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杭州质谱大会系列专访——刘虎威教授

2023.5.24
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南州

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  ——刘虎威教授:坐热“冷板凳”,做中国人自己的质谱

  导读:2020-2023年中国质谱学术大会将于2023年6月9-13日在杭州举办,本次大会是中国质谱界的一次盛会,旨在促进学界团结进步、和谐发展、共赢未来,提高学术交流水平,推动质谱技术在各大科技领域的广泛应用。大会由中国物理学会质谱分会联合中国化学会质谱分析专业委员会和中国仪器仪表学会分析仪器分会主办,浙江大学承办。大会将邀请国内外质谱领域的专家学者齐聚一堂,共同探讨交流质谱领域最新的科研进展和前沿技术。本此大会的主题为砥砺奋进四十年,共筑中国质谱梦。会议主页链接如下:http://www.cmss.org.cn/index.php?r=site%2Fcae-home&mid=19 ,欢迎大家报名参会。

  质谱在中国的发展,从核工业、地质等领域应用的无机质谱开始,渐渐扩展到广泛的有机物和生命分析领域,后两大领域中,色谱和质谱的联用技术发挥了巨大作用。众所周知,目前的多组学研究已用多维色谱-质谱联用技术全面替代了凝胶分离-离线转移到质谱分析的技术。这项进程受到多组学的应用需求驱动,同时也离不开色谱分离专家们的努力,质谱领域涌现了一批既懂色谱又懂质谱的科学家,他们将分离和鉴定发挥到极致;而当直接离子化技术横空出世后,他们又创造出多种离子化方法,探索质谱直接分离和鉴定的极限。北京大学刘虎威教授正是其中的一位探索者,同时他还致力于贡献于质谱学会的工作中,为中国质谱事业的发展鼓与呼。分析测试百科网采访了中国化学会理事、中国物理学会质谱分会副理事长、北京大学刘虎威教授,请他谈谈质谱分会成立的40年间的中国质谱的发展之路,以及对国产质谱发展的建议。

北京大学教授、中国物理学会质谱分会副理事长刘虎威

中国质谱四十年里程碑

  质谱学的创立和发展可以追溯到上世纪初叶。著名的英国物理学家J.J汤姆逊开创了质谱学的新纪元,而我国质谱学的传播与发展起步较晚,杨承宗教授领导的小组开始了尼尔型质谱计的研制,并翻译出版了苏联李克的《质谱学》一书,从此进入了我国质谱学的启蒙时代。

  上世纪60-70年代是我国质谱学的成长与发展阶段。1980年9月22日在浙江杭州召开了中国物理学会质谱分会成立大会。从此,我国质谱学的发展进入了一个崭新的历史阶段。理事会根据近年来质谱的发展状况,适应交叉学科的发展,将学会各分会按专业划分设置为无机质谱、有机质谱、生物医学质谱、同位素质谱、质谱仪器与教育5个质谱专业组。近年来,学会新增设生物质谱专业组,由刘虎威副主任负责生物质谱专业组及国际组织的协调工作。

  刘虎威表示:质谱学会已成立40年,这是中国质谱界的一个重要里程碑。在40年里学会走过了不平凡的岁月,在中国逐渐摆脱贫穷落后、改革开放后经济迅速发展的同时,中国的质谱基础和应用研究均上了好几个台阶,已处于世界先进水平。

坐热“冷板凳”,国产质谱尚需长久坚持和投入

  质谱仪器是一种非常重要的科学仪器,它可以用于化学、生物学、环境科学等多个领域的研究。目前,国内已有多家公司生产质谱仪器,国家在质谱研发方面也投入了大量的资金。但就商品化的国产质谱而言,刘虎威认为:目前情况并不乐观,无论是高档还是低档的国产质谱仪,都无法满足市场的需求。与国际知名企业如赛默飞、安捷伦、Waters、SECIX、布鲁克、岛津相比,我们的质谱仪器还远远落后。这是一个卡脖子的问题,如果美国及西方国家对中国实施质谱禁运政策,我们将会面临巨大挑战。因此,国产仪器厂商研发质谱仪器时必须有长远的规划和坚定的信念。仅仅仿造别人的产品并不能解决问题,即使改变了外观,但关键部件仍然是国外的,性能无法达到国外一流水平,用户还是不愿意使用。

  据了解,岛津已将其质谱生产线搬到苏州,这一方面对我国就业市场有利,另一方面,我们应该学习他们的管理经验和创新精神,尤其是他们能够几十年如一日、坐热‘冷板凳’的精神。这是我国企业家缺乏的精神,是一个重要的问题。如果我们的企业家和研发人员不努力,不解决上述关键部件、追求卓越性能的问题,再过三五年,我们的质谱仪器仍将处于落后状态,仍然是二三流水平,顶多能满足国内低端市场的需求。这和芯片产业是一样的问题。“我的话可能比较悲观,对于我们的企业家、研发人员可能是一个打击,但是我想这个话不得不说。”

  此外,国产质谱要发展,还需要加大投入。国家这几年投入很大,科技部设立了多个质谱相关仪器专项,但相比于一台质谱仪器的研发来说,这些钱还远远不够;而且这些经费的投入效率究竟怎么样,也还要打问号。我最近了解了杭州的谱育/聚光,他们上市后可以拿出1个亿甚至几个亿来研发质谱,谱育的研发人员已经有1,000人,这样大的体量、这样大的队伍,才是做质谱仪器应该的样子,我希望他们能够做好,真正为补齐我国质谱仪器的短板,再加一块砖添一片瓦。

国产质谱如何创新?

  作为色谱和质谱专家,刘虎威课题组近年来在脂质组学方面不断实现突破,比如使用正相/反相二维液相色谱-质谱在线联用研究脂质组学,该方法自动化程度高,分离效果好,一次进样可以分离8000种以上的脂类分子,且定量精度高。在热点的敞开式离子化技术研究领域,刘虎威课题组开发了PALDI气相解离离子化技术和SALDI表面辅助激光解吸/离子化技术,可增强DART MS实时直接分析质谱的灵敏度,有望用于环境分析、食品分析的快速检测领域。此外,课题组还发展了超高灵敏度生物疾病标志物的检测技术,尤其在癌症早期诊断方面取得了一系列的成果,如利用新型兼具质谱增敏和信号放大策略的质谱探针,构建常压质谱免疫分析平台,具有高灵敏度、多重定量、样品消耗少、操作方便等优点,实现了zmol的蛋白质检出限以及最低13个细胞表面3种蛋白质的定量分析(J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 72-75)。

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通过筛选和验证建立血浆脂质生物标志物模型,其中分析方法就采用正相/反相二维液相色谱-质谱联用(NP/RP 2D LC-QTof MS)分析方法

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超灵敏环境质谱免疫分析:血清和细胞表面蛋白质的多重检测

  刘虎威再次谈到国产质谱的发展时表示,质谱仪器的发展历史悠久,自1906年J. J. 汤姆逊获得第一个Nobel奖后,已有100余年,迄今已相当成熟。各种质量分析器充分发展,甚至傅里叶变换离子回旋共振、Orbitrap等高端技术也已得到广泛应用,在质量分析器上难有更大突破。然而,作为质谱关键技术之一的离子源,其离子化效率仍然存在很大的提升空间,国产质谱可以将其作为发展重点。当前离子源的离子化效率只有5%~15%的水平,如果能够实现80%的离子化效率,质谱的灵敏度将大幅提升。目前先进的分子医学,强调从分子水平上来探究医学,而质谱可一次精准地检测多个分子,是非常理想的技术,目前的挑战仍是灵敏度,如果通过离子源的创新,大幅提高离子化效率,就能进一步提升灵敏度,将会在分子医学领域发挥更大的作用。

  此外,在质谱应用方面,我国已经拥有了庞大的应用队伍,因此在应用方面能够不断进行创新。“如果在应用创新的同时,进行离子源的创新大幅提升灵敏度,最后达到集成创新,把中国的质谱仪做好,这是我最大的希望。”刘虎威说。

对中国质谱的祝福

  最后,刘虎威对中国质谱寄语时说:“质谱学会成立40年是一个重要的里程碑。在这里,我向中国质谱界的前辈们表达敬意,向现在的质谱同仁们致以祝贺,向质谱后辈和学生代给予勉励,希望大家共同努力继续把中国的质谱做好。在质谱领域,中国与世界先进水平相比还有很大的差距。过去的116年里,国际的质谱研究已经取得了很多成果,而我们仍需不断地追赶和超越,更加深入地研究质谱技术,不断创新和发展,提高我们的科研水平和仪器制造水平。更重要的是质谱学会能够把中国的质谱界同仁们团结起来,为质谱人提供了一个交流、学习和分享的平台,共同推动质谱技术的创新和发展。最后,我祝愿质谱的后辈们,有更多的研究生投身质谱事业,希望再过40年或更短的时间内,中国质谱能够创造出辉煌时代。”

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