中国科学院武汉物理与数学研究所学科简介

分析化学

Analytical chemistry

一、  学科简介

分析化学学科是中国科学院武汉物理与数学研究所重点发展学科之一,它是以波谱与原子分子物理国家重点实验室武汉核磁共振中心为平台,致力于生物分子结构与功能波谱分析,先进材料结构与功能波谱分析及活体影像与波谱分析等方向在科学研究。

该学科所依托的波谱与原子分子物理国家重点实验室是中国科学院于1985年成立的首批对外开放的实验室之一,1988年正式成为国家重点实验室。为了顺应国际上核磁共振波谱学发展的潮流,实验室在1995年之后,先后引进和培养了一批具有物理、化学和生物背景的青年骨干,使团队人员结构更趋合理。其中,毛希安、刘买利、邓风和唐惠儒研究员分别于1997年、1999年、2004年和2009年获得国家杰出青年基金资助。武汉物数所核磁共振波谱学的研究也逐渐从单一的磁共振物理转向与化学学科及生物医学的交叉研究。2005年国家重点实验室评估意见指出“… …在核磁共振波谱学方面已成为国内的实验研究平台”。2010年国家重点实验室评估意见指出“实验室在与化学、生命科学交叉的核磁共振波谱研究领域形成了特色和优势,在方法学研究和仪器自主研制等方面发挥了国家大型科学仪器平台作用,引领了我国多学科交叉的磁共振波谱学的发展”。

长期以来,该学科在我国核磁共振波谱学实验研究中发挥着引领的作用,为推动我国核磁共振波谱学的发展做出了重要贡献。曾自主研制出世界上频率最高、微波功率最大的动态核极化谱仪(DNP);在国际上首次报道了脉冲Fourier变换的次谐波核磁共振现象;发展了Raman磁共振波谱学;揭示了磁共振实验中辐射阻尼效应这一基本物理现象的本质;建立了生物NMR溶剂(水)峰抑制方法(W5)和水下峰的获取方法;发展了蛋白质侧链动力学的测定方法、活体内ATP合成速率的测定方法、生物分子扩散和相互作用的研究方法(DMSE)以及复杂NMR谱的编辑和选择性检测的最高量子相关法(MAXY);发展了研究催化材料活性中心结构、主客体相互作用和催化反应机理的方法等。近年来,本学科通过中国科学院“百人计划”等渠道相继引进和培养了一批具有化学和生物医学背景的青年博士,现有院士1人,国家杰出青年科学基金获得者4人,“百人计划”入选者7人,形成了以生物核磁共振波谱学分析和成像分析为核心的研究集体。

 

二、学科内涵与特色

生物分子结构与功能波谱分析

以生命科学中的重大科学问题为导向,开展以生物分子结构、相互作用和动力学,以及代谢组学的核磁共振(NMR)波谱分析为主的理论、方法和应用研究。本研究方向以波谱与原子分子物理国家重点实验室为基地,在波谱学基础研究、技术发展、仪器开发、人才培养等方面做出了有影响的成绩。骨干成员所培养的研究生曾获中科院院长奖学金特别奖、优秀奖等,并活跃在国内外大专院校、研究所等从事波谱学教学、基础研究和仪器研发,为推动波谱学的发展做出了贡献。

先进材料结构与功能波谱分析

X-衍射技术相比,固体核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)对近程有序非常敏感,适合于固态非晶或多晶材料的微观结构分析。本研究方向主要包括(1)发展用于材料结构表征的固体NMR新分析方法;(2)材料结构与性能的固体NMR分析;(3)材料结构与性能的理论计算(与固体NMR实验相结合)。本研究方向是波谱与原子分子物理国家重点实验室的重要研究方向之一,其研究水平处于国内领先地位,部分工作达到国际先进或领先地位。所建立的实验设施已经成为国内外利用固体核磁共振分析各种功能性材料的重要平台。

活体影像与波谱分析

以嗅觉神经生物学机制和人类重大疾病动物模型的相关研究为牵引,开展磁共振脑功能成像、细胞影像、分子影像、微成像以及 活体波谱研究,并辅以电生理记录、分子生物学、免疫组织化学以及动物行为学检测等技术手段。重点开展嗅觉信息传导过程中的编码问题的脑功能成像研究和以解 决重大临床问题为目标的动物疾病模型的转化型研究。小动物磁共振成像是武汉物数所重点发展的学科方向之一, 1996年建立了国内首台4.7T小动物磁共振成像仪。多年来,该方向针对生物学和医学等学科中的基本科学问题,发展了各种MRI方法和技术,不但促进MRI自身的发展;还引领国内MRI技术与生命科学的结合,建成了多学科(计算机、物理、医学、生物学、化学)交叉的以小动物MRI技术为主的科学研究平台,在全国具有较大的影响。该方向有近10-15年的学科积累,在磁共振成像分析理论、方法和应用研究中取得了多项创新成果,在国际上产生了影响。

本学科培养点主要学术带头人简介

刘买利,男,博士,研究员,1982毕业于西北大学化学系分析化学专业;1996年于英国伦敦大学Birkbeck学院获博士学位。研究方向为复杂生物体系中分子间相互作用的NMR研究;生物大分子结构和动力学的NMR研究;生物NMR波谱学基础和方法的研究。在Science, Phys Rev Let, JACSSCI杂志上发表论文100余篇。1997年入选中科院百人计划1998年获王天眷波谱学奖;1999年获国家杰出青年科学基金2006年获湖北省自然科学一等奖。

邓风,男,博士,研究员,1988毕业于成都科技大学(现四川大学)化学系物理化学专业,分别于1991年和1996年获中科院武汉物理研究所固体核磁共振专业硕士博士学位,19971998在美国Texas A&M University化学系从事用原位NMR技术研究多相催化反应机理的博士后工作。现在的研究方向为固体NMR实验方法及其在多相催化和材料化学中的应用研究。在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., J. Phys. Chem., Chem. Commun.等杂志上发表SCI论文180余篇,被SCI论文他引1900余次。中国波谱专业委员会委员,《波谱学杂志》和《科学通报》编委。2000获“全国波谱学奖”,2000年获国务院政府津贴,2004年获“国家杰出青年基金”(化学部物理化学学科)资助,2008年获“武汉欧美同学会”留学报国贡献奖。

雷皓,男,博士,研究员,所长助理。1994年重庆大学应用化学专业毕业。1999年于加拿大University of Manitoba获博士学位。2000-2002年在美国Dartmouth CollegeUniversity of Minnesota从事研究工作。2001年入选中国科学院“百人计划”。研究工作的主线是以神经/精神疾病放射诊断及基础研究为牵引,发展探测脑功能及其物质基础的磁共振成像/波谱新方法与新技术,同时开展应用研究。主持建立了我国第一个开放、共享的小动物磁共振成像研究平台。在PNASNeuroimageMagnetic Resonance in Medicine等杂志上发表SCI论文70余篇。2006年获国务院特殊津贴。2008年和2010年两度获得湖北省科技进步二等奖。2007年获湖北省优秀博士论文导师称号。

唐惠儒,男,博士,研究员。1986年获西北轻工业学院学士学位;1988-1991年在伦敦大学Royal Holloway College化学系博士在读,获物理有机化学博士学位,从事植物次生代谢物与生物大分子相互作用的机理研究;1992-2000年在英国BBSRC食品研究所任资深研究人员, 从事糖类代谢物结构与分子动力学的生物物理研究;2001-2005年在英国帝国理工学院生物医学部任资深研究人员兼代谢组学设施负责人,从事代谢组学研究。2005年起在中科院武汉物数所任研究员、博士生导师,从事生物波谱与代谢组学等研究;承担或主持973项目、国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金等多项课题;在PNASAnal ChemJ Proteome Res等刊物上发表论文120余篇(SCI论文90余篇),被引用2000余次;拥有一项国际专利。研究方向为代谢组分析新方法、发育与疾病代谢组学等研究。

 

三、培养对象与目标

本学科培养的研究生在入学前应掌握较扎实的物理学基础知识,热爱科研事业,具有严谨的治学态度、实事求是的科学作风和高尚的科研道德。研究所重视研究生综合素质和创新能力的培养,该学科的研究生应掌握坚实宽广的基础理论和系统深入的专门知识,同时要掌握一定的相关学科知识;具有独立从事科学研究工作的能力;在本学科的基础研究、应用研究领域或专门技术上做出创新性的成果。