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        從技術到方法 “被問題牽著鼻子走”的科研路——訪武漢大學馮鈺锜教授

        儀器信息網 2019/08/29 10:09:54 點擊 5293 次
        默克工藝
        [導讀] 近期,儀器信息網特別采訪了武漢大學馮鈺锜教授,聽他談談他是如何解決科研路上的問題。

          從1996年來到武漢大學,馮鈺锜教授在分析化學領域的科研之路已經走過了20多個年頭,談起這么多年的科研歷程,他笑稱 “我是看菜下飯,有什么條件做什么事兒,一步一步跟著問題走”。以應用和實際需求為導向,從一個個具體問題出發,是馮鈺锜多年從事分析化學相關科研的指導思想。

          近期,儀器信息網特別采訪了武漢大學馮鈺锜教授,聽他談談他是如何解決科研路上的問題。

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        武漢大學教授馮鈺锜

          從實際出發 關注色譜技術落地

          色譜柱是色譜分析的心臟,對色譜分離分析效果影響巨大。剛來武漢大學的幾年,馮鈺锜一直在研究色譜柱的固定相。作為液相色譜的填料,傳統的硅膠基質應用歷史較長,但其化學穩定性較差,難以在極端pH條件下應用。而氧化鋯具有良好的化學穩定性和機械強度,作為固定相基質引起了馮鈺锜的關注。由于氧化鋯表面具有大量的吸附位點等不利因素,馮鈺锜對其進行了大量吸附改性研究,取得了一系列成果。

          在2000年左右,馮鈺锜又將視線投入到樣品前處理領域,在固相微萃取、磁固相萃取等方面做了大量工作。整體柱作為一種新型色譜柱技術,主要應用于液相色譜、毛細管電色譜等系統中。馮鈺锜便想到將整體柱作為萃取材料,用來做管內固相微萃取,并通過不斷改進,將該技術從手動變成自動。恰逢當時實驗室里采購了一款島津的自動進樣器,馮鈺锜就在該儀器的基礎上進行了一些改造,實現了管內固相微萃取與液相色譜的全自動化操作。磁性固相萃取是一種以磁性或可磁化的材料作為吸附劑基質的分散固相萃取技術,如何將磁性材料功能化是該技術的核心問題。馮鈺锜課題組利用物理共混法制備磁性功能材料,操作簡單、萃取效果好,是課題組研究出的一種較滿意的技術。

          除此之外,馮鈺锜還利用多種天然產物,包括花粉、巰基棉以及腐殖酸等作為吸附材料,用于固相萃取技術。其中,將腐殖酸作為固相萃取填料用于食用油中苯并芘分析已經成功商業化,該技術可以大大節約溶劑的使用,并獲得良好的回收率,深受食用油檢測工作者的喜愛。

          馮鈺锜表示,在早期他主要從事分析技術相關的研究,是根據當時的工作條件來決定的。“我喜歡有什么條件就干什么活,在現有的條件下做一些實際的東西。”

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        實驗室一角

          聚焦植物激素 用分析化學解決科學上的“疑難雜癥”

          2007年前后,實驗室采購了島津的質譜儀,有了質譜,馮鈺锜的團隊也將研究方向轉為以具體的分析方法開發為主。馮鈺锜表示,從事分析方法的開發,主要是以應用為導向,解決那些困擾科學研究進展的“疑難雜癥”。

          在科學技術研究中,當今研究熱點生命科學、材料科學、環境科學等都涉及研究物質的組成、含量和結構等信息,分析化學都是它們所不可缺少的研究工具與手段。作為分析化學的從業者,馮鈺锜很多方法開發研究,是從其他學科提出需求開始的。

          植物激素是植物體內一系列的小分子有機化合物,其在植物體內雖然含量極低,但是對于植物的成長發育起著重要的調控作用,其定性定量分析一直是植物學領域研究的難點。一度植物學家們想要做痕量植物激素相關分析,還需要送到國外的實驗室進行。偶然的機會,馮鈺锜從植物學家那里了解到這一困難,并展開了相關研究。

          2008年,馮鈺锜開始從事植物激素相關分析工作,到了2010年,他的團隊已經成功建立了赤霉素的分析方法。在過去十數年間,馮鈺锜一直在從事植物激素分析方法開發的工作,并與植物學家一起,跨學科合作,解決了一系列植物激素分析的難點問題,大大提升了我國植物激素分析研究的水平。而在今年,馮鈺锜團隊又開發出針對擬南芥單個花朵或者一根雄蕊中多種植物激素的同時測定的液質聯用方法,這一成果已發表在今年4月的《Anal Chem》上。

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        馮鈺锜介紹實驗室液質聯用系統

          馮鈺锜表示,植物激素的相關項目雖然已經結束,但是課題組還在持續進行相關研究。除了相關方法開發,他也分配了專人幫助有需求的研究者進行植物激素樣品的分析測試。到目前為止,相關的數據已經發表了超過90篇文章。他表示,希望能夠建立一所專門解決各類分析領域的“疑難雜癥”的研究所。“現在學科的界限越來越模糊,有些研究需要不同學科相互促進。把問題拿出來,不同學科的研究者共同商討,強強結合,就可以很好地通過學科交叉促進科研的發展。”

          問題牽引著問題 不斷探索科研新思路

          在研究植物激素分析方法的過程中,馮鈺锜的課題組發現利用化學標記的方法,可以有效地提高標記產物的分析效果。該技術一方面為植物學家們解決了植物激素檢測的難點,另一方面也為分析化學領域提供了一個新的技術思路。

          之后,馮鈺锜的課題組開發了一系列用于標記的化學試劑。并利用三重四極桿質譜建立代謝物的篩查方法。利用化學試劑,一方面可以檢測到那些原來難以檢測到的代謝物質,另一方面利用同位素標記可以獲得一對化學試劑,用來判斷代謝物的性質,使得質譜檢測的靈敏度增加的同時,還可以用來輔助鑒定代謝物的性質。

          在上述工作持續推進的過程中,馮鈺锜又發現,在進行大量樣品檢測的過程中,色質譜的保留時間會發生偏移,重現性較差。而較嚴重的保留時間偏移會導致色譜峰對匹配失誤,進而降低代謝物鑒定的準確性。他又將色譜領域經典的保留指數(retention index, RI)與結構定量規律聯系起來,為代謝物定性分析提供了有效的輔助手段。

          馮鈺锜表示,“做科研總是被問題牽著鼻子走,在解決一個問題的過程中發現新的問題和方向。”他在做科研的過程中,從來不關注這個問題是不是當前的熱點問題,關注點都放在發現問題、解決問題上。

          目前,對于分析技術的需求越來越高,樣品成分日趨復雜,含量也越來越低。對此,馮鈺锜提到,一方面需要檢測儀器技術本身性能不斷提高,另一方面也需要針對問題,分析問題所在,更好地運用各種技術的集合。

          馮鈺锜舉了一個例子,在剛剛開始從事赤霉素方法開發時,團隊就遇到了樣品成分復雜,質譜離子化效率受到抑制,信號不高的困難。最初,針對樣品不夠純凈的問題,在樣品前處理、色譜分離方面做了很多努力都效果不佳。之后,馮鈺锜從另一個角度入手,將待測物進行改性,從而提高了離子化效率,成功開發出了赤霉素的分析方法。“如果當時我們有像島津LCMS-8050這樣更好的質譜儀器,可能就不需要花費這么大的精力去研究如何解決這個問題。但是,很多時候解決問題有很多種方法,這條路走不通的時候就需要走另一條路。總之,要想盡一切方法解決問題,這就是我們一直以來的科研思路。”

          在最后,馮鈺锜表示,目前,仍有一些問題在困擾著分析化學工作者,例如復雜樣品中微量小分子化合物定性及結構分析、非目標化合物的定量精度等。這些需要分析化學家和儀器制造企業一起努力去解決。儀器設備作為分析化學家手中的“利器”,一直在幫助分析化學家不斷在科研領域探索。多年來,像島津這樣的科學儀器企業為馮鈺锜提供了很多支持,目前實驗室中擁有3臺島津的液質聯用系統和一臺MALDI-TOF,這些儀器幫助他做了很多過去難以從事的工作。馮鈺锜也提到,希望儀器在耐用性、穩定性、靈敏度等方面能夠繼續加強;同時,在用戶使用和維護的簡便性、軟件的易用性以及譜庫建設方面能有更多提高。

          采訪撰稿編輯:趙儀


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        • 每個人的想法都不同
          09月18日 12:42:49
        • 學習中。
          09月11日 22:50:02
        • 值得學習的榜樣
          09月01日 09:12:08
        • 不一味隨波逐流跟著熱點走,而是真正解決棘手的問題,馮老師這點很贊。
          08月29日 12:39:24

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