2019提名国家自然科学奖项目-复杂样品的高效分离分析研究

mimang

2019年度国家自然科学奖提名公示材料
项目名称        复杂样品的高效分离分析研究
提名单位        教育部


提名意见
（不超过600字）        该项目针对复杂样品分析中基体干扰严重、分析物痕量及异构体难分离等关键问题，从物质分离和信号分离两方面入手，构筑了多种新型分离富集介质和界面，揭示了多重协同机理，创建了掺杂量子点基室温磷光分析及长余辉发光免原位激发分析检测策略，为解决复杂样品分析关键问题提供了新原理、新策略和新途径。有关成果发表在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem.、Adv. Mater.、Acc. Chem. Res.和Anal. Chem.等化学领域的权威杂志上，8篇代表性论文被SCI他引1736次，其中5篇入选ESI高被引论文。有关金属有机骨架基固相微萃取和毛细管气相色谱的研究被著名分析化学家HK Lee教授等评价为“首例”工作，来自澳大利亚莫纳什大学等60余个研究组跟进研究。有关掺杂量子点基室温磷光分析的研究被著名分析化学家A. Sanz-Medel教授等评价为“开拓性”工作，来自西班牙奥维耶多大学和法国南锡大学等40余个研究组跟进研究。有关长余辉发光免原位激发分析检测策略被法国D. Scherman教授等认为是“首次”工作。该项目部分成果曾获2013年教育部自然科学一等奖和2007年天津市自然科学一等奖，并形成了相关研究新方向，有力推动了分析化学的发展及其与其它学科的交叉。
对照国家自然科学奖授奖条件，我部决定提名该项目为国家自然科学奖二等奖。


项目简介        项目属于分析化学领域。复杂样品分析在环境科学、生命科学和食品安全等领域中具有非常重要的作用。基体组成复杂以及分析物痕量是环境、生物和食品等复杂样品的共同特点，给分析研究带来了巨大的挑战。复杂基体对痕量分析物检测的干扰是影响分析选择性、灵敏度和准确度的关键因素。因此，消除基体干扰是复杂样品分析的核心。项目紧密围绕此核心问题，从物质分离和信号分离两个方面入手，构建了多种新型分离富集介质/界面及方法，揭示了多重协同分离机理，创建了掺杂量子点基室温磷光分析体系，为解决复杂样品的基体干扰问题提供了新原理、新策略和新途径。重要发现点如下：
1.创建了多种新型分离富集介质/界面及方法，揭示了多重协同分离机理。在基体和分析物分离方面，创建了多种金属有机骨架基等样品预处理和色谱分离介质/界面及其构筑方法，揭示了疏水作用、空间效应和金属空位点等多重协同分离机理，发现了多氯联苯和烷烃异构体等的分离规律，实现了典型污染物的高效富集及与复杂基体的有效分离，解决了二甲苯异构体等快速高分辨分离的难题，引领了金属有机骨架基样品预处理和毛细管气相色谱研究，被著名分析化学家Hian Kee Lee教授等评价为金属有机骨架基固相微萃取和毛细管气相色谱的“首例”工作，来自澳大利亚莫纳什大学等国内外60余个研究组跟进研究。
2.开拓了掺杂量子点基室温磷光分析方向。在背景信号分离方面，以Mn2+掺杂ZnS量子点为模型，基于Mn2+毫秒级的磷光发射特性，首次开展了掺杂量子点基室温磷光分析研究，系统研究了掺杂量子点的功能化策略，构建了系列掺杂量子点基室温磷光分析方法，消除了自发荧光的干扰，被著名分析化学家Alfredo Sanz-Medel教授等评价为该方向的“开拓性”工作，来自西班牙奥维耶多大学和法国南锡大学等国内外40余个研究组随后进行该方面研究。
3.提出了长余辉发光免原位激发分析检测策略。进一步从背景信号分离角度，基于长余辉发光特性，以余辉稳定区为检测窗口，率先提出了基于长余辉共振能量转移原理的免原位激发长余辉分析检测策略，阐明了长余辉纳米材料基生物分析概念，实现了不需物质分离的无自发荧光背景的检测，解决了生物组织的自发荧光干扰的问题，被法国Daniel Scherman（Exceptional Class Director of CNRS）教授等评价为是该方面的“首次”工作。
项目8篇代表性论文包括3篇J. Am. Chem. Soc.、2篇Angew. Chem.、1篇Adv. Mater.、1篇Acc. Chem. Res.和1篇Anal. Chem.，总SCI他引1736次，单篇最高SCI他引374次。其中5篇代表性论文入选本领域ESI高被引论文。受邀在Acc. Chem. Res.上发表系统研究专题2次和Chem. Soc. Rev.上发表综述1次。第一完成人自2014年连续4年入选Elsevier中国高被引学者，入选FRSC (2015)，受邀担任Anal. Chim. Acta编辑、Talanta和Electrophoresis编委，入选长江学者特聘教授。部分成果获2007年天津市自然科学奖一等奖和2013年教育部自然科学奖一等奖。
客观评价        项目8篇代表性论文发表在Acc. Chem. Res.（1篇）、J. Am. Chem. Soc.（3篇）、Angew. Chem.（2篇）、Adv. Mater.（1篇）和Anal. Chem.（1篇），被Science、Nat. Mater.和Chem. Rev.等期刊累计他引1736次，单篇最高SCI他引374次，其中代表性论文1-3、6和8入选ESI 高被引论文。部分成果获2013年教育部自然科学奖一等奖和2007年天津市自然科学奖一等奖。


1.国际同行对“重要发现点一”的客观评价
代表性论文1-3入选ESI高被引论文，被美国学者Zamborini（Anal. Chem. 2012，84，541）和Zhou（Chem. Rev. 2012, 112, 869）、德国学者Stock（Chem. Rev. 2012, 112, 933）和英国学者Tosheva等（Chem. Rev. 2013, 113, 6734）大篇幅正面引用。
国际同行对代表性论文1-2首创性的评价：Coord. Chem. Rev.副主编、Fellow of EurASc、日本产业技术综合研究所-京都大学化学能源材料创新实验室主任Qiang Xu在Chem. Commun. 2011, 47, 3351 Feature Article中评价道“严及其同事率先制备了金属有机骨架涂覆高分辨气相色谱分离毛细管柱”（Yan and coworkers became the first to fabricate a MOF-coated capillary column for high-resolution GC separation）；沙特国王大学先进材料研究讲座教授ALOthman等在J. Chromatogr. A 2014, 1348, 1综述中评价道“古和严报道了第一根金属有机骨架涂覆毛细管气相色谱柱”（The first MOF-coated open-tube capillary column for GC separation was reported in 2010 by Gu and Yan）。
代表性论文2的工作被Coord. Chem. Rev.副主编、英国南安普顿大学Bradshaw在Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 2344综述中评价为：“Yan and Gu prepared a MOF-based gas chromatography Column.....with MIL-101 nanocrystals.... Amazingly, a total of only 1 mg of the MOF was required to prepare the 15 m long column..., which is significant given the elevated cost of some MOFs, … making MOF based capillary GC columns a realistic alternative”。沙特国王大学先进材料研究讲座教授ALOthman等在J. Chromatogr. A 2014, 1348, 1综述中评价项目有关MOF基反相高效液相色谱研究是该方面的“首次”工作（Moreover, the first reverse-phase separation on HPLC using MOF materials was also reported by the same group”，有关MOF与硅胶复合球形固定相研究被评价为“克服了MOF用于HPLC固定相的主要缺陷，开辟了MOF应用于液相色谱新领域”（The ZIF-8@SiO2 monodisperse microspheres overcomes the main disadvantage that limits the usage of MOFs as stationary phase for HPLC separation and open up a new field for MOFs application in liquid chromatography）。
金属有机骨架基固微相萃取研究被J. Chromatogr. A编辑Hian Kee Lee等在Trends Anal. Chem. 2012, 39, 228综述中评价为该方面的“首例”工作（The first example of utilizing MOFs as an SPME-fiber coating was reported in 2009）。金属有机骨架基富集与分离串联分子筛平台的研究被美国Louisville大学Zamborini等在Anal. Chem. 2012, 84, 541综述中评价为“首次报道了金属有机骨架基萃取和色谱分离复杂样品”（Yan and co-workers used MOF molecular sieves (ZIF8), ...biological fluids. This is the first study to report MOFs for extraction as well as chromatographic separation of complex samples）。
碳纳米管基固相微萃取的研究被波兰科学院分析化学委员会主席Namieśnik教授等在Chem. Rev. 2013, 113, 1667综述中评价为“第一篇碳纳米管涂层固相微萃取的研究论文”（Carbon nanotubes have also been used to form a sorption layer on SPME fibers... The first paper on this subject was published in 2006）。代表性论文4被张玉奎院士等评价为“一种基于室温离子液体辅助非水解溶胶凝胶过程制备杂化硅胶基质分子印迹毛细管整体柱的有吸引力的方法”(an attractive method for fabrication of a hybrid silica-based MIP capillary monolith based on room temperature ionic liquid-mediated, non-hydrolytic sol–gel process)（J. Chromatogr. A 2009, 1216, 8612）。
2.国际同行对“重要发现点二”的客观评价
Anal. Bioanal. Chem.编辑、著名分析化学家Sanz-Medel等在Anal. Chim. Acta 2012, 712, 120研究论文中评价项目有关掺杂量子点基室温磷光分析研究是该方面的“开拓性工作”（In this context, in a pioneer work, surface-modified Mn2+-doped ZnS QDs were used for direct sensing……based on quenching of the phosphorescence emission of the nanoparticles），西班牙Galian教授等在Trends Anal. Chem. 2009, 28, 279综述中评价是“一种有前途的利用掺杂量子点室温磷光性质进行有机物传感的方法学”（a promising methodology for sensing organic molecules using the phosphorescence properties of doped QDs）。代表性论文6被国际分子印迹学会主席Whitcombe等评价为“…, fewer interferences were observed due to autofluorescence and light scattering. Moreover, this system has no need for inducers or for derivatization … These synthesized materials exhibited high photostability and good recognition properties, even in the presence of other contaminants.”。
3.国际同行对“重要发现点三”的客观评价
法国著名教授Scherman（Exceptional Class Director of CNRS）等在Theranostics 2016, 6, 2488综述中评价有关长余辉发光免原位激发检测研究为“首次报道了利用长余辉发光进行生物标志物的体外检测…”（Yan and co-workers reported for the first time the use of persistent luminescence to detect a biomarker in vitro …），并在其Nat. Mater. 2014, 13, 418研究论文中作为该领域的重要进展引述。


代表性论文专著目录
序号        论文专著名称/刊名/作者        年卷页码        发表时间        通讯作者        第一作者        国内作者        SCI他引次数        他引总次数        论文署名单位是否包含国外单位
1        Zeolitic Imidazolate Framework-8 Nanocrystal Coated Capillary for Molecular Sieving of Branched Alkanes from Linear Alkanes along with High-Resolution Chromatographic Separation of Linear Alkane/JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY/ Na Chang, Zhi-Yuan Gu, Xiu-Ping Yan        2010年132卷13645-13647页        2010-10-06        Xiu-Ping Yan        Na Chang        常娜、古志远、严秀平        222        233        否
2        Metal-Organic Framework MIL-101 for High-Resolution Gas-Chromatographic Separation of Xylene Isomers and Ethylbenzene / Angewandte Chemie - International Edition / Zhi-Yuan Gu, Xiu-Ping Yan        2010年49卷1477-1480页        2010-02-15        Xiu-Ping Yan        Zhi-Yuan Gu        古志远、严秀平        272        277        否
3        Metal-Organic Frameworks for Analytical Chemistry: From Sample Collection to Chromatographic Separation / Accounts of Chemical Research  / Zhi-Yuan Gu, Cheng-Xiong Yang, Na Chang, Xiu-Ping Yan        2012年45卷734-745页        2012-03-12        Xiu-Ping Yan        Zhi-Yuan Gu        古志远、杨成雄、常娜、严秀平        374        387        否
4        A room temperature ionic liquid (RTIL)-mediated, non-hydrolytic sol-gel methodology to prepare molecularly imprinted, silica-based hybrid monoliths for chiral separation /Advanced Materials/ He-Fang Wang, Yi-Zhou Zhu, Xiu-Ping Yan, Ru-Yu Gao, Jian-Yu Zheng        2006年 18卷 3266-3270页        2006-12-18        Xiu-Ping Yan        He-Fang Wang        王荷芳、朱义州、严秀平、高如瑜、郑健禺        103        105        否
5        A Multidimensional Sensing Device for the Discrimination of Proteins Based on Manganese-Doped ZnS Quantum Dots / Angewandte Chemie - International Edition /Peng Wu, Ling-Ni Miao, He-Fang Wang, Xue-Guang Shao, Xiu-Ping Yan        2011年50卷8118-8121页        2011-05-26        Xiu-Ping Yan        Peng Wu        吴鹏、缪玲妮、王荷芳、邵学广、严秀平        132        135        否
6        Surface Molecular Imprinting on Mn-doped ZnS Quantum Dots for Room Temperature Phosphorescence Optosensing of Pentachlorophenol in Water/ Analytical Chemistry /He-Fang Wang, Yu He, Tian-Rong Ji, Xiu-Ping Yan        2009年81卷1615-1621页        2009-02-15        Xiu-Ping Yan        He-Fang Wang        王荷芳、何瑜、纪天容、严秀平        294        308        否
7        Fluorescence Resonance Energy Transfer Inhibition Assay for alpha-Fetoprotein Excreted during Cancer Cell Growth Using Functionalized Persistent Luminescence Nanoparticles / Journal of the American Chemical Society / Bo-Yue Wu, He-Fang Wang, Jia-Tong Chen, Xiu-Ping Yan        2011年133卷686-688页        2010-12-17        Xiu-Ping Yan        Bo-Yue Wu        吴伯岳、王荷芳、陈家童、严秀平        139        148        否
8        Functional Near Infrared-Emitting Cr3+/Pr3+ Co-Doped Zinc Gallogermanate Persistent Luminescent Nanoparticles with Superlong Afterglow for in Vivo Targeted Bioimaging / Journal of the American Chemical Society /Abdukader Abdukayum, Jia-Tong Chen, Qiang Zhao, Xiu-Ping Yan        2013年135卷14125-14133页        2013-08-29        Xiu-Ping Yan        Abdukader Abdukayum        阿不都卡德尔•阿不都克尤木、陈家童、赵强、严秀平        200        213        否
合计                1736        1806       

主要完成人情况        1.        姓名：严秀平
排名：1
行政职务：无
技术职称：教授
工作单位：江南大学
完成单位：南开大学
对本项目贡献：项目总体设计者，提出了项目的学术思想和研究思路，并指导研究。对项目所列的重要科学发现点1-3均做出了创造性贡献，是8篇代表性论文的唯一通讯作者。开拓了金属有机骨架基样品预处理和高分辨色谱分离新方向，提出了掺杂量子点室温磷光分析和长余辉低背景检测新策略。
2.        姓名：王荷芳
排名：2
行政职务：无
技术职称：教授
工作单位：南开大学
完成单位：南开大学
对本项目贡献：对项目"重要科学发现"所列第1-3项做出了创造性贡献，是代表性论文4-7的作者。发展了室温离子液体辅助－非水解溶胶凝胶－分子印迹技术制备高选择性有机－无机杂化整体柱的新方法，并应用于药物的手性分离；构建了对五氯苯酚具有高选择性的表面分子印迹Mn 掺杂ZnS 量子点的室温磷光传感新方法。
3.        姓名：古志远
排名：3
行政职务：无
技术职称：教授
工作单位：南京师范大学
完成单位：南开大学
对本项目贡献：对项目“重要科学发现”所列第1项做出了创造性贡献，是代表性论文1-3的作者。发展了基于金属-有机骨架的毛细管色谱高效分离和采样吸附分析方法。
4.        姓名：吴鹏
排名：4
行政职务：无
技术职称：教授
工作单位：四川大学
完成单位：南开大学
对本项目贡献：对项目"重要科学发现"所列第2项做出了创造性贡献，是代表性论文5的作者。构建了基于Mn-ZnS量子点的多维光学传感器，用于生物样品中蛋白质的区分与识别。
5.        姓名：常娜
排名：5
行政职务：无
技术职称：副教授
工作单位：天津工业大学
完成单位：南开大学
对本项目贡献：对项目"重要科学发现"所列第1项做出了创造性贡献，是代表性论文1和3的作者。制备了ZIF-8纳米晶涂覆毛细管色谱柱，发现该色谱柱不仅具有将支链烷烃从直链烷烃中筛分出来的优良性能，同时还具备高选择性分离直链烷烃的能力。
完成人合作关系说明        项目主要完成人王荷芳、古志远、吴鹏和常娜均是项目第一完成人严秀平在项目执行期间指导的南开大学博士研究生，项目代表性论文1-6是他们博士论文的部分成果。