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技術文章
光譜分析化學現狀與未來發展戰略
點擊次數：2242 發布時間：2013-5-29
光譜分析化學現狀與未來發展戰略
一、金屬組學研究─原子光譜/質譜分析化學的發展機遇和挑戰
元素的存在形態與其生物功能和環境行為密切相關。以探知元素存在形態為目的的分析方法學研究已歷時近30年，這期間經歷了化學的元素“組態分析（Fractionation）”，以及以聯用技術為主要手段，在分子水平上獲取元素存在狀態信息的“形態分析（Speciation）”的發展歷程。由于分析化學研究往往重視元素/化合物含量和存在狀態的檢測和鑒定，較少涉及其生物功能和環境行為，而生命科學和環境科學則偏重生物效應和環境行為研究，對產生原因的認知及其機理的研究相對匱乏，因此，分析化學家目前的挑戰是如何填補兩者之間這一“真空”地帶。對以微量元素和其形態分析為特征的原子光譜/質譜分析化學研究者來講，這是一次嚴峻的挑戰，也是一個難得的發展機遇。zui近，日本名古屋大學分析化學家Haraguchi教授提出了一個融合原子光譜/質譜分析和分子生物功能研究的嶄新研究領域─金屬組學（Metallomics），引起了世界范圍內該研究領域科學家們的廣泛關注。金屬組學研究方向在本次會議上同樣受到了與會學者的極大關注。
大家一致認為，金屬組學是繼蛋白組學和代謝組學之后生命科學發展的一個新的熱點和研究前沿，需要引起我國學者的廣泛關注和積極參與。我國在元素形態分析領域的研究雖然投入較少，但應該說在知識和研究水平上是與歐洲、美國和日本同步發展的。隨著國家在重點高校和科學院實施的“211”、“985”及“知識創新工程”的大力投入，研究所需的硬件條件有了很大的改善，我們現在已經有條件開展這一領域的研究并可能為其發展做出貢獻。
二、新型熒光探針─熒光量子點
生命科學研究的快速發展推動了具有高靈敏檢測特點的熒光和化學發光分析的進一步發展。具有可識別功能的新型熒光探針的合成，特別是納米熒光量子點分析技術的提出，在基因和蛋白質分析過程中發揮了重要作用并顯示出進一步的應用潛力。尤其在細胞成像方面，通過觀察量子點標記分子與其靶分子相互作用的部位，及其在活細胞內的運行軌跡，可能為信號傳遞的分子機制提供線索，為闡明細胞生長發育的調控及癌變規律提供直觀依據，這是目前常用的有機熒光染料無法實現的。量子點技術與芯片技術結合還可能創造超高通量分析各種靶分子和藥物高速篩選的技術平臺，并對細胞生物學和生物醫學產生深遠影響。熒光探針研究在我國已有很好的基礎，近幾年國內學者在探針分子的合成、分子識別以及相關機理研究方面取得了多項成果，并發表在一些重要刊物上。特別是隨著熒光量子點研究在上的興起，這一方向也引起了我國光譜工作者的重視。在這次會議上，與會專家從量子點的合成、表面修飾、與生物分子的偶聯、在免疫分析和DNA分析中的應用以及生物成像分析等方面介紹了自己的研究成果。討論中，大家對這一研究所存在的問題也進行了深入探討，特別是張展霞教授提出的“不能只是跟蹤，要有自己的創新思想”的評論很有見地，值得我們從事這一研究方向的學者深入思考。
三、分析儀器/部件的研制─基礎研究的基礎
“工欲善其事，必先利其器”。沒有人會否認分析儀器在科學發展過程中所發揮的巨大作用，新型儀器的出現無不加速科學的發展或因此誕生新的學科門類。日本島津儀器公司的工程師田中耕一因在蛋白質的軟離子化方面的開拓性工作獲得2002年度的諾貝爾化學獎就是一個突出的例證，實際上他只是創制了一個質譜儀的“離子化部件”。理論用于解釋已有的現象，而工具用于發現新的理論。分析儀器/部件的研制是分析化學/分析科學學科的重要內容之一。
我國近年來在“微型、便攜、超高速、超靈敏及高度自動化的光譜分析儀器”方面的研究十分活躍，作為實現單原子、單分子分析，固體的微區采樣，爐前“不取樣”分析，實時動態分析等的有效途徑之一的激光技術，在光譜分析化學中的應用也得到了長足的發展。隨著基礎化學、材料、生命和環境科學研究的進一步開展，新的問題和“現象”不斷出現，對具有*功能的新儀器/部件的創制的要求將更為迫切。分析儀器研究是本次會議討論zui為熱烈的焦點之一，多位學者強調分析儀器研究的定位應該是分析化學的“基礎研究的基礎”，而不是過去被許多人認為的“應用基礎研究”。因此，分析儀器研究應該成為國家自然科學基金重點資助的基礎研究方向。一些學者還認為，我國目前分析儀器研究的落后狀態在很大程度上是由于過去定位不準確造成的。正是由于我們以前沒有強調分析儀器研究的基礎研究性質，缺少在分析儀器的原理方面的基礎創新性成果，導致仿制成為我國分析儀器的主要途徑。與會代表建議，今后國家自然科學基金委員會應加大對分析儀器基礎研究的支持力度，使我國分析儀器的創新研究取得實質性進展。
四、基礎理論研究─破譯分析信號的鑰匙
分析信號的獲取是定性和定量分析的基礎，對產生分析信號本質和機理的認識是實現分析結果準確度的保證，特別是對復雜體系中單一目標分析物的檢測尤為重要。環境和生命體系中物質間的相互作用非常復雜，而且往往是小分子和大分子、大分子和大分子之間的相互作用，利用傳統的小分子化學理論對復雜體系中分子間的相互作用機制和影響分析信號產生的因素進行解釋和辨析顯然是不充分的。光譜/質譜分析化學必須對原有的理論進行補充、修正乃至發展新的理論和分析方法學，以適應不斷變化的分析對象和日益復雜的分析體系的要求，保證分析結果的科學性。
五、光譜/質譜分析化學－通過學科交叉推動相關學科的發展
生命科學、材料科學及環境科學中的科學家們都已經認識到分析化學的重要性。對原子/分子的識別是解釋生物分子的功能、材料性能和標靶分子的環境行為的基礎，適于特定體系和特殊樣品的光譜/質譜分析方法學的研究將推動生命、材料和環境等相關學科的發展，同時帶動光譜/質譜分析化學自身的不斷完善。
創新是光譜/質譜分析化學發展的靈魂。盲目跟蹤、追星不登大雅之堂。然而，創新是建立在不斷地積累基礎之上的，需要溫故而知新。