NSFC分析化学学科“九•五”资助情况及“十•五”优先领域

“九·五”期间，国家自然科学基金委员会（NSFC）化学部分析化学学科与全国从事分析化学基础研究的科学工作者一道，通过基金重点项目和面上项目的研究和完成，促进了该学科基础研究整体水平的提高和国际合作研究的开展，为新兴、前沿分支学科和分析新技术的发展作出了贡献。

一、“九·五”期间NSFC分析化学学科项目资助情况

在这五年中NSFC资助分析学科重点基金项目有“新型生物分析用色谱柱固定相”、“毛细管电泳理论新探索及其应用研究”、“复杂体系成份分析及波谱结构解析的化学计量学方法研究”、“元素复杂形态分析联用新技术、新方法”、“生物超分子功能的电分析化学研究”、“模拟生物膜体系的生物电化学研究”以及与生命科学部生物化学与分子生物学学科联合资助了“活性自由基生物功能及其机理的顺磁共振成像研究”和“新型生物传感器和实时、无创伤活体分析技术的研究”学科交叉项目。

近三年来，面上基金申请项目中被同行专家评议为优秀（A类）的项目按分支学科分类介绍如下：

色谱与毛细管电泳分析

抗生素作为新型液相色谱手性固定相及生物探针的研究

对映体分离机理研究

应用毛细管电泳研究基因重组蛋白构象和肽链折叠机理

光色谱及其在生物大分子分离中的应用

毛细管电泳––脉冲安培检测技术及其在活体分析中的应用

电分析化学

现场显微红外光谱电化学研究

伏安酶免体系酶催化及植物病毒伏安酶免试剂盒研究

超微传感器及其在心肌细胞损伤和修复中应用研究

用光电化学技术研究药物对DNA的损伤和保护

分子形状记忆型化学传感器的研究

单酶催化高选择性羰基手性物电化学还原及其传感器研究

有机相生物传感器

光谱分析

分子内扭转电荷转移荧光传感––仿生膜为介体

免疫分析与核酸检测新型近红外荧光探针设计和方法研究

无保护性介质和分子组合流体室温磷光机理及应用研究

稀土电子振动光谱结构分析技术及其在生物系统中的应用

用腔衰荡技术研究大气环境中有害气体的超痕量探测

相分辨光声光谱结构分析及稀土固态配合物晶体场研究

磁共振谱学

寡糖溶液构象的核磁共振研究

质谱学

糖蛋白结构的质谱分析

石墨非还原热离子发射特性及其在质谱分析上的应用

生物亲和超滤––质谱分析用于快速筛选抗癌活性成份研究

生化分析

抗癌细胞毒细胞的发光细胞免疫分析

细胞中的自由基生物电化学和天然药物抗氧活性的研究

低拷贝基因核酸检测用生物传感器

联用技术

毛细管电泳与单分子探测联用技术研究

智能化顺序注射分离与光学检测联用及过程分析中应用

取样、分离与富集

自由活动状态微透析取样分析

一种基于逆流聚焦电泳原理的新型技术

光色谱及其在生物大分子分离中的应用

化学计量学

高维数据的多元分辨法及其在中草药分析中的应用

结构解析专家系统研究––空间异构体自动解析研究

三维分析方法研究及其应用

表面、微区及形态分析

元素形态与生物可给性的研究

高温超导材料微观不均匀性的微区成像X光电子能谱分析

纳米异质薄膜界面变角X射线光电子谱（ADXPS）分析技术

研究

二、“九·五”期间分析化学学科的发展

从上面所列的基金资助项目可以看出，现代分析化学的发展正处于新的变革时期。生命科学、环境科学、新材料等科学发展的需求，生物学、信息科学、计算机技术的引入，使分析化学进入了一个新的境界。分析研究体系由简单无生命无机体系转向复杂的生命体系和环境体系；分析研究对象越来越多地选择了DNA、蛋白质、手性药物和环境毒物等生命活性相关物质；分析研究方法开始较多地研究酶和免疫学等生物化学方法，并注意应用化学计量学对分析结果和波谱结构进行处理和解析；分析仪器在向微型化、智能化和仪器联用方向发展；分析研究的层次已进入单细胞、单分子水平；分析研究区间已由主体延伸至表面微区、形态和立体结构。

一些分支学科如电化学分析、毛细管电泳、生物传感器和化学计量学以及流动注射分析等的研究已经在国际上占有一席之地。

我国电化学分析有不少研究已形成特色，达到国际水平。例如在生物活性物质的电化学分析研究方面，建立了蛋白质等生物分子的直接电化学分析法，发展了电化学免疫分析新技术，研制了具有分子识别功能的分子“开关”器件和纳米级的超微柱电极；在电分析化学理论、电分析化学的近代方法、电化学扫描隧道显微镜等的研究方面，促进了化学修饰电极、液/液界面电分析化学、光谱、波谱电化学、生物电化学和电化学检测等研究理论和实验方法的发展。

九·五期间，生物传感器的基础及应用研究在国内广泛开展，在压电传感理论、技术与应用研究方面，已将压电晶体用于血液流变学的研究中，进行了压电微生物传感器和生物免疫压电传感器的研究。在光导纤维传感器的研究方面，建立和发展了若干光纤化学和生物传感器新的分子识别体系，合成了一种命名为FLUK的新的癌细胞标记物，是细胞免疫分析的一大突破。在电化学生物传感器的基础理论与应用研究中，新型葡萄糖氧化酶传感器及介体修饰传感器有诊断突破。

我国的流动注射分析技术研究已进入国际先进行列，在国际上占有一席之地。在国内，该分析技术通过与其他光、电分析技术的联用而得到广泛的应用，有关“流动注射分析及联用新分析方法研究”和“流动注射在线分离浓集技术研究”取得了很多优秀成果，1998年在此基础上开始了对分析科学仪器的基础研究。

分析化学范畴中的化学计量学基础研究，也开始步入国际先进行列，在国际上占有一席之地。其中关于信号处理、化学模式识别、定量结构与活性关系、化学数据库、人工智能与化学专家系统，黑、白、灰多组分智能分析系统、人工神经网络、小波理论、过程分析与波谱解析等方面的研究均取得长足的发展，可望为分析化学、环境化学及分析仪器的发展作出重要贡献。

毛细管电泳的基础研究是我国分析化学学科中的后起之秀。我国自90年代初才开始起步，通过国家自然科学面上基金项目和重点基金项目的连续资助，已在基因分析、手性拆分、蛋白质和药物相互作用等生命科学应用领域以及毛细管柱系统、毛细管电泳仪器、毛细管电泳模型理论等相关技术和基础研究中，取得了具有一定创新性和突破性的成果，并且成为了国际上仅有的几个主持大范围国际毛细管电泳会议的国家之一。

我国分子发光光谱分析领域的整体水平近5年来也有了显著的提高，与国际水平的差距明显缩小，其中某些方面的研究工作已经达到或接近国际先进水平，诸如同步和导数荧光光谱分析；光化学荧光分析和荧光探针；共振瑞利光散射光谱分析；室温磷光分析；蛋白质和核酸荧光探针；稀土配合物共发光荧光分析；模拟酶荧光分析；新化学发光试剂和发光体系的研究等等。

除了上述的几个分支学科的基础研究有明显的进展外，在我国分析化学学科领域还形成了多个实力较强的研究群体，例如中科院长春应用化学研究所“电分析化学院开放实验室”，湖南大学“化学计量学研究组”，厦门大学“生命与材料科学中的分析化学开放实验室”，中科院化学所“生命科学与分析化学研究室”，中科院大连化物所“毛细管电泳实验室和色谱研究组”，中科院生态环境中心“环境分析化学与生态毒理开放实验室”。新成长起来的研究群体还有华东师范大学“生物电化学研究所”和厦门大学“分子发光光谱分析研究组”等。在这些群体中已经有不少青年学术带头人涌现出来，人才断层的危机有所缓解。

三、“十·五”期间分析化学学科基础研究优先资助领域

为确定“十·五”期间NSFC分析化学学科优先资助领域，在广泛听取本学科专家建议意见的基础上，我们将建议的内容归纳为以下几个领域。

1、瞬态自由基的研究^[1]:

人们熟知，无论对生物体中代谢能量的线粒体电子传递链，还是在植物光合作用反应中心，它们电子转移过程中的每一个步骤几乎都伴随着瞬态自由基的产生，由于瞬态自由基的不稳定性，特别是在生命体系中，它的寿命短且浓度极低，因而在生物电子转移反应过程的研究中，对生物自由基物种的实时、动态检测一直是人们关注的焦点和难点之一。

2、单分子和单原子的检测^[2]：

分子和原子的概念深深影响着人们日常的行为和思想，原子分子理论在整个自然科学的发展中发挥着举足轻重的作用。然而建立在理想气体分子运动基础上的分子理论，确实不能给出单个分子或原子的直观图形。二十世纪中统计处理方法构成了几乎所有原子分子分析方法的基础，因分析方法灵敏度低，为了得到足够强度的电学或光学信号，必须同时处理大量分子或原子的行为。然而科学的进步不但要求对整个特征的正确理解，同时要求对单分子化学和物理性质的详细阐述，如单根碳纳米管电子性质研究以及单根DNA分子性质的研究。单原子和单分子层次上的独特的物理学、化学、生物或材料特性足以使人们为之振动，将单个原子和分子的观察、操纵，单分子器件的构件等课题推上科学日程，开始了从统计意义上的科学向单分子科学的飞跃。

3、生物与化学传感技术^[3]:

现代生物、医学、化学等学科对传感技术提出了具有重大意义而必须解决的课题。在生命科学中，人和生物遗传基因、信息密码的检测和筛选、人体疾病的防治将是21世纪科学研究的关键，要求人们能够从细胞水平进行在位传感检测，同时又兼顾细胞之间传递介质的动态功能检测，这些都要求生物和化学传感领域必须有所突破。例如：建立纳米传感新模式、合成和制备一系列高性能化学敏感识别物质（新型光学识别试剂）以及这些物质的固定技术；建立适用于现场的纳米化学传感技术和建立神经递质和神经之结构纳米化学传感新技术等等。

4、复杂体系的分离、分析^[4]:

在复杂体系的分离、分析过程中，遇到的最大难题和发展机遇之一就在于提高复杂体系分离、分析的选择性。分子识别是分离、分析选择性的核心和基本问题。（复杂物质体系中各种分子以及它们与体系外某些物质分子之间，均存在有非成键作用力或称为弱相互作用力，如氢键使用力、静电作用力（库仓力）、范德华力、疏水作用力等。正是这些弱相互作用力，制约了分子识别过程过程及强度、调控分子自组装及超分子体系的形成。因此，为实现目的化合物高选择性分离和分析，必须从分子识别入手，对于目的化合物具有互补结构及互补作用力，特别是亲和作用力的规律及影响因素进行基础研究，才能进而发展具有高选择性的分离、分析新方法。

5、生物信息的检测技术^[5]：

此处所提及的生物信息，就其对象而言大体包括下述几个方面：一是关于染色体和基因的信息，通常是一维的，二是关于被视为分子机器的蛋白质的信息，通常是三维的；三是复杂的生物体系和网络信息，通常还包括时间变量，因此被认为是四维的。生物信息的特点主要有两点：极其微量与极其复杂。所谓极其微量，一方面是指信息载体本身，目前已经小到一个细胞，甚至一个分子；另一方面是指可提供的母液的量，通常以纳升为单位。所谓极其复杂，首先是指化合物的类别，往往是在一种载体中集中了核酸、蛋白、糖和其它微量杂质。其次是指同类化合物中组成的数量，比如有些蛋白质复合物可以由几十种以至上百种蛋白质组成。

一系列微分析技术（如纳米技术，芯片技术）的发展将使上述对象的分析有可能在极其微量的层面上进行。生物技术的复杂性对分析工具的一个重要要求是多种分离技术和多种检测手段的集成化–更高层次的联用。

6、生物体系中非线性、非平衡过程的时空振荡分析^[6]:

生物体系中存在着许多自组织的振荡现象，无论是在活性酶体系、线粒体体系还是细胞体系。如在辣根过氧化酶开放体系中观察到的这类可溶性酶振荡体系；在线粒悬浮物中离子束和光散射的振荡现象；新陈代谢循环中为生命提供能量的葡萄糖转化为乳酸过程中十几种中间化合物的浓度随时间振荡，生物膜促使钾离子浓度梯度转移，蛋白质在膜中横向扩散的生物钟振荡效应；其它如某些海藻和水螅原生多细胞组织的分化，盘基网柄菌的细胞状粘菌变形体聚集的波状花纹；植物外表的形态图案分布等空间振荡现象等都是时空振荡的体现。因此考察不同生物活性物质时空振荡的影响，显然它在阐释活性物种对生命、生理、疾病和药理的作用上具有重要的科学意义。生物体系中时空振荡的发现早于化学的时空振荡，而把它应用于分析化学只是近20年的事。

7、痕量典型污染物在环境微界面的结构、形态分析^[7]:

环境界面指在水/气/土/生之间形成的界面，对污染物迁移转化起到控制性作用。在微观层次上，污染物在界面之间的平衡是亚稳态的，是一个动力学过程。从化学的角度，其所涉及的是在非均相体系中多种反应物共存条件下的非平衡态过程机理，反应速率主要由生物和非生物两种作用机制主导。环境微量污染物质在粒度处于1毫微米至100微米之间的胶体分散系与粗分散系的水体颗粒物界面，在2.5微米以下的大气微细粒子界面，在不同类型的土壤与植物根际以及在水体沉积物的表面进行十分复杂的化学、光化学、物理和生物反应，使其结构、形态和毒性发生变化，因此建立痕量典型污染物在环境微界面的表面、结构与形态的分析方法在环境科学基础研究中具有重要的意义。

8、基于分子印记的大规模基因芯片^[8]:

90年代以来，生物芯片引起了人们的重视。生物芯片是指运用大规模集成电路的光刻技术以及生物分子的自组装技术，在一微小芯片上组装成千上万个不同DNA或蛋白质等生物分子微阵列。实现生物分子信息的大规模检测。通过微细加工技术，在芯片上制造微型流体分析系统，准确、快速测量细胞、蛋白质、基因以及生物参数，实现生物分析系统的微型化和芯片化，又称之为芯片实验室。生物芯片不仅可以大大推进包括人类（后）基因组计划在内的各类基因组研究，寻找和发现新的基因，研究基因的功能以及生物体在进化、发育、遗传等过程中的规律，而且可为人类重大疾病如癌症、心血管病等机理研究和诊断方面发挥巨大的作用。生物芯片也将是生物信息学研究的重要和有效的工具。

9、蛋白组学中的多维分离和生物质谱^[9]:

人类基因组的研究计划已执行一半有余，功能基因组的研究正在启动，后基因组的时代已经到来。后基因组研究的最终目的是要阐明基因组所表达的真正执行生命活动的全部蛋白质的表达规律和生物功能，即蛋白组学研究。在与蛋白质组组份与结构的方法学研究中，各国科学家一致认为二维分离（包括双向凝胶电泳、两维高效色谱）、生物质谱（包括电喷雾质谱和基底辅助激光解吸质谱）和生物信息学是首选的方法学研究内容。

两维分离目前以双向凝胶电泳为主，虽在分离蛋白质组份上已达到了登峰造级的程度（可分离开5000余个蛋白组份），但在检出方面存在很大问题，如小的蛋白斑点不能用现有的显色方法，电泳产物难以直接被送入质谱，因此蛋白组学中所要求的快速分析和自动分析遇到了极大的挑战。

生物质谱虽然已经有了很好的大分子电离技术（ES1，MALD1），但目前的技术难以分析极少量（<μl)的样品和极低浓度（≤pmol）的样品，因此寻求更灵敏，更适于极微量样品的质谱技术已成为质谱研究的重点；生物质谱的另一类挑战性问题是蛋白组全谱解谱和氨基酸测序解谱，它们已成为生物质谱技术的瓶颈。

以上优先领域内容均摘自国内分析化学专家递交给国家自然科学基金委化学部“十·五”优先领域建议书，这些内容反映了分析化学学科的发展趋势，也是本学科研究的前沿领域。今后分析化学学科将更加重视分析检测新原理、新方法的探索基础研究，鼓励多学科交叉。“十·五”期间NSFC分析化学学科的优先资助领域将是：高选择性的简便、准确、灵敏的分子识别方法；单细胞、单分子、单原子的检测分析；生物体内重要化学信息物质的分析；痕量生物活性物质及自由基的在体、原位、动态、瞬时分析；手性化合物的分离分析；表面、微区、形态和立体结构分析；多元、多维的联合分离分析及数据处理技术以及芯片分析化学与分析仪器微型化等。

国家自然科学基金委员会

化学部 金龙珠

一九九九年五月三十一日

参考资料（“十·五”优先领域建议书）

[1] 中科院化学所 刘杨、北京医科大学 卢景芬、生物物理所 万谦

[2] 中科院化学所 白春礼、王琛

[3] 湖南大学新材料研究所、湖南师大化学所 姚守拙、湖南大学 王柯敏

[4] 中科院化学所 陈义、刘国诠、苏天升、马会民、赵睿

[5] 中科院大连化物所 林炳承

[6] 武汉大学化学学院 蔡汝秀、林智信

[7] 中科院生态环境研究中心 汤鸿霄、王子健

中科院生态环境研究中心 单孝全

[8] 东南大学 吴健雄实验室 陆祖宏

[9] 复旦大学 杨凡原