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从技术到方法 “被问题牵着鼻子走”的科研路——访武汉大学冯钰锜教授

仪器信息网 2019/08/29 10:09:54 点击 5219 次
默克工艺
[导读] 近期,仪器信息网特别采访了武汉大学冯钰锜教授,听他谈谈他是如何解决科研路上的问题。

  从1996年来到武汉大学,冯钰锜教授在分析化学领域的科研之路已经走过了20多个年头,谈起这么多年的科研历程,他笑称 “我是看菜下饭,有什么条件做什么事儿,一步一步跟着问题走”。以应用和实际需求为导向,从一个个具体问题出发,是冯钰锜多年从事分析化学相关科研的指导思想。

  近期,仪器信息网特别采访了武汉大学冯钰锜教授,听他谈谈他是如何解决科研路上的问题。

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武汉大学教授冯钰锜

  从实际出发 关注色谱技术落地

  色谱柱是色谱分析的心脏,对色谱分离分析效果影响巨大。刚来武汉大学的几年,冯钰锜一直在研究色谱柱的固定相。作为液相色谱的填料,传统的硅胶基质应用历史较长,但其化学稳定性较差,难以在极端pH条件下应用。而氧化锆具有良好的化学稳定性和机械强度,作为固定相基质引起了冯钰锜的关注。由于氧化锆表面具有大量的吸附位点等不利因素,冯钰锜对其进行了大量吸附改性研究,取得了一系列成果。

  在2000年左右,冯钰锜又将视线投入到样品前处理领域,在固相微萃取、磁固相萃取等方面做了大量工作。整体柱作为一种新型色谱柱技术,主要应用于液相色谱、毛细管电色谱等系统中。冯钰锜便想到将整体柱作为萃取材料,用来做管内固相微萃取,并通过不断改进,将该技术从手动变成自动。恰逢当时实验室里采购了一款岛津的自动进样器,冯钰锜就在该仪器的基础上进行了一些改造,实现了管内固相微萃取与液相色谱的全自动化操作。磁性固相萃取是一种以磁性或可磁化的材料作为吸附剂基质的分散固相萃取技术,如何将磁性材料功能化是该技术的核心问题。冯钰锜课题组利用物理共混法制备磁性功能材料,操作简单、萃取效果好,是课题组研究出的一种较满意的技术。

  除此之外,冯钰锜还利用多种天然产物,包括花粉、巯基棉以及腐殖酸等作为吸附材料,用于固相萃取技术。其中,将腐殖酸作为固相萃取填料用于食用油中苯并芘分析已经成功商业化,该技术可以大大节约溶剂的使用,并获得良好的回收率,深受食用油检测工作者的喜爱。

  冯钰锜表示,在早期他主要从事分析技术相关的研究,是根据当时的工作条件来决定的。“我喜欢有什么条件就干什么活,在现有的条件下做一些实际的东西。”

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实验室一角

  聚焦植物激素 用分析化学解决科学上的“疑难杂症”

  2007年前后,实验室采购了岛津的质谱仪,有了质谱,冯钰锜的团队也将研究方向转为以具体的分析方法开发为主。冯钰锜表示,从事分析方法的开发,主要是以应用为导向,解决那些困扰科学研究进展的“疑难杂症”。

  在科学技术研究中,当今研究热点生命科学、材料科学、环境科学等都涉及研究物质的组成、含量和结构等信息,分析化学都是它们所不可缺少的研究工具与手段。作为分析化学的从业者,冯钰锜很多方法开发研究,是从其他学科提出需求开始的。

  植物激素是植物体内一系列的小分子有机化合物,其在植物体内虽然含量极低,但是对于植物的成长发育起着重要的调控作用,其定性定量分析一直是植物学领域研究的难点。一度植物学家们想要做痕量植物激素相关分析,还需要送到国外的实验室进行。偶然的机会,冯钰锜从植物学家那里了解到这一困难,并展开了相关研究。

  2008年,冯钰锜开始从事植物激素相关分析工作,到了2010年,他的团队已经成功建立了赤霉素的分析方法。在过去十数年间,冯钰锜一直在从事植物激素分析方法开发的工作,并与植物学家一起,跨学科合作,解决了一系列植物激素分析的难点问题,大大提升了我国植物激素分析研究的水平。而在今年,冯钰锜团队又开发出针对拟南芥单个花朵或者一根雄蕊中多种植物激素的同时测定的液质联用方法,这一成果已发表在今年4月的《Anal Chem》上。

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冯钰锜介绍实验室液质联用系统

  冯钰锜表示,植物激素的相关项目虽然已经结束,但是课题组还在持续进行相关研究。除了相关方法开发,他也分配了专人帮助有需求的研究者进行植物激素样品的分析测试。到目前为止,相关的数据已经发表了超过90篇文章。他表示,希望能够建立一所专门解决各类分析领域的“疑难杂症”的研究所。“现在学科的界限越来越模糊,有些研究需要不同学科相互促进。把问题拿出来,不同学科的研究者共同商讨,强强结合,就可以很好地通过学科交叉促进科研的发展。”

  问题牵引着问题 不断探索科研新思路

  在研究植物激素分析方法的过程中,冯钰锜的课题组发现利用化学标记的方法,可以有效地提高标记产物的分析效果。该技术一方面为植物学家们解决了植物激素检测的难点,另一方面也为分析化学领域提供了一个新的技术思路。

  之后,冯钰锜的课题组开发了一系列用于标记的化学试剂。并利用三重四极杆质谱建立代谢物的筛查方法。利用化学试剂,一方面可以检测到那些原来难以检测到的代谢物质,另一方面利用同位素标记可以获得一对化学试剂,用来判断代谢物的性质,使得质谱检测的灵敏度增加的同时,还可以用来辅助鉴定代谢物的性质。

  在上述工作持续推进的过程中,冯钰锜又发现,在进行大量样品检测的过程中,色质谱的保留时间会发生偏移,重现性较差。而较严重的保留时间偏移会导致色谱峰对匹配失误,进而降低代谢物鉴定的准确性。他又将色谱领域经典的保留指数(retention index, RI)与结构定量规律联系起来,为代谢物定性分析提供了有效的辅助手段。

  冯钰锜表示,“做科研总是被问题牵着鼻子走,在解决一个问题的过程中发现新的问题和方向。”他在做科研的过程中,从来不关注这个问题是不是当前的热点问题,关注点都放在发现问题、解决问题上。

  目前,对于分析技术的需求越来越高,样品成分日趋复杂,含量也越来越低。对此,冯钰锜提到,一方面需要检测仪器技术本身性能不断提高,另一方面也需要针对问题,分析问题所在,更好地运用各种技术的集合。

  冯钰锜举了一个例子,在刚刚开始从事赤霉素方法开发时,团队就遇到了样品成分复杂,质谱离子化效率受到抑制,信号不高的困难。最初,针对样品不够纯净的问题,在样品前处理、色谱分离方面做了很多努力都效果不佳。之后,冯钰锜从另一个角度入手,将待测物进行改性,从而提高了离子化效率,成功开发出了赤霉素的分析方法。“如果当时我们有像岛津LCMS-8050这样更好的质谱仪器,可能就不需要花费这么大的精力去研究如何解决这个问题。但是,很多时候解决问题有很多种方法,这条路走不通的时候就需要走另一条路。总之,要想尽一切方法解决问题,这就是我们一直以来的科研思路。”

  在最后,冯钰锜表示,目前,仍有一些问题在困扰着分析化学工作者,例如复杂样品中微量小分子化合物定性及结构分析、非目标化合物的定量精度等。这些需要分析化学家和仪器制造企业一起努力去解决。仪器设备作为分析化学家手中的“利器”,一直在帮助分析化学家不断在科研领域探索。多年来,像岛津这样的科学仪器企业为冯钰锜提供了很多支持,目前实验室中拥有3台岛津的液质联用系统和一台MALDI-TOF,这些仪器帮助他做了很多过去难以从事的工作。冯钰锜也提到,希望仪器在耐用性、稳定性、灵敏度等方面能够继续加强;同时,在用户使用和维护的简便性、软件的易用性以及谱库建设方面能有更多提高。

  采访撰稿编辑:赵仪


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编辑: 赵仪
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  • 每个人的想法都不同
    09月18日 12:42:49
  • 学习中。
    09月11日 22:50:02
  • 值得学习的榜样
    09月01日 09:12:08
  • 不一味随波逐流跟着热点走,而是真正解决棘手的问题,冯老师这点很赞。
    08月29日 12:39:24

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