生命分析新技術(shù)及新方法：光譜揭秘生命密碼
2024年11月30日，第 23 屆全國分子光譜學(xué)學(xué)術(shù)會議和第五屆光譜年會暨黃本立院士百歲華誕學(xué)術(shù)研討會在福建省廈門市召開（相關(guān)鏈接）。會議次日，以“生命分析新技術(shù)及新方法”為主題的的分會場1上，國家納米科學(xué)中心的陳春英院士、南開大學(xué)龐代文教授、南京大學(xué)鞠熀先教授、中國科學(xué)院化學(xué)研究所汪福意研究員等多位嘉賓帶來了精彩報告。
國家納米科學(xué)中心 陳春英院士
陳春英院士作題為“納米顆粒生物界面與體內(nèi)命運的研究”的報告。近年來，蛋白冠研究成為熱點。但是納米材料的獨特表面、生物體內(nèi)微環(huán)境的復(fù)雜性，都成為納米-蛋白冠研究的科學(xué)難題。首先研究了生理環(huán)境的改變對蛋白冠的組成的改變，探究了體內(nèi)輸送過程的動態(tài)演變。并且利用質(zhì)譜成像發(fā)現(xiàn)，納米-蛋白冠改變了原有的細胞代謝。機器學(xué)習(xí)助力蛋白質(zhì)-納米互作研究，解決納米藥物開發(fā)瓶頸。
其次，研究了納米-蛋白冠介導(dǎo)的化學(xué)生物學(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)了新的代謝謝途徑:腸道黏膜屏障內(nèi)碳基納米材料的降解-轉(zhuǎn)化全鏈條，從而解析蛋白質(zhì)對納米顆粒體內(nèi)轉(zhuǎn)運途徑與生物分布的影響、對納米顆粒在體內(nèi)的最終命運的影響。
另外，發(fā)現(xiàn)了納米顆粒在體內(nèi)轉(zhuǎn)運存在除血液循環(huán)外的“非經(jīng)典途徑”。新的輸運途徑：外周神經(jīng)介導(dǎo)納米顆粒從胃旸道進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，為發(fā)展靶向中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病的納米藥物提供了重要思路。
南開大學(xué) 龐代文教授
龐代文作題為“生物醫(yī)學(xué)量子點的精確調(diào)控”的報告。量子點作為無可替代的發(fā)光材料，為物質(zhì)電子能級調(diào)控原理突破。但生物兼容性是其關(guān)鍵挑戰(zhàn)。為實現(xiàn)活細胞內(nèi)量子點的合成，解決生物兼容性問題，并同步完成合成與標(biāo)記，團隊進行了探索。但是，量子點的層級結(jié)構(gòu)和動態(tài)特性使得其調(diào)控難度增加，亟需創(chuàng)新思路。研究通過時空耦合細胞代謝途徑，在活細胞內(nèi)合成了CdSe量子點。更重要的是，發(fā)現(xiàn)了配體平衡調(diào)控規(guī)律，通過多級結(jié)構(gòu)綜合平衡配體調(diào)控，有效控制納米球熒光量子產(chǎn)率，影響納米晶生長和表面配體。此外，在產(chǎn)業(yè)方面，也有了許多突破，創(chuàng)立了量子點光擴散板背光新模式。
南京大學(xué) 鞠熀先教授
鞠熀先作題為“細胞功能分子原位可視化檢測及其診治應(yīng)用”的報告。堅持四個面向，以解決癌癥精準(zhǔn)診治中的個關(guān)鍵科學(xué)問題為目標(biāo)，發(fā)展了信號放大策略與功能生物分子的高效檢測方法：從細胞和分子層面提供生命過程的信息。創(chuàng)建了分子識別體系，發(fā)展識別、標(biāo)記策略與分子影像探針，是實現(xiàn)細胞與活體中腫瘤標(biāo)志物的精準(zhǔn)測量的關(guān)鍵。另外，發(fā)展多模態(tài)融合的影像探針與成像技術(shù):結(jié)合多種成像技術(shù)(光學(xué)成像、核素成像、磁共振成像、CT成像和超聲成像等)，建立連續(xù)、動態(tài)分析方法，獲取更豐富、更準(zhǔn)確的生物信息，從而真正在活體分析中實現(xiàn)高靈敏度、高分辨率和高準(zhǔn)確性的多功能成像，促進疾病診斷的精準(zhǔn)度。
中國科學(xué)院化學(xué)研究所 汪福意研究員
汪福意作題為“基因工程化FRET熒光成像可視化蛋白質(zhì)和順鉑損傷DNA的相互識別”的報告。由于缺乏單細胞原位研究的方法和技術(shù)，和蛋白質(zhì)相互識別、相互作用研究大多在溶液或人工組裝染色體鉑基藥物損傷DNA(cell-free)環(huán)境中進行。為了探究水溶液或cell-free環(huán)境下發(fā)生的鉑損傷DNA和蛋白質(zhì)之間的特異性相互識別和相互作用在細胞內(nèi)是否以同樣的方式進行，團隊發(fā)展了一種光學(xué)-二次離子質(zhì)譜聯(lián)用成像(COSIMSi)新方法，在單細胞水平原位研究順鉑損傷DNA和蛋白質(zhì)的相互識別、相互作用。
暨南大學(xué) 周振教授
周振作題為“廈門大學(xué)與分析儀器”的報告?；仡櫫酥袊治鰞x器的發(fā)展歷程。他指出，廈門大學(xué)與天津大學(xué)是中國分析儀器最早的搖籃。他介紹了我國儀器行業(yè)曾面臨的挑戰(zhàn)，如技術(shù)落后和依賴進口。盡管如此，經(jīng)過幾代科學(xué)家的努力，我國在質(zhì)譜等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了自主研發(fā)。周振強調(diào)，科學(xué)儀器學(xué)科建設(shè)需不斷改善，以支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并提出了對未來的展望，中國科學(xué)儀器的發(fā)展雖然道路曲折，但是前景光明。
中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所 李海洋研究員
李海洋作題為“氣壓驅(qū)動的真空紫外光電離的新機制及其應(yīng)用”的報告。提出了氣壓驅(qū)動的真空紫外光電離新機制，旨在提升SPI靈敏度、拓寬電離范圍。團隊研究發(fā)現(xiàn)，高氣壓下電場和惰性載氣影響電離過程，通過濃度、氣流場和電場調(diào)控，結(jié)合實驗與理論模擬，揭示了電離機制。該機制在地下水氯代烴檢測和高純氣體痕量物種高通量檢測中應(yīng)用前景廣闊。電離過程雖簡約卻不簡單，調(diào)控氣壓和載氣種類可改變電離機制，從化學(xué)電離轉(zhuǎn)向Penning電離，為高電離能非極性化合物測量提供優(yōu)勢，推動了VUV光電離機制的深入研究。
中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院 羅茜研究員
羅茜作題為“生命醫(yī)學(xué)中的成像質(zhì)譜進展與應(yīng)用”的報告。團隊以商業(yè)成像質(zhì)譜為基礎(chǔ)，發(fā)展新理論和新技術(shù)，研制質(zhì)譜儀器的進樣系統(tǒng)和電離源關(guān)鍵部件，發(fā)展AI智能數(shù)據(jù)識別和模態(tài)解析，對細胞代謝異質(zhì)性和腫瘤微環(huán)境中的關(guān)鍵化學(xué)物質(zhì)分子開展“時間+空間+結(jié)構(gòu)”的研究。發(fā)展了溫控解吸電噴霧電離源(TCDESI)、活體質(zhì)譜自動進樣系統(tǒng)和Al譜圖定量識別等一系列新技術(shù)和新部件。
中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所 朱正江教授
朱正江作題為“離子淌度質(zhì)譜驅(qū)動的精準(zhǔn)代謝組學(xué)技術(shù)”的報告。代謝組學(xué)存在測量難、解析難、功能代謝物發(fā)現(xiàn)難的挑戰(zhàn)。團隊通過實驗數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和智能模型構(gòu)建，實現(xiàn)了對代謝組分的精確識別和量化，推動了質(zhì)譜技術(shù)從實驗室向臨床應(yīng)用的轉(zhuǎn)變。他們還開發(fā)了新的數(shù)據(jù)處理流程，提高了數(shù)據(jù)分析的效率和準(zhǔn)確性，特別是四維代謝組學(xué)和單細胞代謝組學(xué)技術(shù)研究，為疾病診斷和治療提供了新的視角。此外，朱教授還展望了該技術(shù)在更微觀尺度上的應(yīng)用潛力。
合肥工業(yè)大學(xué) 劉洪林教授
劉洪林作題為“人工抗凍蛋白模擬物組裝及活性評價研究”的報告。面對冰晶存在提取困難、合成成本高、潛在毒性等缺點。團隊建立了區(qū)分親/疏水基團影響IRI活性的模型，觀察到界面水氫鍵相互作用影響冰重結(jié)晶抑制(IRI)活性，揭示了肽和DNA作為AFP模擬物的組裝特性及其對應(yīng)的抑冰規(guī)律，有望從更深的分子水平上揭示抗凍分子的IRI機制。
深圳大學(xué) 齊國華副教授
齊國華作題為“光譜技術(shù)研究細胞電刺激應(yīng)激過程”的報告。電刺激能調(diào)控細胞焦亡，影響細胞膜、細胞核及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等結(jié)構(gòu)。通過光譜技術(shù)，揭示了電刺激對細胞代謝、蛋白表達及DNA結(jié)構(gòu)的影響。此外，研究還探索了電刺激在調(diào)控細胞行為、抑制腫瘤細胞遷移等方面的應(yīng)用潛力。這些成果為電刺激在生命活動調(diào)控和疾病治療提供了重要理論依據(jù)。
浙江大學(xué) 方群教授
方群作題為“基于微流控技術(shù)的單細胞蛋白質(zhì)組和多組學(xué)分析”的報告。序控液滴陣列技術(shù)(Sequential Operation Droplet Array, SODA)具有微量自動、操控靈活、通用性強和應(yīng)用面廣的特點，尤其適合在超微量樣品和試劑消耗下開展多種類、大規(guī)模的分析和篩選，以及進行復(fù)雜、多步驟的微量樣品處理和分析。團隊開發(fā)了等一系列儀器，為單細胞蛋白質(zhì)組分析和單細胞多組學(xué)分析提供了研究利器。微流控系統(tǒng)不僅是對單細胞樣品進行復(fù)雜多步處理的理想工具，還在單細胞多組學(xué)分析領(lǐng)域大有可為！
吉林大學(xué) 吳玉清教授
吳玉清作題為“具有氧化應(yīng)激增強效應(yīng)Au-MOF復(fù)合物的構(gòu)筑及抗腫瘤機制”的報告。她指出，盡管金納米簇（AuNCs）具有粒徑小、低毒性、良好生物相容性等優(yōu)勢，但其光催化活性和長期穩(wěn)定性的控制仍面臨挑戰(zhàn)。團隊通過開發(fā)Au-MOF復(fù)合物，實現(xiàn)了在催化反應(yīng)中的高效性能，并探索了其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用，特別是在增強癌細胞氧化應(yīng)激方面的作用，為未來的應(yīng)用開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所 王方軍研究員
王方軍作題為“極紫外激光解離質(zhì)譜”的報告。藥物發(fā)現(xiàn)亟需構(gòu)象和非共價作用特異性靶標(biāo)。關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問題是如何選擇性激發(fā)解離蛋白質(zhì)骨架共價鍵而保留非共價作用。團隊研制了可調(diào)波長極紫外激光解離質(zhì)譜（UVPD）儀器，發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)極紫外激光解離新機制。另外，為了解決精準(zhǔn)定位困難、特異性靶標(biāo)構(gòu)象發(fā)現(xiàn)困難的難題，探究了靶蛋白非共價作用位點及干預(yù)機制，精準(zhǔn)表征靶蛋白信號傳導(dǎo)和功能干預(yù)關(guān)鍵非共價作用位點，為小分子藥物設(shè)計奠定分子基礎(chǔ)。
南京大學(xué) 練鴻振教授
練鴻振作題為“表面增強拉曼光譜檢測中的分離富集技術(shù)”的報告。SERS在實際應(yīng)用中面對復(fù)雜基質(zhì)樣品還存在一些挑戰(zhàn)，而樣品前處理是復(fù)雜樣品分析的瓶頸。團隊針對復(fù)雜基質(zhì)樣品的表面增強拉曼散射（SERS）檢測挑戰(zhàn)，開發(fā)了三種前處理方法：磁性基底-金銀核殼納米復(fù)合材料用于黃曲霉毒素B1的快速檢測；溫敏凝膠/金納米棒復(fù)合材料用于敵草快的靈敏檢測；以及印跡溫敏凝膠/光催化復(fù)合材料用于氧氟沙星的特異性檢測。這些方法有效突破了復(fù)雜樣品分析的瓶頸，提高了SERS技術(shù)的應(yīng)用效率。
復(fù)旦大學(xué) 喬亮研究員
喬亮作題為“基于深度學(xué)習(xí)與數(shù)據(jù)非依賴采集的精準(zhǔn)蛋白質(zhì)組學(xué)新方法”的報告。蛋白質(zhì)組研究至關(guān)重要但極其具有挑戰(zhàn)性。數(shù)據(jù)非依賴采集（DIA）有其優(yōu)勢，但其數(shù)據(jù)解析困難。開發(fā)了用于蛋白質(zhì)組色譜保留時間和二級譜圖預(yù)測的深度學(xué)習(xí)模型，實現(xiàn)了對無后修飾肽段、磷酸化肽段和糖基化肽段的色譜質(zhì)譜行為預(yù)測。并且，將預(yù)測譜圖庫用于DIA分析，提升了蛋白鑒定的靈敏度。此外，開發(fā)了一種用于糖基化蛋白DIA分析的數(shù)據(jù)解析算法。
廈門大學(xué) 林樹海教授
林樹海作題為“AI驅(qū)動的脂質(zhì)組學(xué)和代謝生物學(xué)研究”的報告。介紹了團隊在細胞器互作組學(xué)領(lǐng)域的新進展。報告詳細闡述了AI驅(qū)動的脂質(zhì)組學(xué)精準(zhǔn)分析流程，通過定向凈化的方法提升蛋白分析效率，以及開發(fā)新型工具實現(xiàn)對細胞器功能的精準(zhǔn)調(diào)控。此外，團隊還探索了細胞器分離與深度分析的方法，以及通過光控技術(shù)實現(xiàn)對特定蛋白功能的調(diào)控，為細胞器互作研究提供了新的技術(shù)和方法學(xué)。這些成果為細胞生物學(xué)和精準(zhǔn)醫(yī)療領(lǐng)域帶來了重要突破。
中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所 高威工程師
高威作題為“基于原位質(zhì)譜的新污染物快速分析方法研究”的報告，介紹了新污染分析的相關(guān)研究。根據(jù)污染物結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計制備COFs材料提高萃取效率；優(yōu)化聯(lián)用方式提高解吸效率；添加衍生化試劑提高電離效率等多種方式實現(xiàn)TBBPA/TBBPS新污染物高效分離分析。并且還拓展了COFs在光電陰極保護和戰(zhàn)略元素分離等領(lǐng)域的應(yīng)用
南開大學(xué) 張新星教授
張新星作題為“氣液界面質(zhì)譜分析”的報告，介紹了其在氣液界面化學(xué)反應(yīng)測量學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新成果。團隊開發(fā)了一種懸浮液滴氣液界面的質(zhì)譜電離進樣技術(shù)，實現(xiàn)了對關(guān)鍵有機物種在氣液界面反應(yīng)的精準(zhǔn)分析，揭示了非極性有機物快速氧化新場所和揮發(fā)性有機物氧化機制的新通路。同時，對關(guān)鍵無機物種的氣液界面反應(yīng)也進行了精確分析，發(fā)現(xiàn)氣液界面是硫酸根快速生成的場所，并揭示了SO2禁阻激發(fā)后氧化的新機制，為相關(guān)領(lǐng)域提供了重要的科學(xué)依據(jù)。
鄭州大學(xué) 張書勝教授
張書勝作題為“鹵素?zé)艄饧訜峄|(zhì)噴涂技術(shù)研究及在其 MALDI-MS 組織成像中的應(yīng)用”的報告。團隊自主設(shè)計一種非接觸、鹵素?zé)艄饧訜峄|(zhì)噴涂裝置，并研究了其應(yīng)用：研究了基于鹵素?zé)魺o接觸加熱基質(zhì)噴涂的MALDI質(zhì)譜成像，研究鑒定了土豆發(fā)芽4種標(biāo)志物。研究了PFOA暴露后的大鼠肝臟脂質(zhì)代謝組發(fā)現(xiàn)75種差異性脂質(zhì)代謝物。此外，制備一種疏水、表面均勻的COF基質(zhì)膜，降低了小分子基質(zhì)的質(zhì)譜干擾，基于MMLDI-MSI技術(shù)，成功用于PFOS在斑馬魚和大鼠體內(nèi)的位置分布研究，為了解PFASs對器官帶來的損傷機制提供原位數(shù)據(jù)支持。
中山大學(xué) 李攻科教授
李攻科作題為“復(fù)雜樣品痕量循環(huán)快速檢測新方法”的報告。復(fù)雜樣品檢測誤差來源和時間消耗不匹配，檢不出、檢不快、檢不準(zhǔn)、檢不全，亟需發(fā)展復(fù)雜體系痕量組分快速檢測技術(shù)/儀器。團隊開發(fā)了一系列復(fù)雜樣品痕量循環(huán)快速檢測研究策略，分別開發(fā)循環(huán)化學(xué)發(fā)光快速檢測、循環(huán)表面增強拉曼光譜快檢、循環(huán)熒光/循環(huán)紫外光快速檢測和微流控循環(huán)檢測分析等新技術(shù)，發(fā)展生物毒素、手性物質(zhì)、植物激素等實用痕量循環(huán)快速檢測新方法。
深圳綜合粒子設(shè)施研究院 殷志斌副研
殷志斌作題為“基于激光離子源的單細胞質(zhì)譜成像研究”的報告，介紹了系列實現(xiàn)納米級空間分辨率策略。研制了基于AFM的近場激光解吸-后電離飛行時間質(zhì)譜儀，開發(fā)了微透鏡光纖采樣技術(shù)，并構(gòu)建了高空間分辨的激光離子源系統(tǒng)。通過共振雙光子電離和單光子電離策略，顯著提高了分子離子化效率。此外，他介紹了我國自由電子激光大科學(xué)裝置的規(guī)劃，展望了利用VUV及EUV光源研制的MSI系統(tǒng)，有望解決空間分辨率與電離效率的制約問題，為生命科學(xué)和單細胞研究提供強大分析工具。
東華理工大學(xué) 張小平副教授
張小平作題為“高活性水自由基陽離子與應(yīng)用研究”的報告。介紹了在常溫常壓下通過溫和可控方式賦能水分子，建立水自由基陽離子的質(zhì)譜測量方法，并研制了新儀器裝置以豐富水自由基陽離子的獲得。研究還涉及了其在分析與合成等領(lǐng)域的應(yīng)用，并展望了提高產(chǎn)率、探究與其他物質(zhì)作用機制，以及在水自由基陽離子在碳中和、固氮減碳、生命起源等領(lǐng)域的深入應(yīng)用開發(fā)。
閩江學(xué)院 許鈥副教授
許鈥作題為“智能 DNA 探針設(shè)計與生物傳感應(yīng)用探索”的報告,聚焦于腫瘤標(biāo)志物。研究包括：一、利用SDA反應(yīng)開發(fā)miRNA響應(yīng)的3D DMA步行器納米探針，實現(xiàn)細胞內(nèi)成像、分型及臨床診斷，已在癌癥患者血液樣本檢測中應(yīng)用，助力疾病診斷與治療決策。二、采用CHA反應(yīng)進行腫瘤標(biāo)志物細胞成像。三、利用HCR反應(yīng)實現(xiàn)腫瘤標(biāo)志物細胞成像，展示了在生物醫(yī)學(xué)研究和分子診斷領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
北京師范大學(xué) 沈曉彤講師
沈曉彤作題為“DNA 納米材料的設(shè)計及腫瘤診療研究”的報告。構(gòu)建硅基核酸納朱材料，進行細胞內(nèi)輪標(biāo)核酸擴增，實現(xiàn)腫瘤細胞內(nèi)痕量靶標(biāo)原位成像。制備生物礦化核酸框架，防止材料降解，腫瘤內(nèi)精準(zhǔn)釋放，提升藥物遞送效率和腫瘤治療效果。構(gòu)建單、雙鏈結(jié)合的柔性ssDNA框架納米機器人，實現(xiàn)腫瘤靶向邏輯識別、立足點解體、可視化雙重診斷和協(xié)同治療。
四川大學(xué) 李顯明助研
李顯明作題為“核酸擴增信號的可視化讀出及其在病原體快速篩查中的應(yīng)用探究”的報告。該報告介紹了基于光敏顯色技術(shù)的原理，即選擇性地將雙鏈DNA信號定量轉(zhuǎn)化為TMB的顏色信號。應(yīng)用此技術(shù)，我們開發(fā)了一種新的病原微生物檢測方法，具體包括：結(jié)合RPA技術(shù)和光敏顯色技術(shù)，成功研發(fā)了一種快速檢測食品中沙門氏菌和阪崎腸桿菌的方法；利用PCR技術(shù)，建立了紙基光敏顯色陣列體系（PoCA），并將其應(yīng)用于尿路感染的12種病原菌的篩查。
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