杭州質(zhì)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(zhì)譜
導(dǎo)讀：2020-2023年中國質(zhì)譜學(xué)術(shù)大會將于2023年6月9-13日在杭州舉辦，本次大會是中國質(zhì)譜界的一次盛會，旨在促進(jìn)學(xué)界團(tuán)結(jié)進(jìn)步、和諧發(fā)展、共贏未來，提高學(xué)術(shù)交流水平，推動質(zhì)譜技術(shù)在各大科技領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。大會由中國物理學(xué)會質(zhì)譜分會聯(lián)合中國化學(xué)會質(zhì)譜分析專業(yè)委員會和中國儀器儀表學(xué)會分析儀器分會主辦，浙江大學(xué)承辦。大會將邀請國內(nèi)外質(zhì)譜領(lǐng)域的專家學(xué)者齊聚一堂，共同探討交流質(zhì)譜領(lǐng)域最新的科研進(jìn)展和前沿技術(shù)。本此大會的主題為砥礪奮進(jìn)四十年，共筑中國質(zhì)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(zhì)譜在中國的發(fā)展，從核工業(yè)、地質(zhì)等領(lǐng)域應(yīng)用的無機質(zhì)譜開始，漸漸擴(kuò)展到廣泛的有機物和生命分析領(lǐng)域，后兩大領(lǐng)域中，色譜和質(zhì)譜的聯(lián)用技術(shù)發(fā)揮了巨大作用。眾所周知，目前的多組學(xué)研究已用多維色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)全面替代了凝膠分離-離線轉(zhuǎn)移到質(zhì)譜分析的技術(shù)。這項進(jìn)程受到多組學(xué)的應(yīng)用需求驅(qū)動，同時也離不開色譜分離專家們的努力，質(zhì)譜領(lǐng)域涌現(xiàn)了一批既懂色譜又懂質(zhì)譜的科學(xué)家，他們將分離和鑒定發(fā)揮到極致；而當(dāng)直接離子化技術(shù)橫空出世后，他們又創(chuàng)造出多種離子化方法，探索質(zhì)譜直接分離和鑒定的極限。北京大學(xué)劉虎威教授正是其中的一位探索者，同時他還致力于貢獻(xiàn)于質(zhì)譜學(xué)會的工作中，為中國質(zhì)譜事業(yè)的發(fā)展鼓與呼。分析測試百科網(wǎng)采訪了中國化學(xué)會理事、中國物理學(xué)會質(zhì)譜分會副理事長、北京大學(xué)劉虎威教授，請他談?wù)勝|(zhì)譜分會成立的40年間的中國質(zhì)譜的發(fā)展之路，以及對國產(chǎn)質(zhì)譜發(fā)展的建議。
北京大學(xué)教授、中國物理學(xué)會質(zhì)譜分會副理事長劉虎威
中國質(zhì)譜四十年里程碑
質(zhì)譜學(xué)的創(chuàng)立和發(fā)展可以追溯到上世紀(jì)初葉。著名的英國物理學(xué)家J.J湯姆遜開創(chuàng)了質(zhì)譜學(xué)的新紀(jì)元，而我國質(zhì)譜學(xué)的傳播與發(fā)展起步較晚，楊承宗教授領(lǐng)導(dǎo)的小組開始了尼爾型質(zhì)譜計的研制，并翻譯出版了蘇聯(lián)李克的《質(zhì)譜學(xué)》一書，從此進(jìn)入了我國質(zhì)譜學(xué)的啟蒙時代。
上世紀(jì)60-70年代是我國質(zhì)譜學(xué)的成長與發(fā)展階段。1980年9月22日在浙江杭州召開了中國物理學(xué)會質(zhì)譜分會成立大會。從此，我國質(zhì)譜學(xué)的發(fā)展進(jìn)入了一個嶄新的歷史階段。理事會根據(jù)近年來質(zhì)譜的發(fā)展?fàn)顩r，適應(yīng)交叉學(xué)科的發(fā)展，將學(xué)會各分會按專業(yè)劃分設(shè)置為無機質(zhì)譜、有機質(zhì)譜、生物醫(yī)學(xué)質(zhì)譜、同位素質(zhì)譜、質(zhì)譜儀器與教育5個質(zhì)譜專業(yè)組。近年來，學(xué)會新增設(shè)生物質(zhì)譜專業(yè)組，由劉虎威副主任負(fù)責(zé)生物質(zhì)譜專業(yè)組及國際組織的協(xié)調(diào)工作。
劉虎威表示：質(zhì)譜學(xué)會已成立40年，這是中國質(zhì)譜界的一個重要里程碑。在40年里學(xué)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(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的同時，中國的質(zhì)譜基礎(chǔ)和應(yīng)用研究均上了好幾個臺階，已處于世界先進(jìn)水平。
坐熱“冷板凳”，國產(chǎn)質(zhì)譜尚需長久堅持和投入
質(zhì)譜儀器是一種非常重要的科學(xué)儀器，它可以用于化學(xué)、生物學(xué)、環(huán)境科學(xué)等多個領(lǐng)域的研究。目前，國內(nèi)已有多家公司生產(chǎn)質(zhì)譜儀器，國家在質(zhì)譜研發(fā)方面也投入了大量的資金。但就商品化的國產(chǎn)質(zhì)譜而言，劉虎威認(rèn)為：目前情況并不樂觀，無論是高檔還是低檔的國產(chǎn)質(zhì)譜儀，都無法滿足市場的需求。與國際知名企業(yè)如賽默飛、安捷倫、Waters、SECIX、布魯克、島津相比，我們的質(zhì)譜儀器還遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(zhì)譜禁運政策，我們將會面臨巨大挑戰(zhàn)。因此，國產(chǎn)儀器廠商研發(fā)質(zhì)譜儀器時必須有長遠(yuǎn)的規(guī)劃和堅定的信念。僅僅仿造別人的產(chǎn)品并不能解決問題，即使改變了外觀，但關(guān)鍵部件仍然是國外的，性能無法達(dá)到國外一流水平，用戶還是不愿意使用。
據(jù)了解，島津已將其質(zhì)譜生產(chǎn)線搬到蘇州，這一方面對我國就業(yè)市場有利，另一方面，我們應(yīng)該學(xué)習(xí)他們的管理經(jīng)驗和創(chuàng)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(yè)家缺乏的精神，是一個重要的問題。如果我們的企業(yè)家和研發(fā)人員不努力，不解決上述關(guān)鍵部件、追求卓越性能的問題，再過三五年，我們的質(zhì)譜儀器仍將處于落后狀態(tài)，仍然是二三流水平，頂多能滿足國內(nèi)低端市場的需求。這和芯片產(chǎn)業(yè)是一樣的問題?！拔业脑捒赡鼙容^悲觀，對于我們的企業(yè)家、研發(fā)人員可能是一個打擊，但是我想這個話不得不說?！?/p>
此外，國產(chǎn)質(zhì)譜要發(fā)展，還需要加大投入。國家這幾年投入很大，科技部設(shè)立了多個質(zhì)譜相關(guān)儀器專項，但相比于一臺質(zhì)譜儀器的研發(fā)來說，這些錢還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠；而且這些經(jīng)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(fā)質(zhì)譜，譜育的研發(fā)人員已經(jīng)有1,000人，這樣大的體量、這樣大的隊伍，才是做質(zhì)譜儀器應(yīng)該的樣子，我希望他們能夠做好，真正為補齊我國質(zhì)譜儀器的短板，再加一塊磚添一片瓦。
國產(chǎn)質(zhì)譜如何創(chuàng)新？
作為色譜和質(zhì)譜專家，劉虎威課題組近年來在脂質(zhì)組學(xué)方面不斷實現(xiàn)突破，比如使用正相/反相二維液相色譜-質(zhì)譜在線聯(lián)用研究脂質(zhì)組學(xué)，該方法自動化程度高，分離效果好，一次進(jìn)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(shù)研究領(lǐng)域，劉虎威課題組開發(fā)了PALDI氣相解離離子化技術(shù)和SALDI表面輔助激光解吸/離子化技術(shù)，可增強DART MS實時直接分析質(zhì)譜的靈敏度，有望用于環(huán)境分析、食品分析的快速檢測領(lǐng)域。此外，課題組還發(fā)展了超高靈敏度生物疾病標(biāo)志物的檢測技術(shù)，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(zhì)譜增敏和信號放大策略的質(zhì)譜探針，構(gòu)建常壓質(zhì)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(yōu)點，實現(xiàn)了zmol的蛋白質(zhì)檢出限以及最低13個細(xì)胞表面3種蛋白質(zhì)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(zhì)生物標(biāo)志物模型，其中分析方法就采用正相/反相二維液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（NP/RP 2D LC-QTof MS）分析方法
超靈敏環(huán)境質(zhì)譜免疫分析：血清和細(xì)胞表面蛋白質(zhì)的多重檢測
劉虎威再次談到國產(chǎn)質(zhì)譜的發(fā)展時表示，質(zhì)譜儀器的發(fā)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(dāng)成熟。各種質(zhì)量分析器充分發(fā)展，甚至傅里葉變換離子回旋共振、Orbitrap等高端技術(shù)也已得到廣泛應(yīng)用，在質(zhì)量分析器上難有更大突破。然而，作為質(zhì)譜關(guān)鍵技術(shù)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(chǎn)質(zhì)譜可以將其作為發(fā)展重點。當(dāng)前離子源的離子化效率只有5%~15%的水平，如果能夠?qū)崿F(xiàn)80%的離子化效率，質(zhì)譜的靈敏度將大幅提升。目前先進(jìn)的分子醫(yī)學(xué)，強調(diào)從分子水平上來探究醫(yī)學(xué)，而質(zhì)譜可一次精準(zhǔn)地檢測多個分子，是非常理想的技術(shù)，目前的挑戰(zhàn)仍是靈敏度，如果通過離子源的創(chuàng)新，大幅提高離子化效率，就能進(jìn)一步提升靈敏度，將會在分子醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。
此外，在質(zhì)譜應(yīng)用方面，我國已經(jīng)擁有了龐大的應(yīng)用隊伍，因此在應(yīng)用方面能夠不斷進(jìn)行創(chuàng)新?！叭绻趹?yīng)用創(chuàng)新的同時，進(jìn)行離子源的創(chuàng)新大幅提升靈敏度，最后達(dá)到集成創(chuàng)新，把中國的質(zhì)譜儀做好，這是我最大的希望?！眲⒒⑼f。
對中國質(zhì)譜的祝福
最后，劉虎威對中國質(zhì)譜寄語時說：“質(zhì)譜學(xué)會成立40年是一個重要的里程碑。在這里，我向中國質(zhì)譜界的前輩們表達(dá)敬意，向現(xiàn)在的質(zhì)譜同仁們致以祝賀，向質(zhì)譜后輩和學(xué)生代給予勉勵，希望大家共同努力繼續(xù)把中國的質(zhì)譜做好。在質(zhì)譜領(lǐng)域，中國與世界先進(jìn)水平相比還有很大的差距。過去的116年里，國際的質(zhì)譜研究已經(jīng)取得了很多成果，而我們?nèi)孕璨粩嗟刈汾s和超越，更加深入地研究質(zhì)譜技術(shù)，不斷創(chuàng)新和發(fā)展，提高我們的科研水平和儀器制造水平。更重要的是質(zhì)譜學(xué)會能夠把中國的質(zhì)譜界同仁們團(tuán)結(jié)起來，為質(zhì)譜人提供了一個交流、學(xué)習(xí)和分享的平臺，共同推動質(zhì)譜技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展。最后，我祝愿質(zhì)譜的后輩們，有更多的研究生投身質(zhì)譜事業(yè)，希望再過40年或更短的時間內(nèi)，中國質(zhì)譜能夠創(chuàng)造出輝煌時代?！?/p>
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