卡羅和分子力學計算模擬。
雖然是一台全球最高配的筆記本電腦,但也架不住方舟如此的使用。
磅礴的風扇聲回響在整個房間裡,帶著充足的熱量,使夜晚的房間都帶著幾分溫暖。
所幸,雖然電量消耗的飛快,但是電源也是特製的電源,勉強能夠供應芯片的計算量。
陷入工作狀態的方舟對著風扇聲充耳不聞,完全把電腦當成了一台永遠耕不壞的地,儘情的蹂躪著。
但很可惜,直到天亮的時候,模擬出來的上萬組分子結構都沒有能夠滿足方舟的功能要求。
方舟正欲接著加入更多糖分子結構的計算,但是電腦叮了一聲,屏幕很快陷入了黑暗之中。chatere