吕弋:探针和标记技术 让光谱解码生命奥秘

2020年8月03日 10:31:23 来源: 分析测试百科
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  分析测试百科网讯 光谱技术已迈过百年历史长河,中国的光谱分析技术亦可追溯到上个世纪50年代,今日中国的光谱技术已从国际上“跟跑”跃升到部分领域领跑的地位。在这巨大飞跃的背后,是老中青科学家为克服严峻挑战而付出的辛勤汗水。伴随着将在成都召开的第21届全国分子光谱学学术会议,中国光学学会光谱专业委员会与分析测试百科网联合举办“七彩光谱 万象更新”主题活动。活动将采访光谱界业内的一线工作者,探讨光谱近年来的发展、最新技术与应用,展望光谱未来发展的新方向,希望可以对广大光谱爱好与从业者产生更多的启发。

  以化学发光为代表的分子发光分析是近几十年发展起来的一种超高灵敏的微量及痕量分析法。近年来,结合探针和标记技术,分子发光等光谱分析在生物分析,特别是在肿瘤标志物分析和疾病诊断等领域得到了广泛的应用。作为四川大学分析测试中心主任,吕弋教授不仅在实验室管理方面颇有建树,更走在了科学研究的前沿。在本次采访中,吕弋教授将为我们讲述他在分子发光和纳米标记生物分析等领域的研究成果。

四川大学分析测试中心主任 吕弋教授

百年光谱,改变世界认知

  谈到光谱发展史,吕弋简要回顾了自己印象深刻的几项技术。原子发射光谱是光谱分析法中发展较早的一种方法,19世纪50年代, Kirchhoff和Bunsen制造了第一台用于光谱分析的分光镜,并成功获得了某些元素的特征光谱,奠定了光谱定性分析的基础。光谱分析为人类的科技发展作出了不可磨灭的重要贡献,在以原子光谱为代表的光谱分析发展史中,光栅、空心阴极灯、ICP光源、光电倍增管、CCD等关键技术的发明改变了人们对世界的认知。例如,光栅,作为一项伟大的技术发明,使科学家们实现了对光谱更精细、更准确的测定,现如今人类发现的所有元素都有自己的特征谱线,由这些元素组成的分子结构同样拥有自己的特征光谱。光谱信息就如同指纹一样,是标示出物质成分的“身份证”,而光谱分析实现准确鉴定“身份证”的关键就是光栅。

  “如果考虑整个光谱界,不仅限于原子光谱这个范围,还有许许多多具有里程碑意义的研究成果,”吕弋说到。例如获得2014年诺贝尔化学奖的光学超分辨荧光显微成像技术,打破了传统意义上光学显微镜的衍射极限。尽管哈佛大学庄小威教授未能获得当年的诺贝尔奖,但她研制的基于STORM原理的超高分辨率荧光显微分析技术一样具有里程碑意义。“因此,光谱分析所取得的突破和进展非常多,在认知世界、改变世界的过程中起着非常重要的作用,作为光谱人我感到非常骄傲。”

研究兴趣:基于光谱的生物分析

  目前,吕弋团队在化学发光分析和基于原子光谱的疾病标志物检测方面形成了一定的研究特色。在化学发光光谱分析方面,团队最近研发了环境中活性氧发光探针。“因为化学发光分析技术在一些活性氧小分子检测当中有很独特的特点,所以我们针对这一特性,设计了一系列高选择、高灵敏的化学发光探针。最近,我们将这一成果用于大气颗粒物中活性氧小分子检测,同时也将这一技术用于人体吸入颗粒物的检测,以观察颗粒物对人体健康的影响。”吕弋说到。未来,团队计划将这项技术用于可吸入颗粒物的追踪与探索,期望能更准确地认识大气颗粒物对人体或者人类健康的影响。

  在原子光谱生物分析方面,吕弋团队以无机质谱分析为基础,较为系统地开展了金属稳定同位素标记分析研究。以免疫分析为代表的生物分析方法在疾病诊断等领域具有重要的意义,由于少量生物分子就可能影响整个细胞的生物功能和触发疾病生理过程,高灵敏的生物分子定量检测方法在疾病的早期诊断和机理研究中起着重要作用。团队创建了若干生物分子的高灵敏和高准确度分析新方法,为蛋白质和核酸的高灵敏和高准确度分析提供了新策略和新途径。利用原子光谱元素分析的高灵敏度特性实现对标记、非标记的疾病标志物的检测,获取了更精准的检测结果,进而实现人体疾病的精确诊断。多篇科研论文被选为Analytical Chemistry, Chemical Communications等刊物的封面论文重点推荐,并被Wiley Advanced Science News、ACS美国化学会公众号、X-MOL等新媒体广泛宣传报道。此外,吕弋团队还分别在《光谱学与光谱分析》以及Luminescence上发表综述,详细介绍了金属稳定同位素标记和纳米化学发光分析进展。

吕弋团队近期发表的金属稳定同位素标记封面论文

从无到有、从有到强的中国光谱

  中国光谱事业起步于百废待兴的新中国,在中国光谱届老前辈的带领下,实现了从无到有、从弱到强的发展。经过光谱分析领域学者们的不懈努力,中国光谱与世界光谱的差距越来越小,到现在为止,在光谱分析方面,中国也涌现了一批引领全球研究潮流的学者,这与大家的共同努力和老前辈的正确引领无法分割。

  对此,吕弋教授表示,“现在中国的光谱分析在国际上的声誉越来越好,影响越来越大,这个是毫无疑问的。大家也可以看出来,光谱界重要的学术期刊原来没有中国学者发表论文,但现在中国光谱界学者的名字频频出现在国际高水平期刊上,甚至以编委、副主编组、主编的身份出现在在这些杂志上。所以我认为中国光谱界在国际上的影响力越来越大,我相信有一天,中国学者会引领全球光谱的研究发展。”

国货当自强

  谈到国际光谱产品的优势时,吕弋认为各大厂商的光谱仪器各有长处、各有千秋,每个品牌都有自己的产品特色,但是遗憾的是国内厂商在这一方面还有差距。

  除了光谱分析仪之外,对于中国光谱还有哪些问题需要解决,吕弋表示,中国的光谱分析在基础研究、原始创新方面在全球光谱界已占据一席之地,但在与基础研究相匹配的后续应用和仪器装备方面,距离世界领先水平还有一定差距。对于如何破解这一困境,吕弋认为,除了进一步加强光谱的基础研究和光谱仪器的研制外,还要将基础研究转变为实用技术,只有这样才能够真正满足国家需求。

  “目前,我国学者在光谱的基础研究中有很多特色,但将这些基础研究转变为国家所需的、真正的技术和产品方面存在一定困难。这也是为什么国家要求除了做好基础研究,还要求解决实际问题。”吕弋说到。因此,只有加强产学研用的转化才能真正的推进中国光谱事业的全面发展。

迈开“步子” 做民族骄傲

  谈到国内光谱仪器厂商的产品表现,吕弋认为当前国内光谱厂商非常努力,为用户带来了很多高性能产品。“特别是近十几年,国内厂商为大家带来了很多新产品,特别是在BCEIA展会中,经常出现国内厂商的光谱仪器。除了有很多新品展出,每年还有很多光谱产品荣获BCEIA金奖。这些足以表明国内的光谱产品已经得到一定的认可。”吕弋说到。

  当前,我们看到国内厂商已经推出了一些小型化光谱仪器,并且已经完全攻克这些技术难关,产品过硬,尤其在原子光谱、小型分子光谱仪器方面,这些产品的质量已经得到市场的认可。吕弋所在的实验室也有不少国产光谱产品,他说到,“这是可喜的一面。国内如海光、北分瑞利等一些厂商是做得很好的。通过这几年的发展,特别是在仪器的开发和推广方面,我觉得他们还是花了很大的功夫的。”

  对于国产光谱产品的发展,吕弋认为,未来厂商的“步子”应该再迈大一点,瞄准更高端、更前沿的光谱仪器。特别是大型光谱装备,国产品牌可以迈开步子在这个领域发展。据了解,目前有些国内厂商已经开始进入高端光谱产品领域,开始研发、生产诸如ICP-OES、ICP-MS等产品。希望未来在这些高端的光谱仪器中,能够有国产仪器的一席之地。“希望这些国内的厂商能够为国内用户提供越来越来越多的光谱仪器,也希望能够在实验室中见到他们的影子,这是中华民族的骄傲。”吕弋说到。

与《光谱学与光谱分析》的不解之缘

  《光谱学与光谱分析》是国内的老牌光谱界期刊,有非常大的影响力。“在学生年代,我们经常看这本期刊,给我非常好的一个印象是:它涵盖了光谱分析方方面面的研究成果,并且大多数是实际应用案例。直至今日,《光谱学与光谱分析》里面仍然有很多解决实际问题的案例,不管是高校、科研院所还是生产企业,他们都在这本期刊上发表研究成果,所以《光谱学与光谱分析》读者面广,产生了很好的社会影响。”吕弋说到。

  关于《光谱学与光谱分析》对吕弋老师在学生时代的帮助,他表示,在进入光谱界的早期,通过阅读该期刊中的文章,不仅可以了解最新光谱分析研究进展,还能够帮助解决实验中的一些困惑,因为期刊所发表的文章常常会告诉读者一些具体的应用案例,同时也包括最新的仪器装置和技术的介绍等等。“所以,我觉得《光谱学与光谱分析》是一本非常有影响力的期刊,它对很多需要解决实际问题的人来讲有很大帮助。我希望它今后能够越办越好,它不仅仅是我们中国光谱界的一本期刊,同时也是一本属于世界的光谱学期刊,我希望它能够产生更深远、更广泛的影响。”吕弋说到。

寄语 “2020光谱年会”

  “九天开出一成都,万户千门入画图”,这是我国唐代诗人李白对成都的形容。四川成都拥有“天府之国”的美誉,既有山川俊美的自然风貌:地势多样,青峰竞艳,丹壑争流;又有秀冠华夏的历史人文:巴蜀文化源远流长,名人文豪竞相辈出。在这里,自然、人文与社会风俗多种景观相生相依,情景交融。作为2020年光谱年会的东道主,吕弋表示:希望中国光谱界同仁在成都开展学术交流的同时,能够在成都生活愉快,工作愉快,感受天府之国的魅力。期待大家来成都指导、交流,共同推进中国光谱学进一步发展。

  征稿启事

  自光谱技术出现以来,已迈过百年历史长河。中国的光谱分析技术自上个世纪50年代起,已经从跟跑发展到部分领域领跑。在这背后,老中青科学家三代科技工作者克服了严峻的挑战,付出了辛勤的汗水。

  第21届全国分子光谱学学术会议即将在2020年10月在成都的召开,中国光学学会光谱专业委员会和分析测试百科网联合举办了“七彩光谱 万象更新”主题活动。活动将采访业内的光谱界的一线工作者,探讨光谱近年来的发展、最新技术与应用,展望光谱未来发展的新方向。

  活动时间:2020年光谱年会召开之前。

  展现形式:专访——图文展示,所有采访稿件最终汇聚成专题集中展示。

  采访对象:光谱界一线工作者。

  详情咨询:news@antpedia.net