作者:甘晓 李丹 来源:中国科学报 发布时间:2016/9/19 9:05:45
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中科院化学所:为生命科学奠定化学基础

活体电分析示意图

化学所研制低温毛细管电泳仪

■本报记者 甘晓 通讯员 李丹

上世纪50年代起,DNA双螺旋结构的发现让生命科学走进了分子时代。作为我国分子科学研究的先锋,中科院化学所较早时期即瞄准了生命化学的前沿,敢为人先地开展了与生命科学相关的化学分析工作,为生命过程化学本质的研究奠定了基础。

以分析化学为基础

中科院化学所生命科学分析研究始于分析化学的牢固基础。六十年来,化学所分析化学学科发展历经多次变迁,最终确定以生命科学为研究对象,开始深入系统地研究和探索。

据化学所相关负责人介绍,在形式上,分析化学的发展双轨并进,一是依托于分析专业研究队伍的集中发展,二是寓于其他学科的分散发展。

建所初期,以分析化学为中心的研究单元立足无机化学,属无机分析方向。而有机分析最早隶属于有机合成,直到1960年前后并入分析单元,两个方向合称为“分析化学研究室”,由梁树权先生领衔。上世纪60年代、70年代,分析化学研究室逐渐发展完备。当时,科研人员们紧密结合国家需求,把握学科发展趋势,开展了多项前瞻性创新研究。

1985年,随着化学所撤销研究室建制,分析室分散为组,两年后复建,并于1989年更名为“生命科学中的分析化学研究室”。

在业内科学家们看来,该研究室较早部署了分析化学和生命科学的交叉研究,为我国生命分析化学的诞生和发展作出了重要贡献。

毛细管电泳的先驱

对从事分析化学的研究人员而言,生命分析化学的难点在于,从相对简单的无机分析体系转至复杂生命体系样品的研究。首当其冲的便是分离问题。

早在上世纪70年代末,该研究室研究员竺安便开始思考生物大分子的分离问题。“生物大分子相对慢的扩散速度,会限制它们在色谱过程中的分离效率,但在电泳过程中却正好相反,分子越大、扩散系数越小,电泳分离的效率反而越高。”当时,竺安敏锐地意识到了毛细管电泳将在生命分析化学上大有可为。

于是,当毛细管电泳尚未引起国际权威分析化学专家注意的时候,化学所在竺安的带领下,开始了毛细管电泳的探索,成为毛细管电泳研究的先驱。

如今,毛细管电泳已经发展为生物大分子分离分析的利器,人类的科技到20世纪末才能测定分子庞大、结构复杂的人类和动物基因的DNA序列,靠的正是这一技术。毛细管电泳研究也在化学所获得了迅速而全面的发展,化学所成为我国此领域研究的中心之一。

瞄准生命科学前沿

2009年,“中科院活体分析化学重点实验室”正式成立,国家自然科学基金委的“创新群体”也在这里诞生。科研人员敢为人先,将生命分析化学推向更高层次,并极大推动了该领域研究的快速发展。

十多年来,毛兰群课题组创新性地发展了系列活体分析化学原理和方法,实现了模型动物的活体原位和活体在线分析,进而展开了诸如脑缺血和耳聋等神经生理和病理的分子机制研究和探索。

陈义课题组在毛细管电泳、色谱及其与质谱联用等活体分离分析方法上进行了不懈探索,建立了针对活植物、活昆虫直接取样的超痕量分析方法。生物分子真实生理环境中相互作用的研究方法和技术平台也随之发展起来,包括免标记、可仿生的高通量表面等离子体共振成像方法等。基于此方法,他们自主研制了商品样机和软件工作站,能用于约两千个识别反应的同时监测。

同时,马会民、方晓红、王树、高明远等课题组也系统地开展了分析化学与生命科学的交叉创新研究,例如,他们创制了结合STED超分辨成像、扫描探针成像和质谱成像等三大成像技术的高分辨化学成像系统。部分成果可用于重大疾病标志物的快速分析和药物等研究。

此外,细胞质谱测定技术、亲和色谱技术、脂质组学研究、氢氘交换质谱等新的生命科学分析创新成果也不断涌现。

活体分析化学是个全新的、富有挑战性的研究领域,该领域研究虽然备受关注,但是系统的研究才刚刚起步,急需创新的思维和方法。未来,化学所活体分析化学研究将依据化学与生命交叉研究的指导思想,不断开展活体分析化学新原理和新方法的前沿探索。

《中国科学报》 (2016-09-19 第6版 院所)
 
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