杭州質譜大會系列專訪——劉虎威教授

　　——劉虎威教授：坐熱“冷板凳”，做中國人自己的質譜

　　導讀：2020-2023年中國質譜學術大會將于2023年6月9-13日在杭州舉辦，本次大會是中國質譜界的一次盛會，旨在促進學界團結進步、和諧發展、共贏未來，提高學術交流水平，推動質譜技術在各大科技領域的廣泛應用。大會由中國物理學會質譜分會聯合中國化學會質譜分析專業委員會和中國儀器儀表學會分析儀器分會主辦，浙江大學承辦。大會將邀請國內外質譜領域的專家學者齊聚一堂，共同探討交流質譜領域最新的科研進展和前沿技術。本此大會的主題為砥礪奮進四十年，共筑中國質譜夢。會議主頁鏈接如下：http://www.cmss.org.cn/index.php?r=site%2Fcae-home&mid=19 ，歡迎大家報名參會。

　　質譜在中國的發展，從核工業、地質等領域應用的無機質譜開始，漸漸擴展到廣泛的有機物和生命分析領域，后兩大領域中，色譜和質譜的聯用技術發揮了巨大作用。眾所周知，目前的多組學研究已用多維色譜-質譜聯用技術全面替代了凝膠分離-離線轉移到質譜分析的技術。這項進程受到多組學的應用需求驅動，同時也離不開色譜分離專家們的努力，質譜領域涌現了一批既懂色譜又懂質譜的科學家，他們將分離和鑒定發揮到極致；而當直接離子化技術橫空出世后，他們又創造出多種離子化方法，探索質譜直接分離和鑒定的極限。北京大學劉虎威教授正是其中的一位探索者，同時他還致力于貢獻于質譜學會的工作中，為中國質譜事業的發展鼓與呼。分析測試百科網采訪了中國化學會理事、中國物理學會質譜分會副理事長、北京大學劉虎威教授，請他談談質譜分會成立的40年間的中國質譜的發展之路，以及對國產質譜發展的建議。

北京大學教授、中國物理學會質譜分會副理事長劉虎威

中國質譜四十年里程碑

　　質譜學的創立和發展可以追溯到上世紀初葉。著名的英國物理學家J.J湯姆遜開創了質譜學的新紀元，而我國質譜學的傳播與發展起步較晚，楊承宗教授領導的小組開始了尼爾型質譜計的研制，并翻譯出版了蘇聯李克的《質譜學》一書，從此進入了我國質譜學的啟蒙時代。

　　上世紀60-70年代是我國質譜學的成長與發展階段。1980年9月22日在浙江杭州召開了中國物理學會質譜分會成立大會。從此，我國質譜學的發展進入了一個嶄新的歷史階段。理事會根據近年來質譜的發展狀況，適應交叉學科的發展，將學會各分會按專業劃分設置為無機質譜、有機質譜、生物醫學質譜、同位素質譜、質譜儀器與教育5個質譜專業組。近年來，學會新增設生物質譜專業組，由劉虎威副主任負責生物質譜專業組及國際組織的協調工作。

　　劉虎威表示：質譜學會已成立40年，這是中國質譜界的一個重要里程碑。在40年里學會走過了不平凡的歲月，在中國逐漸擺脫貧窮落后、改革開放后經濟迅速發展的同時，中國的質譜基礎和應用研究均上了好幾個臺階，已處于世界先進水平。

坐熱“冷板凳”，國產質譜尚需長久堅持和投入

　　質譜儀器是一種非常重要的科學儀器，它可以用于化學、生物學、環境科學等多個領域的研究。目前，國內已有多家公司生產質譜儀器，國家在質譜研發方面也投入了大量的資金。但就商品化的國產質譜而言，劉虎威認為：目前情況并不樂觀，無論是高檔還是低檔的國產質譜儀，都無法滿足市場的需求。與國際知名企業如賽默飛、安捷倫、Waters、SECIX、布魯克、島津相比，我們的質譜儀器還遠遠落后。這是一個卡脖子的問題，如果美國及西方國家對中國實施質譜禁運政策，我們將會面臨巨大挑戰。因此，國產儀器廠商研發質譜儀器時必須有長遠的規劃和堅定的信念。僅僅仿造別人的產品并不能解決問題，即使改變了外觀，但關鍵部件仍然是國外的，性能無法達到國外一流水平，用戶還是不愿意使用。

　　據了解，島津已將其質譜生產線搬到蘇州，這一方面對我國就業市場有利，另一方面，我們應該學習他們的管理經驗和創新精神，尤其是他們能夠幾十年如一日、坐熱‘冷板凳’的精神。這是我國企業家缺乏的精神，是一個重要的問題。如果我們的企業家和研發人員不努力，不解決上述關鍵部件、追求卓越性能的問題，再過三五年，我們的質譜儀器仍將處于落后狀態，仍然是二三流水平，頂多能滿足國內低端市場的需求。這和芯片產業是一樣的問題。“我的話可能比較悲觀，對于我們的企業家、研發人員可能是一個打擊，但是我想這個話不得不說。”

　　此外，國產質譜要發展，還需要加大投入。國家這幾年投入很大，科技部設立了多個質譜相關儀器專項，但相比于一臺質譜儀器的研發來說，這些錢還遠遠不夠；而且這些經費的投入效率究竟怎么樣，也還要打問號。我最近了解了杭州的譜育/聚光，他們上市后可以拿出1個億甚至幾個億來研發質譜，譜育的研發人員已經有1,000人，這樣大的體量、這樣大的隊伍，才是做質譜儀器應該的樣子，我希望他們能夠做好，真正為補齊我國質譜儀器的短板，再加一塊磚添一片瓦。

國產質譜如何創新？

　　作為色譜和質譜專家，劉虎威課題組近年來在脂質組學方面不斷實現突破，比如使用正相/反相二維液相色譜-質譜在線聯用研究脂質組學，該方法自動化程度高，分離效果好，一次進樣可以分離8000種以上的脂類分子，且定量精度高。在熱點的敞開式離子化技術研究領域，劉虎威課題組開發了PALDI氣相解離離子化技術和SALDI表面輔助激光解吸/離子化技術，可增強DART MS實時直接分析質譜的靈敏度，有望用于環境分析、食品分析的快速檢測領域。此外，課題組還發展了超高靈敏度生物疾病標志物的檢測技術，尤其在癌癥早期診斷方面取得了一系列的成果，如利用新型兼具質譜增敏和信號放大策略的質譜探針，構建常壓質譜免疫分析平臺，具有高靈敏度、多重定量、樣品消耗少、操作方便等優點，實現了zmol的蛋白質檢出限以及最低13個細胞表面3種蛋白質的定量分析（J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 72-75）。

通過篩選和驗證建立血漿脂質生物標志物模型，其中分析方法就采用正相/反相二維液相色譜-質譜聯用（NP/RP 2D LC-QTof MS）分析方法

超靈敏環境質譜免疫分析：血清和細胞表面蛋白質的多重檢測

　　劉虎威再次談到國產質譜的發展時表示，質譜儀器的發展歷史悠久，自1906年J. J. 湯姆遜獲得第一個Nobel獎后，已有100余年，迄今已相當成熟。各種質量分析器充分發展，甚至傅里葉變換離子回旋共振、Orbitrap等高端技術也已得到廣泛應用，在質量分析器上難有更大突破。然而，作為質譜關鍵技術之一的離子源，其離子化效率仍然存在很大的提升空間，國產質譜可以將其作為發展重點。當前離子源的離子化效率只有5%~15%的水平，如果能夠實現80%的離子化效率，質譜的靈敏度將大幅提升。目前先進的分子醫學，強調從分子水平上來探究醫學，而質譜可一次精準地檢測多個分子，是非常理想的技術，目前的挑戰仍是靈敏度，如果通過離子源的創新，大幅提高離子化效率，就能進一步提升靈敏度，將會在分子醫學領域發揮更大的作用。

　　此外，在質譜應用方面，我國已經擁有了龐大的應用隊伍，因此在應用方面能夠不斷進行創新。“如果在應用創新的同時，進行離子源的創新大幅提升靈敏度，最后達到集成創新，把中國的質譜儀做好，這是我最大的希望。”劉虎威說。

對中國質譜的祝福

　　最后，劉虎威對中國質譜寄語時說：“質譜學會成立40年是一個重要的里程碑。在這里，我向中國質譜界的前輩們表達敬意，向現在的質譜同仁們致以祝賀，向質譜后輩和學生代給予勉勵，希望大家共同努力繼續把中國的質譜做好。在質譜領域，中國與世界先進水平相比還有很大的差距。過去的116年里，國際的質譜研究已經取得了很多成果，而我們仍需不斷地追趕和超越，更加深入地研究質譜技術，不斷創新和發展，提高我們的科研水平和儀器制造水平。更重要的是質譜學會能夠把中國的質譜界同仁們團結起來，為質譜人提供了一個交流、學習和分享的平臺，共同推動質譜技術的創新和發展。最后，我祝愿質譜的后輩們，有更多的研究生投身質譜事業，希望再過40年或更短的時間內，中國質譜能夠創造出輝煌時代。”