生命分析新技術及新方法：光譜揭秘生命密碼

　　2024年11月30日，第 23 屆全國分子光譜學學術會議和第五屆光譜年會暨黃本立院士百歲華誕學術研討會在福建省廈門市召開（相關鏈接）。會議次日，以“生命分析新技術及新方法”為主題的的分會場1上，國家納米科學中心的陳春英院士、南開大學龐代文教授、南京大學鞠熀先教授、中國科學院化學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、生物體內微環境的復雜性，都成為納米-蛋白冠研究的科學難題。首先研究了生理環境的改變對蛋白冠的組成的改變，探究了體內輸送過程的動態演變。并且利用質譜成像發現，納米-蛋白冠改變了原有的細胞代謝。機器學習助力蛋白質-納米互作研究，解決納米藥物開發瓶頸。

　　其次，研究了納米-蛋白冠介導的化學生物學性質，發現了新的代謝謝途徑:腸道黏膜屏障內碳基納米材料的降解-轉化全鏈條，從而解析蛋白質對納米顆粒體內轉運途徑與生物分布的影響、對納米顆粒在體內的最終命運的影響。

　　另外，發現了納米顆粒在體內轉運存在除血液循環外的“非經典途徑”。新的輸運途徑：外周神經介導納米顆粒從胃旸道進入中樞神經系統，為發展靶向中樞神經系統相關疾病的納米藥物提供了重要思路。

南開大學 龐代文教授

　　龐代文作題為“生物醫學量子點的精確調控”的報告。量子點作為無可替代的發光材料，為物質電子能級調控原理突破。但生物兼容性是其關鍵挑戰。為實現活細胞內量子點的合成，解決生物兼容性問題，并同步完成合成與標記，團隊進行了探索。但是，量子點的層級結構和動態特性使得其調控難度增加，亟需創新思路。研究通過時空耦合細胞代謝途徑，在活細胞內合成了CdSe量子點。更重要的是，發現了配體平衡調控規律，通過多級結構綜合平衡配體調控，有效控制納米球熒光量子產率，影響納米晶生長和表面配體。此外，在產業方面，也有了許多突破，創立了量子點光擴散板背光新模式。

南京大學 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用”的報告。堅持四個面向，以解決癌癥精準診治中的個關鍵科學問題為目標，發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。創建了分子識別體系，發展識別、標記策略與分子影像探針，是實現細胞與活體中腫瘤標志物的精準測量的關鍵。另外，發展多模態融合的影像探針與成像技術:結合多種成像技術(光學成像、核素成像、磁共振成像、CT成像和超聲成像等)，建立連續、動態分析方法，獲取更豐富、更準確的生物信息，從而真正在活體分析中實現高靈敏度、高分辨率和高準確性的多功能成像，促進疾病診斷的精準度。

中國科學院化學研究所 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，和蛋白質相互識別、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)環境中進行。為了探究水溶液或cell-free環境下發生的鉑損傷DNA和蛋白質之間的特異性相互識別和相互作用在細胞內是否以同樣的方式進行，團隊發展了一種光學-二次離子質譜聯用成像(COSIMSi)新方法，在單細胞水平原位研究順鉑損傷DNA和蛋白質的相互識別、相互作用。

暨南大學 周振教授

　　周振作題為“廈門大學與分析儀器”的報告。回顧了中國分析儀器的發展歷程。他指出，廈門大學與天津大學是中國分析儀器最早的搖籃。他介紹了我國儀器行業曾面臨的挑戰，如技術落后和依賴進口。盡管如此，經過幾代科學家的努力，我國在質譜等領域實現了自主研發。周振強調，科學儀器學科建設需不斷改善，以支撐產業發展，并提出了對未來的展望，中國科學儀器的發展雖然道路曲折，但是前景光明。

中國科學院大連化學物理研究所 李海洋研究員

　　李海洋作題為“氣壓驅動的真空紫外光電離的新機制及其應用”的報告。提出了氣壓驅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。團隊研究發現，高氣壓下電場和惰性載氣影響電離過程，通過濃度、氣流場和電場調控，結合實驗與理論模擬，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用前景廣闊。電離過程雖簡約卻不簡單，調控氣壓和載氣種類可改變電離機制，從化學電離轉向Penning電離，為高電離能非極性化合物測量提供優勢，推動了VUV光電離機制的深入研究。

中國科學院深圳先進技術研究院 羅茜研究員

　　羅茜作題為“生命醫學中的成像質譜進展與應用”的報告。團隊以商業成像質譜為基礎，發展新理論和新技術，研制質譜儀器的進樣系統和電離源關鍵部件，發展AI智能數據識別和模態解析，對細胞代謝異質性和腫瘤微環境中的關鍵化學物質分子開展“時間+空間+結構”的研究。發展了溫控解吸電噴霧電離源(TCDESI)、活體質譜自動進樣系統和Al譜圖定量識別等一系列新技術和新部件。

中國科學院上海有機化學研究所 朱正江教授

　　朱正江作題為“離子淌度質譜驅動的精準代謝組學技術”的報告。代謝組學存在測量難、解析難、功能代謝物發現難的挑戰。團隊通過實驗數據標準化和智能模型構建，實現了對代謝組分的精確識別和量化，推動了質譜技術從實驗室向臨床應用的轉變。他們還開發了新的數據處理流程，提高了數據分析的效率和準確性，特別是四維代謝組學和單細胞代謝組學技術研究，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在更微觀尺度上的應用潛力。

合肥工業大學 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的抑冰規律，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 齊國華副教授

　　齊國華作題為“光譜技術研究細胞電刺激應激過程”的報告。電刺激能調控細胞焦亡，影響細胞膜、細胞核及內質網等結構。通過光譜技術，揭示了電刺激對細胞代謝、蛋白表達及DNA結構的影響。此外，研究還探索了電刺激在調控細胞行為、抑制腫瘤細胞遷移等方面的應用潛力。這些成果為電刺激在生命活動調控和疾病治療提供了重要理論依據。

浙江大學 方群教授

　　方群作題為“基于微流控技術的單細胞蛋白質組和多組學分析”的報告。序控液滴陣列技術(Sequential Operation Droplet Array, SODA)具有微量自動、操控靈活、通用性強和應用面廣的特點，尤其適合在超微量樣品和試劑消耗下開展多種類、大規模的分析和篩選，以及進行復雜、多步驟的微量樣品處理和分析。團隊開發了等一系列儀器，為單細胞蛋白質組分析和單細胞多組學分析提供了研究利器。微流控系統不僅是對單細胞樣品進行復雜多步處理的理想工具，還在單細胞多組學分析領域大有可為！

吉林大學 吳玉清教授

　　吳玉清作題為“具有氧化應激增強效應Au-MOF復合物的構筑及抗腫瘤機制”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勢，但其光催化活性和長期穩定性的控制仍面臨挑戰。團隊通過開發Au-MOF復合物，實現了在催化反應中的高效性能，并探索了其在生物醫學領域的潛在應用，特別是在增強癌細胞氧化應激方面的作用，為未來的應用開發奠定了基礎。

中國科學院大連化學物理研究所 王方軍研究員

　　王方軍作題為“極紫外激光解離質譜”的報告。藥物發現亟需構象和非共價作用特異性靶標。關鍵科學和技術問題是如何選擇性激發解離蛋白質骨架共價鍵而保留非共價作用。團隊研制了可調波長極紫外激光解離質譜（UVPD）儀器，發現了蛋白質極紫外激光解離新機制。另外，為了解決精準定位困難、特異性靶標構象發現困難的難題，探究了靶蛋白非共價作用位點及干預機制，精準表征靶蛋白信號傳導和功能干預關鍵非共價作用位點，為小分子藥物設計奠定分子基礎。

南京大學 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”的報告。SERS在實際應用中面對復雜基質樣品還存在一些挑戰，而樣品前處理是復雜樣品分析的瓶頸。團隊針對復雜基質樣品的表面增強拉曼散射（SERS）檢測挑戰，開發了三種前處理方法：磁性基底-金銀核殼納米復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雜樣品分析的瓶頸，提高了SERS技術的應用效率。

復旦大學 喬亮研究員

　　喬亮作題為“基于深度學習與數據非依賴采集的精準蛋白質組學新方法”的報告。蛋白質組研究至關重要但極其具有挑戰性。數據非依賴采集（DIA）有其優勢，但其數據解析困難。開發了用于蛋白質組色譜保留時間和二級譜圖預測的深度學習模型，實現了對無后修飾肽段、磷酸化肽段和糖基化肽段的色譜質譜行為預測。并且，將預測譜圖庫用于DIA分析，提升了蛋白鑒定的靈敏度。此外，開發了一種用于糖基化蛋白DIA分析的數據解析算法。

廈門大學 林樹海教授

　　林樹海作題為“AI驅動的脂質組學和代謝生物學研究”的報告。介紹了團隊在細胞器互作組學領域的新進展。報告詳細闡述了AI驅動的脂質組學精準分析流程，通過定向凈化的方法提升蛋白分析效率，以及開發新型工具實現對細胞器功能的精準調控。此外，團隊還探索了細胞器分離與深度分析的方法，以及通過光控技術實現對特定蛋白功能的調控，為細胞器互作研究提供了新的技術和方法學。這些成果為細胞生物學和精準醫療領域帶來了重要突破。

中國科學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研究。根據污染物結構特征，設計制備COFs材料提高萃取效率；優化聯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略元素分離等領域的應用

南開大學 張新星教授

　　張新星作題為“氣液界面質譜分析”的報告，介紹了其在氣液界面化學反應測量學領域的創新成果。團隊開發了一種懸浮液滴氣液界面的質譜電離進樣技術，實現了對關鍵有機物種在氣液界面反應的精準分析，揭示了非極性有機物快速氧化新場所和揮發性有機物氧化機制的新通路。同時，對關鍵無機物種的氣液界面反應也進行了精確分析，發現氣液界面是硫酸根快速生成的場所，并揭示了SO2禁阻激發后氧化的新機制，為相關領域提供了重要的科學依據。

鄭州大學 張書勝教授

　　張書勝作題為“鹵素燈光加熱基質噴涂技術研究及在其 MALDI-MS 組織成像中的應用”的報告。團隊自主設計一種非接觸、鹵素燈光加熱基質噴涂裝置，并研究了其應用：研究了基于鹵素燈無接觸加熱基質噴涂的MALDI質譜成像，研究鑒定了土豆發芽4種標志物。研究了PFOA暴露后的大鼠肝臟脂質代謝組發現75種差異性脂質代謝物。此外，制備一種疏水、表面均勻的COF基質膜，降低了小分子基質的質譜干擾，基于MMLDI-MSI技術，成功用于PFOS在斑馬魚和大鼠體內的位置分布研究，為了解PFASs對器官帶來的損傷機制提供原位數據支持。

中山大學 李攻科教授

　　李攻科作題為“復雜樣品痕量循環快速檢測新方法”的報告。復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、檢不全，亟需發展復雜體系痕量組分快速檢測技術/儀器。團隊開發了一系列復雜樣品痕量循環快速檢測研究策略，分別開發循環化學發光快速檢測、循環表面增強拉曼光譜快檢、循環熒光/循環紫外光快速檢測和微流控循環檢測分析等新技術，發展生物毒素、手性物質、植物激素等實用痕量循環快速檢測新方法。

深圳綜合粒子設施研究院 殷志斌副研

　　殷志斌作題為“基于激光離子源的單細胞質譜成像研究”的報告，介紹了系列實現納米級空間分辨率策略。研制了基于AFM的近場激光解吸-后電離飛行時間質譜儀，開發了微透鏡光纖采樣技術，并構建了高空間分辨的激光離子源系統。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裝置的規劃，展望了利用VUV及EUV光源研制的MSI系統，有望解決空間分辨率與電離效率的制約問題，為生命科學和單細胞研究提供強大分析工具。

東華理工大學 張小平副教授

　　張小平作題為“高活性水自由基陽離子與應用研究”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域的應用，并展望了提高產率、探究與其他物質作用機制，以及在水自由基陽離子在碳中和、固氮減碳、生命起源等領域的深入應用開發。

閩江學院 許鈥副教授

　　許鈥作題為“智能 DNA 探針設計與生物傳感應用探索”的報告,聚焦于腫瘤標志物。研究包括：一、利用SDA反應開發miRNA響應的3D DMA步行器納米探針，實現細胞內成像、分型及臨床診斷，已在癌癥患者血液樣本檢測中應用，助力疾病診斷與治療決策。二、采用CHA反應進行腫瘤標志物細胞成像。三、利用HCR反應實現腫瘤標志物細胞成像，展示了在生物醫學研究和分子診斷領域的應用潛力。

北京師范大學 沈曉彤講師

　　沈曉彤作題為“DNA 納米材料的設計及腫瘤診療研究”的報告。構建硅基核酸納朱材料，進行細胞內輪標核酸擴增，實現腫瘤細胞內痕量靶標原位成像。制備生物礦化核酸框架，防止材料降解，腫瘤內精準釋放，提升藥物遞送效率和腫瘤治療效果。構建單、雙鏈結合的柔性ssDNA框架納米機器人，實現腫瘤靶向邏輯識別、立足點解體、可視化雙重診斷和協同治療。

四川大學 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用探究”的報告。該報告介紹了基于光敏顯色技術的原理，即選擇性地將雙鏈DNA信號定量轉化為TMB的顏色信號。應用此技術，我們開發了一種新的病原微生物檢測方法，具體包括：結合RPA技術和光敏顯色技術，成功研發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，建立了紙基光敏顯色陣列體系（PoCA），并將其應用于尿路感染的12種病原菌的篩查。