2022年行業(yè)報告我國光譜分析化學(xué)未來發(fā)展戰(zhàn)略展望

我國光譜分析化學(xué)未來發(fā)展戰(zhàn)略展望由國家自然科學(xué)基金委員會主辦，廈門高校承辦，清華高校協(xié)辦的“光譜分析化學(xué)進展戰(zhàn)略研討會”于2022年12月5～8日在廈門高校召開。會議匯聚了全國近50位光譜/質(zhì)譜分析化學(xué)界德高望重的老先生、年富歷豐的中年學(xué)者、風(fēng)華正茂的青年才俊，從光譜/質(zhì)譜分析進展的戰(zhàn)略高度共同探討了3個主要議題：1)當(dāng)前光譜/質(zhì)譜分析化學(xué)討論中的重大科學(xué)問題;2)“十一五”期間光譜/質(zhì)譜分析化學(xué)的進展戰(zhàn)略、前沿領(lǐng)域和新的生長點;3)光譜/質(zhì)譜分析化學(xué)人才的發(fā)覺與培育。與會專家學(xué)者建言獻策，暢所欲言，通過“主題報告”、“主題發(fā)言”和“集體爭論”3種形式，充分表達了自己的觀點和建議，并形成了以下5個方面關(guān)于光譜/質(zhì)譜分析化學(xué)重大科學(xué)問題：

一、金屬組學(xué)討論─原子光譜/質(zhì)譜分析化學(xué)的進展機遇和挑戰(zhàn)

元素的存在形態(tài)與其生物功能和環(huán)境行為親密相關(guān)。以探知元素存在形態(tài)為目的的分析方法學(xué)討論已歷時近30年，這期間經(jīng)受了化學(xué)的元素“組態(tài)分析(Fractionation)”，以及以聯(lián)用技術(shù)為主要手段，在分子水平上獵取元素存在狀態(tài)信息的“形態(tài)分析(Speciation)”的進展歷程。由于分析化學(xué)討論往往重視元素/化合物含量和存在狀態(tài)的檢測和鑒定，較少涉及其生物功能和環(huán)境行為，而生命科學(xué)和環(huán)境科學(xué)則偏重生物效應(yīng)和環(huán)境行為討論，對產(chǎn)生緣由的認知及其機理的討論相對匱乏，因此，分析化學(xué)家目前的挑戰(zhàn)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(tài)分析為特征的原子光譜/質(zhì)譜分析化學(xué)討論者來講，這是一次嚴峻的挑戰(zhàn)，也是一個難得的進展機遇。最近，日本名古屋高校分析化學(xué)家Haraguchi教授提出了一個融合原子光譜/質(zhì)譜分析和分子生物功能討論的嶄新討論領(lǐng)域─金屬組學(xué)(Metallomics)，引起了世界范圍內(nèi)該討論領(lǐng)域科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。金屬組學(xué)討論方向在本次會議上同樣受到了與會學(xué)者的極大關(guān)注。大家全都認為，金屬組學(xué)是繼蛋白組學(xué)和代謝組學(xué)之后生命科學(xué)進展的一個新的熱點和討論前沿，需要引起我國學(xué)者的廣泛關(guān)注和樂觀參加。我國在元素形態(tài)分析領(lǐng)域的討論雖然投入較少，但應(yīng)當(dāng)說在學(xué)問和討論水平上是與歐洲、美國和日本同步進展的。隨著國家在重點高校和科學(xué)院實施的“211”、“985”及“學(xué)問創(chuàng)新工程”的大力投入，討論所需的硬件條件有了很大的改善，我們現(xiàn)在已經(jīng)有條件開展這一領(lǐng)域的討論并可能為其進展做出貢獻。

二、新型熒光探針─熒光量子點

生命科學(xué)討論的快速進展推動了具有高靈敏檢測特點的熒光和化學(xué)發(fā)光分析的進一步進展。具有可識別功能的新型熒光探針的合成，特殊是納米熒光量子點分析技術(shù)的提出，在基因和蛋白質(zhì)分析過程中發(fā)揮了重要作用并顯示出進一步的應(yīng)用潛力。尤其在細胞成像方面，通過觀看量子點標(biāo)記分子與其靶分子相互作用的部位，及其在活細胞內(nèi)的運行軌跡，可能為信號傳遞的分子機制供應(yīng)線索，為闡明細胞生長發(fā)育的調(diào)控及癌變規(guī)律供應(yīng)直觀依據(jù)，這是目前常用的有機熒光染料無法實現(xiàn)的。量子點技術(shù)與芯片技術(shù)結(jié)合還可能制造超高通量分析各種靶分子和藥物高速篩選的技術(shù)平臺，并對細胞生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)生深遠影響。熒光探針討論在我國已有很好的基礎(chǔ)，近幾年國內(nèi)學(xué)者在探針分子的合成、分子識別以及相關(guān)機理討論方面取得了多項成果，并發(fā)表在一些重要刊物上。特殊是隨著熒光量子點討論在國際上的興起，這一方向也引起了我國光譜工的重視。

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(lián)、在免疫分析和DNA分析中的應(yīng)用以及生物成像分析等方面介紹了自己的討論成果。爭論中，大家對這一討論所存在的問題也進行了深化探討，特殊是張展霞教授提出的“不能只是跟蹤，要有自己的創(chuàng)新思想”的評論很有見地，值得我們從事這一討論方向的學(xué)者深化思索。

三、分析儀器/部件的研制─基礎(chǔ)討論的基礎(chǔ)

“工欲善其事，必先利其器”。沒有人會否認分析儀器在科學(xué)進展過程中所發(fā)揮的巨大作用，新型儀器的消失無不加速科學(xué)的進展或因此誕生新的學(xué)科門類。日本島津儀器公司的工程師田中耕一因在蛋白質(zhì)的軟離子化方面的開拓性工作獲得2022年度的諾貝爾化學(xué)獎就是一個突出的例證，實際上他只是創(chuàng)制了一個質(zhì)譜儀的“離子化部件”。理論用于解釋已有的現(xiàn)象，而工具用于發(fā)覺新的理論。分析儀器/部件的研制是分析化學(xué)/分析科學(xué)學(xué)科的重要內(nèi)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”方面的討論非?；钴S，作為實現(xiàn)單原子、單分子分析，固體的微區(qū)采樣，爐前“不取樣”分析，實時動態(tài)分析等的有效途徑之一的激光技術(shù)，在光譜分析化學(xué)中的應(yīng)用也得到了長足的進展。隨著基礎(chǔ)化學(xué)、材料、生命和環(huán)境科學(xué)討論的進一步開展，新的問題和“現(xiàn)象”不斷消失，對具有獨特功能的新儀器/部件的創(chuàng)制的要求將更為迫切。分析儀器討論是本次會議爭論最為熱鬧的焦點之一，多位學(xué)者強調(diào)分析儀器討論的定位應(yīng)當(dāng)是分析化學(xué)的“基礎(chǔ)討論的基礎(chǔ)”，而不是過去被很多人認為的“應(yīng)用基礎(chǔ)討論”。因此，分析儀器討論應(yīng)當(dāng)成為國家自然科學(xué)基金重點資助的基礎(chǔ)討論方向。一些學(xué)者還認為，我國目前分析儀器討論的落后狀態(tài)在很大程度上是由于過去定位不精確?????造成的。正是由于我們以前沒有強調(diào)分析儀器討論的基礎(chǔ)討論性質(zhì)，缺少在分析儀器的原理方面的基礎(chǔ)創(chuàng)新性成果，導(dǎo)致仿制成為我國分析儀器制造的主要途徑。與會代表建議，今后國家自然科學(xué)基金委員會應(yīng)加大對分析儀器基礎(chǔ)討論的支持力度，使我國分析儀器的創(chuàng)新討論取得實質(zhì)性進展。

四、基礎(chǔ)理論討論─破譯分析信號的鑰匙

分析信號的獵取是定性和定量分析的基礎(chǔ)，對產(chǎn)生分析信號本質(zhì)和機理的熟悉是實現(xiàn)分析結(jié)果精確?????度的保證，特殊是對簡單體系中單一目標(biāo)分析物的檢測尤為重要。環(huán)境和生命體系中物質(zhì)間的相互作用特別簡單，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(tǒng)的小分子化學(xué)理論對簡單體系中分子間的相互作用機制和影響分析信號產(chǎn)生的因素進行解釋和辨析明顯是不充分的。光譜/質(zhì)譜分析化學(xué)必需對原有的理論進行補充、修正乃至進展新的理論和分析方法學(xué)，以適應(yīng)不斷變化的分析對象和日益簡單的分析體系的要求，保證分析結(jié)果的科學(xué)性。

五、光譜/質(zhì)譜分析化學(xué)-通過學(xué)科交叉推動相關(guān)學(xué)科的進展

生命科學(xué)、材料科學(xué)及環(huán)境科學(xué)中的科學(xué)家們都已經(jīng)熟悉到分析化學(xué)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(biāo)靶分子的環(huán)境行為的基