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庄乾坤教授谈分析化学发展与创新研究

2013.11.27

  2013年11月23日-25日,由中国质谱学会无机质谱、同位素质谱和仪器与教育业委员会联合承办,江苏天瑞仪器协办的2013年全国无机及同位素质谱学学术会议在江苏昆山隆重召开,来自全国高等学校,科研机构和企业的200余位从事质谱工作的专家学者参加了大会。大会开幕式当天,邀请到国家自然科学基金委化学部庄乾坤教授带来题为《浅谈分析化学发展与创新研究》的大会报告。报告中,庄教授针对分析化学的发展现状、发展规划以及申请项目内容进行了详细阐述。

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国家自然科学基金委化学部  庄乾坤教授

  庄教授首先从中国国情切入主题,分析化学随着社会的发展变得越来越重要,其中质谱一直是我们研究的重点,无论是在公共安全分析、环境还是食品安全、人类健康等领域质谱都起着重要作用。庄教授展示了中国学者在美国分析化学刊物(Anal Chem)上发表的文章数据统计,从2005年开始,我们国家发表的文章仅有20~40篇,只占总文章数目的2%-4%。而自从2006年国家投入增加后,我们国内学者科研水平快速增长,2012年在Anal Chem上发表文章已有222篇,增长速度非常快,最高占到了总文章数目的17%,仅次于美国。正是如此我们也赢得了国际上的重视,于是第一届中美双边分析化学研讨会(US-China Analytical Chemistry Workshop)于2010年10月份在美国普渡大学成功举行,双方共有52位科学家参加了会议,其中美方34位,中方15位,ACS及媒体代表3人,通过这次研讨会的交流,美国的学者对中国的分析化学发展给予了充分的肯定,也重新认识并了解了中国的分析化学,正式因为第一届会议的成功举办,第二届中美研讨会也于2012年在清华大学成功举办,共有89位科学家参加了讨论交流。

  庄教授介绍美国分析化学杂志(Analytical Chemistry,AC)在2013年前从来没有一个中国人当编委,但自从我们无论是在文章还是研讨会方面都取得了很大进展后,2013年3月份开始张新荣教授成为AC杂志有史以来的首位来自中国的副主编,另外北京大学刘虎威教授、中科院大连化物所邹汉法研究员、厦门大学田中群院士从2013年1月起开始担任AC编委,这是其他国家没有的。而在今年在BCEIA中,AC杂志主编在交流会中也认识到中国分析化学发展的快速,于是决定于2014年1月份开始再增加了2个编委分别是陈洪渊教授和张玉奎教授,AC杂志的这些决定也充分说明了我们国内分析领域发展之迅速。庄教授还特意介绍2013年网上投票选举全球影响最大的分析化学科学家前100名中,大陆有陈义、江桂斌、许国旺、张玉奎、邹汉法五位专家入选,且都属于质谱和色谱领域,由此看来我们质谱的影响越来越大。质谱因其应用面广,影响力大,所以需要我们去加大发展。

  庄教授总结分析化学的十年发展史时说我们分析化学和化学这十年(2001-2010)的发展状况是一致的,总结如下:

  1、中国是目前全球发表论文数量第一的大国,2011年论文产量首次超过美国,达到3572篇;

  2、SCI论文数据位居第二位,2001-2005年中国SCI论文占世界份额10.38%,2006-2010年发展至17.37%;

  3、十年间篇均引文,2007年前都低于世界平均水平,2008年(5.49)达到世界平均水平(5.5),2009年(2.99)略高于世界平均水平(2.72),由此也说明我们国内论文的质量确实处在比较低的水平,因此2012年开始我们也在调整思路,不再追求文章数量,更关注文章的质量与档次。

  谈到分析化学未来的发展时,庄教授说到第一要有目标,我们的目标就是 “3S+2A”:sensitivity,selectivity和speediness以及accuracy,automatics;其次研究思路也要调整,以前都是局限在没目标的做一个方法,找个对象试一试,而过几天再换个对象去发篇文章,结果没有任何意义可言,因此1)我们需要瞄准一个科学问题,譬如若要测水里的铅则毫无意义,而若要测细胞中的铅就是一个非常前沿的课题;庄教授强调选科学问题的时候一定要选一个重要的问题;2)围绕所选定的科学问题步步深入,开展一系列工作,不要横着走,要往下走。第二,创新点与思路,庄教授说我们化学中学到的所有方法光、电、核磁、质谱等,所有的概念都是从物理中来的,特别是光,因此,我们一定要学习物理,把物理新概念和新技术尽快变成我们的方法,其次分析仪器与装置,近年来国家对仪器研究特别重视,这方面的关键就是要创新,第三个就是瞄准重大科学问题。

  为了更好的阐释上述思路,庄教授特地举了成像分析的例子来说明,目前成像的方法有:放射成像(PET)技术、荧光、拉曼、红外、质谱成像。PET 成像和荧光成像这两种方法虽然很好,尤其是荧光成像,目前是灵敏度最高的成像,其空间分辨率达到了约10nm的水平,但是它们都有一个缺点:需要标记,不适用于鉴别未知的功能分子(如疾病标志物、新药研究中的未知代谢成分等),但是如果要标记的话就可能会影响到生物分子的天然特性,从而可能导致很多数据不准,面对这一问题科学家也在思考改进的方法。而红外和拉曼则不用标记,但其最大的缺点就是灵敏度太低,看不到单细胞,这也是这两种方法的缺陷,其中中群教授和谢晓亮教授在这方面有着很大的突破,同时也存在一些不足,田中群教授需要一个纳米颗粒的涂层,而谢晓亮需要非常复杂的一个仪器,这些都不是轻易可以做到的。质谱成像目前来说是比较理想的成像技术,其前景是非常好的,2008年美国普渡大学Cooks教授提出一种常压敞开式的质谱成像技术,称为电喷雾解吸电离质谱(DESI-MS)技术,该技术可在简单样品预处理的情况下对生物组织成像,甚至获得指纹的图像。庄教授还介绍了目前成像领域做的比较好的专家,有王增波教授、哈佛大学的庄小葳教授、南京大学的陶农建教授、北大的谢晓亮教授,庄教授说到一个新的方法的提出、一个新的灵敏度的实现,就能发一篇science,庄教授能够一年发2篇science,可见创新的工作和文章的发表是非常有关的。

  关于分析测试的的基础研究,庄教授认为以前分析测试不能做基础研究,主要因为首先仪器太差,其次人员没经过训练,而目前完全不同,各个测试单位的仪器都是一流的,人员大多都是从国外回来的博士后,我们有着足够的人力和物力来从事基础研究,没有基础研究便没有分析测试;另外分析测试中要有很多创新的研究,新方法的建立,包括仪器的改造等等。

   接下来庄教授谈到如何评价申请项目的几点原则分别为:1)申请项目的学术价值;2)申请项目能产生哪些广泛的影响;3)申请人的研究基础如何。庄教授在报告中特别提到:国家投入这几年发展的非常快,规模很大,特别是从2011年国家设立重大仪器专项,给科学仪器的创新研究提供了时机。仪器专项分为三个档次,分别为重大仪器专项(5/年)包括了1000万和3000万以上的项目,以及2/年的300万的自由申请仪器专项项目。对仪器研制创新基金委是这样定位的:针对一个科学问题设计一种目前国际上没有的一种仪器装置,没有这个装置,这个科学问题就解决不了,如果一旦成功便可产业化这就是国际上一流的。

  庄教授还举例了一些项目的资助侧重点,比如:面上项目资助重点是全面协调可持续,并强调创新,平均资助额度是80万人民币;重点项目的平均资助额度是200-400万元,主要为鼓励学科前沿方向发展;重大项目的平均资助额度达到2000万,强调的是集成,并力争出重大成果;杰出青年的平均资助额度是200万,目标是培养学科带头人;优秀青年则为了培养有发展潜力的青年人才,平均资助额度为100万;以及国际合作与重大研究计划项目。

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