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中國學科發展戰略·生命分析化學 版權信息
- ISBN：9787030711410
- 條形碼：9787030711410 ; 978-7-03-071141-0
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
中國學科發展戰略·生命分析化學 內容簡介
生命分析化學是以生命體為分析研究的主要對象研究建立與生命體組成及功能相關的物質結構、含量與其動態變化的分析新原理與新方法，為闡釋生命體的化學物質變化規律提供特異、靈敏、動態、快速、高效的準確測量技術，已成為生命科學及其相關領域重要發現和原始性創新的重要科學基礎和技術支撐，是連接生命科學研究成果與社會經濟發展的紐帶。本報告圍繞生命分析化學新原理、生命復雜體系分析新方法、生物標志物發現及甄定新技術、人類健康與疾病相關分析化學基礎、食品安全與公共安全檢驗檢疫、生命分析儀器裝置研制等重大基礎研究方面展開深入研討，為相關領域科學工作者提供已有研究成果及發展前景，也為國家科技中長期發展規劃提供生命分析化學學科發展規劃和戰略。
中國學科發展戰略·生命分析化學 目錄
目錄
總序 i
前言 vii
摘要 ix
Abstract xxv
緒論 1
**章 單分子檢測 8
**節 引言 8
第二節 單分子熒光成像 9
一、單分子熒光強度變化分析 10
三、單分子定位的超分辨成像 13
四、挑戰與發展方向 14
第三節 單分子波動相關光譜 17
一、熒光相關光譜術分析模式 19
二、熒光相關光譜術聯用技術 19
三、熒光相關光譜術用于細胞中生物分子動力學研究 20
四、挑戰與發展方向 21
第四節 單分子計數 23
一、概述 23
二、單分子熒光共振能量轉移 24
三、挑戰與發展方向 29
第五節 單分子DNA測序 30
一、成像測序 33
二、DNA合成測序 33
三、單鏈DNA穿過納米孔測序 34
四、分子電子器件測序 35
五、挑戰與發展方向 36
第六節 前景與展望 37
本章參考文獻 38
第二章 生命科學中的單細胞分析 46
**節 單細胞光譜分析與成像 46
第二節 細胞熒光成像與小分子探針 48
一、還原性活性小分子的熒光檢測 49
二、氧化性活性小分子的熒光檢測 52
三、金屬離子的檢測 54
四、挑戰與發展方向 55
第三節 單細胞電化學分析與成像 56
一、超微電極和納米電極 57
二、電化學成像技術 57
三、聯用技術 58
四、挑戰與發展方向 58
第四節 單細胞質譜分析與成像 60
一、質譜流式細胞分析方法 61
二、基于TOF-SIMS的單細胞高分辨成像方法 61
三、基于MALDI-TOF-MS的單細胞分析與成像方法 62
四、結合膜片鉗等取樣方式的單細胞ESI-MS分析方法 62
五、挑戰與發展方向 62
本章參考文獻 66
本章附錄探針分子結構圖 74
第三章 病毒及生命科學中的相關顆粒分析 79
**節 單病毒動態示蹤方法和技術 79
一、熒光標記 80
二、成像方式 82
三、數據分析 84
四、病毒侵染機制研究 84
五、挑戰與發展方向 88
第二節 病毒及細菌的快速檢測 88
一、現有快速檢測方法 89
二、快速檢測新方法 91
三、挑戰與發展方向 91
第三節 生命科學中的單個納米顆粒分析 92
一、概述 92
二、電子顯微鏡成像技術 94
三、光學顯微鏡成像技術 94
四、高靈敏流式檢測技術 94
五、挑戰與發展方向 97
第四節 顆粒物的光譜與成像分析 98
一、概述 98
二、微分干涉相差成像與暗場成像 99
三、單個MNP與細胞相互作用研究 101
四、挑戰與發展方向 104
第五節 顆粒物的質譜分析 106
一、概述 106
二、基于現有質譜儀的顆粒分析 107
三、離子阱顆粒質譜分析 108
四、挑戰與發展方向 110
本章參考文獻 111
第四章 生命科學中的活體分析 123
**節 引言 123
第二節 活體電化學分析 125
一、概述 125
二、微透析技術 125
三、酶型生物電化學傳感器 128
四、活體伏安法 129
五、挑戰與發展方向 130
第三節 活體中目標組分原位快速固相微萃取 131
一、活體血液萃取分析 132
二、動物組織萃取分析 134
三、植物組織萃取分析 135
四、體味分析 136
五、展望 136
第四節 活體熒光成像分析 136
第五節 多模態成像 140
一、概述 140
二、研究現狀 141
三、挑戰與發展方向 142
第六節 納米CT造影劑 144
第七節 磁共振成像 147
本章參考文獻 150
第五章 蛋白質組定量分析方法 159
**節 引言 159
第二節 蛋白質組相對定量方法 160
一、基于穩定同位素標記的蛋白質組相對定量方法 161
二、無標記的蛋白質組相對定量方法 168
第三節 蛋白質組絕對定量方法 170
第四節 前景與展望 173
本章參考文獻 173
第六章 修飾蛋白質組學分析方法的進展與展望 182
**節 研究背景 182
第二節 蛋白質磷酸化分析 185
一、磷酸化蛋白質組學分析中的富集方法 185
二、磷酸化蛋白質組學分析中的分離方法 187
三、磷酸化蛋白質組學分析中的質譜鑒定技術 187
四、磷酸化蛋白質組學分析中的數據處理方法 188
五、磷酸化蛋白質組學分析中的定量分析方法 189
第三節 蛋白質糖基化分析 190
一、糖基化肽段和位點的鑒定 190
二、糖基化蛋白質的定量分析 192
三、糖鏈結構的解析 195
第四節 蛋白質甲基化、羥基化等其他翻譯后修飾的分析 197
第五節 面臨的挑戰與展望 201
第七章 代謝組學研究方法的新進展 215
**節 引言 215
第二節 代謝組學樣本的采集和預處理 216
第三節 代謝組學分析平臺及策略 218
第四節 代謝組學數據分析及差異代謝物定性 226
第五節 代謝組學生物學解釋及代謝物功能研究 231
第六節 結語 234
本章參考文獻 234
第八章 脂質組學分析方法及其應用 244
**節 概述 244
第二節 脂質組學主要分析對象 247
一、脂肪酰類 249
二、甘油脂類 249
三、甘油磷脂類 249
四、鞘脂類 250
第三節 脂質組學分析方法 251
一、脂質組學分析方法分類 251
二、脂類化合物的提取方法 253
三、脂類化合物分析方法 254
第四節 脂質組學分析方法的應用 262
一、脂質組學與癌癥 262
二、脂質組學與動脈粥樣硬化 264
三、脂質組學與糖尿病 266
四、脂質組學與腹膜透析 267
第五節 脂質組學分析方法展望 268
一、樣品處理 268
二、輪廓分析 265
三、目標分析 269
四、成像分析 269
五、數據分析 270
第六節 結語 270
本章參考文獻 271
第九章 生物大分子分離分析 282
**節 整體蛋白質的高效色譜分離分析方法 282
一、整體蛋白質分離方法 282
二、整體蛋白質與有機小分子的色譜分離差異 285
三、整體蛋白質的色譜分離進展 286
四、展望 294
第二節 蛋白質糖鏈結構與功能分析 294
一、聚糖概述 294
二、聚糖的分離分析與結構鑒定 298
三、展望 307
本章參考文獻 308
第十章 生物分子結構與功能分析 314
**節 引言 314
第二節 生物大分子結構和功能的液體NMR分析 315
一、生物大分子液體NMR分析新技術 316
二、生物大分子單體結構與功能的NMR分析 318
三、生物大分子復合物結構與功能的NMR分析 320
四、挑戰與發展方向 322
第三節 生物分子結構和功能的固體NMR分析 324
一、生物固體NMR實驗技術的發展 324
二、膜蛋白結構和功能的研究 326
三、淀粉樣蛋白纖維三維結構和聚集機制的研究 329
四、挑戰與發展方向 331
第四節 生物分子結構和功能的細胞內NMR分析 333
一、樣品制備技術與NMR技術的發展 335
二、蛋白質結構研究 335
三、蛋白質相互作用研究 336
四、蛋白質的翻譯后修飾研究 337
五、蛋白質穩定性研究 337
六、其他生物大分子的研究進展 338
七、挑戰與發展方向 339
第五節 前景和展望 340
本章參考文獻 341
第十一章 疾病分子標志物大規模分析和鑒定技術 350
**節 疾病標志物的主要特征 350
第二節 疾病標志物發展概況 350
一、癌基因、抑癌基因及其產物 351
二、細胞因子及其受體類疾病標志物 351
三、表觀遺傳修飾生物標志物 351
第三節 疾病標志物的分析技術 353
一、蛋白質組學技術在疾病標志物篩選中的應用 353
二、代謝組學分析在疾病標志物篩選中的應用 357
三、微流控芯片分析技術在疾病標志物篩選中的應用 358
四、毛細管電泳分析在疾病標志物篩選中的應用 359
五、新一代高通量分析技術在疾病標志物篩選中的應用 360
六、表型組學分析在疾病標志物篩選中的應用 361
七、高通量異質數據的整合分析技術 362
八、跨組學分析技術在疾病標志物篩選中的應用 363
九、結語 364
本章參考文獻 364
第十二章 臨床分子診斷中的生命分析化學 366
**節 引言 366
第二節 臨床分子診斷中生物標志物及常用分析方法 367
第三節 核酸檢測新方法及臨床分子診斷應用 368
一、核酸擴增新技術 368
二、核酸測序新技術 372
三、核酸生物傳感器 380
四、分子診斷新靶標 386
第四節 免疫分析新方法及臨床分子診斷應用 391
一、免疫分析和免疫傳感器 391
二、化學發光免疫分析 392
三、電化學免疫分析 395
四、多組分免疫分析與多種腫瘤標志物的聯合檢測 399
五、鄰位誘導DNA動態組裝免疫分析 403
第五節 發展趨勢 406
本章參考文獻 407
第十三章 基于生命分析化學的藥物靶標鑒定新技術 418
**節 引言 418
第二節 藥物靶標的分類和相關數據庫 420
第三節 藥物的多重藥理學 421
第四節 鑒定藥物靶標的方法 422
一、基于親和色譜法富集的靶標鑒定方法 422
二、蛋白質活性分析技術 425
三、非標記的靶標鑒定方法 428
第五節 展望 430
本章參考文獻 431
第十四章 多功能納米藥物載體與腫瘤診療一體化研究 436
**節 引言 436
第二節 基于化學和基因療法的腫瘤診療研究 437
一、概述 437
二、納米顆粒在化學治療中的應用 437
三、納米顆粒在基因治療中的應用 437
四、前景與展望 440
第三節 基于光療法的腫瘤診療研究 441
一、概述 441
二、納米材料用于光動力學治療 441
三、納米材料用于光熱治療 443
四、納米材料用于光活化藥物釋放 444
五、前景與展望 445
第四節 基于磁療法的腫瘤診療研究 446
總序 i
前言 vii
摘要 ix
Abstract xxv
緒論 1
**章 單分子檢測 8
**節 引言 8
第二節 單分子熒光成像 9
一、單分子熒光強度變化分析 10
三、單分子定位的超分辨成像 13
四、挑戰與發展方向 14
第三節 單分子波動相關光譜 17
一、熒光相關光譜術分析模式 19
二、熒光相關光譜術聯用技術 19
三、熒光相關光譜術用于細胞中生物分子動力學研究 20
四、挑戰與發展方向 21
第四節 單分子計數 23
一、概述 23
二、單分子熒光共振能量轉移 24
三、挑戰與發展方向 29
第五節 單分子DNA測序 30
一、成像測序 33
二、DNA合成測序 33
三、單鏈DNA穿過納米孔測序 34
四、分子電子器件測序 35
五、挑戰與發展方向 36
第六節 前景與展望 37
本章參考文獻 38
第二章 生命科學中的單細胞分析 46
**節 單細胞光譜分析與成像 46
第二節 細胞熒光成像與小分子探針 48
一、還原性活性小分子的熒光檢測 49
二、氧化性活性小分子的熒光檢測 52
三、金屬離子的檢測 54
四、挑戰與發展方向 55
第三節 單細胞電化學分析與成像 56
一、超微電極和納米電極 57
二、電化學成像技術 57
三、聯用技術 58
四、挑戰與發展方向 58
第四節 單細胞質譜分析與成像 60
一、質譜流式細胞分析方法 61
二、基于TOF-SIMS的單細胞高分辨成像方法 61
三、基于MALDI-TOF-MS的單細胞分析與成像方法 62
四、結合膜片鉗等取樣方式的單細胞ESI-MS分析方法 62
五、挑戰與發展方向 62
本章參考文獻 66
本章附錄探針分子結構圖 74
第三章 病毒及生命科學中的相關顆粒分析 79
**節 單病毒動態示蹤方法和技術 79
一、熒光標記 80
二、成像方式 82
三、數據分析 84
四、病毒侵染機制研究 84
五、挑戰與發展方向 88
第二節 病毒及細菌的快速檢測 88
一、現有快速檢測方法 89
二、快速檢測新方法 91
三、挑戰與發展方向 91
第三節 生命科學中的單個納米顆粒分析 92
一、概述 92
二、電子顯微鏡成像技術 94
三、光學顯微鏡成像技術 94
四、高靈敏流式檢測技術 94
五、挑戰與發展方向 97
第四節 顆粒物的光譜與成像分析 98
一、概述 98
二、微分干涉相差成像與暗場成像 99
三、單個MNP與細胞相互作用研究 101
四、挑戰與發展方向 104
第五節 顆粒物的質譜分析 106
一、概述 106
二、基于現有質譜儀的顆粒分析 107
三、離子阱顆粒質譜分析 108
四、挑戰與發展方向 110
本章參考文獻 111
第四章 生命科學中的活體分析 123
**節 引言 123
第二節 活體電化學分析 125
一、概述 125
二、微透析技術 125
三、酶型生物電化學傳感器 128
四、活體伏安法 129
五、挑戰與發展方向 130
第三節 活體中目標組分原位快速固相微萃取 131
一、活體血液萃取分析 132
二、動物組織萃取分析 134
三、植物組織萃取分析 135
四、體味分析 136
五、展望 136
第四節 活體熒光成像分析 136
第五節 多模態成像 140
一、概述 140
二、研究現狀 141
三、挑戰與發展方向 142
第六節 納米CT造影劑 144
第七節 磁共振成像 147
本章參考文獻 150
第五章 蛋白質組定量分析方法 159
**節 引言 159
第二節 蛋白質組相對定量方法 160
一、基于穩定同位素標記的蛋白質組相對定量方法 161
二、無標記的蛋白質組相對定量方法 168
第三節 蛋白質組絕對定量方法 170
第四節 前景與展望 173
本章參考文獻 173
第六章 修飾蛋白質組學分析方法的進展與展望 182
**節 研究背景 182
第二節 蛋白質磷酸化分析 185
一、磷酸化蛋白質組學分析中的富集方法 185
二、磷酸化蛋白質組學分析中的分離方法 187
三、磷酸化蛋白質組學分析中的質譜鑒定技術 187
四、磷酸化蛋白質組學分析中的數據處理方法 188
五、磷酸化蛋白質組學分析中的定量分析方法 189
第三節 蛋白質糖基化分析 190
一、糖基化肽段和位點的鑒定 190
二、糖基化蛋白質的定量分析 192
三、糖鏈結構的解析 195
第四節 蛋白質甲基化、羥基化等其他翻譯后修飾的分析 197
第五節 面臨的挑戰與展望 201
第七章 代謝組學研究方法的新進展 215
**節 引言 215
第二節 代謝組學樣本的采集和預處理 216
第三節 代謝組學分析平臺及策略 218
第四節 代謝組學數據分析及差異代謝物定性 226
第五節 代謝組學生物學解釋及代謝物功能研究 231
第六節 結語 234
本章參考文獻 234
第八章 脂質組學分析方法及其應用 244
**節 概述 244
第二節 脂質組學主要分析對象 247
一、脂肪酰類 249
二、甘油脂類 249
三、甘油磷脂類 249
四、鞘脂類 250
第三節 脂質組學分析方法 251
一、脂質組學分析方法分類 251
二、脂類化合物的提取方法 253
三、脂類化合物分析方法 254
第四節 脂質組學分析方法的應用 262
一、脂質組學與癌癥 262
二、脂質組學與動脈粥樣硬化 264
三、脂質組學與糖尿病 266
四、脂質組學與腹膜透析 267
第五節 脂質組學分析方法展望 268
一、樣品處理 268
二、輪廓分析 265
三、目標分析 269
四、成像分析 269
五、數據分析 270
第六節 結語 270
本章參考文獻 271
第九章 生物大分子分離分析 282
**節 整體蛋白質的高效色譜分離分析方法 282
一、整體蛋白質分離方法 282
二、整體蛋白質與有機小分子的色譜分離差異 285
三、整體蛋白質的色譜分離進展 286
四、展望 294
第二節 蛋白質糖鏈結構與功能分析 294
一、聚糖概述 294
二、聚糖的分離分析與結構鑒定 298
三、展望 307
本章參考文獻 308
第十章 生物分子結構與功能分析 314
**節 引言 314
第二節 生物大分子結構和功能的液體NMR分析 315
一、生物大分子液體NMR分析新技術 316
二、生物大分子單體結構與功能的NMR分析 318
三、生物大分子復合物結構與功能的NMR分析 320
四、挑戰與發展方向 322
第三節 生物分子結構和功能的固體NMR分析 324
一、生物固體NMR實驗技術的發展 324
二、膜蛋白結構和功能的研究 326
三、淀粉樣蛋白纖維三維結構和聚集機制的研究 329
四、挑戰與發展方向 331
第四節 生物分子結構和功能的細胞內NMR分析 333
一、樣品制備技術與NMR技術的發展 335
二、蛋白質結構研究 335
三、蛋白質相互作用研究 336
四、蛋白質的翻譯后修飾研究 337
五、蛋白質穩定性研究 337
六、其他生物大分子的研究進展 338
七、挑戰與發展方向 339
第五節 前景和展望 340
本章參考文獻 341
第十一章 疾病分子標志物大規模分析和鑒定技術 350
**節 疾病標志物的主要特征 350
第二節 疾病標志物發展概況 350
一、癌基因、抑癌基因及其產物 351
二、細胞因子及其受體類疾病標志物 351
三、表觀遺傳修飾生物標志物 351
第三節 疾病標志物的分析技術 353
一、蛋白質組學技術在疾病標志物篩選中的應用 353
二、代謝組學分析在疾病標志物篩選中的應用 357
三、微流控芯片分析技術在疾病標志物篩選中的應用 358
四、毛細管電泳分析在疾病標志物篩選中的應用 359
五、新一代高通量分析技術在疾病標志物篩選中的應用 360
六、表型組學分析在疾病標志物篩選中的應用 361
七、高通量異質數據的整合分析技術 362
八、跨組學分析技術在疾病標志物篩選中的應用 363
九、結語 364
本章參考文獻 364
第十二章 臨床分子診斷中的生命分析化學 366
**節 引言 366
第二節 臨床分子診斷中生物標志物及常用分析方法 367
第三節 核酸檢測新方法及臨床分子診斷應用 368
一、核酸擴增新技術 368
二、核酸測序新技術 372
三、核酸生物傳感器 380
四、分子診斷新靶標 386
第四節 免疫分析新方法及臨床分子診斷應用 391
一、免疫分析和免疫傳感器 391
二、化學發光免疫分析 392
三、電化學免疫分析 395
四、多組分免疫分析與多種腫瘤標志物的聯合檢測 399
五、鄰位誘導DNA動態組裝免疫分析 403
第五節 發展趨勢 406
本章參考文獻 407
第十三章 基于生命分析化學的藥物靶標鑒定新技術 418
**節 引言 418
第二節 藥物靶標的分類和相關數據庫 420
第三節 藥物的多重藥理學 421
第四節 鑒定藥物靶標的方法 422
一、基于親和色譜法富集的靶標鑒定方法 422
二、蛋白質活性分析技術 425
三、非標記的靶標鑒定方法 428
第五節 展望 430
本章參考文獻 431
第十四章 多功能納米藥物載體與腫瘤診療一體化研究 436
**節 引言 436
第二節 基于化學和基因療法的腫瘤診療研究 437
一、概述 437
二、納米顆粒在化學治療中的應用 437
三、納米顆粒在基因治療中的應用 437
四、前景與展望 440
第三節 基于光療法的腫瘤診療研究 441
一、概述 441
二、納米材料用于光動力學治療 441
三、納米材料用于光熱治療 443
四、納米材料用于光活化藥物釋放 444
五、前景與展望 445
第四節 基于磁療法的腫瘤診療研究 446
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中國學科發展戰略·生命分析化學 節選
緒論 “什么是生命分析化學”和“生命分析化學需要研究哪些內容”，是生命分析化學學科戰略研究中*重要的兩個問題。我們將在此緒論中通過對這兩個問題的探索和理解，拋磚引玉，闡述對生命分析化學學科輪廓的描述，前瞻學科未來發展方向。生命分析化學是研究生命體系中各種成分、結構單元及其相互作用過程中的變化，建立生命活動過程中生物分子檢測新原理、新方法與新技術，對生命物質與生命過程進行特異、靈敏、快速地定性、定量檢測、分析與監控，實現分子識別和特征生物信息提取的一個新興的交叉科學領域，將成為解開生命化學過程之謎的鑰匙。 生命是什么？通常，我們能直觀地區分出什么是有生命的、什么又是沒有生命的。可是要給生命下一個科學的定義卻還很困難。認識生命的本質是人類認識世界過程中一個根本的問題，沒有任何東西比探測生命本身更能激發人類的好奇心！許多先賢都曾嘗試就這個問題給出自己的回答，例如，薛定諤在他的著作《生命是什么——活細胞的物理學觀》中，探索性地將生命的本質描述成熵的減少；受其啟發，沃森和克里克進一步猜想所有生命現象都是在分子水平上發生，這一觀點直接導致了分子生物學的誕生！瑞士心理學家皮亞杰則從功能性出發，在他的《發生認識論原理》一書中指出生命的本質在于“自我調節”；而Sherwin B. Nuland從遺傳的角度提出，生命存在的意義或許就是將自身的DNA一代一代傳遞下去。 事實上，到目前為止，人類都還一直沒能徹底解決這個問題。現代生物學家通常認為，生命是物質存在的一種動態變化形式。當物質體系具有完整的結構，具有應激性和遺傳變異特性，并能進行新陳代謝、生長和生殖，以及在一定程度上適應并改變環境時才能被稱作生命。縱觀21世紀來49位諾貝爾化學獎獲得者中有35位的研究直接與生命科學相關。近些年來，生命科學中取得的一些*為重要的進步，如應用CRISPR/Cas系統進行基因編輯，或者利用CLARITY技術進行蛋白質及其結構的無損成像分析等，均離不開化學在生命科學中創新應用的重要作用。因而，從化學家的角度概括地說，生命過程其實就是一系列復雜化學反應的集合。 生命科學有兩大類核心問題，即認識生命和提高生命質量。而所有這些，都需要通過理解生命的化學本質來實現。用化學的語言描述，這些問題囊括了：生命的化學起源、生命的分子基礎、生物大分子的動態修飾、基因的遺傳機制、記憶與意識的物質基礎、細胞的修復機制、細胞間的協同互作、生命的運作機制等。因而，生命分析化學學科的出現充分體現了生命科學與化學間的內在一致性。 回顧自20世紀以來的世界科學發展歷程，我們會注意到“學科的高度分化”和“理論的高度統一”是現代科學的兩大特征和趨勢：學科的交叉可以促進產生創新成果；而學科的深度交叉乃至融合，就有可能產生新的學科！生命分析化學學科正是在這樣的思考和實踐中應運而生的，它體現了分析化學與生命科學的深度融合，因而其兩大基本內涵表現在：理解生命的化學本質，必然需要借助分析化學手段，因而也促進了分析化學的發展；而用新的分析方法研究生命的化學過程，則又充實了生命科學的內涵，推動了生命科學的發展。 一方面，從科學發展史來看，分析化學的基本測量原理、方法、技術的應用和工具的產生，極大促進了生命科學發展，每一次技術的革新都推動著生命科學前進的步伐，以顯微成像為例，17世紀光學顯微鏡的發明使生物學家首次能夠觀察到細胞結構；20世紀初，熒光顯微鏡的誕生將顯微技術從古老的明場成像帶入熒光成像時代。利用化學合成的不同顏色的熒光分子作為探針來標記細胞，并賦予這些熒光探針特異的化學選擇性，可以標記細胞內特定的結構甚至是特定的分子。20世紀后半期，共聚焦、全內反射等技術被引入熒光顯微鏡，大大降低了背景噪聲干擾觀測，提高了成像分辨率，逐步將細胞成像引入亞細胞時代。從世紀之交到21世紀的前10年，顯微鏡技術又經歷了一個新的飛躍，化學家們設計合成出可以交替“打開”和“關閉”的熒光分子，利用單分子定位技術，每次激發非常少量熒光分子從而確定單個熒光分子的空間位置，然后通過多次重復上述步驟，解析重構得到超越光學衍射極限的熒光成像。伴隨著超分辨顯微鏡的發展和完善，生命科學進入單分子時代。再以基因組測序為例，三代測序方法的提出都離不開分析化學方法的創新：**代測序法，又稱為桑格 庫森法，是利用雙脫氧核苷酸鏈終止聚合酶鏈式反應，并利用電泳技術來實現序列識別。第二代測序采用的是芯片測序方法，它的原理和技術與**代基本類似，借助了微流控等芯片技術，使得許多通道的測序可以高通量同步進行，大大提高了測序的速度，降低了成本。第三代測序是單分子測序法，使用了包括納米孔道電分析化學等新方法。納米孔道測序是通過分析DNA分子進入孔道時造成的離子流阻斷特性來識別基因序列，理論上可以實現直接對單個分子的完整測序，同時所使用的測序儀器體積小便于攜帶，因此具有很高的臨床應用前景。 另一方面，生命科學中亟須解決的重大科學問題，同時也對分析化學的未來發展提出了更高的要求。例如，基于單分子定位的光學超分辨成像，通過“時域換空域”信號放大策略，在靜態測量上取得了極大的進展；但如何在不犧牲空間分辨率的同時，觀察到細胞內多種不同分子的分布、高時間分辨捕獲分子間動態相互作用的過程，仍需進一步發展亞細胞水平的“顯納”成像分析方法和工具。又如，單細胞全基因測序方法是理解細胞間異質性的一種重要手段。目前，基于循環放大技術和高通量微陣列檢測，單細胞的基因測序已有部分前期成果出現，而RNA測序則剛剛起步，亟須大量原創方法和工具開展相關的基礎研究。再如，研究神經活動的暫態電化學過程，對解析腦科學中意識和記憶的物質基礎具有重要意義，需要發展能夠對毫秒以下時間尺度內的電信號與化學信號進行同步采集，同時不對活體組織生理活動產生過度干擾的分析化學新方法。此外，生命分析化學中另一個核心的問題是：如何在分子所處的微米、納米層面的微小空間中將含量極低的活性生物分子產生的信號進行放大與提取？這意味著我們需要將痕量甚至單個生物分子的化學信息，與其空間位置、一維順序、時間響應相結合。而這種“接近理論極限”的多維度測量需求，又驅使著化學家們另辟蹊徑，探索完全原創的化學信息信號轉導、傳輸、放大、接收、解碼新模式和新思路。除前述納米孔道、單分子成像、循環放大等方法外，進一步發展基于與相互作用距離密切相關的各類納米尺度物理現象的信號轉導新模式，如局域表面等離子體共振、熒光共振能量轉移效應等，也是一個重要的研究方向。同時，生命分析化學的研究中會產生海量的數據，例如已經基本完成的全基因組測序，和正在進行的蛋白質組學、代謝組學研究等。因此如何“正確”地采集、傳輸、存儲這些大數據，并從其中挖掘提取有效信息，解析和回答關鍵生命問題，對新時代的生命分析化學家提出了更高的要求。 綜上所述，生命分析化學的核心任務，是發展適用于研究生命體系的測量手段和儀器裝置，而歸根結底還是分析方法學的創新。需要特別注意的是，由于生命時刻處于運動和變化的過程中，生命分析化學不僅僅是面向對象的研究，更重要的是針對非平衡、非線性生命化學過程的精準研究。唯有將研究不同生命體系尺度、層次、對象、過程中獲得的化學信息有機整合，才能*終實現對生命系統、生命過程形成全面正確的認識。國內外生命分析化學研究人員在過去幾十年間開展了波瀾壯闊的科學研究活動，在研究的層次、對象、應用和新興方法上取得了飛速進展和豐碩成果。據此也可以預見，生命分析化學在“認識生命和提高生命質量”的廣闊科研天地中必將大有作為！ 從研究與觀察的層次角度出發，分子是其中*基本的單元，而測量單分子的信息是分析化學可能達到的*高靈敏度，同時也是從*根本層面解釋生命體系異質性的有力武器。針對單分子測量的技術發展日新月異，如單分子熒光成像、波動相關光譜、單分子計數技術以及單分子測序應用。而根據檢測對象存在的形式可主要分為在體與離體單分子檢測：在體檢測的目的主要是觀察活細胞或者活體中單個生物分子的動態行為，而離體檢測的目的則更側重于定量分析。 單細胞生物學是生命分析化學近期內發展的一個重要研究方向，理解單個細胞內和細胞與細胞間的化學過程，對于微觀分子水平生命化學信息與更高生物學層次間的宏觀測量結果之間的銜接起到了承上啟下的作用。不同于單分子測量已建立了一系列相對較為成熟的定量手段，針對單細胞的“組學”研究、亞細胞區域的高時空分辨成像、單個細胞內分子間的動態互作等精準測量方法仍亟待發展。 在生命分析化學領域，“顆粒”是一個非常寬泛的概念，主要界定尺寸的大小為10~1000 nm，包含了如熒光團、蛋白質、細胞器、細胞源性微粒、病毒顆粒等大量物質。對單個顆粒物的示蹤、快檢、光譜、電化學分析、質譜分析等分析技術具有重要的應用前景。在與生命科學相關的活體分析化學中，研究腦內化學信號傳遞機制的電化學分析、光學成像方法是其中的突出代表；此外，納米CT、核磁共振、多模態等多種生命體成像技術近年來也有長足的進步。活體分析是生命化學分析研究對象的*高結構層次，在活體水平上對生命過程信息的直接測量，是實現真實、全面、準確了解生命活動化學機制的必由之路。 在過去幾十年的不斷研究過程中，科學家們逐漸意識到蛋白質組的復雜性是要遠遠高于基因組。因此，在人類基因組計劃基本完成的情況下，完成人類蛋白質組的測定并解析其生命化學作用和意義已成為當務之急，而首先需要實現的就是對生命體中蛋白質組的高準確度、高精密度、高覆蓋度和高通量的定量分析。例如，建立液相色譜串聯質譜聯用技術與其配套樣品處理技術的發展可實現蛋白質的相對和絕對兩種定量方式：前者可用于比較特定化學過程前后蛋白質含量的變化，而后者則可用于研究樣品中蛋白質的具體拷貝數或濃度。除了蛋白質的精準定量外，分析蛋白質復雜、動態的翻譯后修飾過程也是理解蛋白結構與功能之間本征聯系的重中之重。蛋白質翻譯后修飾種類繁多，如磷酸化、糖基化、甲基化和羥基化等，這些都是了解蛋白質功能的重要方面，目前研究多集中于基于質譜技術而建立的樣品富集、分離、鑒定、數據處理和定量分析等新方法。 脂類化合物是生物膜的主要成分，為蛋白質相互作用提供了適合的環境，可以儲存能量，也可以作為信使分子。近年來脂質組學的研究動態備受關注，進展遠超預期。脂質組分析方法包括脂肪酰類、甘油酯類、甘油磷脂類和鞘脂類化合物提取和分析，以及脂質組學全脂輪廓分析、目標分析、成像分析。 生物大分子功能行使的過程實際是其在不同空間和時間尺度運動的動態過程，其本質是生物大分子結構與周圍其他分子結構間的相互作用，這是深入理解生物大分子結構與功能間的內在聯系的重要方面。因此闡明生物分子動態構效關系的核心，不僅僅在于高分辨的三維結構，更在于研究其在從皮秒到秒這樣寬廣的時間尺度范圍內的動態特性。目前液體、固體、胞內核磁共振方法是解析生物分子結構與功能的發展方向。 臨床分子診斷、藥物靶標與納米診療三個方面是生命分析化學輻射于生命質量提高的重要研究熱點。臨床分子診斷是指，在分子水平上對患者的組織細胞、血液、分泌物、排泄物等標本進行各類疾病標志物的定性定量檢測與分析，指導臨床疾病診斷與治療。其前沿研究領域包括核酸檢測的核酸擴增、測序、生物傳感等新方法，以及基于蛋白質標志物的電化學、化學發光等的免疫檢測與傳感新方法。現代新藥開發絕大多數是基于靶標導向的，因此靶標的鑒定和驗證起著舉足輕重的作用，需要首先在分子水平找到導致疾病產生的根源，然后在臨床上證明通過對靶標的藥理調控可以獲得治療效果。盡管依靠生物信息學的大數據挖掘手段可以輔助靶標篩選，但發展生命分析化學新方法給出確鑿的實驗證據仍是關鍵，例如目前*為行之有效的親和色譜富集、蛋白質活性表達譜和一些特定的非標記鑒定方法都是生命分析化學中重要的新方法的代表。此外，基于納米材料的診療一體化近年來引起了人們的廣泛關注。納米診療是指利用納米材料的尺寸結構、理化特性，將分子靶標識別基元與藥物活性基元構筑到同一個納米載體中，實現納米藥物的靶向富集、可控釋放等多種功能協
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