對結構化的水分子團的全新認識

摘要：簡述了過去對水分子團的結構上的錯誤認知，指出液態水的分子團結構不是固定大小的統一狀態，而是包含了各種大小的水分子簇，它只能有一個平均值。它隨體系中蓄含于氫鍵上的能量變化而發生水分子團簇的形態改變。

關鍵詞：小分子團水；氫鍵；水合體；磁化水；長壽之鄉；微分子簇；電氣石

氫鍵能量坐落于水分子間的氫鍵上，特別是蓄積于弱氫鍵上，它是一種氫鍵勢能。它可以由外加在液態水上的聲、光、電、磁和熱能等強能量或物理場作用而轉化產生，既可以蓄積也可以傳導。能量的強度是維持整個水體系的分子團大小的關鍵因素，能量的傳導散失、會造成分子團形態的變化。分析表明，氫鍵能量顯示醫學功效的關鍵在于人體水份達到的能量強度。能量一旦傳導散失或稀釋、中和而喪失，水團簇就會退回原來的普通分子團簇形態，它的醫學功效也就不一樣。水的團簇結構、內含能量形式及水合作用是三位一體的。

絕大部分物質都是氫鍵能量的良導體，此傳導性會造成眾多的小分子團功效實驗的失敗。

介紹了中國所有52個長壽鄉的長壽原理，是由于其人體內水份的微子簇化，是一種由地下熱電性礦的靜電場作用而產生的水合氫鍵能的獨特表現。人體水份獲得充足能量后，使得水分子團簇與各種營養物質、人體蛋白質和DNA相締合，形成新的活性水合體，從而產生對人體有益的功效。

總結了微分子簇水及其水合體對人體某些疾病的調理、改善作用等方面的數據統計，和高靜電場方法獲得的微分子簇水在延長動物壽命和提高SOD酶活性方面的實驗研究。

1中國長壽之鄉的迷題

中國的54個長壽之鄉主要分布在長江以南的19個（含香港）省市；東起崇明島、西至喀什；南自海南澄邁、北達山東萊州。中國的這些長壽之鄉不僅長壽，其平均壽命要高于中國平均水平3~14歲；而且還是天然醫院，很多非壽鄉人在壽鄉療養，其疾病可以不治而愈；而離開壽鄉又舊病復發。

對于長壽之鄉的長壽和改善疾病的原因，國內外眾多學者做過很多調查研究，秦俊法等[2，3]總結出了各地包括氣候、地理環境、基因遺傳、水質微量元素、生活習俗、飲食習慣、民族風俗等十幾種因素。但是，學術界一直沒能就長壽的根本原因得出一致的結論。那些與長壽鄉有著同樣的地理環境、飲食習慣和人文風俗的壽鄉鄰近區域，卻是非長壽地區；這種在相同生活條件下，壽鄉高出周邊相鄰地區平均壽命3~14歲的現象，以及壽鄉特有的天然醫院功效，用上述常規思維來解釋是很難讓人信服的。

筆者所在研發團隊在2006~2009年，深入研究世界第一大長壽鄉巴馬，通過對巴馬長壽區域與其周邊不長壽區域-百色進行對比性研究，首次發現巴馬的飲食和人體中，其水分子團的結構及表現特征與眾不同[1]。接著在2009~2011年對中國其它9個著名的長壽之鄉的研究，以及在2011~2013 年，繼續對中國其它42個長壽之鄉進行了實證性研究后，最終證實：普通大眾的長壽是多因素（遺傳、環境、生活習慣）造成的，但是中國的所有長壽之鄉能普遍益壽3~14歲、抗擊各種病癥而成為天然醫院，是單因素造成的[4]。

點狀分布的長壽之鄉地底下都點狀分布著熱電性礦石（如：電氣石等），它所釋放的負靜電場可以把當地人體的水份由常規大的水分子團簇離散而變小，并使得水分子間的弱氫鍵成為自由弱氫鍵， 它將人體內的酶、DNA、營養物質等一切元素與微分子簇水形成帶有生物活性的、水的締合體，簡稱水合體。這些酶、蛋白質的水合體就有了更好的生物學效應。

2水的微觀結構及其功能

2.1液態水的團簇結構科學家們一直在探索水的微觀結構及其功能。在通常狀況下，水應該是以分子簇的形式存在的.根據熱力學的計算，如果水是以單個分子存在，水的熔點應為-110℃，沸點為-85℃，而實際上水的熔點為0℃，沸點100℃。正是因為水在自然狀態下是以簇狀大分子結構存在，才使得水具有了與同族的其它的物質完全不同的、特殊的物理特性。

2.2水分子簇研究進程1884年，Whiting首次報道液態水高密度矩陣模型；1933年，Banal和Fowler提出高低密度下簇狀結構；1959年，Pauling提出具有空隙的水分子簇狀結構；1957年，Bontron和Alben提出了水的環狀結構；2000年以后，提出了水的二十面體結構，即水是由280個水分子組成的。結構化小水分子簇也可以在一定條件下形成結構化較大的分子簇（H2O）n，形成更復雜的水巴基球。1996年《科學》雜志第271卷，是\"簇科學\"專刊。且取\"五環水\"的模型為封面。主編在編者按里預言：\"小小分子簇，撞出一個大時代\"，這已清楚地揭示了簇科學的前途。

近年內， 愈來愈多的水分子簇結構的論文在《科學》和《自然》雜志發表[7-13]。繼2002年《科學》雜志報道美國加州大學Berkeley用掃描隧道電子顯微鏡觀察到了結晶六環水。

水分子簇的種種結構都是動態結合的，其穩定存在的時間為10~12s量級。即不時有水分子加入某個水分子簇，又有某個水分子離開該團簇。種種事件，都是隨機的。

2.3水中的強氫鍵與弱氫鍵水分子簇的形態以及各種特殊的物理化學性質，歸根結底都取決于其氫鍵的特性。理論上每個水分子既可以作為氫鍵受體（即提供孤對電子），又能提供氫原子形成氫鍵（即氫鍵給體），在液態水中可形成動態的氫鍵網絡，進而形成水分子簇[19]。

一般認為，水中的氫鍵形態呈隨機性，被選擇的水分子也呈隨機性，由于氧原子周圍四個價電子中的兩個可以與其它水分子形成氫鍵，故此形成氫鍵受體的水分子的成鍵幾率均為50%?？紤]分子間氫鍵的平均強度，斷開一個氫鍵弱化了其周圍的氫鍵作用，形成一個氫鍵則增強了其周圍氫鍵的協同作用，因此目前普遍認同的一種觀點為：由于氫鍵的協同作用可使水分子以大的團簇結構存在[5]。

實際上水中不僅存在強氫鍵的協同作用，還存在大量的弱氫鍵，這種弱氫鍵勢能限制了相鄰氫鍵的勢能，并且可以持續幾個分子層[6]，與之相比，強的協同作用影響距離則要長得多。在高溫下（>100°c）弱氫鍵可以被觀察到，能量在17~23kJ/mol，此時大部分氫鍵被破壞，弱氫鍵則顯示出很強的弱化協同作用能力。

中科院國家納米科學中心在2013年11月22日宣布，該中心科研人員裘曉輝團隊在國際上首次\"拍\"到氫鍵的\"照片\"，實現了氫鍵的實空間成像，為\"氫鍵的本質\"這一化學界爭論了80多年的問題提供了直觀證據。這不僅將人類對微觀世界的認識向前推進了一大步，也為在分子、原子尺度上的研究提供了更精確的方法。這一成果發表在日前出版的《科學》雜志上，被評價為\"一項開拓性的發現，真正令人驚嘆的實驗測量\"\"是一項杰出而令人激動的工作，具有深遠的意義和價值\"。

2.4水分子間蘊含的氫鍵勢能-水合氫鍵能HOH分子的V型結構以及O-H鍵的極性導致電荷的不對稱分布，使水分子間產生引力，因此造成水分子以相當大的強度締合。相鄰的水分子間由于有氫鍵結構，使水能以（H2O）n的巨型分子存在，但它不會引起水的化學性質的改變。

基礎理論研究證明，在外加強能量或一定物理場的作用下，液態水的團簇大小可發生改變，其締合的水分子數目平均值減少，就會形成微分子簇水。外界施加的能量可使水分子間上的氫鍵中的質子化學位移往高場移動，使水分子間氫鍵異變獲得較高氫鍵勢能，這種氫鍵勢能在學術上暫時命名為\"生物小分子團水合異氫鍵能\"（簡稱水合氫鍵能）[4]。這種引起液態水分子締合改變的作用，主要蓄積在弱氫鍵上。

當水中蓄積足夠強度的水合氫鍵能時，液態水可維持微分子簇水形態；若水合氫鍵能消失，水的結構就會回復原來的分子團簇結構形態。

2.5水合氫鍵能的形成及原理水分團簇的大小由氫鍵勢能造成，其與水中的離子濃度、PH值無關，而與外界施加的能量如：電場、磁場、超聲波、核輻射、紅外線、紫外線等有關，它們都會都會在水分子間的弱氫鍵上，轉換為氫鍵勢能。但是，負靜電場產生的水合氫鍵能是與其它方法不同，以電氣石為代表的熱電性礦能在水中蓄積帶有負電荷的自由電子，負電荷間的同性相斥原理導致氫鍵勢能的產生。而其它方法并不在水體系中蓄積負電荷。

2.6水合氫鍵能的能量級別中國的長壽之鄉人體和飲食中的水份，正是由于其地下熱電性礦產生的負靜電場，使其蓄積了帶負電荷的自由電子，從而產生了水合氫鍵能，導致了其人體和飲食中的水分是微分子簇狀態的。水合氫鍵能既然作為一種物理性能量，它一定有能量的強度。我們測試得知，如果如果以長壽之鄉的水合氫鍵能強度為基準強度，由強熱電性礦產生的水合氫鍵能強度能夠達到壽鄉能量強度的6000倍，而由其它物理方法產生的水合氫鍵能只能達到壽鄉能量強度的20~50倍，其中紅外線和超聲波產生的能量強度比較低，而紫外光和核輻射產生的能量強度比較高。

在水的體系中，每個水分子團的大小并不是固定的，因此，水分子團大小，在體系中只是一個平均值。當水合氫鍵能在改變水分子簇的大小時，改變其水體系中的平均值。這種平均值的降低是隨著能量強度的增加，而逐步降低的。一個普通水分子團并不是在我們通常理解上，隨便施加一點物理場，就可以一步到位地降低為由5、6個水分子組成的小分子團，而是一個由能量強度決定的過程。

2.7水合氫鍵能的的傳導和蓄積水合氫鍵能在水中的蓄積量不僅和強度有關，還和水的體積有關；體積越大、蓄能越多。水既是水合氫鍵能的良導體，也是水合氫鍵能的蓄積體。其它固體物質都是水合氫鍵能的良導體，尤其是金屬。水合氫鍵能良好的傳導性會導致很多實驗中，實驗組的能量散失、或者對照組和實驗組中能量的互相傳遞而導致實驗失敗。到我們目前為止的實驗中，僅發現個別物質是水合氫鍵能的不良導體，尚未發現完全的絕緣體。因此，在微分子簇水的各類實驗中，絕緣以及保持實驗組能量持續穩定不喪失，是其實驗成功的第一要素。

2.8微分子簇水的退化微分子簇水是液態水的一種較不穩定狀態，在失去外加強能量或物理場的作用影響后，隨著作用于弱氫鍵上的水合氫鍵能的消失，水分子的氫鍵締合作用加強，微水分子簇逐步退回原來的形態。微分子簇水退化的時間不僅和體積相關，而且還和周圍環境水的體積以及距離的遠近相關。另外，實驗也證明當微分子簇水被完全煮沸后，可導致微分子簇水的結構被破壞；水的結構也就會回復原來的大分子團簇結構形態。

在中國白酒行業的催陳白酒的\"反生\"現象，以及一些高原優質礦泉水運出產地后的口感變化，都是由于水合氫鍵能消失造成的。

2.9水合氫鍵能和微分子簇水的檢測方法對于水合氫鍵能，目前尚無深入的基礎理論研究，更沒有度量衡的設置，因此在世界上也沒有直接測試的儀器。

磁化水，作為微分子簇水的代表，其物理性質有很多的改變，例如電導率、表面張力、溶解度等。但是很多學者發現，這些物理性變化，在一段時間后會回退到原有數據。這種回退現象可以解釋為水合氫鍵能消失后導致的。雖然磁化水的上述物理數據發生了改變，但不能直接證明水分子團簇的改變，也不能直接證明水合氫鍵能的存在。

目前，很多研究機構使用17O NMR作為檢測微分子簇水的方法。這是極不合理的，原因有2點：①由于NMR采樣量特別少，所以小體積實驗組水樣中的微量水合氫鍵能很容易喪失；②由于NMR本身就是一個超級強磁鐵，所以小體積對照組水樣在進入儀器后很容易在磁場中獲得水合氫鍵能。中國科學院丁克洋也發現核磁共振譜值與不同的水樣并無相關性[14]。在微分子簇水以后研究中，我們必須考慮所選用儀器自身的物理場對氫鍵勢能的影響。

對于壽鄉或高原的微分子簇礦泉水，由于其含有自由電子，如果用電子儀器來測試一些物理屬性的改變，自由電子很容易在電子儀器傳導消失。因此不能使用電子儀器來測試其電導率、表面張力等數據。

3微分子簇水的水合作用

當普通水成為微分子簇水后，其水合作用大大加強。結晶結構學分析表明， 水是以多元環狀水的形態與DNA 等形成水合體的[15]。DNA 和RNA 所簇合的水的含量達25%~50%， 甚至更多。每個胰島素需要440個水分子水合才能形成很好的生物學效應[16-17]。

我們研究發現，在中國的長壽之鄉飲食和人體中的水合氫鍵能，可以通過其水合體的感官口感簡單感知。該特征表現為：①將中國烈性白酒為代表的眾多口感濃烈的飲食帶入長壽之鄉后，其水份會自然微分子簇化，烈性口感物質就會形成水合體，口感會很快大幅度明顯柔和化；而離開這些區域后這些食物又會退回到原有的濃烈口感；第②所有壽鄉人體都帶有水合氫鍵能，身體充分接觸普通口感濃烈食品后，能夠傳導出水合氫鍵能，使普通濃烈食品口感變柔和。而在壽鄉周邊臨近的非長壽地區均未發現這兩個特征。并且我們也發現，磁化水、核輻射水、超聲波水、紫外光水等均有上述改變食品口感的現象。

4微分子簇水與長壽的關系

張建民等以果蠅為試驗材料，在配制培養基時加入的適當濃度的磁化水，探討了磁化水對果蠅生育力和壽命的影響。結果發現，隨著磁化水濃度的升高，果蠅的壽命逐漸延長，特別在雄蠅中，當磁化水濃度達到 50% 時，果蠅的平均壽命比對照長了將近 10d，可見由于磁化水進入細胞后， 可提高果蠅后代的生育力和壽命[18]。

我們在與華南農業大學的聯合科研中，研究使用深圳華衛健公司的璧璽牌保健餐飲用具對果蠅壽命及超氧化物歧化酶(SOD)的影響。該餐飲用具是利用電氣石中熱電性的最強的碧璽作為核心功能材料，通過餐盤產生的靜電場將培養管中的果蠅體內的水分微分子簇化。結果：與正常對照組相比，璧璽牌保健餐盤中培養的雌性蠅的平均壽命延長了9.48%，雄性蠅的平均壽命延長了7.07%。通過檢測SOD酶活性發現，該保健餐盤對果蠅SOD活力有顯著影響，培養10d的果蠅其SOD活力處理比對照上升16.71%，20d的上升37.6%，30d的上升28.54%，40d的上升106.2%。結論：由靜電場產生的微分子簇水能顯著延長果蠅壽命，提高SOD酶活力。這個實驗充分驗證了中國長壽之鄉的長壽機理是由熱電性礦產生的微分子簇水造成的。

5微分子簇水對人體醫學治療作用

在各國科學家研制的微分子簇功能水中，以磁化水為代表，觀察到大量的臨床醫學改善病例[20-25]。但是效果都不穩定。造成不穩定的原因在于，很多功能水的水合氫鍵能太弱，飲用到體內后，能量被稀釋并同時向體外散失，從而達不到工作強度，因此醫學效果不理想。

在我們數年的臨床統計發現，只有當人體的水份被徹底微分子簇化后，各種疾病的調理效果才能顯現。以下是我們歷年統計的數據。

免疫力下降、常發感冒人群：人體水分微分子簇化90~180d，改善率67%。

痛風人群：人體水分微分子簇化45~90d，改善率89%。

男性性功能下降人群：人體水分微分子簇化60~120d，改善率58%。

口腔、胃腸消化道疾病人群：人體水分微分子簇化30~90d，改善率43%。

睡眠障礙人群：人體水分微分子簇化60~120d，改善率23%。

糖尿病人群：人體水分微分子簇化90~180d，改善率19%。

過敏性鼻炎人群：人體水分微分子簇化30~60d，改善率86%。

慢性咽炎人群：人體水分微分子簇化30~90d，改善率92%。

哮喘人群：人體水分微分子簇化90~180d，改善率46%。

6結論

由負靜電場導致的微分子簇水不僅造就了中國52個長壽之鄉特殊的長壽機理，而且使其成為天然的療養醫院。但是，由于微分子簇水所需含的水合氫鍵能極容易喪失，以及檢測手段的缺失，一直是困擾功能水行業制造微分子簇水的難題。特別是微分子簇水的水分子團形態與內含能量之間的關系的基礎認知不足，是導致水分子團科學發展的瓶頸所在。

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