去年8月,2006年上海市科技启明星入选项目公布,一项名为“应对化学、生物袭击等突发性事件的传感器新技术、新方法研究”的启明星跟踪计划引起了我的注意。不久我就试着与该计划的入选人——华东师范大学化学系的施国跃教授联系约定采访事件,但施教授希望过一阶段再谈。直到今年的4月,他同意和我见面聊一聊。一见面,特别是坐定谈了一会话,我很快能感觉到他的实在,是一个乐于交朋友的豪爽之人,一如他那健壮、高大的身材。
施国跃是以化学背景投入科研教学生涯的。1994年,他考取了华师大化学系分析化学专业研究生,并投在国内分析化学界知名学者华师大终身教授金利通先生门下。1999年博士毕业后即留校在化学系任教并继续开展科研工作。2002年1月,赴日本Bioanalytical System(BAS)公司进行合作研究;一年后赴美国匹兹堡大学化学系进行为期两年多的博士后研究。2005年5月回华东师范大学工作并于去年12月被聘为教授。
施国跃在介绍中一直强调两点。一是他对自己的硕士、博士导师金利通先生的感念之情。在他看来,金先生具有非常敏锐的创新思维和高屋建瓴的科研大局观,在分析仪器、化学修饰电极等方面有很深的造诣,而这些也成为施国跃日后的“立身之本”。金先生对自己的学生一直给予激励和支持。2000年,时年30岁的施国跃难能可贵地以讲师资格入选启明星计划,他所申报项目“用于心肌细胞损伤和修复过程中的电化学方法研究”获得了8万元的资助,显然对如此层次的课题来讲,这些经费远远不够。是金先生给了他宝贵的经费和人力支持,施国跃在完成课题期间先后发表了10多篇论文,使这一项目得以优异的成绩通过了上海市科委组织的专家评审。导师的关爱予学子以温暖,学生也懂得回报。在国外学习深造的三年多时间里,施国跃一直与金先生保持思想和学术上的交流。2005年5月,他婉拒匹兹堡大学分析化学界著名教授Steven Weber的挽留,携妻儿回到自己的母校发展,这一切的背后金先生的学术影响和个人魅力是不可或缺的因素。
其二是他具有的多学科的知识储备和研究背景。施国跃在国外三年多时间先后在国际专业领域高水平杂志上发表了多篇有分量的文章,特别在匹兹堡大学期间,他先后在国际权威的分析学化学杂志《Analytical Chemistry》上发表了3篇文章,用施国跃自己的话来说,他在美国两年多最大的收获就是具备了更为活跃的科研思维和严谨的科研作风。能做到这一点,与他所在的国外研究团队的科研环境有关,但也得益于自己多学科知识的储备。
施国跃在华师大和日本期间,不仅具备了很好的电分析化学的研究背景,而且也能胜任生物活体解剖以及神经化学等方面的工作。这样一来,他在这个领域就开始有了一种得心应手的感觉,课题做得多,机会也多了。施国跃由此悟出箴言:做科研除了要具备深厚的专业知识之外,还一定要有开阔的知识背景。日后,施国跃正是凭借自己在分析化学以及生命科学等方面的综合优势,回国后很快又在Anal.Chem.,以及Electrochemistry Communication等高水平杂志上发表了多篇论文,也申请到了上海市科技启明星跟踪计划以及国家自然科学基金等多个重要课题。
迄今,施国跃已在国内外核心期刊及国际SCI收录杂志上发表了四十余篇论文,其中影响因子在3.0以上的有9篇,5.0以上的有4篇。同时作为主要研究者,他还参与了多种分析仪器的研发工作,如科技部“十一五”科技支撑计划“监测检测专用仪器的研发”、上海世博专项“用于饮用水与蔬菜类食品安全快速检测分析仪器研制”等,显示了在产学研结合方面的良好基础。
记者:您此次入选启明星跟踪计划项目“应对化学、生物袭击等突发性事件的传感器新技术、新方法研究”,估计很多人会很关注。能不能简单介绍一下这个课题的立项背景以及这一课题的特点?
施国跃:911事件后,“反恐”成为国际社会的共识以及跨国合作的重要议题。我国政府在反恐方面也加大力度,大量购买反恐装备,提高综合反恐能力。尤其北京2008年奥运会已近倒计时,2010年上海世博会也已临近,加强对爆炸物、剧毒药物和生化武器的检测技术的研究,提高应对化学、生物袭击等突发性事件的能力成为目前我国反恐斗争迫在眉睫的任务。
纵观各种恐怖活动,爆炸和投毒仍是恐怖分子常用的主要方式,因此研究高灵敏的快速检测方法和检测器件对于保障人民生命安全与健康具有非常重要的意义。
我们课题的思路是将电分析化学、纳米技术及生物科技有机结合,开展具有自主创新的应对化学、生物袭击的传感技术基础和应用研究。通过量子点/纳米氧化物杂化材料的合成及其在电极表面的构建以及分子印迹技术的应用,研制系列性的用于快速检测TNT、毒鼠强等炸药及毒物的探测传感器件,以电化学传感的方法来构筑小型、便携式的用于安全检测的气相传感器。它通过探测物体中释放的痕量蒸气来实施快速检测,这种气相传感器能探测到ppb级甚至更低浓度的气体。现在这方面的基础研究工作在实验室已经开始起步并取得一些可喜的成果。
记者:除了反恐,你们研究的这一探测技术还有哪些用途?
施国跃:在与民众健康息息相关的医学检测领域,这一技术更是有着广阔的应用前景。一方面主要涉及化学与生物传感,通过化学修饰的方法,将一些功能性的化学与生物物质以及纳米材料等有目的的组装到电极表面,通过电化学方法构筑化学与生物传感器件来研究一些化学与生物分子,如谷氨酸、多巴胺等。通过电化学方法与生命科学领域的有机结合,研究诸如人在生命活动中的神经化学传递物质的传输途径及其生理功能。
另一方面是对环境污染物的在线监测,包括土壤、水中的污染物。针对不同环境污染物的指标,构建具有高选择性、高灵敏度的化学传感器件,如COD、溶氧以及重金属离子等,通过网络这个平台,将化学传感器件所得到的信息昼夜不停地输送到监测中心,实现24小时的在线、快速监测。
我们目前所做的课题,无论是国家自然科学基金的项目,还是启明星项目,虽然主要都是从基础研究的层面展开工作,某些研究离真正的产业化尚有一定的距离,但在这些研究基础上已积累了丰富的经验,为新型仪器的开发奠定了深厚的理论基础。其中某些专用仪器已经开始产业化并推向市场,在国内市场占有了一定的份额并取代了部分进口产品,为振兴民族工业贡献我们一点微薄的力量。
江世亮采写于2007年5月1日
·背景资料·
化学与生物传感是当前电化学、分析化学乃至生命科学等的热点研究领域之一。1975年化学修饰电极的问世,开创了从化学状态上人为控制电极表面结构的先河,它通过选择性化学或生物物质在电极表面的有目的的组装以及对电极表面的分子剪裁,实现在电极表面的有选择的、特定的化学与生物反应,在分子水平上实现了电极功能的设计。它不仅可以研究电极过程动力学理论,而且根据对化学与生物分子有选择性识别的信号传递和放大技术,成功实现对化学与生物靶分子的高选择性、高灵敏度检出。
纳米材料,特别是新型的纳米生物材料和纳米复合材料由于其特殊的结构,具有很强的吸附能力、良好的定向能力和生物兼容性,为化学与生物传感界面的研究及其特殊器件的应用打开了一个广阔的天地。
由于化学与生物传感尤其是电化学传感器具有灵敏度高、稳定性好、制作简单和便于携带等优点,因此为环境分析及食品生物污染物的监测、生物医学研究、临床疾病标志物检测等方面的应用提供了强有力的工具。
施国跃/文