本刊記者 閆冬雪

近幾年，由于環(huán)境受到巨大污染，霧霾已經(jīng)成為國(guó)人心中驅(qū)趕不走的陰影。向霧霾宣戰(zhàn)，人人有責(zé)，刻不容緩。

在合肥市西郊蜀山湖畔風(fēng)景秀麗的“科學(xué)島”上，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院研究員、引進(jìn)海外杰出人才“百人計(jì)劃”科學(xué)家王素華正以他特有的方式，沖在這場(chǎng)戰(zhàn)役的第一線。

構(gòu)建神奇武器開(kāi)關(guān)——迅速鎖定氮氧自由基

霧霾，人人皆知，但霧霾是怎么形成的？霧霾的成員都有哪些，造成霧霾危害的“罪魁禍?zhǔn)住倍加心男?/p>

科學(xué)家們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究發(fā)現(xiàn)，空氣中一些氣體自由基小分子，如氮氧化物（NOx），臭氧（O3）是霧霾家族中的“危險(xiǎn)分子”，它們能直接或間接影響著人類(lèi)的呼吸系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)以及循環(huán)系統(tǒng)，造成心血管疾病，組織病變，死亡率升高等問(wèn)題；而大氣中的氣態(tài)污染物也可以被氧化成細(xì)顆粒物，對(duì)PM 2.5的形成具有促進(jìn)作用。

摸清這些“危險(xiǎn)分子”的含量分布及變化，是認(rèn)識(shí)這些活性物質(zhì)在大氣中的遷移規(guī)律、演變過(guò)程和探索霧霾形成機(jī)制的基礎(chǔ)。但這些氣態(tài)自由基通過(guò)人的肉眼很難看得見(jiàn)也摸不著，且具有反應(yīng)活性高和多組分并存等特點(diǎn)，高選擇性和高靈敏的檢測(cè)極為困難，是分析化學(xué)研究領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。而近年來(lái)，納米材料的蓬勃發(fā)展，特別是對(duì)于具有特殊物理化學(xué)性質(zhì)的新型納米材料的研究，為氣體污染物分子的高靈敏快速檢測(cè)提供了新的方向。

能不能利用納米材料設(shè)計(jì)一種高靈敏度的探測(cè)“開(kāi)關(guān)”，讓它在遇上檢測(cè)目標(biāo)的時(shí)候有選擇性地迅速“打開(kāi)門(mén)”，遇到其他成員的時(shí)候迅速“關(guān)上門(mén)”，與此同時(shí)，通過(guò)什么方法使檢測(cè)變得可視且方便操作？利用手中的現(xiàn)代科技“武器”，王素華及其團(tuán)隊(duì)圍繞氣態(tài)污染物的可視化化學(xué)檢測(cè)研究展開(kāi)了一系列非常有趣，有價(jià)值，且細(xì)致巧妙的工作。

課題組人員（前排從左到右為：許宏達(dá)、朱后娟、王素華、馬芳、李迎運(yùn)，后排從左到右為：孫明泰、李慧慧、閆葉寒、雷克朋、張亞嬌、余歡、陳之揚(yáng)、劉賽賽、張奎）

以專(zhuān)門(mén)針對(duì)NO自由基的檢測(cè)方法研究為例，他們通過(guò)量子點(diǎn)表面分子工程方法，在量子點(diǎn)表面用二硫代氨基甲酸鐵進(jìn)行功能化，發(fā)現(xiàn)兩者間因?yàn)榘l(fā)生熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）從而量子點(diǎn)熒光被關(guān)滅。NO能與絡(luò)合物的鐵中心發(fā)生快速、選擇性的還原配位反應(yīng)生成NO加合物，阻斷了FRET通道，從而打開(kāi)量子點(diǎn)的熒光，呈線性關(guān)系。事實(shí)證明，與大部分其他熒光方法以NO的氧化產(chǎn)物間接檢測(cè)NO自由基不同，該方法能夠高選擇性地直接檢測(cè)NO自由基，不受HOCl、H2O2和NO2等其他活性氧的干擾。據(jù)此可以很方便地建立氣相NO含量的檢測(cè)方法，其熒光強(qiáng)度與NO含量具有線性關(guān)系。

通過(guò)類(lèi)似的方法和原理，王素華團(tuán)隊(duì)還分別建立了對(duì)NO2，SO2，H2O2和HOCl等高選擇性的turn-on熒光和近紅外熒光分析方法，其中基于量子點(diǎn)的熒光開(kāi)關(guān)檢測(cè)NO自由基和氣態(tài)NO2的turn-on熒光探針為首次報(bào)道，也可用于細(xì)胞的相關(guān)分析檢測(cè)和成像分析。這些高選擇性高靈敏的檢測(cè)分析方法將為探索氣態(tài)自由基和活性氧在霧霾形成過(guò)程中的作用提供了分析化學(xué)基礎(chǔ)。

有了前期扎實(shí)的研究基礎(chǔ)，王素華團(tuán)隊(duì)的研究勢(shì)如破竹，一節(jié)一節(jié)地順利展開(kāi)來(lái)：通過(guò)量子點(diǎn)表面分子工程，他們實(shí)現(xiàn)了基于表面配位取代誘導(dǎo)的量子點(diǎn)開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)了三硝基甲苯和無(wú)機(jī)鹽細(xì)微粒的高選擇性和高靈敏度可視化檢測(cè)；巧妙利用功能型有機(jī)探針與熒光碳點(diǎn)的相容性，再通過(guò)SO2與前者的特異性加成反應(yīng)來(lái)調(diào)控FRET通道，構(gòu)筑了高靈敏高選擇性的SO2比率熒光檢測(cè)體系。這些研究結(jié)果對(duì)于解決熒光分析領(lǐng)域中單一熒光元素難以實(shí)現(xiàn)多功能、多目標(biāo)等關(guān)鍵問(wèn)題提供了思路，也為深入探索大氣霧霾中有害細(xì)微粒的形成機(jī)制與作用奠定了分析化學(xué)的方法基礎(chǔ)，對(duì)于治理大氣污染具有重要的科學(xué)意義。

“亮劍” 霧霾等污染——盡顯納米科技魅力

“我不滿意，我不想等待，我也不再推諉，我要站出來(lái)做一點(diǎn)什么。我要做的事，就在此時(shí)，就在此刻，就在此地，就在此生。”——看過(guò)央視知名記者柴靜空氣污染深度調(diào)查《穹頂之下》的人一定會(huì)對(duì)片末的這句話記憶深刻。她向世人展現(xiàn)了一名母親、一個(gè)普通人向霧霾宣戰(zhàn)的決心。而作為一名有責(zé)任感的科學(xué)家，王素華更是以實(shí)際行動(dòng)為保護(hù)環(huán)境、掃除霧霾盡著自己的一份心力。對(duì)他來(lái)說(shuō)，他要做的事情，同樣也在此時(shí)此刻。因?yàn)榫o迫，因?yàn)樨?zé)無(wú)旁貸，所以“不需揚(yáng)鞭自?shī)^蹄”。

與大多數(shù)科學(xué)家一樣，王素華有著一段漫長(zhǎng)的學(xué)習(xí)歷程：1992年于山東師范大學(xué)化學(xué)系獲學(xué)士學(xué)位；1995年于中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所獲碩士學(xué)位；2001年于香港科技大學(xué)獲博士學(xué)位；2001年－2003年獲日本學(xué)術(shù)振興會(huì)(JSPS)資助，在日本Himeji Institute of Technology (現(xiàn)University of Hyogo) 從事納米技術(shù)的研究，2003年—2010年在新加坡國(guó)立大學(xué)從事敏感材料與檢測(cè)分析的研究。2009年，王素華入選中科院“百人計(jì)劃”，加入中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院、中國(guó)科學(xué)院智能機(jī)械研究所納米分析與生物化學(xué)傳感器實(shí)驗(yàn)室。

從一名普通學(xué)校的大專(zhuān)生到成為一名走出國(guó)門(mén)的優(yōu)秀研究學(xué)者，王素華的成長(zhǎng)之路是一條讓人欽佩的“奮發(fā)之路”，而這種積極向上的姿態(tài)，一直保持到他工作。

自走上研究之路，王素華長(zhǎng)期從事光譜分析化學(xué)和物理化學(xué)的基礎(chǔ)研究，一直都在積極探尋納米材料的各種應(yīng)用，致力于探索高靈敏高選擇性的可視化熒光分析體系，在熒光光譜分析領(lǐng)域有了一定的積累。特別是近幾年來(lái)開(kāi)展了基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)以及有機(jī)分子配合物的熒光光譜分析檢測(cè)新原理新方法的研究，并取得了一些具有創(chuàng)新性的科研成果。包括發(fā)展了表面分子結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)的熒光共振能量轉(zhuǎn)移的原理，提出了分子結(jié)構(gòu)響應(yīng)的熒光開(kāi)關(guān)新概念，實(shí)現(xiàn)了高選擇性敏感跟蹤檢測(cè)特定分析目標(biāo)的原理與分析方法。通過(guò)進(jìn)一步對(duì)其表面分子結(jié)構(gòu)的專(zhuān)一化設(shè)計(jì)與功能修飾，分別建立了基于金屬配合物或有機(jī)染料以及量子點(diǎn)納米材料的熒光分析體系，已經(jīng)在相關(guān)的研究領(lǐng)域取得一些工作積累和成績(jī)。

因?yàn)橐庾R(shí)到環(huán)境惡化的嚴(yán)峻性，近年來(lái)，王素華和他的研究同伴開(kāi)始拿起自己手中掌握的納米“武器”積極致力于納米材料在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用研究。近5年，王素華先后承擔(dān)了兩項(xiàng)與大氣污染物檢測(cè)相關(guān)的國(guó)家自然科學(xué)基金，分別是“結(jié)構(gòu)響應(yīng)量子點(diǎn)熒光開(kāi)關(guān)對(duì)NO自由基的直接選擇性高靈敏檢測(cè)（2010）”研究和“針對(duì)氣相氮氧自由基和臭氧及其相互作用的熒光分析方法研究（2014）”，成果顯著。2012年初，他與新加坡國(guó)立大學(xué)化學(xué)系的黃德健副教授合作，獲國(guó)家自然科學(xué)基金委的“海外與港澳學(xué)者合作研究項(xiàng)目”資助，開(kāi)展“大氣污染物氮氧化物與二氧化硫的可視化檢測(cè)方法研究”。這些項(xiàng)目的研究為王素華“亮劍”霧霾打開(kāi)了“方便之門(mén)”。伴隨著項(xiàng)目的深入開(kāi)展，建立了幾種針對(duì)不同氣態(tài)污染物的檢測(cè)新方法和探針體系，這些探針可以不依托于大型儀器，現(xiàn)場(chǎng)快速地檢測(cè)相關(guān)的氣態(tài)污染物，對(duì)環(huán)境保護(hù)與環(huán)境檢測(cè)領(lǐng)域有著重要的實(shí)用價(jià)值。

“同呼吸共命運(yùn)”，在這場(chǎng)人類(lèi)與霧霾的戰(zhàn)爭(zhēng)中，沒(méi)有人可以幸運(yùn)地排除在外，唯有勇敢地承擔(dān)。對(duì)沖在這場(chǎng)戰(zhàn)役第一線的王素華團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，這份責(zé)任雖沉重但責(zé)無(wú)旁貸，拿起手中的科技武器，他堅(jiān)定地繼續(xù)朝前走。他相信，總能撥開(kāi)霧霾，見(jiàn)晴天。