系统性筛选策略

近日，华东理工大学化学与分子工程学院教授郭志前课题组在淀粉样蛋白β（Aβ）斑块活体检测标准方法研究领域取得突破。相关研究以《近红外激活型聚集诱导发光探针制备及其对小鼠脑部淀粉样蛋白Aβ的检测应用》为题在《自然—实验手册》发表。神经退行性疾病与蛋白质错误折叠和病理积累息息相关。其中，阿尔茨海默症（AD）是一种起病隐匿的神经系统退行性疾病，也是痴呆症最常见的病症类型。值得注意的是，Aβ斑块积累是阿尔茨海默症最显著的病理特征。因此，开发可视化的荧光探针检测Aβ斑块对阿尔茨海默症的早期诊断至关重要。半个世纪以来，硫磺素衍生物（ThT或ThS）作为检测Aβ斑块的“金标准”染料，已被广泛用于AD大脑组织切片染色。然而，这类染料具有浓度猝灭、信噪比低和血脑屏障（BBB）穿透性差等缺陷，难以对Aβ斑块进行活体成像检测。特别是如何克服染料延伸波长的亲脂性需求与实现Aβ点亮型检测之间的矛盾是目前亟待解决的科学问题。针对现有商业染料ThT的固有缺陷，该研究提出分子设计策略并建立了标准化检测及成像应用方法：引入亲脂性噻吩桥连单元延伸发射波长至近红外区域，并满足穿透血脑屏障的亲脂性需求；利用本组聚集诱导发光母体喹啉腈克服染料浓度猝灭问题；优化亲水性磺酸盐基团取代位置，以保证探针分子在结合Aβ斑块前的状态。基于该策略发展的探针具有荧光波长长、检测信噪比高、Aβ亲和力好、BBB穿透性优异的特点，已成功实现对小鼠大脑中Aβ斑块的近红外荧光标记。该探针有望代替市售染料ThT进行高保真度组织学染色，在阿尔茨海默症新药筛选和药理研究中显示出巨大潜力。

面对不断变异的新冠病毒，传统的应对手段显得有些捉襟见肘。究竟有没有简单、实用的手段对抗当前的新冠流行？　　经过深入研究，中国医学科学院黄波教授团队和秦川教授团队发现，靶向肺泡巨噬细胞是早期控制新冠病毒感染的有效策略，并通过新冠肺炎小鼠模型找到两种临床上常用的老药。相关研究成果在线发表于国际学术期刊《信号转导与靶向治疗》。　　“这项研究不仅可以为新冠肺炎提供一种安全有效的治疗方案，同时也是‘老药新用’的一次大胆尝试，为筛选新冠治疗药物提供一种新的思路。”4月7日，黄波在接受科技日报记者采访时强调。中国医学科学院 黄波教授（图源：中国医学科学院官网）中国医学科学院 秦川教授（图源：中国医学科学院官网）　　肺泡如同气球，是肺脏的基本结构单元。肺泡的内表面被称为肺表面活性层，由薄薄的一层脂和蛋白质组成，维持肺泡处于伸张状态。同时，这层脂膜能够将外界与机体内部隔离开来，血液药物分子包括抗体，没有能力穿过肺泡表面活性层。　　然而，新冠病毒最初入侵的部位就是肺泡，那么，它是如何在机体的层层防御下突破“隔离”的呢？　　对此，黄波解释说，尽管肺泡表面活性层将外界与机体内部隔离，但我们的免疫系统有一类专职的吞噬细胞，被称为巨噬细胞，这些巨噬细胞贯穿肺泡表面活性层，可以吞噬吸入空气中所包含的颗粒和微生物，从而维持肺泡的洁净。　　“因此，一旦新冠病毒进入肺泡，肺泡巨噬细胞就利用其表面的细胞膜将病毒颗粒包裹，将其吞入胞浆内，这种包裹了病毒的囊泡，被称为内吞体。”黄波说，内吞体能够将病毒颗粒递送至胞浆内垃圾处理站——溶酶体，从而将病毒分解为氨基酸、核苷酸等，供细胞再利用。　　但是，新冠病毒能够利用肺泡巨噬细胞的特定状态，从内吞体内逃出，反过来利用巨噬细胞进行自我繁殖。　　黄波表示，这个过程依赖于内吞体内一种蛋白水解酶（CTSL）以及内吞体囊腔的pH值。在酸性pH值下，CTSL被激活，水解新冠病毒的刺突蛋白，使得病毒遗传物质RNA被释放到细胞浆中，启动病毒的复制和扩增。正常生理状态下，肺泡巨噬细胞内吞体的pH值偏碱，其所吞噬的新冠病毒被送至溶酶体降解，从而机体表现不出症状或较轻微的症状。　　基于此，通过新冠肺炎小鼠药物筛选实验，黄波团队找到两种临床常用老药阻断新冠病毒从肺泡巨噬细胞的内吞体中逃逸。　　“临床上，双磷酸盐如阿仑膦酸盐 （ALN）通过靶向巨噬细胞，而用于骨质疏松症治疗；糖皮质激素药物地塞米松（Dex）则是常用的抗炎药物。”黄波说，我们发现，Dex和ALN可以分别通过靶向CTSL表达和内吞体的pH值，协同阻断病毒从内吞体逃逸。　　黄波表示，这样一种联合治疗的效果是通过鼻腔喷雾局部给药途径来实现的，系统性给药由于受肺泡表面活性层的阻碍，难以产生效果。同时，这种联合还能够发挥激素抗炎的作用。这种喷雾疗法简单、安全、成本低廉，易于推广使用，是值得进一步深入研究的早期控制新冠病毒感染的新策略。

上一期，主要介绍了抗病毒药物研究的共同靶标相关内容，本文将继续从抗病毒药物研究的共性环节、 抗病毒药物研究的通用策略方面进行阐述与探讨。2 抗病毒药物研究的共性环节2.1 靶向病毒膜融合过程 在包膜病毒的复制周期中，需要病毒和细胞膜融合才能进入细胞。病毒通过受体识别以及膜融合或内吞等步骤进入靶细胞是首要环节。 在该过程中， 介导病毒与细胞受体识别的病毒表面蛋白（surface protein，SP）的 受体结合亚基、介导膜融合的病毒 SP 跨膜亚基、细胞上的受体、切割 SP 所需 的宿主细胞蛋白酶等均是常见的抗病毒靶点[30]。CoV 是 I 型包膜病毒，位于包膜表面的 S 蛋白介导病毒入侵宿主细胞过程，包括受体结合及膜融合等步骤。在膜融合的过程中，形成六螺旋束（six-helix bundle，6-HB）是一个非常保守且关键的机制。目前发现感染人的冠状病毒（HCoV） 中，其 HR1 （heptad repeat- 1）三聚体与 HR2 （heptad repeat-2）作用的表面氨基 酸大都为保守的疏水性氨基酸，因此 HR1 是 CoV S 蛋白上非常保守的药物靶点[30]。2018 年，姜世勃与刘克良团队发现靶向病毒融合蛋白的α-螺旋脂肽具有广 谱抗 MERS-CoV（EC50 = 0.11 μmol L-1 ，CC50 100 μmol L- 1 ）及甲型流感病 毒（influenza A virus，IAV）活性（H1N1 EC50 = 1.73 μmol L- 1，CC50 100 μmol L-1）[31] 。近日，复旦大学姜世勃/陆路团队与上海科技大学杨贝/Wilson 团队合作， 通过系统地筛选与结构修饰，发现了能够广谱抑制多种 HCoV 感染的多肽类融 合抑制剂 EK1 及脂肽 EK1C4，并揭示了其作用靶点与分子机制[32,33] 。该研究同时证明了 CoV 刺突蛋白的 HR1 区域是一个重要且保守的药物靶点， 为后续广谱抗 HCoVs 药物研发提供了思路。2.2 核酸复制 病毒进入靶细胞后， 病毒基因组 DNA/RNA 被释放到细胞中， 作 为模板指导病毒蛋白的合成。 RNA 病毒的基因组复制需要 RNA 依赖的 RNA 或 DNA 聚合酶（RNA-dependent RNA polymerase ，RdRp ；RNA-dependent DNA polymerase，RdDp），这类酶在人体中不存在且相对保守，成为抗病毒药物研发 的重要靶点。不同病毒聚合酶的结构和功能有许多相似之处，因此针对某一种病 毒聚合酶设计的抑制剂往往对其他病毒也有较好的抑制作用[34,35]。自从 1962 年世界第一个抗病毒药物碘苷被批准上市以来，全球已有众多抗病毒核苷类似物药物获批上市。 在病毒疫情暴发时， 核苷类药物往往成为人们的首选。 早在 2014 年西非暴发的大规模 EBOV 疫情中，部分核苷类似物药物在临床阶段均表现出一定的抗病毒活性——例如日本富山化学的新型抗流感药物法匹拉韦（favipiravir）以及瑞德西韦（remdesivir，图 3），特别是瑞德西韦目前已经完成 EBOV 的试验药物 III 期临床试验。随着研究的深入， 瑞德西韦被发现具有广谱抗病毒活性， 涵盖丝状病毒科病毒（EBOV 和马尔堡病毒等） 、沙粒病毒科病毒（拉沙病毒和胡宁病毒等）、 CoV 科病毒（SARS 、MERS 和猫科冠状病 毒等）和黄病毒科病毒（ZIKV 等） 等，因此也成为了治疗 SARS-CoV-2 的首个 小分子药物[36]。阿兹夫定（azvudine ，FNC，图 3）具有抑制 HIV 、丙型肝炎病毒（hepatitis C virus ，HCV）、肠道病毒 71 型等 RNA 病毒复制的功能，2021 年 7 月， 已在 中国上市用于治疗高病毒载量的成年 HIV- 1 感染者。此外， 阿兹夫定在新冠肺炎 临床研究中也取得显著效果[37]。瑞德西韦进入临床研究后，其抗病毒效果与预期有一定差距，原因可能是： 疾病的病程及动物模型与人体药动学差异、药物之间的相互作用和个体差异。 此 外， CoV 特有的“复制矫正”（proofreading）机制，即将掺入 RNA 产物链的核 苷药物“剔除”，进而逃逸核苷类抗病毒药物的抑制， 可能是此类抗病毒药物效 果不佳的一个重要原因[38]。近日，美国乔治亚州立大学的研究人员报道了一种抑制呼吸道合胞病毒 （respiratory syncytial virus，RSV）、相关 RNA 病毒和 SARS-CoV-2 的广谱抗病 毒核苷分子——4' -氟尿啶（4' -FlU，EIDD-2749，图3），它在细胞和分化良好的 人气道上皮中具有高选择性指数。RSV 和 SARS-CoV-2 体外 RdRp 聚合酶抑制显 示掺入后 i 或 i+3/4 位出现转录暂停。每日一次的口服治疗对 RSV 感染的小鼠或SARS-CoV-2 感染的雪貂非常有效[39]。EIDD- 1931（即NHC，图3），是一种核苷酸类似物。 NHC 上的肟形式模仿 尿苷， 与腺苷匹配， 而另一个互变异构体模仿胞苷， 与鸟苷匹配。它的原理是通 过给病毒 RNA 引入大量的突变，“瘫痪”病毒的基因组，进而导致遗传信 息大量错误使病毒无法存活[40-45]。目前仅有 NHC 及其衍生物能够躲避病毒复制 矫正机制的干扰。 在体外模型中，NHC 对 RSV、流感病毒、CHIKF、EBOV、委内瑞拉马脑炎病毒、东部马脑炎病毒、MERS-CoV、SARS-CoV 以及 SARS-CoV- 2（多数变异毒株）等具有广谱抗病毒活性，无明显细胞毒性[46-48]；但在食蟹猕 猴中口服生物利用度较差。 EIDD-2801（molnupiravir，图 3）是 NHC 的异丙 酯前体药物，旨在改善 NHC 体内药代动力学以及在人类和非人类灵长类动物的 口服生物利用度。Molnupiravir 在雪貂和非人类灵长类动物中具有较好的口服 生物利用度。对感染流感病毒的雪貂进行 molnupiravir 口服治疗，可将大流行 流感和季节性甲型流感的病毒载量降低数个数量级， 并可减轻发热、呼吸道上皮 组织病变和炎症[39,49] 。Molnupiravir 使轻 中度新冠肺炎患者的住院率或死亡风险降低了约 50% 。2021 年 11 月 4 日， 英国药品和保健产品监管局（MHRA）已在英国批准 molnupiravir 上市，用于治疗重症和住院风险较高的轻至中度新冠肺炎成人患者（ http:// www.21jingji.com/article/20211104/herald/f0b15254b2fcc17b70b26b839e32b1c6.html）。除了 molnupiravir 之外，法匹拉韦也可以掺入到病毒 RNA 链，诱发病毒的基因组突变， 并通过累积这种突变，导致病毒失活或失去感染能力[50]。总之， 靶向病毒最为保守的 RdRp 是一种开发广谱抗病毒药物非常有前景的策略。 目前处于临床研究阶段的多个新冠病毒 RdRp 抑制剂类药物结构差异较大，靶向 RdRp 影响病毒复制的机制也不尽相同，特别需要从结构生物学角度解析抑制剂与 RdRp 复合物结构，明确作用机制，为精准开发高效特异的、以 RdRp 为靶标的广谱抗病毒药物提供理论基础。2.3 核糖体移码 (ribosomal frameshifting) 在正常细胞内，核糖体（ribosome） 以 3 个碱基为单位（即密码子codon）由 5 到 3 端单向、连续地读取 mRNA 中的 遗传信息， 合成蛋白质[51]。由于体积的限制， 病毒的基因组通常较小， 所携带的 遗传信息较少。 包括 SARS-CoV-2 在内的各种 RNA 病毒在复制过程中会利用一 些特殊的机制调控病毒基因表达，扩展其所携带遗传信息的利用率， 其中一种常 用的机制是称为程序性“移码”的蛋白质合成重编码机制（programmed ribosomal frameshifting，PRF）[52-54]。即核糖体不遵循常规读取 3 个字母的步骤， 而是会漏 掉一两个 RNA 字母。核糖体发生的这种错位被称为“移码”，会导致核糖体错误读取遗传密码。例如， SARS-CoV-2 严重依赖其 RNA 折叠引起的“移码”来 合成蛋白[52-54]。理论上， 任何通过靶向 RNA 折叠来抑制“移码”的化合物都可能作为一种 治疗感染的药物。 “移码”现象在人类自身基因的表达中极为罕见， 因此靶向读 码框“移码”是一个可行的抗病毒策略。研究者通过运用荧光蛋白报告基因系统联合高通量筛选技术， 鉴定出了一个可以高效抑制读码框“移码”的小分子化合物美拉沙星（merafloxacin，图 4），它能在细胞水平（Vero E6 细胞）显著抑制 SARS-CoV-2 复制[55] 。美拉沙星抑制读码框“移码”的机制尚不清楚，可能直接作用于核糖体与病毒 RNA 的结合，或者抑制内源性调控蛋白。近期， Ahn 等[56]从9689 个小分子中发现了一种新型的呋喃[2,3-b]喹啉类化合物 KCB261770（图 4），它能够抑制 MERS-CoV 的“移码”和细胞水平 MERS-CoV 的复制。此外，该化合物还能抑制 SARS-CoV 和 SARS-CoV-2 的“移码”，具有广谱抗病毒活性。3 抗病毒药物研究的通用策略3.1 细胞纳米“海绵” SARS-CoV-2 的细胞结合和进入是由其刺突糖蛋白（S 蛋 白）介导的， S 蛋白不仅与人类血管紧张素转换酶 2（angiotensin convertingenzyme II，ACE2）受体结合， 还与肝素等糖胺聚糖结合。 近期研究发现细胞膜包被的纳 米颗粒（细胞纳米“海绵”）模拟宿主细胞，通过自然的细胞受体吸引和中和 SARS-CoV-2 ，可作为一种广谱抗病毒策略，还发现增加细胞纳米海绵表面肝素密度可以提高抗 SARS-CoV-2 作用[57]。3.2 抗体募集/杀死细胞 2009 年， 研究者设计了一种新的小分子 ARM-H，有可 能通过两种机制抑制 HIV：①通过招募抗体到 gp120 表达病毒颗粒和受感染的人 类细胞， 从而增强其吸收和人类免疫系统的破坏； ②通过结合病毒糖蛋白 gp120， 抑制其与人 CD4 结合和防止病毒进入。研究人员通过实验证明了 ARM-H 能够 同时结合 gp120 和抗 2,4-二硝基苯抗体（DNP ，存在于人血液中） [58]。抗体、 ARM-H 和 gp120 之间形成的三元复合物具有免疫活性，导致补体介导的表达 env 细胞的破坏。此外， ARM-H 可以阻止病毒进入人类 T 细胞， 因此应该能够通过两种相互强化的机制（抑制病毒进入和抗体介导的杀伤） 来抑制病毒复制。这些研究表明， 通过抗体招募的小分子具有可行的抗艾滋病毒活性， 并有可能启动 HIV 治疗的新范式。2020 年，Low 团队通过将神经氨酸酶抑制剂扎那米韦与高免疫原性半抗原2,4-二硝基苯（DNP）结合， 设计并合成了一种双功能小分子， DNP 专门针对游离病毒和病毒感染细胞的表面。该类分子抑制病毒释放的同时， 通过免疫介导清除游离病毒和病毒感染的细胞，对感染 100 倍 MLD50 病毒的小鼠进行鼻内或腹腔注射单剂量药物，可以根除 A 型和 B 型流感毒株的晚期感染[59]。近期研究发现， 抗生素分子 concanamycin A 可让免疫系统杀死被 HIV 感染的人体细胞[60]。DDX3 抑制剂可以让 HIV- 1 感染的细胞选择性死亡，进而耗竭病毒潜伏库[61] ，为根治艾滋病提供了新思路。3.3 多价结合——靶向病毒表面的非特异作用 细胞表面的糖链是细菌、病毒、 免疫细胞的接触点。病毒进入宿主细胞的过程涉及与不同细胞表面受体稳定但短 暂的多价相互作用。几种病毒的最初接触始于在细胞表面附着硫酸肝素蛋白聚糖， 最终导致病毒进入。已经开发出的广谱抗病毒药物如肝素或类肝素材料模拟细胞 表面糖负责最初的病毒附着， 如硫酸乙酰肝素（heparan sulfate）。高磺化金纳米 粒子具有广谱杀病毒性能。然而， 由于未知的清除机制和潜在的长期毒性是金纳 米颗粒成药性的不利因素。环糊精（cyclodextrins，CDs）是天然的葡萄糖衍生物， 具有一种刚性的环状结构，由α（1-4）连接的吡喃葡萄糖组成。磺化环糊精对HIV 具有可逆及特异的抑制活性。最近，英国曼彻斯特大学研究小组对天然葡萄糖衍生物环糊精进行磺化修饰 开发出了一种能够破坏病毒的外壳且对耐药性病毒也有效的新的广谱抗病毒分 子，其有望治疗 HSV 、RSV 、HCV 、HIV 和 ZIKV 等多种病毒感染[62]。基于多价相互作用的抗病毒药物，如柔性纳米凝胶，通过干扰病毒颗粒和阻 断与细胞受体的初始相互作用已经成为广谱抗病毒药物研究的有效策略。负电荷多硫酸盐可以结合 SARS-CoV-2 受体结合区域（ receptor binding domain，RBD）上的正电荷斑块（patches），阻止病毒与宿主细胞相互作用进而 抑制感染。 与肝素相比， 合成的线型聚甘油硫酸酯（linear polyglycerol sulfate ， 图 5）的抗病毒活性更高，且抗凝血活性较低[63]。巨大球状多价糖富勒烯、糖基化碳纳米管能抑制 EBOV、ZIKV 和 DENV 的 感染， 活性可达皮摩尔水平[64-66]。多价唾液化（sialylated）聚甘油对甲型流感毒 株（含耐药株）具有广谱抑制活性[67]。3.4 基于拓扑匹配的药物设计 IAV 颗粒表面均匀分布血凝素和神经氨酸酶。近 期，Nie 等[68]运用拓扑匹配（topology-matching design）的药物设计理念， 设计了 一种纳米颗粒抑制剂（纳米抑制剂， 图 6A）， 它与 IAV 病毒粒子的纳米拓扑结 构匹配，对血凝素和神经氨酸酶具有多价抑制作用， 可以在细胞外中和病毒颗粒， 阻断其附着和进入宿主细胞。病毒复制显著减少了 6 个数量级， 即使在感染24 h 后使用， 仍能达到 99.999%以上的抑制作用。 2020 年， 该团队用类似的思路， 发现了与 IAV 表面空间匹配的尖峰纳米抑制剂（spiky nanoinhibitor，图 6B），峰 值在 5～10 nm 之间的纳米结构与病毒粒子的结合明显优于平滑的纳米粒子，获 得的红细胞膜（erythrocytemembrane，EM）包覆的纳米结构可以有效地阻止 IAV 病毒粒子与细胞的结合， 并抑制随后的感染。 EM 包覆的纳米结构在细胞无毒剂 量下降低了99.9%的病毒复制[69]。2021 年，该课题组运用拓扑匹配设计理念，基于宿主红细胞膜设计了与病 毒状球面相匹配的碗状纳米结构（“纳米碗”，heteromultivalent nanobowl，Hetero- MNB，图 6C），可作为广谱病毒进入抑制剂。与传统的同多价抑制剂不同， 该 类异多价抑制剂由于协同多价效应和拓扑匹配的形状，其半最大抑制浓度为 32.4 ± 13.7 μg mL- 1 。在不引起细胞毒性的剂量下，可减少99.99%的病毒传播。由 于在 SARS-CoV-2 的 S 蛋白上也发现了多个结合位点， 因此， 异多价纳米结构有 望为开发一种有效的预防 CoV 感染提供新思路[70]。3.5 靶向病毒核酸 病毒 RNA 会折叠成复杂的 RNA 结构，在病毒的生命过程调 控中起重要作用，为开发抗病毒疗法的靶标提供了新的机会。很多研究已经发现 多种病毒的非编码区 RNA 结构可以调控病毒的翻译、复制以及稳定性，它们通常在相关病毒中高度保守[71-73] 。例如，黄病毒中 5' UTR 和 3' UTR 之间的分子内 RNA-RNA 相互作用促进基因组环化并帮助协调复制；HCV 5' UTR 内部核糖体 进入位点的结构对于翻译至关重要；并且 ZIKV 和其他黄病毒的 3' UTR 中的多 假性结构已显示出使 RNA 外切核酸酶 Xrn1 失速，从而产生了亚基因组黄病毒 RNA，有助于病毒逃避细胞抗病毒过程[74,75]。需要指出的是，与蛋白质类药物靶标相比， RNA 结构的动态性与复杂性为药物筛选增加了困难， 往往需要借助于高通量筛选。例如， SARS-CoV-2 的 RNA基因组含有 15 个独立的 RNA 调节元件。 研究者通过基于 NMR 的片段筛选， 从含有 768 个小分子的片段库中发现了 SARS-CoV-2 的 RNA 配体[76]。近日，新加坡科学家使用多种 RNA 分子结构探测方法以及 RNA-RNA 相互作用分析技术， 解析了 SARS-CoV-2 基因组 RNA 的二级结构信息和病毒-宿主之间的 RNA 相互作用；同时发现在 SARS-CoV-2 基因组 RNA 上广泛存在 2' -O- 甲基化修饰， 推测可能有助于新冠病毒逃避宿主免疫攻击，揭示病毒逃避宿主免疫的潜在机制[77]。G- 四链体是由 G-quartet 层叠而形成的 DNA 或 RNA 四链构象， 是最重要的非典型核酸二级结构之一， 因其独特的构象、重要的基因功能和生物学意义而备受关注，是很有前途的药物靶点[78]。中国科学院长春应用化学研究所曲晓刚团队使用多种生物物理技术和分子生物学技术，发现 SARS-CoV-2 基因组中存在 G-四链体结构 RNA ，证实 SARS-CoV-2 中的富 G 序列（位于 SARS-CoV-2 核衣壳 磷酸化蛋白 N 编码序列区域）可以在活细胞中折叠成稳定的单分子 RNA G- 四 链体结构。该 G- 四链体 RNA 可以被 G- 四链体特异结合配体 PDP（图 7）等识别 并稳定，进而影响 G- 四链体 RNA 的生物功能。因此，该 G- 四链体可能是抗 SARS- CoV-2 药物新靶点[79]3.6 超分子配位化学 病毒基因组的未翻译区域（the untranslatedregions，UTR） 包含多种保守和动态结构，这些功能性的 RNA 结构对病毒复制至关重要，为广 谱抗病毒研发提供了药物靶点。 然而， 计算机对接筛选对于具有内在柔性特征的 RNA 结构仍存在较大挑战。 研究者将体外 RNA 分析与分子动力学模拟相结合， 构建 SARS-CoV-2 基因组 5' UTR 关键区域结构和动力学的3D 模型，进而确定了 圆柱形金属超分子螺旋（[Ni2L3]4+ 、[Fe2L3]4+）对这种 RNA 结构的约束。这些纳 米尺寸的金属超分子螺旋分子可以与核酸结合，并且在细胞水平具有抗 SARS- CoV-2 等病毒复制作用[80,81]。3.7 核糖核酸酶靶向嵌合体 核糖核酸酶靶向嵌合体（ ribonuclease targeting chimeras，RIBOTACs）是降解 RNA 的新策略， RIBOTACs 基于小分子选择性结 合 RNA（特别是形成复杂的二级和三级结构的RNA）， 进而激活核糖核酸酶 L（ribonuclease L，RNase L）。RNase L 是一种在脊椎动物细胞中广泛表达、具有单链 RNA 内切活性的蛋白质。该技术已被用于靶向 SARS-CoV-2 的 RNA 基因组，抑制 RNA 的移码，并且募集细胞核糖核酸酶彻底杀死 SARS-CoV-2。该策略有望用于抗其他病毒药物研发[82]。3.8 反义核酸技术 反义核酸（antisense oligonucleotides）可以序列特异性地与靶 标 RNA 结合，实现高效的寻靶和抑制活性。近期，北京大学的研究人员构建了 一类靶向 SARS-CoV-2 包膜蛋白 RNA（E-RNA）和刺突蛋白 RNA（S-RNA）的 单链嵌合反义寡聚核苷酸， 通过在 2' 甲氧基修饰的反义核酸序列 5' 端缀合 RNase L 招募基团 2-5A，可实现有效的病毒 RNA 降解并抑制病毒增殖[83]3.9 核酸适配体技术 核酸适配体（nucleic acid aptamers）是一小段经体外筛选 得到的寡核苷酸序列（单链 DNA 或 RNA 分子），能与相应的配体进行高亲和 力和强特异性的结合[84] 。适配体已经在抗病毒药物开发方面 （含 SARS-CoV-2） 展现出巨大的潜力[85-87]。3.10 基于蛋白自组装的配体发现 动态组合化学（ dynamic combinatorial chemistry，DCC）融合了组合化学和分子自组装过程两个领域的特点， 开辟了使 用相对较小的库组装很多的物质的途径， 而不必单独合成每一个物质。早在 2003 年，研究者通过基于点击化学的蛋白模板诱导片段组装， 发现了高活性的 HIV 蛋 白酶抑制剂[88]。2008 年，研究者通过动态连接筛选（dynamic link screening，DLS） 开发了一种潜在的抗 SARS 药物，其亲核片段通过与醛抑制剂的可逆反应将亲核 片段指向蛋白质的活性位点。它们的抑制作用可以通过与荧光酶底物的竞争检测 到。有了这一概念， 与活性位点特异性结合的低亲和力片段在功能酶分析中迅速 被识别出来[89]。2021 年，基于 Knoevenagel 反应的蛋白模板诱导片段组装策略用 于 Enterovirus D68 蛋白酶抑制剂的发现[90]。总之，动态组合化学在抗病毒药物 发现领域仍具有广阔的前景。参考文献，点击查看《浅谈广谱抗病毒药物研发的普适性策略（一）》文末。

王家海教授在过去十多年，对核酸探针进行了系统的探索，开发了一系列基于核酸纳米结构或者G-quadruplex为主题的核酸传感器，开发了生物芯片新的修饰方法，设计了一种的Insertion Approach，极大地提高了传感器电信号重现性，2021年王家海团队构建了以三维核酸纳米结构为信号传导载体的纳米孔传感器。团队另外一个方向纳米孔单分子计数器和整流器平台的发展，也充分得益于我们在功能核酸探针上所开展的系统性工作。体外诊断，尤其是分子诊断离不开对探针的设计。在功能化核酸探针的优化和设计上，我们做出了一系列有特色的工作。运用核酸四链体（G-quadruplex）构建了探测各种离子，小分子的高灵敏，高选择性的生物化学传感器，并被国际刊物邀请撰写综述。为纳米孔的可控功能化，选择性识别打下了坚实的基础。最终优化设计的核酸探针需要参考如下标准：更好的检测限，选择性，更高的稳定性，更稳更强的信号放大系统和更好的实验信号重现性。我们设计的能结合荧光分子的G-quadruplex能对铜离子，钾离子和毒素小分子灵敏探测（G-quadruplex facilitated turn off fluorescent chemosensor for selective detection of copper ion. Chem. Commun., 2010, 46, 7385-7387. Qin Haixia，Ren Jiangtao，Wang Jiahai*，Wang Erkang*；G-quadruplex-modulated fluorescence detection of potassium ion in the presence of 3500-fold excess of sodium ion , Anal. Chem., 2010, 82 (19), pp 8356–8360. Qin Haixia，Ren Jiangtao，Wang Jiahai*，Wang Erkang*.；图 1.四链体核酸高灵敏检测K离子图 2.四链体核酸高灵敏检测Cu离子PVP-coated Graphene oxide for Selective Determination of Ochratoxin A via Quenching Fluorescence of Free Aptamer，Biosensor and Bioelectronics, 2011, 26, 3494-3499. Sheng LinFeng, Ren Jiangtao, Miao Yuqing, JiaHai Wang* Erkang Wang*.）。其中对真菌毒素小分子OTA的检测，他引已经超过100多次，对钾离子的探测选择性达到3500倍，他引超过50多次。后续的工作中，可以探索用纳米孔结合这些探针进行检测。图 3. 对真菌毒素小分子OTA的检测可以预期的是修饰适配体的纳米孔可以结合离子整流区分手型多肽（Enantioselective and label-free detection of oligopeptide via fluorescent indicator displacement” Biosensor and Bioelectronics, 2012, 35, 401-406. Ren Jiangtao, Jiahai Wang*, Jin Wang*, Nathan W. Luedtke, Erkang Wang*.）图 4. 手性多肽的检测设计了劈开的G-quadruplex探针对病毒核酸小片段进行了探测，并对其机理做了详细的阐述（Label-Free Detection of Nucleic Acids by Turn-ON and Turn-OFF G-Quadruplex Mediated Fluorescence. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2011, 399:2763-2770. Ren Jiangtao, Qin Haixia, Wang Jiahai*， Luedtke, Nathan W, Wang ErKang*, Wang Jin*；Contribution of potassiumion and split modes of G-qaudruplex to the sensitivity and selectivity of label-free sensor toward DNA detection using fluorescence Biosensor and Bioelectronics, 2012, 31, 316-322. Ren Jiangtao, Jiahai Wang*, Jin Wang*, Nathan W. Luedtke, Erkang Wang*.）。有理由相信，对这类探针了解的越多，将其应用在纳米孔上的机会越多：譬如G-quadruplex的重新组装引起局部体积和局部电荷的变化，这都是纳米孔传感器很重要的特征。图 5.分裂式探针有三种，在乙肝病毒基因存在下，四链体核酸可以被激活根据多年的经验和大胆展望，体外诊断（分析化学）的进一步发展还离不开探针体系本身的优化和信号放大。2011年我们建立了两种核酸马达，运用A方案组建了一个免标记的核酸传感器，该方法可以扩展到探测其他一些小分子，譬如毒素。运用B方案建立的另一个马达可以把四极子（G-quadruplex）加入到核酸纳米结构中，应用前景广泛；可以进一步把核酸纳米结构组装成三维结构用于药物释放（Kinetically grafting G-qaudruplex onto DNA nanostructure as structure and function encoding via DNA machine，Chem. Commun., 2011, 47, 10563–10565. Jiangtao Ren, Jiahai Wang* , Lei Han, Erkang Wang*, Jin Wang* .）。图6. 这个体系中A途径可以用于生物分子的探测的信号放大，这个体系中B途径有很强的扩展性，可以用于制备其他一些智能化材料或者信号放大免标记，免修饰方法并不能覆盖全部探测对象，其他绝大多数探测系统都需要表面探针修饰。2014年我们发展了一种新的表面修饰方法，极大地提高了分子表面组装和信号放大的重现性（Insertion Approach：Bolstering the Reproducibility of Electrochemical Signal Amplified via DNA Superstructure Analytical Chemistry 2014, 86, 4657-4662. Yang, Li, Zhang, Caihua, Hong, Jiang, Li, Guijuan*, Jiahai Wang*, Wang, Erkang*.）。通常在金电极上修饰核酸探针，都是先修饰巯基核酸，然后修饰小分子覆盖的空白区域。但这种方法重现性并不高。我们设计了一种新方法，先修饰小分子，后修饰核酸探针是通过插入小分子空白区域。发现核酸超级结构在电极表面的组装就有非常好的重现性。期待这种方法能在将来运用到纳米孔表面的内部修饰。图 7.核酸修饰新方法（Insertion Approach）2021年，构建了以三维核酸纳米结构为信号传导载体的纳米孔传感器。（Insertion Approach：Bolstering the Reproducibility of Electrochemical Signal Amplified via DNA Superstructure Analytical Chemistry 2014, 86, 4657-4662.）。小尺寸分析物的检测仍然是限制固态纳米孔应用的主要挑战之一。要实现具有良好抗干扰能力、高信噪比和可重复使用的固态纳米孔传感器，一种潜在的策略是使用大孔径纳米孔（直径大于10 nm）。孔径远大于靶标和干扰物的尺寸，可以满足干扰物通过纳米孔无电阻脉冲的要求，解决了孔堵塞问题。DNA纳米结构具有精确形状和可调节大小等优点，有潜力成为最通用的一种。可以根据特定的孔径组装出尺寸均匀的DNA纳米结构。另外，CRISPR-Cas12a已被证明是一种优秀的信号放大策略，Cas12a通过将序列特异性靶标转化为其他可检测信号，如荧光、生物发光或比色信号，被广泛应用于生物传感器的设计中。图8 基于CRISPR-cas12a转换机制，使用DNA四面体作为信号传导载体的固态纳米孔传感器示意图。对于目标分子，Cas12a的反分裂活性导致连接器ssDNA的降解，导致DNA四面体信号传导载体通过纳米孔的易位率增加；如果没有目标分子，Cas12a就不会被激活，因此DNA四面体信号传导载体被磁铁拉下，不能观察到任何易位事件

浅谈广谱抗病毒药物研发的普适性策略徐淑静# ，丁当# ，刘新泳*，展鹏*（山东大学药学院药物化学研究所，化学生物学教育部重点实验室，山东 济南 250012）摘要：病毒感染疾病严重威胁人类生命健康与社会发展。 为应对未来可能暴发的 新发和再现病毒疫情，研发广谱抗病毒药物成为重要且紧迫的研究课题。 本文精 选近年经典案例， 从抗病毒药物研究的共同靶标、共性环节、通用策略以及广谱抗病毒分子等四个主要方面总结了广谱抗病毒药物研发的普适性策略， 期望对当下及未来的抗病毒药物研发提供参考。关键词：病毒；广谱抗病毒药物；抑制剂；药物设计；药物化学艾滋病、乙肝等病毒感染导致的慢性传染性疾病严重危害人类的健康与生命[1-3]。新发病毒在人类历史上不断出现， 已累计造成数千万人死亡。近年来气候变化和全球化都为病毒传播创造了更有利的条件。 与其他微生物相比， 病毒具有极高突变率，使其迅速适应新宿主并对疫苗和抗病毒药物产生耐药性[4-6]。与DNA 病毒相比， RNA 病毒的突变率更高，可以跨种传播感染人类，这导致 RNA 病毒占人畜共患病病毒的 80%以上，是过去20年中重大流行病的罪魁祸首。除了高遗传变异性， RNA 病毒可以通过气溶胶传播，人传人的传播性很高。自 2000 年以来，所有主要的流行病和大流行性暴发都是由 RNA 病毒引起的。例如，甲型H1N1 流感病毒（2009/2010）疫情、埃博拉病毒（Ebola virus，EBOV）疫情（2014—2016）、寨卡病毒（Zikavirus，ZIKV）疫情（2015—）、基孔肯雅热病毒（chikungunya fever ，CHIKF）（2015/2016）及 3 次高致病性冠状病毒（coronavirus，CoV）感染疫情，包括 2002/2003年 SARS-CoV（severe acute respiratory syndrome-CoV）感染导致的非典肺炎疫情、2012 年 MERS-CoV（middle east respiratory syndrome-CoV）感染引起的中东呼吸综合征疫情和2019/2020 年SARS-CoV-2（severe acute respiratory syndrome-CoV 2）感染所造成的新冠肺炎 （corona virus disease 2019 ，COVID- 19）疫情。特别是，CoV引发的瘟疫呈现出越来越频繁的趋势， 由于缺乏疗效确切的特效药物， 给人类社会造成了极大的危害[4]。不容忽视的是，未来随时可能暴发的新型病毒是人类一直面临的巨大威胁，也让全球公共卫生体系面临严峻的挑战。 近期，世界卫生组织（WHO）提出要防御“Disease X”，即由目前未知的病原体（包括 SARS-CoV-2）引起的严重国际大流行的人类疾病（http://www.who.int/blueprint/priority -diseases/en/）。因此，研发广谱、高效的抗病毒备选药物对于应对当前疫情以及将来可能发生的新型病毒感染来说都是十分重要的[7-9]。本文从药物化学的角度， 精选近年经典案例， 从抗病毒药物研究的共同靶标、 共性环节、通用策略以及广谱抗病毒分子等方面总结了广谱抗病毒药物研发的普适性策略，期望对当下及未来的抗病毒药物研发提供参考。1 抗病毒药物研究的共同靶标1.1 合成糖受体 包膜病毒通常在进入细胞之前， 通过聚糖介导的相互作用与宿 主细胞膜上的蛋白质对接。研究者提出了一种通过使用合成糖受体（ synthetic carbohydrate receptors ，SCRs）来破坏这些相互作用，进而抑制病毒生命周期来 降低病毒传染性的方法。近期，SCRs 作为高糖基化包膜病毒的有效抑制剂，受到普遍关注。该类分子不但可以抑制病毒侵入，而且可以通过干扰包膜的糖分子， 使病毒暴露于宿主免疫系统中得以清除， 具有双重作用模式[10- 13] 。SCRs 已报道 具有抗 ZIKV、流感病毒和艾滋病毒（human immunodeficiencyvirus，HIV）活性， 有望成为抗登革病毒（denguevirus，DENV）及 SARS-CoV-2 等其他包膜病毒的 广谱抑制剂[14-16]。苯基硼酸作为顺式邻二醇的可逆结合基团， 是糖分子的有效配 体，可作为 SCRs 的关键药效团元素，用于设计广谱抗病毒分子[17]。1.2 靶向病毒膜的广谱抗病毒策略 由于脂质成分对于细胞膜的膜曲率和流动 性至关重要， 因此通过改变（降低或增加）脂质成分有望成为广谱抗病毒策略[18- 20]。例如， 一些阳离子的抗病毒肽（antiviral peptides，AVPs）在高浓度下具有类似洗涤剂的性质，可以导致病毒膜孔的形成及胶束化。多不饱和内质网-靶向脂质体（polyunsaturated endoplasmic reticulum‑targeting liposomes ，PERL）通过耗 竭细胞和病毒膜的胆固醇发挥广谱抗病毒作用；胆固醇耗尽会降低膜的流动性，影响病毒和细胞膜融合所必需的负曲率（图 1）。Figure 1 Broad-spectrum antivirals targeting viral membranes楔子状或倒锥状分子和一些嗜碱性抗病毒肽可以增加病毒膜脂双链的自发正曲率， 提高病毒融合蛋白介导的膜融合所需的能垒。同样，膜靶向 II 型光敏剂在病毒膜平面上产生的单层氧能够氧化不饱和磷脂并诱导病毒膜纳米结构的变化。氧化磷脂的簇合物导致脂质包装的差异化，降低流动性，增加正曲率，增加 分子脂质面积，减小膜的厚度。磷脂特异性抗体可以靶向病毒膜中丰富的特定磷脂家族， 例如磷脂酰丝氨酸， 进而阻止病毒的吸附和侵入。Figure 2 Chemical structures of CLR01 and CLR05大多数致病性病毒病原体都是包膜病毒。“分子钳”是靶向病毒膜的特殊化 合物，该类化合物的发现是受天然的“锁钥模型”的启发[21,22] 。“分子钳”选择性地与病毒包膜的脂筏区域作用，代表性的“分子钳”为 CLR01 和 CLR05（图 2）。CLR01 是赖氨酸和精氨酸特异性的配体，可以破坏 HIV 、EBOV和ZIKV等包膜病毒。CLR01和CLR05 对单纯疱疹病毒（herpes simplex virus ，HSV）、梅斯勒病毒、流感病毒和SARS-CoV-2等具有广谱抑制活性，但对非包膜病毒无效[23-25]。近日，清华大学研究人员从埃及伊蚊肠道内分离出的具有抗蚊媒病毒活性的色素杆菌新菌株 Chromobacterium sp. Beijing 入手，筛选并鉴定了两个对多种包膜病毒（DENV、ZIKV 、SARS-CoV-2、HIV 和 HSV）均有较强抑制作用的抗病毒效应因子 CbAE-1 和 CbAE-2。机制研究表明， CbAE-1 和 CbAE-2 通过其脂酶活性，直接破坏病毒包膜结构导致其失活。同时， CbAE-2 在人类细胞和小鼠上均表现出了较强的安全性，具有作为广谱抗病毒药物的潜力[26]。此外，病毒聚合酶镁离子螯合区域[27]、铁硫簇（iron-sulfur cluster）[28]、锌指结构[29]等也可作为广谱抗病毒药物发现的共性靶标。参考文献见【附件】参考文献 浅谈广谱抗病毒药物研发的普适性策略_徐淑静.docx

近日，大连化物所催化基础国家重点实验室二维材料化学与能源应用研究组(508组)吴忠帅研究员团队与单细胞分析研究组(1820组)陆瑶研究员团队，以及中国科学院深圳理工大学、中国科学院金属研究所成会明院士等合作，开发了高精度的光刻、自动喷涂和3D打印技术，研制出具有高系统性能和高集成度的小型单片集成微型超级电容器。 　　为适应小型化、可穿戴、可植入微电子设备的快速发展，需要发展具有小体积、高集成度、高性能和高兼容度的微型储能器件。平面微型超级电容器由于无需隔膜和外部金属连接线的特殊结构，同时具有可靠的电化学性能和易于调控的连接方式，在微电子领域有着重要的发展潜力。然而，由于缺少可靠的高精度微电极阵列制备和高效的电解液精确沉积技术，大规模制备高集成度、高性能的微型超级电容器仍具挑战。因此，急需发展创新性的微加工技术，来实现规模化、稳定性地制备高度集成、高性能、可定制的微型超级电容器。本工作中，合作团队发展了一种结合高精度的光刻、自动喷涂和3D打印技术的通用可靠策略，实现了高精度微电极阵列的大规模制备和凝胶电解质精确快速添加，研制出具有高面积数密度、高输出电压、性能稳定的集成化微型超级电容器模块。团队首先采用高精度光刻加工技术和高稳定性自动喷涂技术，制备出超小型集成化微型超级电容器，单个器件的面积仅为0.018cm2，器件间距为600μm，实现了面积器件数密度为每平方厘米28个，即3.5×4.1cm2区域内包含400个器件。随后，团队设计并发展了具有优异流变特性的凝胶电解质墨水，采用精确可控的3D打印技术，实现了极小区域内电解质的精确均匀添加，使得相邻单元微器件之间形成良好的电化学隔离，所得集成化微型超级电容器可以稳定输出200V的高电压，单位面积工作电压达75.6V/cm2，是目前已有报到工作的最高值。此外，该微型超级电容器模块在162V的极端工作电压下，循环4000次后，仍然保持92%的初始容量。该工作为超小体积、高电压微型功率源的发展奠定了一定的科学基础。 　　相关研究成果以“Monolithic integrated micro-supercapacitors with ultrahigh systemic volumetric performance and areal output voltage”为题，于近日发表在《国家科学评论》(National Science Review)上。该工作的共同第一作者是我所508组博士后王森和1820组博士后李林梅。上述工作得到国家自然科学基金、中科院A类先导专项“变革性洁净能源关键技术与示范”、大连市高层次人才创新支持计划、中国博士后科学基金等项目的资助。

面对当前我国环境问题在社会上引起的关注和讨论，环保队伍应当重点在讲政治﹑讲法治、讲策略上下功夫，不断提高对环保工作认识的高度、提升政策法规执行落实的力度、强化解决问题的韧度，进一步理清环保工作思路，不断开创工作新局面。 　　政治法制策略三方面入手 重点解决思想认识问题　　　　山东省临沂市的治污举措引起了社会广泛关注和激烈讨论。结合社会各界对临沂治污讨论情况和当前环保队伍思想认识上存在的突出及普遍性问题，笔者认为，环保队伍要重点在讲政治、讲法治、讲策略上下功夫，不断提高对环保工作认识的高度、提升政策法规执行落实的力度、强化解决问题的韧度，进一步理清环保工作思路，澄清模糊认识，在解决思想认识问题中不断开创环保工作新局面。　　　　一要讲政治，搞清楚为谁服务的问题，不断提高对环保工作认识的高度。从本质上讲，环保工作是一项民生工程，关乎国家未来发展。环境保护是一项捍卫人民群众权益、保障人民生命健康安全的艰巨任务。党、国家、人民把这一光荣使命赋予环保队伍，如果放纵、包庇、纵容环境违法行为，那就是对党、国家和人民不负责任，就是渎职、犯罪。从另一个层面上讲，拿着人民的“血汗钱”不为群众谋福利，这于公﹑于私、于情、于理都讲不通。环保队伍要结合当前正在开展的“三严三实”教育活动，结合本职岗位，不断加深对环保工作本质和内涵的理解、把握，增强对环保工作政治严肃性的认识，在大是大非面前保持清醒头脑，态度坚决、立场坚定，排除各种干扰，强化职责、使命、宗旨意识和增强政治敏感性。要把广大人民群众答不答应作为行动指南，把广大人民群众满不满意作为检验工作的唯一标准，自觉投身到这项为国效力、为民谋利的光荣使命中来。　　　　二要讲法治，清楚自己手中有什么武器，搞清楚手中装备的性能和威力，提升对环保政策、法规理解掌握的精准度和贯彻﹑落实﹑执行的力度。当前，基层环保队伍不敢、不会、不愿运用法规解决问题的现象较为普遍。一个很重要的原因是法治观念、法律意识不强，依据法规解决问题还没真正成为一种工作习惯和方法。这不仅影响了工作的正规化程度，还弱化了工作开展的力度和决心，致使部分同志工作起来瞻前顾后，放不开手脚。因此，环保队伍要充分认清法律法规对环保工作的重大意义，不断强化法治思维和依法行政意识。“工欲善其事，必先利其器”，要结合本职工作，加大对相关政策、法律、法规的学习，强化法治观念，在适用准确度和执行力度上下功夫，不断提高依据法律解决问题的能力。　　　　三要讲策略，清楚环保工作的阶段特征及内在的本质规律，强化环保工作开展的韧度。当前环保工作可以说是压力和阻力并存，各种矛盾、问题和利益错综复杂。各级党委、政府对环保的重视程度，人民群众的支持度及认可度，部门间配合协调的顺畅度，都直接或间接地影响着环保队伍的情绪和工作积极性。在巨大的压力、强大的阻力面前，一些同志要么选择离开、放弃，要么满腹怨言和牢骚。这些做法都是不理智的。我们要客观﹑理性、辩证地看待矛盾和问题，不能过于消极悲观，要认识到很多问题的存在是环保工作所处的历史阶段决定的，问题的产生、存在有其历史必然性和合理性。要把它们当作提升自我的磨刀石和查找工作不足的镜子，进而转化为进一步做好本职工作的动力。另外，要增强服务意识，提高做群众工作的能力，在做好关、拆、罚、治的同时，要积极化解矛盾纠纷，增强工作的系统性、延展性，积极采取各种有效措施最大限度地降低负面影响，帮助当事人解决实际困难和问题，积极协调有关单位和部门做好善后工作。人心是最大的政治，群众是环保工作的大后方。只有用真心才能换真心。没有群众的拥护和支持，环保工作将举步维艰。总之，工作要讲究策略和方法，不能盲目蛮干，要在学习、实践、锻炼中培养、塑造、树立新时期环保队伍“有胸襟、讲奉献、敢担当”的人格形象。(来源：中国环境报)

近日，大连化物所分子探针与荧光成像研究组（1818组）徐兆超研究员团队利用“缓冲”策略，发展了细胞内脂滴动态识别荧光探针LD-FG，该探针具有优异的光稳定性，可在空间超分辨成像的基础上实现高时间分辨率和长时间稳定成像，从而发现了多种新的脂滴动态过程。　　脂滴是维持脂质和能量稳态的关键细胞器，由中性脂组成的内核及包裹其外的单层磷脂组成。脂滴表面分布着多种蛋白，以调控脂类的储存、代谢及脂滴运动。越来越多的研究揭示，脂滴具有更多的生理功能，例如抗菌免疫能力、促进药物积累和激活能力、内核膜代谢能力、与其他细胞器相互作用以交换营养分子、作为癌症和衰老大脑神经认知功能障碍的标志物等。尽管对脂滴功能的机制缺乏研究，但已证实这些功能与脂滴生命周期的动态密切相关。揭示脂滴的动态有助于研究脂滴的功能机制和发现新的功能。然而，脂滴的数量、位置、大小和组成在细胞之间甚至在同一细胞内可能会有很大差异，脂滴的生命周期、时间和位置上也通常不可预测且难以观察。此外，这些事件在脂滴生命周期中的发生率仍然未知。这种细胞异质性和不可预测性要求用于探测脂滴动态的成像技术不仅具有对脂滴的识别能力，更需要具有较好的空间和时间分辨率，以及长时间的的稳定成像能力。　　超分辨荧光成像可突破衍射极限实现最高可达单分子的空间分辨，但荧光团易光漂白而迅速淬灭的问题使得超分辨荧光成像一直面临着时间分辨率低和成像时间长的挑战。因此提高荧光团的光稳定性是超分辨荧光成像面临的前沿问题。　　本工作中，徐兆超团队提出了“缓冲荧光探针”（buffering fluorogenic probe，BFP）的策略来解决脂滴动态成像中光稳定性的问题。“缓冲”策略（buffer strategy）是指在成像过程中，脂滴内部光漂白的荧光探针被外部周围新的和完整的荧光探针有效取代，即荧光探针交换速率大于漂白速率时，即可确保脂滴成像的光稳定性。该策略要求探针在脂滴外部时处于荧光淬灭的状态，并且在脂滴外具有较高的浓度以保证足够的缓冲能力。LD-FG有适中的脂溶性保证了既有足够的分子对脂滴进行荧光染色，同时又有足够比例的分子在脂滴外作为缓冲池。缓冲池不仅可以快速补充脂滴中的光漂白探针，保证了长时间荧光成像的光稳定性，还可以及时染色细胞中的新生脂滴，并接收脂滴减小或消亡中释放到外部的探针。　　基于LD-FG优异的光稳定性，团队借助结构光照明显微镜对脂滴的多种动态过程进行了高时空分辨率的成像，首次发现了两种新的脂滴融合模式，包括多个脂滴的同时融合和线粒体介导的融合；揭示了细胞不同区域和不同细胞之间的异质性；提出脂肪细胞分化过程中脂滴成熟的新模型，即首先进行快速脂滴融合，接着是缓慢成熟步骤；首次在细胞中观察到融合过程中的哑铃形中间形态，证明聚结（coalescence）并不像以前知道的那样罕见，而是在细胞中无处不在的。　　作为最小的生命单元，细胞是含有细胞器、分子复合物和功能单分子的多体系、跨尺度的复杂系统，不同尺度单元又根据其位置、结构、运动、浓度以及与其他功能单元的动态相互作用，精确、有序和协调地执行复杂多样的细胞功能，这使得细胞具有个体与系统性相统一、异质性、高度动态、不确定性等多种特征。团队期望“缓冲荧光探针（BFP）”的策略可以在未来用于开发针对更多不同细胞内生物靶点的光稳定探针，最终实现细胞内生物分子全景超时空分辨动态成像。　　相关成果以“Stable Super-resolution Imaging of Lipid Droplet Dynamics through a Buffer Strategy with a Hydrogen-bond Sensitive Fluorogenic Probe”为题，于近日发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。该工作的第一作者是大连化物所1818组博士研究生陈婕和博士后王超。该工作得到国家自然科学基金、大连化物所创新基金等项目的资助。

细胞异质性作为细胞系统中一种普遍存在的现象，受到生物研究领域的日益关注。在传统的群体分析中，单个细胞的独特差异往往被整体的平均值所掩盖，而这些被忽略的细节恰恰构成了细胞分化过程中的关键线索。随着微阵列芯片、核酸测序、质谱等技术的进步，对单一细胞进行基因组、转录组、代谢组和蛋白组分析已不再遥不可及。特别是核酸扩增技术的进步极大地推动了基因组、转录组在单细胞层面的测序技术的应用。尽管取得了这些进步，但在单细胞层面对蛋白质和代谢物的分析仍然面临重大挑战，这主要是由于它们的量有限且缺少有效的扩增手段。本文提出了一种新的策略，通过一次性单细胞蛋白质组和代谢组分析（scPMA），可以在单次LC-MS/MS分析中同时获取单个细胞的蛋白质和代谢物信息。通过这种策略，研究人员能够整合单个细胞的多组学数据，以深入理解细胞内部相互作用的网络和调控细胞状态的复杂机制。scPMA策略共包括以下三个部分（图1）：单细胞捕获及分离、纳升级样品预处理、一次性LC注入和质谱检测。前两个环节都是基于课题组前期自制的机械装置操作完成的，最后一部分才是scPMA策略的亮点。在常规分析流程中，由于蛋白质组和代谢组在物理化学特性上的根本差异，它们通常需要匹配不同的质谱检测技术。因此，在传统的样本预处理阶段，蛋白质和代谢物会被分离，随后各自经历特定的处理流程，并最终分别进行LC-MS/MS检测。然而，这些额外的分离和处理步骤不仅增加了分析的复杂性，而且往往不可避免地会导致样本的损失，特别是在处理单细胞水平的微量样本时，这种损失尤为显著，可能对研究结果的准确性和可靠性造成影响。基于此，作者希望能够开发一种易于使用的方法来实现同一单细胞个体的蛋白质组和代谢组同步分析。图1 一次性单细胞蛋白质组和代谢组同步分析示意图实际上，代谢物和蛋白酶切后的肽段在C18反相色谱柱上的保留时间是存在差异的。如图2所示，在作者设置的45 min梯度下，大部分A549细胞酶切的肽段在9至17 min的范围内就已流出（图2a），而此时流动相中乙腈的最高含量仅为40%。而A549细胞产生的代谢物则主要分布在17 min之后，只有极少部分是在17 min以前流出（＜10）（图2b）。导致这些现象的根本原因是肽段与代谢物之间疏水性的差异，因此，该策略更适合蛋白组与有一定疏水性的代谢物分析。得益于C18的有效分离，可以在色谱梯度的不同时间段针对不同的样本成分（肽段/代谢物）设置不同的质谱检测参数（图2c）。有效的色谱分离加与之匹配的双区域质谱检测便可实现一次性单细胞蛋白质组和代谢组双重分析。与之前的单组学的结果相比，scPMA策略在定量深度上并无明显差异（图2d-f）。图2 单蛋白质组和代谢组分析与scPMA的性能比较 通过scPMA策略，研究者们能够对单个肿瘤细胞（包括A549、HeLa和HepG2细胞）进行双重组学分析，平均定量了816、578和293个蛋白质以及72、91和148个代谢物。并利用UMAP聚类和随机森林机器学习模型，基于单细胞的蛋白质组、代谢组和双重组学信息，实现了对细胞类型的初步分类（图3、4）。根据结果可得知，细胞在代谢组中的异质性要大于蛋白组。图3 scPMA策略分析单个肿瘤细胞（包括A549、HeLa和HepG2细胞）图4 基于单细胞的蛋白质组、代谢组和双重组学信息对细胞进行分类随后，作者还利用scPMA方法在单细胞水平上研究了多柔比星对肿瘤细胞的诱导作用（图5）。对比药物处理组的各个单细胞样本发现给药后不同的单细胞在蛋白质表达上存在着异质性，这也是在群体分析中无法观察到的现象。与未给药的细胞相比，给药组共鉴定出255个差异蛋白(图5b、c)，一些肺癌细胞中过表达的蛋白显著降低。大部分的差异蛋白涉及的通路与DNA、染色质、核小体的合成有关（图5g）。同样，给药组和未给药组中鉴定出的代谢物也被用于UMAP聚类(图5d)和差异分析。差异分析结果(图5e、f)显示，93种代谢物有差异表达。其中，多柔比星仅在给药组检测到。值得注意的是，在给药组的各个细胞中，多柔比星丰度有明显的离散分布，甚至有10倍的丰度差异。这一结果表明不同的细胞个体具有不同的药物吸收水平，从而表现出明显的细胞异质性，这可能为进一步深入探索提供启发。基于差异蛋白质组和代谢组信息，利用MetaboAnalyst 5.0进行联合通路分析，分别富集出62条和234条相关通路。其中有37条显著相关的通路涉及的差异蛋白和代谢物与核糖体、DNA复制等药物作用机制有关（图5i）。图7.氘代差异分析流程示意图这些结果展示了scPMA策略在单细胞分析中的潜力，尤其是在药物干预研究中的应用前景。同时，这项工作也证明了一次性获取单细胞蛋白质组和代谢组信息的可行性，为未来在细胞分化、衰老和肿瘤免疫等领域的研究提供了新的工具。本文2024年发表在Analytical Chemistry上，One-Shot Single-Cell Proteome and Metabolome Analysis Strategy for the Same Single Cell。该文章的通讯作者是来自浙江大学化学系微分析系统研究所的方群教授。

本期山东大学药学院展鹏教授将分享精准药物设计策略浅析，以飨读者。“精准医疗”是以个体化医学概念为基础、与基因组深度测序技术、生物信息、大数据科学和其它医学前沿技术的交叉应用而发展起来的新型医学概念与医疗模式[1-3]。分子靶向药物，即精准药物设计，是实现“精准医疗”的物质基础（图1）。在分子靶向药物设计领域，首先要确证可用于治疗的药敏调控蛋白，然后通过结构生物学解析靶点三维结构，运用虚拟筛选、全新药物设计等基于结构的计算机辅助药物设计技术发现对靶蛋白具有亲和力的配体，进而通过初步的生物活性筛选进行确证；然后对苗头化合物进行结构优化及成药性评价发现具有临床开发前景的候选药物；在临床研究中，评价候选药物对对一种疾病不同状态和过程（疾病分型）、靶点家族不同亚型的效力，为最终实现疾病和特定患者的个性化精准治疗，进而为提高疾病预防与诊疗的效益奠定基础。目前精准药物设计策略主要分为六类：基于靶标结构的精准药物设计、基于靶标模板诱导型动态组合化学的配体“精准”组装、靶标-配体“精准”相互作用、精准“制导”化学合成（以C-H键功能化）、基于靶向递送前药策略的精准药物设计、精准药物设计的化学生物学基础——分子探针研究。图1 “精准医疗”与其相关学科的关系图示基于靶标结构的精准药物设计主要着眼于以下目的：提高靶点的亲和力、亚型选择性及化合物的抗耐药性。这种策略主要是针对蛋白靶标的结构，进行小分子抑制剂的设计和优化。基于靶标模板诱导型动态组合化学的配体“精准”组装开辟了使用相对较小的库组装很多的物质的途径，而不必单独合成每一个物质。它是发现具有高亲和力与特异性、具有亚型选择性或抗耐药性药物活性先导物的新策略[4-7]。靶标-配体“精准”相互作用既可用于提高化合物和靶标间的结合力，也可用于优化ADME/T性质。但靶标蛋白的结构是动态变化的，且药物-靶标之间的作用是十分复杂又相互影响的，需精确计算药物-靶标间的作用力。精准“制导”化学合成——以C-H键功能化为例，C-H键选择性活化常被用来构建和扩展分子骨架，或对复杂大型分子进行简洁明确的后期修饰，迅速讨论构效关系，或特异性地阻断代谢位点。基于靶向递送前药策略的精准药物设计可改善药物理化性质、增强化学及代谢稳定性、延长作用时间、提高生物利用度、增强血脑屏障渗透性以及减轻不良反应。精准药物设计的化学生物学以化学探针为“精准制导”的前哨“侦察兵”，从分子水平阐明重要靶标生物学功能的表型和作用机制，其研究手段为创新药物研究提供潜在新靶标以及针对新靶标发展活性分子，最终为相关药物“精准”设计与疾病“精准”诊疗带来突破。总之，“精准医疗”计划的实施将对药物发现领域产生深刻的影响，通过医药学多学科交叉合作，将大大促进基础研究的成果转化为疾病预防和诊疗的实际应用；同时从临床应用中提出新的科学问题回到药学基础研究，为精准药物设计提出新的研究思路和科学问题。参考文献[1] 何明燕 (He M Y)，夏景林 (Xia J L)，王向东 (Wang X D) 世界临床药物（World Clinical Drugs)，2015，(06)：418.[2] Collins F S，Varmus H. N. Engl. J. Med.，2015，372(9)：793.[3] 汤立达（Tang L D），徐为人(Xu W R). 现代药物与临床(Drugs & Clinic )，2015，4：351.[4] Hu X，Manetsch R. Chem. Soc. Rev.，2010，39(4)：1316.[5] Mamidyala S K ，Finn M G . Chem. Soc. Rev.，2010，39：1252.[6] Sharpless K B ，Manetsch R . Expert. Opin. Drug. Discov. ， 2006，1：525.[7] Corbett P T，Leclaire J，Vial L，West K R，Wietor J L，Sanders J K，Otto S. Chem. Rev. 2006，106：3652.作者简介：山东大学药学院药化所 展鹏教授展鹏，山东大学药学院教授，博士生导师，齐鲁青年学者，山东省杰出青年基金获得者。2005年、2008年、2010年于山东大学分别获学士学位、 硕士学位、博士学位。2012/11 - 2014/11，日本学术振兴会外国人特别研究员，国家留学基金委公派访问学者。从事抗病毒、抗痛风创新药物研究，研究方向包括基于合理药物设计与表型筛选的抗病毒创新药物研究（艾滋病、乙肝、流感、冠状病毒感染等）；基于药效团及作用机制的抗痛风创新药物研究；类药性化合物库构建与高效筛选方法研究。先后主持国家自然科学基金面上项目、山东省重大科技创新工程等项目10余项。以第一作者或通讯作者在Chem Soc Rev、J Med Chem、Elife、Acta Pharmaceutica Sinica B、Drug Discov Today、Med Res Rev、ACS Med Chem Lett、Eur J Med Chem等专业期刊发表SCI文章150余篇。共申请40余项国家发明专利（前三位），获得授权30项，第一完成人10余项。国际专利（PCT）3项。主编专著《基于靶标的抗艾滋病药物研究》、《Antiviral Drug Discovery and Development》，副主编教材1部，参编中英文专著3部。受邀在全国学术会议报告10余次，获“中国药物化学学术会议”优秀青年报告奖（2019）。获2016年中国药学会-施维雅青年药物化学奖、教育部全国百篇优博论文提名(2012)、山东高等学校优秀科研成果奖一等奖（2016）。入选World’s Top 2% Scientists 2020榜单。专家约稿招募：若您有生命科学相关研究、技术、应用、经验等愿意以约稿形式共享，欢迎邮件投稿或沟通邮箱：liuld@instrument.com.cn微信/电话：13683372576扫码关注【3i生仪社】，解锁生命科学行业资讯！

脂质纳米粒(LNP)是一种具有均匀脂质核心的脂质囊泡，广泛用于核酸药物的递送，近年来由于作为新冠病毒mRNA疫苗递送平台的巨大成功而备受关注。近期，围绕LNP从实验室筛选到工业化制备参数不一致和质量控制困难这一行业难题，中科大微纳米工程团队和化学生物学团队提出了LNP规模化制备放大的微流控新策略，发展了新芯片和新技术，并在siRNA递送和动物实验中实现了功能验证。相关研究工作近期已经被Nano Research接收并online发布。LNP制备方法很多，包括脂质体挤出法、薄膜水化法、纳米沉淀法以及微流控法等。近年来，通过微流控技术合成的mRNA 脂质纳米颗粒比传统的合成工艺更具优势，具有批次一致性良好、粒径可控、超低的PDI值、并且包封效果可达90%以上等优点。但是，基于微流控技术合成的LNPs在临床应用上面临着一个严峻的挑战：如何实现从早期开发到临床应用的稳健的制备规模放大。目前，制备放大的合成LNPs方法主要分为并行化策略和通道尺寸扩大策略。并行化策略需要复杂系统搭建，并在大规模生产时难以保持LNPs稳定性；通道尺寸扩大策略尽管能够实现稳定的大规模生产，但很难在不同流速下保持一致的粒径和尺寸分布。中科大工程学院褚家如教授团队的李保庆副教授与生命科学与医学部田长麟教授团队经过深入研究，提出了一种“等比例缩放通道尺寸”的可扩展化脂质纳米粒子合成策略。该策略通过在三个维度上等比例缩放惯性微流体混合器，实现了LNPs的可扩展合成。合作团队设计并构建了高效的惯性流体微混合器，通过结合三种惯性流体效应，实现了溶液的在更低流速下的快速混合。接着，将该惯性流体微混合器等比例缩放，通过高精度3D打印以及激光加工制备出不同通道尺寸的芯片，以实现不同通量条件下的LNP筛选与规模化制备的一致性。合作团队基于流体力学的相似性理论并利用无量纲分析开发了一种理论预测方法，通过控制混合时间在不同芯片上保持一致，确保合成的LNPs具有一致的粒径和尺寸分布。实验结果表明，利用等比缩放的芯片在相同的混合时间下合成的LNPs，具有一致的物理特性，平均粒径偏差不超过5%。合作团队成功合成了包载siRNA的LNPs，并在小鼠模型中验证了这些LNPs的相同的基因沉默能力。这一创新性方法为LNPs的大规模生产提供了实际可行的途径，将极大加速核酸药物研发向临床应用的转化。该工作7月23日被Nano Research杂志接收，中科大生医部、安徽省多肽药物工程实验室主任田长麟教授和中科大工程学院精密仪器系李保庆副教授为该文章的共同通讯作者，中科大工程学院博士研究生马泽森与中科院强磁场科学中心博士研究生童海洋为共同第一作者。相关芯片制备及算法均已申请专利保护。笔者了解到，mRNA在给药过程中非常依赖载体，也不可以通过交联和深层修饰来解决给药问题。确保mRNA本身的稳定性具有挑战性，而且由于其化学修饰的空间有限，所以通常必须使用脂质纳米粒 （LNP）作为载体给药系统。一直以来多数LNP产品研发生产仍以国际大药企为主，目前国内众多科研单位也在纷纷开展相关研究。微流控设备在LNP制备方面具有一定的优势，期待看到此次新芯片、新技术的带来LNPs产能的提高。相关阅读：回放视频合集|核酸药物研发与质控的技术盛宴

热门话题探讨：基因毒性杂质分析策略欢迎参加网上在线讲座 内容简介：杂质分析是药物研发、报批、QA/QC等环节均十分重要的工作。基因毒性杂质相对于常规杂质而言，其特点是在很低浓度时即可造成人体遗传物质的损伤，进而导致基因突变并可能促使肿瘤发生。本次讲座将立足有机质谱平台（含GCMS和LCMS），介绍安捷伦在基因毒性杂质分析方面的多种应对策略。 主讲人介绍：张政祥，应用工程师 会议时间：2016年1月12日（星期二）北京时间10:00-11:00 am 点击链接进行注册，参加此次讨论http://www.antpedia.com/webinar/86976.html

对化工企业而言，工业废水管理有利于提高效率，从而获得更多机遇。在制造业中，水起到至关重要的作用，可用于处理、加热、冷却、清洗或作为产品的重要成分。然而，工业用水中有90%或以上最终将成为废水1。在再利用或排放到环境之前进行废水处理通常会产生大量成本，但有时也会产生机遇。随着能源和材料成本不断的提高，且消费者和监管机构的要求也越来越高，全球有越来越多的行业面临着可持续性方面的问题。通过处理有毒的废水，化工企业可减少其水足迹并提高水的再利用率，从而实现更好的整体水管理。对于在缺水和干旱对生产造成威胁的地区运营的化工企业来说，水的回用尤其重要。此外，有毒物质排放可能会影响公司的声誉，公众会要求问责并采取行动纠正这种情况，包括更好的环境保护。然而，在废水管理方面，成本始终是化工企业的考虑因素之一。因此，尽量减少废水量成为减少废水处理成本的最佳途径。废水处理可根据流量和污染负荷，并结合排水质量要求，组合运用生物、化学和物理等处理手段。现场对水回收的投资可以快速抵消排放罚款和取水成本。这就是整个工厂的总体水足迹和水成本发挥作用的地方。为实现现场水回用，通常需要采用紫外（UV）、离子交换、活性炭、反渗透等先进的处理技术。水处理的要求通常取决于回收水的目的，比如：冷却水的水质要求低于锅炉给水。水处理策略与实践各种指导方针旨在限制制造业排放，鼓励工业更高效、更可持续地运营。例如欧盟成员国的工业排放指令，提出最佳可行技术（BAT，Best Available Techniques）和相关排放水平（AEL，Associated Emissions Levels），以指导各部门如何实现合规和改进。同样，美国《清洁水法案（Clean Water Act）》，也在不断发展，以推动废水处理的改进，避免污染或有毒事件。在企业层面，很多公司目前发布了环保项目和长期水质目标，并定期更新最新进展。虽然有部分目标可能相对较低，但对于股东、客户以及当地社区而言是负责任的表现。其中一项关键BAT技术是在关键位置监测关键工艺参数。出水口过往是首选的监测位置，但只有在上游增设监测才能真正实现优化和成本节约。为实现排水合规，必须确定废水的来源及其对废水处理造成的影响。运营方应创建工厂的水足迹图，以确定可能存在污染的区域以及有优化潜力的区域。然后，可根据水足迹图增设监测点，获取相关重要数据并做好水处理决策。通过水足迹图，工厂可确定目前的“痛点”并确保理解数据的目的所在。收集整个工厂的实验室数据通常是一个很好的起点。最初，如果多台工艺装置间没有变化，则可以认为它们是非关键点。但是，当处理阶段或处理步骤导致水质或水量发生显着变化时，运营方应将其视为关键控制点。为确定需监测的参数，除了原水和排水的质量之外，工厂需要仔细研究现场的处理方式和产品。如，在化工行业中，基础化学品或大宗化学品为塑料和聚合物，通常是能源行业和消费品的重要材料。因为原材料为有机化合物，所以此类化学品制造排放的废水通常含有极高含量的有机物，而且随生产发生剧烈变化。因此，为符合相关法规要求，很多制造商均设计采用缓冲罐来处理高浓度和低浓度。在特种化学品方面，材料由氮、硫、氯化合物等无机物制成。有时，环境或加工过程中的有机化合物会干扰纯度或加工效率。例如，氯碱生产使用饱和盐水和膜电解来生产氯和相关产品。回收盐水存在有机污染物积累的风险。有机污染会污染膜系统并导致计划外维护。跟踪污染物可以帮助保护膜系统免受损坏并保持生产力。除了温度、压力、流量、pH 值和电导率等物理和基本化学参数外，操作员还应考虑它们如何影响工艺控制、合规性和产品质量。就排放到环境中的物质而言，常见的关注参数包括有机物、无机物和营养物。有机物和营养物（碳、氮、磷）会导致藻类爆发和富营养化，影响当地环境，必须通过处理去除。这就是为什么监测和消除有机污染至关重要。检测方法许多地区检测需氧量是为了表明排放到环境中的有机物含量。生物需氧量BOD通过检测样品中化合物在五天或更长时间内的生物降解情况来实现这一点。由于消毒剂和清洁剂的干扰，其精度和灵敏度有限。化学需氧量COD使用强氧化剂（有时含毒性）在两到三个小时内化学分解样品中的化合物。然而，COD对有机物没有选择性，并且包括亚硝酸盐、氨和亚硫酸盐等无机物。含铁化合物也会影响COD检测的准确性。这使得在此过程中很难做出可操作的决策。例如，如果COD很高，很难确定它是来自有机物还是氨。由于重复性和灵敏度问题，如果废水中的BOD很低，低于20 ppm，则很难确保低于20 ppm的限值。总有机碳TOC通常是监测废水的首选，因为它不依赖使用有毒化合物，并在合理可行的时间范围内以适当的准确度（~2-5%）和精确度（~2-5%）提供读数。虽然历史数据库和许可证通常是针对COD编写的，但针对特定地点的评估对于转向TOC非常有价值。运营方通过将有机物氧化成二氧化碳，然后检测所得的二氧化碳来确定TOC。有多种技术可以检测TOC，包括TOC分析仪和尝试与分析仪关联的TOC传感器。传感器的缺点是，虽然速度更快，但它们存在干扰，关键化合物的回收率不足，并且只能捕获一部分有机物。TOC分析仪有不同的氧化技术和检测技术，具体取决于所需的应用。当检测与锅炉给水结合并产生蒸汽的回流冷凝水时，则所采用的技术必须能确定样品中确实不存在污染物。在这种情况下，灵敏度和速度是检测任何偏差的关键。对于其他应用，例如跟踪废水的负荷和污染度变化，稳固性是处理盐、固体、无机物和高有机负荷所需的关键属性。对于所有应用而言，与TOC检测技术同样重要的是TOC分析仪投入使用后以及整个工艺过程监测计划成功实施过程中的支持。除了性能之外，维护、附加参数、验证和自动化都是需要考虑的因素。在考虑成本和节水工作时必须考虑这些因素。分析工具旨在帮助回答问题并推动决策，因此企业可以从废水处理优化甚至现场回收的机会中受益。Sievers® TOC-R3在线TOC分析仪维护需求低、在线时间长，能使工业制造商提高盈利、避免停机、降低维护成本尽一切努力合规并提高可持续性改进工业用水管理为化工企业提供了确保遵守不断变化的法规、改善其公众形象、满足消费者需求、促进强大的环境和可持续文化并降低成本的机会。为了实现这些利益，企业必须衡量处理有效性、是否合规以及处理效率。除了废水优化之外，企业还可以通过监测策略了解与用水相关的其他潜在改进。例如，他们可以使用实际的清洁度数据来改善化学品和水的使用，而不是根据估计的清洁时间或循环次数做出决策。这些数据驱动的决策可以帮助化工企业避免过度清洁、最大限度地减少产品浪费并节省资源。他们还可以使用这些监测技术来跟踪蒸汽系统的供水，以保护热交换器、冷凝器等设备免受有害污染物的影响。控制工业用水能造福于各行业的制造商，原因不仅限于合规和成本，还因为管理工业用水能为改善运营、实现可持续发展目标和满足消费者需求，提供极佳的机遇。通过监测整个工厂的关键控制点，可减轻废水处理压力（特别是面向消费者的行业），从而更好地控制工业废水。改善污染跟踪的技术可帮助化工企业快速做出决策，确保合规并把握水回收和再利用的机会。作者：Amanda TyndallAmanda Tyndall是Sievers分析仪工业与环境市场产品经理。Amanda在水处理行业具有10多年经验。Amanda及其团队在工业和市政领域，通过从超纯水到废水检测的仪器解决方案，为客户解决水质挑战。Amanda拥有化学工程背景，获得范德堡大学（Vanderbilt University）学士学位和剑桥大学（University of Cambridge）硕士学位。参考文献"Water for Chemicals: Market Trends and Forecasts," 2023-2030. Insight Report. Bluefield Research. September 2023.◆ ◆ ◆联系我们，了解更多！

对欧盟GMP附录1进行的修订反映了与无菌产品生产有关的不断变化的制药领域的新见解和期望。它阐明了制药企业如何利用创新工具（例如实时监测和快速方法）来加强对过程的理解，以便更好地识别风险并确保患者的用药安全。对附录进行修订以反映监管和制造环境发生的变化以及根据质量风险管理（QRM，Quality Risk Management）原则对工艺、设备、设施和生产活动进行更好管理的需要。新指南考虑了技术进步，涵盖洁净室、设备和公用工程设计以及新的快速微生物检测方法（RMMs，Rapid Microbiological Methods）的部署。虽然QRM概念在制药行业并不新，但附录1介绍了QRM在无菌产品生产中的积极应用，以避免在最终产品中造成微生物、颗粒和细菌内毒素/热原污染。附录1为“所有无菌产品生产设施、设备、系统和程序的设计和控制”提供了一般指南，并通过污染控制策略（CCS，Contamination Control Strategy）来评估为确保产品质量和安全而采取的所有控制和监测措施的有效性。根据附录1，污染控制“包括一系列相互关联的事件和措施。”通常对其进行单独评估、控制和监测，但其综合有效性应该一起考虑。”过程监测创新技术为了实现更快、更便捷的过程监测和污染控制，制药企业寻求能够提供全面信息以支持关键放行检测的仪器和工具，包括对评估点进行微生物和化学监测，以对风险进行管理并允许进行主动决策。在考虑细菌内毒素、微生物限度、总有机碳TOC和电导率检测时，制药企业需要采用过程分析技术（PAT）和监测工具，以共同完成以下工作：1对数据进行跟踪并形成趋势2实现实时决策3优化正常运行时间4减少不合格结果（OOS）的调查5保持质量高标准使用PAT仪器能够使制药企业利用创新技术来加强对过程的理解，改善过程控制并抑制各种类型的风险。需要抑制的风险包括与以下相关的风险：时间业务过程患者附录1 - 在污染控制策略中需要考虑哪些关键领域？根据附录1，“CCS的开发需要详细的技术和工艺知识”，并且“应考虑污染控制的各个方面，同时进行连续和定期的审查，从而根据审查结果对制药质量体系进行适当更新。”指南列出了在CCS中要考虑的各种要素。关键领域包括：■ 人员■ 公用工程■ 过程■ 设施■ 设备■ 材料上述列出的关键领域并不详尽，但包括关键污染源，并强调哪些领域有机会引入技术以实现更便捷的过程控制。在实际运作中，各要素并不是以孤立的方式运作，这意味着这些要素之间经常有重叠，而过程控制作为其中的链接。每一个CCS都从质量文化开始在设计和实施污染控制策略时，一切都始于质量文化。CCS直接影响患者的安全，因此附录1鼓励使用创新技术来监控生产过程。这可能包括细菌内毒素、微生物限度、TOC和电导率检测用PAT仪器。借助强大的CCS和监测工具，制药企业可以降低调查不合格结果（OOS）的风险，从而降低成本和不必要的资源使用。关注质量，将过程控制放在首位，以确保达到产品标准，迅速发现和解决任何偏差，并确保患者获得安全有效的药物。微生物限度、细菌内毒素、TOC和电导率快速检测如何实现更快、更便捷的过程监测？以下是四种能够节省时间、确保合规和降低风险的技术：1快速微生物检测方法（RMM）传统微生物检测方法，如微生物限度和无菌检测需要数天甚至数周才能获得结果。这些检测不仅会延迟生产，而且还不能提供实时信息，从而无法做出当前决策。为了加快这些检测的速度，制药企业应考虑实施RMM，以获得可操作性的结果，并用于监测整个设施和生产过程。附录1指出：“制药企业应考虑采用适当的替代监测系统，例如快速微生物检测方法，以加快检测微生物污染问题并降低产品风险。”采用创新技术来加强对过程的理解应考虑使用快速/替代方法和连续监测系统，以保护产品免受细菌内毒素/热原、颗粒和微生物污染等潜在外来污染源的影响。特别是，制药企业应考虑RMM，其中微生物检测结果可以与平板计数相关联，否则所获得的信息或数据可能不具有可操作性。例如，与传统方法相比，用于微生物检测的高通量流式细胞术可以提供快速微生物检测结果——如Sievers® Soleil快速微生物检测仪，并且还可以将其与平板计数相关联。这允许用户对可能与CCS许多要素相关的数据做出可操作性决策，如设施、环境监测（EM，environmental monitoring）、人员、水系统、设备、清洁验证、最终产品、材料等。RMM有助于实现材料或包装在生产过程中更快的周转时间，从而可以更快地将这些材料和包装放行到生产过程中。相反，当采用自动荧光装置或另一种方法进行测量时，信息可能不与平板计数关联，从而限制了检测方法的价值以及进行可操作性决策的能力。当RMM关联到平板计数时，在CCS中采用这些方法将被简化，替代方法的验证将增强采用PAT的信心，以最大程度地缩短获得检测结果的时间并提高正常运行时间。2细菌内毒素旁线评估与微生物限度检测类似，细菌内毒素污染在任何制药企业都存在高风险，应尽可能对其密切监测。然而，近40年来，细菌内毒素污染药典检测没有太大创新，而传统方法又容易出错。现在，随着向心微流体技术的进步，能快速、简单地设置细菌内毒素检测试验，与传统方法相比，能快速提供检测结果。因此，在附录1中讨论的许多领域中（人员、设施、公用工程、设备、清洁验证、过程、材料等），微生物污染检测得以加快，同时风险也降低。目前，新技术比以往任何时候都得以被广泛接受，用于代替传统方法，尤其是当新技术提供更快、更易于操作的药典检测时。细菌内毒素检测和向心微流体技术就属于这种情况，可以提供更快速、更简单的合规性检测。熟悉传统细菌内毒素检测方法的人都很清楚96孔板和凝胶法测定是多么耗时。这些方法还需要由训练有素的分析人员来完成，并且容易出错，即使非常合格的技术人员也是如此。旁线细菌内毒素检测对于清洁验证、过程监测或实时检测非常有价值，但是对于这些应用，必须拥有易于使用且对分析人员而言培训要求最低的检测系统。通过使用微流体技术的Sievers® Eclipse细菌内毒素检测仪，在进行药典分析时，分析人员技能要求被降低，设置时间减少，但获得检测结果的时间被加快。制药企业可以使高技能分析人员从事分析优化工作或从事可以提供更大价值的其它分析工作。通过使用创新向心微流体技术来简化细菌内毒素检测，检测可作为CCS的一部分轻松进行。Sievers Eclipse提供了细菌内毒素药典检测方法，不需要训练有素的微生物学专业分析人员，并大大减少所需的移液步骤，从而使制药企业更快、更便捷地获得检测结果。微流体技术也有助于实现可持续性发展目标。与传统96孔板和凝胶法检测相比，在Sievers Eclipse中使用向心微流体，鲎试剂的使用减少了90%。当制药企业寻求技术以为其CCS和可持续性发展目标提供支持时，应考虑采用向心微流体技术，以更快、更便捷地进行细菌内毒素检测，从而节省资源。3水系统实时放行检测（RTRT）和连续监测附录1指出，注射用水（WFI）系统“应包括连续监测系统，如TOC和电导率，因为与离散取样相比，这些系统可以更好地反映整体系统性能。”最终，连续监测将为水系统可能受到的潜在污染水平提供更好的衡量标准。实施诸如TOC和电导率实时检测、采用微流体技术来旁线评估细菌内毒素或采用快速微生物检测方法来进行微生物限度检测成为在水进入上游生产过程前对污染进行检测的关键。这些检测方法最终会降低获得结果的时间，并优化整体的正常生产运行时间。Sievers团队为Sievers® M500分析仪和实时放行检测验证提供支持，使制药企业在其工厂中成功实施RTRT。当在工厂中采用任何新仪器时，都需要进行验证。对于采用过程分析技术来实施RTRT，过程验证是关键。从传统的基于实验室的检测过渡到在线放行检测，会存在固有风险，这些风险包括采用单一仪器来监测整个设施或整个水系统。额外的检测包括进行风险评估，以评估哪些使用点可能对过程和产品最为重要。一旦确定后，制药企业就必须了解其如何影响这些使用点的清洁度。以上为过程验证步骤的单个示例，还有更多与整个过程验证相关的示例。在Sievers分析仪团队的验证支持下，制药企业会对其采用合规的实时检测或监测策略来增强其污染控制综合措施充满信心。4清洁验证连续监测对清洁验证样品进行连续检测，以确保在生产过程中使用的设备没有残留污染。TOC和电导率能够全面反映产品携带的化学污染情况，但是制药企业仍经常在实验室分析清洁验证样品，从而对设备放行造成延误。对于TOC和电导率实验室分析，在隔离样品时也有可能引入人为误差。采用Sievers® M9分析仪进行在线TOC和电导率检测以进行清洁验证，可获得与设备清洁度相关的实时结果，使制药企业能够放心地将设备投入生产，优化正常运行时间，消除由于QC工作流程而导致的延迟，并最终减少与隔离样品有关的任何人为误差。由于制药企业能够实时进行趋势分析和控制，并实时对结果做出决策，这就加强了制药企业的污染控制策略。细菌内毒素和微生物限度检测是降低清洁验证程序风险的重要组成部分，因为即使在清洁或消毒后，在设备上仍可能存在革兰氏阴性细菌。然而，这些传统的检测方法需要更简单、更快速，才能用于清洁验证的旁线或过程监测工具。现在，通过采用向心微流体方法的Sievers细菌内毒素检测仪和快速微生物检测方法的微生物限度检测，制药企业能够使用易于使用并更快产生结果的仪器来降低与设备污染相关的风险。通过配合使用Sievers TOC和电导率分析仪进行在线清洁验证，制药企业可以全面了解清洁过程，并能够快速做出决策以最大程度地提高设备的正常运行时间和生产能力。结论通过细菌内毒素、微生物限度、TOC和电导率检测来开发污染控制策略可实现连续监测，以优化正常运行时间并在此过程中及早识别污染。对这些参数进行检测的创新技术与附录1中的指南保持一致，能够使制药企业更好地理解和控制过程，并最大程度地降低污染风险。用于连续监测和快速监测的Sievers分析仪能使制药企业更简单、更快地实现其CCS目标，最终更快地检测出污染，并通过药品生产过程质量管理体系更便捷地维持患者安全的最高标准。原文英文版刊登于《American Pharmaceutical Review》2023 INTERPHEX特刊，本文有所修改。◆ ◆ ◆联系我们，了解更多！

对欧盟GMP附录1进行的修订反映了与无菌产品生产有关的不断变化的制药领域的新见解和期望。它阐明了制药企业如何利用创新工具（例如实时监测和快速方法）来加强对过程的理解，以便更好地识别风险并确保患者的用药安全。对附录进行修订以反映监管和制造环境发生的变化以及根据质量风险管理（QRM，Quality Risk Management）原则对工艺、设备、设施和生产活动进行更好管理的需要。新指南考虑了技术进步，涵盖洁净室、设备和公用工程设计以及新的快速微生物检测方法（RMMs，Rapid Microbiological Methods）的部署。 虽然QRM概念在制药行业并不新，但附录1介绍了QRM在无菌产品生产中的积极应用，以避免在最终产品中造成微生物、颗粒和细菌内毒素/热原污染。附录1为“所有无菌产品生产设施、设备、系统和程序的设计和控制”提供了一般指南，并通过污染控制策略（CCS，Contamination Control Strategy）来评估为确保产品质量和安全而采取的所有控制和监测措施的有效性。根据附录1，污染控制“包括一系列相互关联的事件和措施。” 通常对其进行单独评估、控制和监测，但其综合有效性应该一起考虑。” 过程监测创新技术为了实现更快、更便捷的过程监测和污染控制，制药企业寻求能够提供全面信息以支持关键放行检测的仪器和工具，包括对评估点进行微生物和化学监测，以对风险进行管理并允许进行主动决策。在考虑细菌内毒素、微生物限度、总有机碳TOC和电导率检测时，制药企业需要采用过程分析技术（PAT）和监测工具，以共同完成以下工作：1 对数据进行跟踪并形成趋势2 实现实时决策3 优化正常运行时间4 减少不合格结果（OOS）的调查5 保持质量高标准 使用PAT仪器能够使制药企业利用创新技术来加强对过程的理解，改善过程控制并抑制各种类型的风险。需要抑制的风险包括与以下相关的风险：时间业务过程患者 附录1 - 在污染控制策略中需要考虑哪些关键领域？根据附录1，“CCS的开发需要详细的技术和工艺知识”，并且“应考虑污染控制的各个方面，同时进行连续和定期的审查，从而根据审查结果对制药质量体系进行适当更新。”指南列出了在CCS中要考虑的各种要素。关键领域包括：■ 人员■ 公用工程■ 过程■ 设施■ 设备■ 材料 上述列出的关键领域并不详尽，但包括关键污染源，并强调哪些领域有机会引入技术以实现更便捷的过程控制。在实际运作中，各要素并不是以孤立的方式运作，这意味着这些要素之间经常有重叠，而过程控制作为其中的链接。 每一个CCS都从质量文化开始在设计和实施污染控制策略时，一切都始于质量文化。CCS直接影响患者的安全，因此附录1鼓励使用创新技术来监控生产过程。这可能包括细菌内毒素、微生物限度、TOC和电导率检测用PAT仪器。借助强大的CCS和监测工具，制药企业可以降低调查不合格结果（OOS）的风险，从而降低成本和不必要的资源使用。关注质量，将过程控制放在首位，以确保达到产品标准，迅速发现和解决任何偏差，并确保患者获得安全有效的药物。 微生物限度、细菌内毒素、TOC和电导率快速检测如何实现更快、更便捷的过程监测？以下是四种能够节省时间、确保合规和降低风险的技术： 1 快速微生物检测方法（RMM）传统微生物检测方法，如微生物限度和无菌检测需要数天甚至数周才能获得结果。这些检测不仅会延迟生产，而且还不能提供实时信息，从而无法做出当前决策。为了加快这些检测的速度，制药企业应考虑实施RMM，以获得可操作性的结果，并用于监测整个设施和生产过程。附录1指出：“制药企业应考虑采用适当的替代监测系统，例如快速微生物检测方法，以加快检测微生物污染问题并降低产品风险。” 采用创新技术来加强对过程的理解应考虑使用快速/替代方法和连续监测系统，以保护产品免受细菌内毒素/热原、颗粒和微生物污染等潜在外来污染源的影响。 特别是，制药企业应考虑RMM，其中微生物检测结果可以与平板计数相关联，否则所获得的信息或数据可能不具有可操作性。例如，与传统方法相比，用于微生物检测的高通量流式细胞术可以提供快速微生物检测结果——如Sievers® Soleil快速微生物检测仪，并且还可以将其与平板计数相关联。这允许用户对可能与CCS许多要素相关的数据做出可操作性决策，如设施、环境监测（EM，environmental monitoring）、人员、水系统、设备、清洁验证、最终产品、材料等。RMM有助于实现材料或包装在生产过程中更快的周转时间，从而可以更快地将这些材料和包装放行到生产过程中。 相反，当采用自动荧光装置或另一种方法进行测量时，信息可能不与平板计数关联，从而限制了检测方法的价值以及进行可操作性决策的能力。当RMM关联到平板计数时，在CCS中采用这些方法将被简化，替代方法的验证将增强采用PAT的信心，以最大程度地缩短获得检测结果的时间并提高正常运行时间。 2 细菌内毒素旁线评估与微生物限度检测类似，细菌内毒素污染在任何制药企业都存在高风险，应尽可能对其密切监测。然而，近40年来，细菌内毒素污染药典检测没有太大创新，而传统方法又容易出错。现在，随着向心微流体技术的进步，能快速、简单地设置细菌内毒素检测试验，与传统方法相比，能快速提供检测结果。因此，在附录1中讨论的许多领域中（人员、设施、公用工程、设备、清洁验证、过程、材料等），微生物污染检测得以加快，同时风险也降低。 目前，新技术比以往任何时候都得以被广泛接受，用于代替传统方法，尤其是当新技术提供更快、更易于操作的药典检测时。细菌内毒素检测和向心微流体技术就属于这种情况，可以提供更快速、更简单的合规性检测。熟悉传统细菌内毒素检测方法的人都很清楚96孔板和凝胶法测定是多么耗时。这些方法还需要由训练有素的分析人员来完成，并且容易出错，即使非常合格的技术人员也是如此。 旁线细菌内毒素检测对于清洁验证、过程监测或实时检测非常有价值，但是对于这些应用，必须拥有易于使用且对分析人员而言培训要求最低的检测系统。通过使用微流体技术的Sievers® Eclipse细菌内毒素检测仪，在进行药典分析时，分析人员技能要求被降低，设置时间减少，但获得检测结果的时间被加快。制药企业可以使高技能分析人员从事分析优化工作或从事可以提供更大价值的其它分析工作。通过使用创新向心微流体技术来简化细菌内毒素检测，检测可作为CCS的一部分轻松进行。Sievers Eclipse提供了细菌内毒素药典检测方法，不需要训练有素的微生物学专业分析人员，并大大减少所需的移液步骤，从而使制药企业更快、更便捷地获得检测结果。 微流体技术也有助于实现可持续性发展目标。与传统96孔板和凝胶法检测相比，在Sievers Eclipse中使用向心微流体，鲎试剂的使用减少了90%。当制药企业寻求技术以为其CCS和可持续性发展目标提供支持时，应考虑采用向心微流体技术，以更快、更便捷地进行细菌内毒素检测，从而节省资源。 3 水系统实时放行检测（RTRT）和连续监测附录1指出，注射用水（WFI）系统“应包括连续监测系统，如TOC和电导率，因为与离散取样相比，这些系统可以更好地反映整体系统性能。”最终，连续监测将为水系统可能受到的潜在污染水平提供更好的衡量标准。实施诸如TOC和电导率实时检测、采用微流体技术来旁线评估细菌内毒素或采用快速微生物检测方法来进行微生物限度检测成为在水进入上游生产过程前对污染进行检测的关键。这些检测方法最终会降低获得结果的时间，并优化整体的正常生产运行时间。 Sievers团队为Sievers® M500分析仪和实时放行检测验证提供支持，使制药企业在其工厂中成功实施RTRT。当在工厂中采用任何新仪器时，都需要进行验证。对于采用过程分析技术来实施RTRT，过程验证是关键。从传统的基于实验室的检测过渡到在线放行检测，会存在固有风险，这些风险包括采用单一仪器来监测整个设施或整个水系统。额外的检测包括进行风险评估，以评估哪些使用点可能对过程和产品最为重要。一旦确定后，制药企业就必须了解其如何影响这些使用点的清洁度。以上为过程验证步骤的单个示例，还有更多与整个过程验证相关的示例。在Sievers分析仪团队的验证支持下，制药企业会对其采用合规的实时检测或监测策略来增强其污染控制综合措施充满信心。 4 清洁验证连续监测对清洁验证样品进行连续检测，以确保在生产过程中使用的设备没有残留污染。TOC和电导率能够全面反映产品携带的化学污染情况，但是制药企业仍经常在实验室分析清洁验证样品，从而对设备放行造成延误。对于TOC和电导率实验室分析，在隔离样品时也有可能引入人为误差。 采用Sievers® M9分析仪进行在线TOC和电导率检测以进行清洁验证，可获得与设备清洁度相关的实时结果，使制药企业能够放心地将设备投入生产，优化正常运行时间，消除由于QC工作流程而导致的延迟，并最终减少与隔离样品有关的任何人为误差。由于制药企业能够实时进行趋势分析和控制，并实时对结果做出决策，这就加强了制药企业的污染控制策略。 细菌内毒素和微生物限度检测是降低清洁验证程序风险的重要组成部分，因为即使在清洁或消毒后，在设备上仍可能存在革兰氏阴性细菌。然而，这些传统的检测方法需要更简单、更快速，才能用于清洁验证的旁线或过程监测工具。现在，通过采用向心微流体方法的Sievers细菌内毒素检测仪和快速微生物检测方法的微生物限度检测，制药企业能够使用易于使用并更快产生结果的仪器来降低与设备污染相关的风险。通过配合使用Sievers TOC和电导率分析仪进行在线清洁验证，制药企业可以全面了解清洁过程，并能够快速做出决策以最大程度地提高设备的正常运行时间和生产能力。 结论通过细菌内毒素、微生物限度、TOC和电导率检测来开发污染控制策略可实现连续监测，以优化正常运行时间并在此过程中及早识别污染。对这些参数进行检测的创新技术与附录1中的指南保持一致，能够使制药企业更好地理解和控制过程，并最大程度地降低污染风险。用于连续监测和快速监测的Sievers分析仪能使制药企业更简单、更快地实现其CCS目标，最终更快地检测出污染，并通过药品生产过程质量管理体系更便捷地维持患者安全的最高标准。 原文英文版刊登于《American Pharmaceutical Review》2023 INTERPHEX特刊，本文有所修改。北京新恒能分析仪器有限公司http://www.yaojian.com.cn赵经理：13701397969 服务热线：010- 59602519询价热线：010-59602317更多信息，扫描二维码关注微信公众号

急性心肌梗死（AMI）是全球主要死亡原因之一，心肌肌钙蛋白I（cTnI）是其首选的生物标志物，被认为是诊断急性心肌梗死的金标准。然而，来自不同试剂制造商的cTnI检测试剂盒的定量结果可比性差，其标准化已成为近二十年来的全球性难题。据报道，美国食品和药物管理局（FDA）批准的15种cTnI诊断试剂盒对同一临床样品的测试结果，最大差异可达200倍。这种显著的偏差是由于多种因素导致的，如血液中cTnI存在形式的复杂性，患者内源性抗体的影响以及检测系统的设计或选择等。此外，针对不同表位的抗体以及多种抗体之间的相互作用也给测量带来了潜在的影响。全文总结图（图源自Analytical Chemistry）2023年1月17日，中国计量科学研究院宋德伟研究员和南京理工大学周敏教授作为共同通讯作者在Analytical Chemistry发表了题为“ In-Vitro Diagnostic Reagent Evaluation of Commercially Available Cardiac Troponin I Assay Kits Using H/D Exchange Mass Spectrometry for Antibody-Epitope Mapping”的研究论文。该研究结合氢氘交换质谱法，表面等离子体共振分析和表面溶剂可及性分析等方法，针对cTnI开发了一种体外诊断试剂抗体评估策略，以分析诊断试剂抗体的抗原表位，并对抗体鸡尾酒（R195，F12，S13）和（D1，D2，pAb2）之间的相互作用进行表征。研究结果表明，抗体识别各种cTnI复合物形式的能力差异是不同制造商试剂定量结果偏差的重要来源，同时抗体自身的亲和力也会影响待测抗原的结合能力和效率，抗体的混合使用也存在着对试剂盒识别能力的潜在影响。通过对诊断试剂的抗体识别的表位进行筛选，可以从蛋白质结构的角度进行溯源，提高定量结果的一致性，有助于实现cTnI检测结果的标准化。由于蛋白质标志物具有结构复杂，活性多变等特点，从结构的角度研究蛋白质标志物的溯源，对提高蛋白类诊断试剂盒定量结果的准确性，促进检验结果标准化具有重要意义。这项技术除了可以实现对cTnI试剂盒抗体的快速评估筛选，还可推广应用于其它蛋白类诊断试剂的设计和开发，快速高通量地筛选拥有高效表位的优质抗体，包括发现生物标志物潜在的适合用于定量的位点，对于提高蛋白类标志物体外诊断试剂的准确性和标准化有着广阔的应用前景。原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c03946

作者：甘露雨 1,2 陈汝颂 1,2潘弘毅 1,2吴思远 1,2禹习谦 1,2 李泓 1,2第一作者：甘露雨（1996—），男，博士研究生，研究方向为锂离子电池安全性，E-mail：ganluyu@qq.com；通讯作者：禹习谦，研究员，研究方向为高比能锂电池关键材料、电池先进表征与失效分析，E-mail：xyu@iphy.ac.cn。单位： 1. 中国科学院物理研究所，北京 100190；2. 中国科学院大学材料科学与光电技术学院， 北京 100049DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0047摘 要 作为新一代电化学储能体系，锂离子电池在消费电子产品、交通动力系统、电网储能等领域具有重要的应用价值。然而，在锂离子电池的商业化进程中，安全性事故时有发生，影响了锂离子电池的大规模应用。本文从电池安全性的三个研究尺度：材料、电芯、系统，综述了与之对应的重要研究方法，其中每个尺度均包括基于物理样品的实验方法和基于计算机数学模型的模拟方法。本文介绍了这些方法的基本原理，通过典型案例展示了这些方法在安全性研究中的适用场景和作用，并探讨了实验和模拟方法之间的联系，着重介绍了材料热分析、材料加热过程中结构分析、电芯加速度量热分析、电芯安全性数值模拟等方法。基于对多尺度研究策略的系统综述，认为安全性研究需要在各个尺度联合同步开展。最后，展望了下一代锂电池，如固态电池、锂金属电池等，可能面临的电池安全性问题。这些新体系的安全性研究仍处于早期，其材料和验证型电芯的安全性研究是当前阶段值得关注的重要课题。关键词 锂离子电池；安全性；实验方法；数值模拟；固态电池；锂金属电池锂离子电池的研究始于1972年Armand等提出的摇椅式电池概念，商业化始于1991年SONY公司推出的钴酸锂电池，经历超过三十年的迭代升级，已经成熟应用于消费电子产品、电动工具等小容量电池市场，并在电动汽车、储能、通信、国防、航空航天等需要大容量储能设备的领域中展现出了巨大的应用价值。然而，自锂离子电池诞生开始，安全性便一直是限制其使用场景的重要问题。早在1987年，加拿大公司Moli Energy基于金属锂负极和MoS2正极推出了第一款商业化的金属锂电池，该款电池在1989年春末发生了多起爆炸事件，直接导致了公司破产，也促使行业转向发展更稳定地使用插层化合物作为负极的锂离子电池。如图1所示，锂离子电池进入消费电子领域后，多次出现了因电池火灾隐患而开展的大规模召回计划，2016年韩国三星公司的Note7手机在全球发生多起火灾和爆炸事故，除了引起全球性的召回计划外，“锂电池安全性”再次成为广受关注的社会话题。在电动交通领域，动力电池的安全性事故伴随着新能源汽车销售量的提升逐渐增加，据统计，中国在2021年有报道的电动车火灾、燃烧事故超过200起，电动汽车安全性成为消费者和电动车企最关心的问题之一。在储能领域，韩国在2017—2021年期间发生了超过30起储能电站事故，2021年4月16日北京大红门储能电站爆炸事故除导致整个电站烧毁外还造成2名消防员牺牲、1名员工失踪。随着锂离子电池的应用场景日益扩大，其安全性在工业界和学术界均引发了广泛的讨论和研究。图1 锂离子电池近年引起的安全事故在锂电池发展的早期阶段，产业界和学术界更关注锂电池发生安全性事故的本质原因，基于长期的认识积累，锂电池发生安全事故的本质可以总结为：电池在过充、过热、撞击、短路等异常使用条件下温度异常升高，引发内部一系列化学反应，引起电池胀气、冒烟、安全阀打开，同时这些反应会大量释放热量使整个电池温度进一步升高，最终各个化学反应剧烈发生，电池温度不可控地迅速上升，引起燃烧或爆炸，导致严重的安全事故，这一过程也被称为电池的“热失控”。电池从异常升温到热失控过程中存在多个重要的化学反应，它们与温度的对应关系如图2所示。图2 锂离子电池热失控的诱发机制随着锂离子电池的广泛应用，关于锂离子电池安全性的研究逐渐深入，从早期简单的描述现象和定性预测，发展为在多个尺度、采用多种手段研究安全性机理，基于精准测量和数值化模型准确预测电池安全性表现，最终提出应用化解决方案的综合性研究策略。如图3所示，目前对于电池安全性的研究一般从理解锂离子电池电芯的热行为出发，包括利用各类滥用条件测试确定电池的安全使用极限和失效表现，利用绝热量热等手段具体分析电池的热失控行为和特征温度，以及利用热失控数值模拟方法模拟电池的热失控表现；在认识电芯热行为的基础上，需要深入材料本质，利用热分析、物质结构和化学成分分析、理论计算等方法理解电芯发生热失控在材料层面的反应机制，从而为设计制造高安全性的电池提供基础理论的指导；此外，电芯作为电池系统的基础，其热失控行为的精准测量和准确模拟也为在系统层面设计更高安全性的电池系统和管理预警方案提供了理论指导。本文从材料热稳定性、电芯热安全性和大型电池系统热安全性三个尺度介绍安全性研究策略，着重介绍几种实验和模拟方法。基于商用体系锂离子电池的研究策略和成果，进一步探讨了这些方法对于产学研各界研发下一代锂电池所具有的重要意义。图3 锂离子电池安全性研究策略1 材料热稳定性研究锂离子电池发生热失控的根本原因是电池中的材料在特定条件下不稳定，从而发生不可控的放热反应。目前商业化使用的电池材料中，与安全性关系最密切的主要是充电态(脱锂态)过渡金属氧化物正极、充电态(嵌锂态)石墨负极、碳酸酯类电解液和隔膜，其中前三者在高温下均不稳定且会发生相互作用，在短时间内释放大量的热量，而现行常用的聚合物隔膜则会在140～150 ℃熔融皱缩，导致电池中的正负极直接接触，以内短路的形式快速放热。研究人员自20世纪末开始进行了大量材料热稳定性的研究工作，发展了以热分析认识材料热行为，结合形貌、结构、元素成分和价态表征综合研究内在机理的研究方法。近年来计算材料学的发展也为从原子尺度模拟预测材料的稳定性提供了新的方法和手段。1.1 热分析方法热分析是最直接和直观认识材料热行为的方法，指在一定程序控温(和一定气氛)下，测量物质的某种物理性质与温度或时间关系的一类技术。对于电池材料来说，一般关注其质量、成分、吸放热行为随温度的变化关系。质量与温度的关系可通过热重分析获得，吸放热与温度的关系可通过差示扫描量热法获得，TG和DSC可以设计在同一台仪器中同步测试，该种方法又被称为同步热分析。TG、DSC、STA等仪器通常采用线性升温程序，通过热天平、热流传感器等记录样品的质量、吸放热变化，由于发展时间较早，测试技术和设备工程化水平较为成熟，已成为认识材料稳定性最重要的测试手段之一。基于热分析结果可以确定材料发生相变、分解或化学反应的起始温度、反应量和放热量，但在锂离子电池中，往往更关心充电态材料在电解液环境下的稳定性和反应热。良好的热稳定性是电池材料进入应用的必要条件，而产热量和产热速度则影响电池热失控的剧烈程度。用于常规热分析样品的坩埚一般为敞口氧化铝材质或开孔的铝金属材质，为了研究材料在易挥发电解液中的热表现，需要使用自制或设备厂商专门提供的密封容器。Maleki等通过STA系统研究了钴酸锂/石墨圆柱电池中各种材料的热分解行为，由于电解液采用高沸点的EC溶剂，所以仅在敞口容器中便可以测试，研究发现全电池截止电压4.15 V时，脱锂态钴酸锂在178 ℃发生分解，产生的氧气和电解液反应释放大量热量，释放的能量达到407 J/g，嵌锂态负极的SEI会优先分解，温度在125 ℃之前，之后会出现持续的放热反应，释放能量为697 J/g，而当负极发生析锂后释放能量会上升到827 J/g，这一结论有力支持了近年来析锂电池安全性下降的报道。Yamada等利用DSC确认了充电态磷酸铁锂(LiFePO4)的稳定性很好，与电解液的反应温度大于250 ℃，放热量仅为147 J/g，显著低于层状氧化物材料。Noh等利用密封容器系统研究了不同Ni含量的三元正极材料Li(NixCoyMnz)O2，比较热分析结果发现脱锂态三元材料的热稳定性与Ni含量呈现负相关性，且在x0.6之后加速下降。材料经过改性后，其稳定性需要通过热分析进行确认，研究人员基于DSC发现核壳浓度、包覆等方法均能不同程度地提高正极材料的热稳定性。需要注意的是，热分析的数据质量与实验条件、样品制备方法密切相关，目前并没有严格一致的测试规范，文献中不同单位之间的测试结果横向对比性很差，很多电池材料的热稳定性尚缺乏准确定量的结论。除了DSC、TG外，还有一类特殊的热分析方法是利用加速度量热仪研究反应的起始温度。与常规热分析采用线性升温不同，ARC使用的升温程序是加热-等待-检索模式，即步进式地在每个温度点保持恒温，如果检索程序发现样品的升温速率超过0.02 K/min，则通过同步样品的升温速率保持样品处于绝热状态，从而跟踪样品的自加热升温过程，否则开始加热至下一个温度点进行恒温、检索。不难发现，ARC获取的是样品近似热力学上的失稳温度，由于检测精度高，获得的失稳温度往往比DSC、TG等方法获得的低很多。Dahn课题组基于ARC测试了大量材料-电解液体系的反应起始温度，基本均低于DSC数据中的放热主峰。事实上，Wang等在低升温速率的DSC测试中也发现充电态材料与电解液的放热起始点远早于剧烈的放热峰。这些信息表明材料失稳到完全失控的过程并不是突变式的，整个体系动态演变的过程仍然缺乏深入的研究认识。图4 (a) DSC基本原理；(b) 脱锂态正极-电解液的DSC测试结果1.2 物相分析技术电池材料在升温过程中发生相变和化学反应，其形貌、结构、成分和元素价态都有可能发生变化，这些变化需要基于对应的方法进行表征分析，如利用扫描电子显微镜观察材料热分解前后的形貌变化，利用X射线衍射和光谱学研究材料结构和元素价态演变。由于材料热分解和热反应存在显著的动力学效应，在加热过程中原位测试可以最大程度地还原物相变化的真实过程。目前较为成熟的原位表征技术主要有两类：一类是与热分析仪器串联使用的质谱、红外光谱等，可以实时监测物质分解产生的气体类型，判断材料加热过程中化学组成的变化；另一类是原位X射线衍射技术，通过特制的样品台，可以在升温过程中实时、原位测定材料的结构变化，目前全球多数同步辐射光源和一些实验室级的X射线衍射仪上都可以实现原位变温XRD测试。Nam等利用变温XRD发现脱锂态LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2结构在350 ℃向尖晶石转变，而加入电解液后该转变温度会下降至304 ℃。Yoon等在LiNi0.8Co0.2O2中发现了类似的规律，并发现MgO包覆可以改善脱锂态正极在电解液中的相变。图5展示了变温XRD和MS的联用技术，系统研究了不同Ni含量的脱锂态NCM三元正极在升温过程中的结构和成分变化，研究发现三元正极失稳释放氧气的过程与结构在高温下转化为尖晶石相的行为直接对应，且这一过程的起始温度随镍含量的上升显著下降，NCM523的起始相变温度约为240 ℃，NCM811则小于150 ℃，从体相结构的本征变化解释了高镍正极在电池应用中热安全性差的原因。以上工作都是基于同步辐射光源实现的，由于同步辐射提供的光源质量高、扫谱速度快，更适用于研究与时间相关的动力学问题。除此之外，近年来基于X射线谱学以及拉曼光谱实现同步表征的方法均有所发展。结合通过热分析手段观察得到的材料热行为信息，并对升温过程中材料物相变化的研究，可以更深刻地理解材料演变以及电池体系热失稳的动力学过程，为材料的安全性改良提供理论指导。图5 基于原位XRD和质谱对镍钴锰酸锂结构稳定性的研究1.3 计算材料学基于材料原子结构计算预测材料的全部性质是计算材料学家的终极追求。材料的热力学稳定性可以基于密度泛函理论计算。DFT中判断材料稳定性的依据是反应前后的能量差ΔE是否小于0，如果ΔE小于0，反应能发生，则反应物不稳定，反之同理。Ceder等在1998年就计算了LiCoO2脱锂过程结构相变的过程，计算结果与实验结果吻合良好。然而目前大多数热力学计算不考虑温度效应，且热力学只能作为反应进行方向的判据，无法预测反应速率等动力学问题，考虑温度和动力学计算则需要使用成本较高的分子动力学、蒙特卡洛或者过渡态搜索方法。相对于材料本身的稳定性，计算材料学对于计算预测两种材料间的界面稳定性存在一定优势。Ceder等计算了不同正极和固态电解质之间的稳定性，为选取界面包覆的材料提供理论指导。Cheng等利用AIMD模拟Li6PS5Cl|Li界面，发现界面副反应会持续发生，材料界面之间的副反应是自发发生的，与通常认为的界面钝化效应有所差异。此外，正极材料中的相变析氧、过渡金属迁移等问题的计算模拟也都处于初期开发阶段，仍需持续探索。总的来说，目前阶段材料层级的理论模拟技术与实验技术的差距仍然较远，需要研究人员的持续努力。2 电芯热安全性研究电芯指电池单体，是将化学能与电能进行相互转换的基本单元装置，通常包括电极、隔膜、电解质、外壳和端子。电芯的热安全性特征是电池工业界最关注的内容之一，它是电池材料热稳定性的集中表现，也是制定规模化电池系统安全预警和防护策略的基础。由于电芯内部具有一定的结构，其安全性会呈现一些在纯材料研究中不被讨论的特点，使得电芯安全性具有更广泛的外延和认识角度。工业上一般通过滥用实验来研究和验证电芯产品的安全性，近年来基于扩展体积加速度量热仪(又称EV-ARC)的安全性测试方法有较快发展，此外电芯安全性模拟方法也从早期的定性分析发展到可以准确仿真预测热失控进展的水平。2.1 滥用测试国际电工委员会(IEC)、保险商实验室(UL)和日本蓄电池协会(JSBA)最初定义了消费电子产品电芯的滥用测试，模拟电芯工作可能遇到的极端条件，通常分为热滥用、电滥用和机械滥用。常见的热滥用为热箱实验，电滥用包括过充电和外部短路实验，机械滥用包括针刺、挤压、冲击和振动等。企业和行业标准一般将电池对滥用测试的响应描述为无变化、泄漏、燃烧、爆炸等，也可基于附加的传感器和检测系统记录温度、气体、电压对滥用的响应。电芯通过滥用测试的标准是不燃烧、不爆炸。锂电池应用早期研究人员大量研究了电池对各类滥用测试的响应与使用条件、材料体系、充电电量等的影响，提出了各类滥用机制引发电池热失控的机理。滥用测试中最难通过的项目是针刺测试，近年来关于针刺测试的存废引起了较大争议，但提高电芯的针刺通过率仍是锂电池安全性研究的重要课题之一。由于滥用测试针对的是商用成品电芯和贴近真实的使用条件，目前更多作为电池行业的安全测试标准而非研究手段。2.2 EV-ARC测试早期的ARC只适用于研究少量材料样品的热失控行为，Feng等发展了利用EV-ARC研究大体积电芯绝热热失控行为的方法，研究的方法原理和结论如图6所示，由于EV-ARC的加热腔更大，所以需要更精准的控温技术和更严格的校准方案。基于EV-ARC测试可以定量标定出电芯热失控的特征温度T1、T2和T3，分别对应电芯自放热起始温度、电芯热失控起始温度和电芯最高温度，为评价电芯安全性提供了更精确定量的评价指标，标准化的测试条件可以帮助建立统一可靠的电芯热失控行为数据库，分析了不同体系电芯的热失控机理。Feng等利用EV-ARC首次提出正负极之间的化学串扰会引起电芯在不发生大规模内短路的情况下热失控，说明脱锂正极释氧是现阶段影响电芯安全性的关键因素。Li等研究快充后的电芯发现快充析锂导致T1大幅下降，说明析锂同样是电芯安全监测中需要重点关注的问题。以上这些问题都是在常规的滥用测试中难以定量验证的。图6 基于EV-ARC对电芯热失控的研究相比于普通的加热滥用实验，EV-ARC实验环境的温度由程序精确控制，获得的测试结果重复性更好、数据可解读性更高，近年来已成为评价和研究电芯安全性的重要手段。然而EV-ARC模拟的绝热热失控环境与真实的电池滥用工况仍有所差异，评价电芯的实际安全性仍需大量模拟真实严苛工况的测试手段。2.3 高速成像技术为了更直观地理解热失控过程中电池内部物质、结构的演化，研究人员发展了结合红外测温以及原位针刺等辅助功能的透射X射线显微方法如图7(a)～(c)所示。由于热失控往往是在极短的时间内发生剧烈的反应，同时伴随剧烈的物相、结构变化。这一特点给TXM表征方法提出了相当高的时间分辨率的要求。实验室X光源能够发射出的X射线光电子数量有限，采集一组TXM影像数据需要较长的时间。为了观察剧烈变化的热失控过程，Finegan等在欧洲同步辐射实验室(ESRF)使用同步辐射光源将TXM的曝光时间降低至44 μs，配合针内预埋的热电偶温度传感器，实现了对针刺发生时电池内部形貌与刺入点温度的同步监控。该团队利用这种手段研究了刺针纵向与径向刺入18650商业圆柱电池时电池内部热失控行为的差异。Yokoshima等采用实验室光源进行连续实时的透射X射线照相技术，也得到了软包电池在针刺过程中结构随时间变化的一组透射投影图。该方法以4 ms的时间分辨率较为清晰地观察到了针刺入软包电池后电池内部每一层材料的形变过程，以及针刺深度与热失控程度的对应关系。图7 基于X射线成像技术对电芯热失控的研究由于透射投影图只能反映某一方向上二维的信息，如果要对真实三维空间中物质的分布做精确地定量，需要借助计算机成像技术。如图7(d)所示，Finegan等利用同步辐射光源X射线高亮度的特征，在欧洲同步辐射装置(ESRF)的线站上搭建了一套集合原位红外加热、红外测温与高速CT的装置。使用红外加热，实现在线的18650电池升温，同时进行连续的X射线CT成像。连续扫描的TXM投影图能够反映极高时间分辨率的热失控电池内部情形。基于每500张TXM重构得到1个X射线CT结果能够达到2.5帧每秒，实现了一定时间分辨率的电池内部空间分布成像。通过CT结果能够清晰地看到热失控过程中各个阶段的电池材料变化，如电极活性物质层破损、铜集流体融化再团聚等。结合TXM技术获得的投影图和高速X射线CT结果，可以清晰认识热失控过程中电池内部不同位置各个材料的反应、产气、结构破坏等失效行为。另一方面，配合诸如针刺、红外加热、挤压、拉伸等原位实验，可以帮助研究与理解电池的各类宏观失效行为。2.4 电芯热失控数值模拟电芯安全测试的维度广、涉及的测试项目多，通过实验评价电芯安全性需要大量样品和时间成本。同时，产品级电芯的研发周期长、成本高，安全性评估往往处于电芯研发周期的后端。通过数值模拟方法预测电芯安全性测试表现可以大幅度降低实验成本，且在产品研发的前期便对体系的安全性做出判断，大大提高研发效率。电芯热失控数值模型的核心是准确描述电芯热失控过程中的化学反应及吸放热量，从而基于能量守恒模拟电池温度在不同条件下的动态变化。化学反应的吸放热一般通过Arrhenius公式描述 (1)式中，图片指反应的产热量；图片为反应物的质量；图片为反应单位质量的吸放热；α为反应的归一化反应量；图片为机理函数；图片为反应的指前因子；图片为反应活化能。通过热分析实验可以测定求解以上参数，这也是热分析动力学的基本问题。电芯升温过程中内部会发生多个反应，它们对电芯升温的贡献可以看作线性叠加，通过准确描述所有反应即能较为精准地预测电芯在不同条件下的温度变化行为 (2)上述方程中，图片为电芯密度；图片为等压比热容；图片、图片、图片为电芯中沿各个方向的热导率；图片为对所有化学反应的产热速率求和；图片为电池与环境换热所引起的能量变化。预测温度变化需要求解二阶含时偏微分方程，如果认为电池中的反应和空间无关，电芯温度均匀上升且电芯体系与外界无热交换，也可简化为一阶微分方程 (3)基于该理论，Hatchard等将电池中主要的化学反应总结为SEI分解、负极-电解液反应、正极-电解液反应、电解液分解反应，计算了方形和圆柱电芯在热箱中的热行为。Spotnitz等总结了早期文献中的反应动力学参数，并基于均一电芯模型系统预测了不同材料体系的电芯在各类滥用测试中的表现。通过理论模拟，可以仅基于少量小规模实验数据对实际电芯的安全性表现进行系统预测。Feng等、Ren等基于热分析动力学和非线性优化算法重新标定了电池中关键反应的动力学参数并进行了更准确的热失控模拟，他们的模型利用DSC测试获得的参数准确预测了电池在ARC中的热失控表现，可以进一步用于预测热箱、短路等条件下的安全性。需要指出的是，不同材料体系、配方和工艺的电芯中涉及的反应机制和动力学可能存在差异，如近年来电芯内短路、正极-电解液反应和正负极化学串扰三者是否均在热失控过程中主导发生的问题引起了广泛争论，安全性的数学模拟并非空中楼阁，而是建立在具体实验和对电池内部化学反应深刻理解的基础上。由于算力的限制，早期的安全性仿真工作大多不考虑温度空间分布或只计算一维分布，而空间分布在大容量电池和真实工况中是不可忽略的，Kim等、Guo等较早提出了描述热失控温度分布的三维电池模型。近年来数值计算方法的发展和商业计算软件的成熟大幅降低了安全性模拟仿真的难度，Feng等利用商业化的有限元计算软件Comsol Multiphysics建立了大容量三元方形锂离子电芯的热失控仿真模型，可以模拟电芯在短路状态下热失控过程和温度的分布，与实测有较好地拟合结果。除了电芯的热行为，电滥用和力学失效对安全性也存在一定的影响，目前，通过构建电-热耦合模型研究电池非等温电化学性能和短路热失效表现的方法目前已较成熟[59-60]，而力学失效如碰撞、针刺等引起热失控的数值模型仍需要持续地开发。3 系统热安全性研究电池系统的安全性是目前锂电池应用面临的最直接问题，其研究重点是系统中热失控的扩展规律与抑制、预警措施。目前商品化电芯的热失控无法完全避免，在系统层面防止热失控扩展是可能的安全性解决方案。在系统层级开展实验研究的成本较高，但难以避免，在模拟仿真的辅助下可以提前预测优化系统设计，降低实验成本。3.1 热失控扩展和火灾危险性测试电池系统热扩展的实验研究成本和危险性较高，主要方法是通过加热、过充、针刺等方式诱发电芯单体的热失控，并利用接触式热电耦、红外测温等手段研究温度在系统中的分布和变化，这种方式只能获得局部多点的热失控信息。Wang团队在国内首次开发了全尺寸锂离子电池火灾危险性测试平台，用来测量大尺寸动力电池及电池组的燃烧特性，除了可以获得电池温度变化外，还可以获得电池组失控过程中的质量变化、火焰温度等信息，同时基于锥形火焰量热等技术可以测定大型电池系统宏观燃烧所释放的能量。与电芯EV-ARC等方法获得的信息不同，在真实环

日前,绿色和平组织发布调查报告称,其购自同仁堂、云南白药、天士力、九芝堂等九家品牌药店的多种常用中药材,超过七成被检测出含有多种农药残留。 　　中药被检测出含有多种农药残留,可以说是在意料之中。按照时下的管理模式,不出现这种状况反倒不正常。由于天然中药材的日益减少加上资本炒作,中药材的化学生产现象越来越严重。再加上中药材种植的散、乱、小的格局没有得到根本性改变,以及中药材生产、保证中药材质量的标准没有得到很好的执行,这让中药已经面临系统性危机。 　　农药残留的问题跟《药典》相关标准缺乏有关,但这并不是问题的根本。在国际中药植物市场,日本占据了国际中草药市场份额的80%,韩国占据10%。其所用的中药材,80%都是从中国进口的。如果说出口的中药材能够达到日本那样严格的标准,说明国内中药材的质量足以提供保障,相应的监管体系也能发挥作用。真实的原因恐怕在于,如同乳业一样,对于中药材的监管实行的是&ldquo 内外两张皮&rdquo 的标准。 　　时下的中药发展遇到了很多制约因素,首先是管理体制不适应。在现行的管理体制中,发改、科技、卫生、农业、中医药、食品药品监管局等&ldquo 九龙治水&rdquo 的局面,导致各自为战,难以形成合力。其次是中药发展缺系统性的规划,行业散乱差现象没有得到治理,产业机制不健全 再次,中药材从种植到生产缺乏相应的标准,使之处于自我控制和约束的状态,过度的采集导致野生中药材资源面临枯竭,而人工种植的技术水平相当落后。最后是相关扶持政策落实不力,重视中药产业的发展还处于口号阶段。 　　解决中药农药残留应从整个体系建设入手,改变依赖化学生产方式,破解农药残留之困不过是基础工作之一。中药材质量问题要达到标本兼治,就必须从根源入手。一是应构建健全而先进的标准体系,使之达到和超过国际标准,比如农药的残留等要力求最低化 二是应构建相应监管法律依据,尽快启动和促成《中医药法》的立法,将中药监管纳入法制化轨道 三是要完善现有的监管体制,变&ldquo 九龙治水&rdquo 为&ldquo 主体责任&rdquo ,使管理责任能够真正落实 四是要构建中药材发展的国家规划,在做好相关产业研究的基础上,加大产业布局和实施,将其做大做强。

荧光传感作为一种快速可视化、高特异性、简单便携和高性价比的检测技术，经历了从以实验方法为导向到以分子设计为导向的发展历程。科研人员在构象依赖型暗态发射荧光探针分子设计策略方面投入了大量的努力。其中，通过精确调控分子结构扭转，构建荧光发射禁阻跃迁的扭转分子内电荷转移(TICT)，对于消除背景荧光、提升荧光点亮传感性能具有重要意义。然而，如何通过简单外界环境变化以调控荧光探针扭转能力的设计鲜有报道，这严重限制了TICT原理的拓展应用。针对于此，中国科学院新疆理化技术研究所痕量化学物质感知团队创新性地提出了一种背景荧光信号完全消除的新策略：通过化学酸化控制氨基质子化，进而引入激发态分子内质子转移(ESIPT)、空间位阻效应和共轭效应，从热力学与动力学层面极大促进了TICT过程的旋转效率。 　　为了验证该策略的可行性和通用性，研究人员采用密度泛函理论(DFT)以及含时密度泛函理论(TDDFT)，对(2-(2-氨基-4-羧基苯基)-苯并噻唑(邻苯噻唑)，o-BT)探针分子及其他9种结构类似分子进行了势能面扫描过渡态计算、电子空穴激发分析以及从头算分子动力学(AIMD)等理论模拟分析。结果表明，质子化o-BT探针激发态质子转移过程的反应势垒在热力学/动力学上具有明显优势；其次，结合激发态分子内氢键增强过程，o-BT探针的ESIPT光异构化过程被显著促进；再次，质子转移发生后质子给体氨基释放出的孤对电子在激发态条件下与苯环发生共轭；最后，质子给体氨基与转移后的H原子之间得以产生较强的空间位阻效应。以上三个效应耦合大大降低了系统能量，增加了电子和空穴在空间上完全分离的TICT构象形成概率，实现了背景荧光的完全消除。借助该策略，实现了直径最小为0.44 μm(~1 pg)的亚硝酸盐颗粒的超灵敏荧光点亮检测。 　　该研究成果有望为设计开发超灵敏、实时、精准响应的高性能荧光探针提供理论思路和依据。相关成果以“A General Twisted Intramolecular Charge Transfer Triggering Strategy by Protonation for Zero-Background Fluorescent Turn-On Sensing”为题发表在《物理化学通讯》(The Journal of Physical Chemistry Letters)杂志上，博士研究生李继广为第一作者，窦新存研究员和雷达博士为通讯作者，中科院新疆理化所为唯一完成单位。同时，基于该工作的创新性，被杂志选为Supplementary Cover封面论文。该研究工作得到了自治区重点实验室开放课题、国家自然科学基金面上项目、中科院从0到1原始创新项目、新疆维吾尔自治区杰出青年基金等项目的资助。质子化-激发态分子内质子转移(ESIPT)-扭转分子内电荷转移(TICT)策略实现皮克级亚硝酸盐荧光点亮检测示意图

p 　　近年来，我国 a style=" color: rgb(255, 0, 0) text-decoration: underline " title=" " target=" _self" href=" http://www.instrument.com.cn/application/industry-S02.html" span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 环境 /strong /span /a 标准制订工作取得长足进展，发布的标准种类多、覆盖面广，较好地指导了生态建设和污染治理等工作。 /p p 　　环境标准是一个内部逻辑关系严谨，结构相对完整的体系，要求监测方法能够准确检测受关注污染物的浓度，制订的质量标准能够确保环境安全，发布的污染物排放标准能够控制企事业单位对环境产生的危害。此外，推荐使用的技术规范和环保产品等要为企事业单位治理污染、环保产品生产和设备运营维护等提供参考。由此可见，虽然每个标准都是独立发布的，但要注意与其他相关标准的衔接，提升环境标准制定工作的系统性。 /p p 　　首先，监测方法标准应构建一种化合物(元素)多种分析方法、一台(套)设备能分析多种化合物(元素)的格局。就化合物(元素)与分析方法的对应关系而言，要立足于每种化合物(元素)有可利用的分析方法开展检测，并且按完全成熟的标准、推荐使用或科研探索的方法等类别设置体系，方便实验人员根据工作目的有针对性的选用。当前发布的监测方法已很多，但体系是否达到了完备程度，要进一步梳理、检验。一是以化合物(元素)为主线，在其后列出各种现行有效的分析方法。二是以分析仪器为中心，列出用其可分析的化合物(元素)，两者交叉比对，就能发现仍存在的空白分析方法。完善监测方法标准，要按填平补齐的原则，优先把基础性的或使用频率较高的化合物(元素)分析方法建立起来，以满足常规监测和部分特殊监测的需要。最好是全面回顾性评价后，列出急需填补的空白方法，技术招标确定编制单位。 /p p 　　其次，环境质量标准与维持生态系统功能、保护物种多样性和提高人体健康水平等环境保护目标直接相关。环境质量标准的制订是一个非常复杂、周期较长的过程，而且需要动态调整。曾经有美国科学家把多种重金属和有机物按安全浓度最高允许值配成混合液，将实验鱼放进去后还是中毒死亡了，这表明单一化合物(元素)的质量浓度是安全的，但一旦发生复合污染，安全性就失去了保证。环境质量标准可探索以长期的医学观察和动物实验为基础来制订，特别是妥善处理参考国外标准和自主研究定标的关系，体现中国国情特色。尤其是使每项环境质量标准值的确定有科学解释，经得起检验。 /p p 　　第三，处理好质量标准与排放标准的关系。排放标准容易与环境质量标准发生冲突，有可能出现每个企事业单位都做到了达标排放，但由于产业过分密集环境质量仍不能达标的情况。笔者曾现场调查过一个氨氮经常超标的环境质量监测点位，造成不达标的主要原因是污水处理厂离交接断面不远，且沿途集水面小，新水注入量不大。达标排放的污水按地表水质量标准考核，导致超标现象经常发生。然而，排放标准又不能无限严格，必须考虑当前的经济技术条件。制订排放标准，要根据环境容量和质量标准反推，也要综合考察当前可利用治理技术并估算成本。 /p p 　　最后，各类技术规范和环保产品标准等应受到更多关注。环境质量标准等论证的是某个数值的科学性，而技术规范则保证数值的可达性。没有治理技术或成套环保产品等的支撑，环境质量和排放标准落实就会面临困难。环境质量和排放标准是基础性研究，技术规范等则是应用研究，两者互为补充，互相促进。 /p p 　　综上所述，环境标准应科学划分板块，均衡编制。其中，监测方法是基础，是认知污染物的基本手段 环境质量标准是根本，起到保护生态系统、物种或人体健康的作用 排放标准是工农业生产生活的底线，要发挥约束排污行为的效力 技术规范和环保产品标准等则是重要工具，指导从源头减少污染物排放。几大技术板块互为依存，彼此支持，尤其是技术规范和环保产品标准等，是防治污染、保护环境的关键，要给予足够重视。排放标准要与技术规范和环保产品标准等紧密结合，排放标准的提出一定要有可利用的治理技术作支撑，两者应高度融合。 /p

近十年来，荧光激活液滴分选技术（FADS）快速发展，已成为一种强大的超高通量筛选工具，广泛应用于酶、代谢产物和抗体筛选。高灵敏度荧光偶联策略（FCSs）是FADS应用拓展的关键技术，可将酶活性、代谢产物浓度、抗体亲和力等性质与荧光信号进行偶联，实现目标物质定量检测，是FADS应用发展关键环节之一。截止目前，一系列FCSs已经被开发，极大地扩展了FADS的应用（图1）。 图1. FADS系统工作流程图展示 　　近日，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所-医药酶工程研究中心-马富强研究员团队针对FADS在国际TOP期刊 Biotechnology Advances上发表了题为“Fluorescence coupling strategies in fluorescence-activated droplet sorting (FADS) for ultrahigh-throughput screening of enzymes, metabolites, and antibodies ”的综述论文。 　　该综述系统性回顾了十多年来不同分析物质（酶、代谢产物、抗体）荧光偶联液滴微流控研究最新进展，并根据荧光偶联策略原理，将其分为四大类，包括荧光底物分析策略、酶联荧光分析策略、基于生物传感器荧光偶联策略、基于抗体亲和力荧光偶联策略。作者分别介绍了四类FADS的原理，并将各类策略液滴微流控研究进展进行了分析和总结。 　　荧光底物分析策略是酶筛选中最常用的荧光偶联方法之一。通过将荧光团与特定的官能团共价结合，以阻止其产生荧光信号。当目标酶催化荧光底物释放官能团，生成的荧光团产生荧光信号，其信号强度应与酶活性成线性关系，从而实现定量检测。在过去十年中，已有多种荧光底物被设计、开发并应用于给类酶活性检测中，包括水解酶、氧化还原酶、和裂解酶等（表1）。与此同时，荧光底物策略可用于宏基因组文库筛选或者难以培养的细菌群体中鉴定新的酶、新进化的催化酶。 　　表1 荧光底物策略在酶筛选中应用案例 　　FADS技术可以从大型突变库或难以培养的混合环境样品中筛选出所需的酶或细胞，但这些筛选所针对的大多数自然酶或代谢产物都是非荧光性的，不适合FADS系统。酶联荧光分析策略成为FADS应用另一关键技术，可将非荧光代谢产物的浓度或酶活力转化为荧光信号，实现荧光定量检测。该综述对一系列的酶，如氧化酶、还原酶以及转移酶等，偶联相应底物特异性氧化酶，实现酶活力或代谢产物浓度分析和检测（表2）。 　　表2 酶联荧光策略在酶及代谢产物生产菌株筛选中的应用案例 　　生物传感器是基于目标分析物与检测信号成线性关系，通过信号强度进行分析、检测、定量的一类装置。荧光生物传感器是一种基于荧光分子产生信号的生物传感器，可设计多种识别元件，包括适配体、抗体、酶等。其中，适配体由RNA或DNA寡核苷酸构成，可特异性地结合目标分子，是生物传感器理想的识别元件。将荧光分子纳入设计中，在荧光强度发生变化时可以监测目标分子与识别元件的结合，实现目标分子的实时检测和定量分析。这些生物传感器在多种场合中均有应用，包括体外试验和体内成像。基于此，该综述主要介绍了基于转录因子(TF)的荧光生物传感器(即基于抑制型-或激活荧光生物传感器)、基于RNA的荧光生物传感器以及基于FRET的荧光生物传感器，有效地将目标分析物浓度及性质转化为FADS超高通量筛选中的荧光信号。 　　表3 基于生物传感器荧光偶联策略在酶及代谢产物生产菌株筛选中的应用案例 　　抗体广泛用于研究和临床诊断，并用于治疗各种疾病。近年来，治疗性单克隆抗体数量在市场上显著增加。2021年全球单克隆抗体市场规模为1144.3亿美元，预计到2025年将增长至1795.6亿美元，年增长率(CAGR)估计为2021年至2025年11.9%。2022年全球销售最高的药物中有几种是抗体药物，包括Humira，Keytruda，Stelara和Opdivo。这凸显了抗体作为治疗感染、自身免疫和肿瘤性疾病的强效治疗剂的重要性。单克隆抗体可以通过噬菌体展示和相关技术高效筛选结合。然而，由于常规杂交瘤筛选中只能容纳几千个克隆体，成本高、通量低。FADS在抗体筛选应用中优势突出，皮升或纳升级别的反应体系降低了成本并增加了通量，使得抗体分泌的定量、高灵敏度、实时动力学测量成为可能。本综述中，基于抗体亲和力作用，分别介绍了荧光聚集分析技术、酶活性抑制分析技术、亲和力响应报告细胞分析技术在功能性抗体筛选中的应用及拓展。 图2 基于抗体亲和力荧光偶联策略在抗体筛选中的应用案例示意图 　　综上所述，作者综述了不同类型荧光偶联策略及其应用发展，为液滴微流控系统在酶、代谢产物及抗体筛选应用拓展提供了重要的基础理论依据。 　　该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会会员资助计划等资助。 （苏州医工所 江晶洁） 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2023.108173关于酶域星空公众号酶域星空是中科院苏州医工所医药酶工程研究中心运营的公众号，旨在为同行提供医药酶学、酶工程领域的新技术、新方法、新动向推介服务；同时也会将本团队在医药酶学方面的研究进展和技术突破跟大家分享；本公众号还为大家提供信息发布服务，欢迎在本号发布招聘、科研进展、产品宣传、行业咨询等方面的内容。希望我们能够给酶工程同仁的科研工作带来助力！

聚焦“癌症之王”胰腺癌，其发病隐匿性强，致死率高，五年生存期不足5% WHO最新预测数据显示， 2030年胰腺癌致死率将上升到全球癌症引起死亡的第二位。目前胰腺癌的诊疗面临四大严峻挑战，1)缺乏有效生物标志物用于早期预警诊断 2)发病隐匿的分子机制不明 3)缺乏决定性药物靶点 4)由于铂类药物抗药和副作用频发，临床治疗缺乏安全有效药物。究其原因，胰腺癌发病机制复杂，缺乏对其深层次分子科学认知和新研究策略。　　基于课题组胰腺癌代谢特征谱和生物标志物的前期研究基础， 上海交通大学系统生物医学研究院/系统生物医学教育部重点实验室吕海涛课题组近期在国际权威药理学杂志Pharmacological Research上发表题为“Functional metabolomics revealed the dual-activation of cAMP-AMP axis is a novel therapeutic target of pancreatic cancer”的研究论文，重点报道利用课题组新开发的功能代组学Spatial Temporal Operative Real Metabolomics (STORM)策略，全新精准鉴定、空间可视化、动态补获和靶向调控AMP-cAMP axis是胰腺癌的潜在新靶点，确定临床常用药物吉西他滨是通过调控AMP和cAMP的关键底物ATP的生物合成，促进AMP和cAMP显著累积，进而激活AMPK信号通路的磷酸化过程和PKA信号通路，而系统发挥抑制胰腺癌肿瘤生长作用。本研究有如下三点创新：1)构建全新的STORM功能代谢组学策略，实现胰腺癌决定性功能代谢物的精准定性、空间可视化、动态补获和靶向合成调控 2) 运用STORM策略发现治疗胰腺癌潜在的新靶点AMP-cAMP axis 3)本研究将为胰腺癌药物分子的快速筛选评价提供全新靶点。此外，通过制剂优化等手段增强吉西他滨对新靶点的靶向性，将有助于改善其治疗胰腺癌的有效性。　　论文第一作者为上海交通大学系统生物医学研究院/系统生物医学教育部重点实验室2020级博士生(直博)刘京净同学，2019级硕士生(已毕业)王天宇同学等参与部分工作，论文通讯作者为上海交通大学系统生物医学研究院/系统生物医学教育部重点实验室吕海涛研究员(长聘教席)。本论文研究工作的开展得到科技部国家重点研发计划课题、国家自然科学基金，上海自然科学基金，国家转化医学中心(上海)重点项目，安捷伦科技ACT-UR奖项目和上海市院士专家工作站项目等支持，在此致谢!　　论文链接：https://doi.org/10.1016/j.phrs.2022.106554　　功能代谢组科学实验室(Laboratory for Functional Metabolomics Science, LFMS)简介：　　实验室成立于2016年9月，主体依托上海交通大学系统生物医学研究院，系统生物医学教育部重点实验室和系统生物医学111引智计划等一流科研设施平台，目前建有完善的组学分析平台、细胞生物学平台、细胞与动物实验设施，生物信息学分析平台等。近五年，实验室在国家重点研发计划，国家自然科学基金、上海自然科学基金，国家转化医学研究中心和上海交通大学，上海市院士专家工作站(专家级)，安捷伦科技(中国)，SCIEX中国和鹿明生物科技等基金项目支持下，重点开展面向生命健康科学交叉应用的下一代功能代谢组学研究(Spatial Temporal Operative Real Metabolomics-STORM 和Spatial Temporal Operative Real Metabolomics Plus-STORM+)。主要围绕功能代谢组学理论与方法学创新，及其生命健康交叉科学领域的微生物源/中药源功能天然产物的治疗发现等关键科学问题，开展了系列探索性研究工作，主要在如下三方面取得阶段性新进展：1) 创新功能代谢组学理论与方法学 2) 基于功能代谢组学阐明微生物铁载体的新功能和生物膜形成的新机理 3) 基于功能代谢组学革新肝胆胰疾病诊断与解析天然产物治疗疾病的新机制：　　PI: 吕海涛博士，上海交通大学系统生物医学研究院/系统生物医学教育部重点实验室研究员(终身教席)/博士生导师, 英国皇家化学会会士(FRSC), 英国皇家生物学会会士(FRSB)，TALENT-100和绿色通道引进高层次人才，Faculty Opinions (F1000 Prime)Faculty 专家，澳门科技大学兼职教授/博导，功能代谢组科学实验室主任, 上海院士专家工作站(专家级) 首席专家。主要研究方向：生命健康交叉应用驱动的下一代功能代谢组学研究(STORM和STORM+)。先后主持国家重点研发计划课题等10多项课题 权威杂志发表SCI检索论文58篇 任中国生物物理学会代谢组学分会副秘书长等，Pharmacological Research-Section主编和Royal Society Open Science 副主编等 安捷伦科技ACT-UR奖获得者。

持久性有毒污染物(Persistent Toxic Substances，PTS)是目前面临的重大环境污染问题，它包括持久性有机污染物(POPs)和重金属污染物等。大多数持久性有毒污染物通常具有化学惰性和高介电性，其检测通常依赖大型仪器，如色谱法、质谱法等。近日，中国科学院合肥物质科学研究院研究员黄行九及其团队巧妙利用污染物的高介电性及其与环糊精分子主客体分子的识别能力，提出了一种基于&ldquo 电子传输阻断效应&rdquo 的环境中持久性有毒污染物检测新策略。 　　研究人员在不同尺寸的电化学电极上修饰环糊精，细致研究了典型持久性有机污染物与重金属污染物在修饰电极体系中的电化学阻抗谱。研究结果表明：(1)当电极尺度越小，对痕量持久性有毒污染物的响应灵敏度和分辨率越高，其中当电极尺度为400nm时，对PCB-77检测限达到fM量级，对Cr(VI)检测限达到pM量级。(2)修饰金纳米电极、微电极比在常规电极上的检测灵敏度高得多，并且检测的浓度更低。(3)通过调节电解质溶液的pH，发现了电极对Cu(II), Zn(II), Cd(II),Pb(II)和Mn(II)等二价重金属离子电子转移的开关效应。最后，利用尺寸匹配效应对工作电极选择性检测持久性有机污染物的机理进行了合理解释。相关研究结果以内封面论文发表在Wiley旗下期刊《先进科学》杂志上(Advanced Science, 2015, DOI:10.1002/advs.201570013)，并被材料点评(Materials Views)中文版网站报道。 　　该研究工作得到了国家重点基础研究发展计划纳米专项项目&ldquo 应用纳米技术去除饮用水中微污染物的基础研究&rdquo 支持。 　　文章链接基于&ldquo 电子传输阻断效应&rdquo 的环境污染物检测原理图(左)和论文内封面(右)

外泌体由于其内源性来源、组织特异性以及良好的生物相容性和血液循环时间长等特点，被视为一类理想的小分子药物递送载体，可用于提高姜黄素、紫杉醇、阿霉素、醉茄素A等小分子药物的有效性和药代动力学。目前基于外泌体的药物装载策略主要分为纯化前载药和纯化后载药两大类。前者通过对亲本细胞进行修饰改造，而实现外泌体的药物装载；后者则是对纯化后外泌体通过物理以及化学等方法进行药物装载，其中大多借鉴了脂质体药物递送系统的经验。厦门大学颜晓梅教授团队在Analytical and Bioanalytical Chemistry上发表题为“Single‑ particle assessment of six different drug‑ loading strategies for incorporating doxorubicin into small extracellular vesicles”的文章，以阿霉素(Doxorubicin, Dox)为模型药物，利用nFCM（纳米流式）在单颗粒水平对六种药物装载策略（共孵育、电穿孔、挤出法、反复冻融、超声和表面活性剂处理）进行对比，综合评估几种方法对sEVs药物包封率、药物装载量、表面蛋白功能维持、长期保存稳定性等影响，为基于sEVs的药物装载和递送研究提供了一个快速、灵敏的单颗粒分析方法。图1. nFCM评估EVs药物装载策略EVs质量控制选用HEK293T来源的EVs装载Dox作为标准模型，研究六种药物装载策略对装载Dox药物的效果。经过超速离心的方法从293T细胞上清中分离得到纯化的EVs，首先对EVs粒径、形态、纯度、蛋白等进行表征，评估获取的EVs的质量。利用Triton X-100处理的方法评估EVs的纯度，nFCM结果显示在经Triton X-100处理后，EVs颗粒数明显下降，EVs的纯度高达80%；粒径结果也显示EVs粒径均在220 nm以下，峰值为52 nm，中位值为103 nm，符合MISEV2018中建议的EVs粒径分布范围（图2）。图2. EVs的鉴定和表征载药策略对比由于Dox具有自发荧光特性，与未装载Dox的EVs相比，装载了Dox的EVs表现出明显的橙色荧光信号，阳性颗粒的比例可达46.3%；在共孵育方法中，随着Dox浓度的增加，阳性EVs的比例持续上升，当Dox浓度为100 μM时，EVs的阳性率达到最高，接近50%（图3）；以优化后的Dox浓度(100 μM)为参考，评估对比了共孵育、电穿孔、挤出法、反复冻融、超声和表面活性剂处理这六种方法对EVs载药效率、颗粒浓度、药物装载量等影响。结果显示共孵育和电穿孔法具有最高的装载效率，均为40%以上，而其他几种药物装载策略阳性率在20%-30%之间（图3）。总的来说，考虑到药物包封率、颗粒浓度、药物装载量等因素，共孵育和电穿孔是这几种方法中最理想的EVs药物装载策略。图3. 不同药物装载策略的载药效率、药物装载量对比生物功能分析EVs表面蛋白是其功能形式的重要参与者，对EVs的免疫逃逸和靶向具有重要作用，作者进一步研究了不同药物装载策略对EVs表面蛋白的影响。结果发现，共孵育和电穿孔方法处理后EVs的表面蛋白(CD24、CD47、CD63)表达比例相对更高，说明这两种方法能够最大限度地保持了EVs的生物活性，而挤出法、反复冻融、超声和表面活性剂处理都会不同程度地破坏EVs的表面蛋白（图4）。图4. 不同载药策略对EVs表面蛋白的影响作者进一步评估了不同策略所得载药EVs中药物稳定性和活性（图5）。结果显示在4℃和-80℃条件下保存，随着时间的延长，六种装载策略获得的EVs阳性率均出现下降，而共孵育方法获得的EVs在长期保存下还能保持较高的药物包裹效率（约40%）。综上，无论何种载药方式，都建议将装载Dox的EVs储存在4℃，且共孵育制备的Dox-EVs显示出最高的包封率和稳定性。图5. 载药后EVs的稳定性研究药物作用效果作者还探究了不同药物装载策略所得Dox-EVs的药物活性和细胞摄取效率。共聚焦显微镜和流式细胞术的结果均证实电穿孔的方法获得的EVs具有更高的细胞摄取效率，同时更容易诱导细胞凋亡（图6）。该结果与nFCM测定的不同方法药物包封效率和药物包裹量相吻合，说明了Dox-EVs的治疗效果与细胞摄取率密切相关，并从本质上与Dox的包封率有关，揭示了利用nFCM对EVs进行单颗粒载药表征的准确性和重要价值。图6. 不同载药策略的药物活性总结本研究利用nFCM在单EV水平对六种不同的载药策略进行了全面的评估。实验结果表明：共孵育和电穿孔方法可以获得更高的装载效率，单个EVs中Dox含量也最高；共孵育和电穿孔方法制备的EVs药物具有更高水平的细胞摄取和更显著的促进肿瘤细胞凋亡；共孵育方法获得的EVs无论在4℃或-80℃长期保存条件下，均具有更好的稳定性；nFCM作为一个高效的单颗粒表征平台，可应用于EVs研究的各个环节，包括分离纯化、质量控制、EVs载药方法评估和优化、稳定性监测等方面，加速推进EVs产业化的发展！参考文献Chen, C., Li, Y., Wang, Q. et al. Single-particle assessment of six different drug-loading strategies for incorporating doxorubicin into small extracellular vesicles. Anal Bioanal Chem 415, 1287–1298 (2023). https://doi.org/10.1007/s00216-022-04248-4

近日，星赛生物宣布完成战略融资，引进茅台科创（北京）投资基金合伙企业（有限合伙）（以下简称“茅台基金”）作为战略投资方。本轮融资将持续加深星赛生物在白酒酿造领域的产业合作，加速其“拉曼组”技术及系列产品在工业端的应用建设，重点发展星赛全球领先的单细胞拉曼分析-分选-测序-培养解决方案，进一步强化国际品牌建设和全球市场开发。星赛生物深耕生物技术多年，聚焦单细胞分析和分选领域，致力于以创新的“拉曼组”技术刻画单细胞代谢表型组信息，探测细胞代谢功能“异质性”，同时为单细胞多组学研究（基因组、转录组、蛋白组和代谢物组等）提供单细胞精度的关联“全景式”视角。原创“拉曼组装备平台”服务活体单细胞代谢功能探测与分选，成功研制全球领先的高通量拉曼流式分析/分选仪创新的“拉曼组”概念由星赛生物的联合创始人——徐健研究员（中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心主任）、马波研究员（单细胞中心副主任）组建的单细胞中心团队最早提出。拉曼组是一种广谱适用、非侵入性、高时空分辨率的单细胞代谢表型组，旨在解决生命体系中活体单细胞代谢功能探测与利用的核心瓶颈：（1）非标记式、无损、快速的识别；（2）实时性、全景式的表征；（3）高通量、高精度的分选等。其一系列原创成果表明拉曼组能将胞内代谢物的分子光谱定量地翻译为细胞实时状态下的底物代谢、产物合成、抗逆性、环境应激、化合物相互转化网络、细胞间代谢互作以及细胞种类等信息。依托“拉曼组”技术，星赛生物自主研发了一系列单细胞拉曼分析/分选仪器，包括全球首创的高通量流式拉曼分选仪FlowRACS®(获得2022年度国家重点研发计划“基础科研条件与重大科学仪器设备研发”项目支持)、业界唯一能实现单细胞精度“表（代谢表型组）里（全基因组）兼得”的单细胞拉曼光镊分选仪RACS-Seq®、明场/荧光视野下“所见即所得”式的单细胞微液滴分选仪EasySort Compact等，并推出配套的微流控芯片耗材，搭建了新型的“功能靶向性活体单细胞分析和分选”平台，旨在为用户提供“高精度、高效能、高质量”的单细胞分析/分选解决方案。突破生物制造产业痛点，携手行业巨头共谋发展这一原创的拉曼组装备平台，无需进行荧光标记、可保留细胞活性从而与活细胞资源挖掘直接对接，而且广谱适用于各种人体、动植物和微生物细胞，因此实现了真正意义上的“细胞代谢功能随时可检可选”。在细胞资源挖掘方面，星赛生物仪器产品突破了传统“先养后筛”的研究范式限制，开辟了创新的无需荧光探针标记的“先筛后养”策略，大幅提升了目标代谢功能细胞检测和培养效率，为从环境样品出发、免培养、基于“原位”代谢功能的微生物资源挖掘、工业菌种选育、合成生物学大体系突变体库筛选等重大产业需求提供了全新的仪器工具。同时，利用拉曼光谱检测免荧光标记、代谢信息丰富、快速、高通量、低成本等特点，星赛生物产品可对传统发酵过程进行单细胞精度代谢功能实时监控，从而助力发酵过程的精细化管理，加速工业发酵过程的精密化、自动化与智能化进程。拉曼组有望成为生物制造和合成生物学产业的一种新型大数据。基于拉曼组系列仪器产品的强大功能，星赛生物正积极扩展其技术与产品在多个关键产业的应用，公司提供的新一代微生物代谢过程检测/细胞分选解决方案，目前已覆盖白酒酿造、食品、防腐剂、益生菌和发酵等多个目标领域。贵州茅台酒股份有限公司作为应用开发与示范课题的负责单位，参与了星赛生物主持的2022年度国家重点研发计划“基础科研条件与重大科学仪器设备研发”项目，共同推进固态发酵过程中单细胞拉曼技术的应用，为传统酿造工艺注入科技创新的活力。联合创始人马波研究员表示：“非常感谢茅台基金的信任，也非常感谢过往投资人的长期支持。本轮战略性融资是基于我们与产业伙伴之间建立的长期、深入合作关系。在十余年的学科交叉科研积累下，星赛生物逐步开启微生物组代谢过程检测、益生菌单细胞筛选与质检、人体与动植物单细胞代谢表型识别和分选等产业场景，为合作伙伴打造定制化、个性化的整体解决方案。星赛生物将在系统性解决方案、功能化应用场景、全自动化工业仪器等方向上持续发力，并聚焦生物智造行业、合成生物学、微生物组探测、生物医药和细胞治疗等领域，与行业龙头企业合作建立与推广基于原理与装备创新的先进技术标准，加速实现从科研领域到产业领域的全方位跨越。”

如今，二代测序技术正迅速的从研究工具向诊断平台转变。为了应对该技术的成功转型，美国食品药物管理局(FDA)需要建立新的准确、可靠的临床监管标准。奥巴马总统的精准医疗计划中也特别指出了这点。 　　Illumina公司监管事务副总裁Mya Thomae就以下几点，讲述了该公司的战略转变。 　　1、你们从何处得知二代测序监管的相关事宜? 　　我们直接从白宫方面获取相关信息。现代化监管是FDA重要任务，他们正在设计一系列条例来更好的监管二代测序技术的应用。在FDA看来，二代测序与先前的技术完全不同：大多数体外诊断检测的目标很有限。相比之下,二代测序能够检测整个基因组序列。因此，可以一次进行多种疾病的检测，还可预测病人的患病风险。 　　FDA的新管理方法要能应对二代测序的复杂性和创新性,以保证分析和临床的需要。FDA将MiSeqDx仪器作为新监管方法的例子。 　　2、本月早些时候,Illumina公司宣布监管策略的改革。这种转变意味着什么? 　　FDA批准了Illumina公司MiSeqDx仪器作为医疗设备。这是第一个通过FDA批准的测序仪器，并且获得II类医疗器械豁免510(K)(上市前申请)认证。这意味着未来的测序仪不需要经过医疗器械510(K)认证,无需为了获得监管系统的许可而进行针对性的设计，新产品只需要在FDA进行注册。这将大大减少进入检测市场的时间。在这个基础上, 我们将发布后续平台系统NextSeqDx,打入美国和欧盟市场。 　　我们正在为MiSeqDx测序仪建立平台,用于血液样本检测。我们也期待它能用于FFPE样本。一旦获批,便可以用于目前正在进行的肿瘤项目。而且当NextSeqDx注册成功时,便能够同时进行血液和FFPE样品分析。 　　接下来,针对无创产前检测(NIPT),我们的策略是使用NextSeqDx，该仪器可以保证同时进行48个样品的分析。称为VeriSeq NIPT的方案也将在NextSeqDx上执行。我们将对这个平台进行注册，使它成为一个开放的平台。用于双端测序的试剂盒和软件将会提交给FDA作为第三类PMA设备用于适当的临床试验和分析研究。 　　3、在美国以外的国家，监管机制又有什么样的不同呢?会有怎样的监管策略变化呢? 　　在欧洲,尤其是NIPT方面,我们目前正与使用HiSeq系统的客户进行合作。我们将会为HiSeq系列申请CE认证。使用通过CE认证的软件,客户们可以将结果提交到自己的应用软件中。 　　最近中国,NIPT相关监管机构推出了新标准,我们也将逐步采取相应的措施。包括加拿大,俄罗斯,非欧盟国家,澳大利亚，每个地区的要求可能不同,我们力求全球接轨，全面推进全球计划。

p style=" line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-bottom: 10px " 9月12日，由仪器信息网主办的“抗体药物开发与质量控制”网络研讨会成功召开。9位来自国内外知名生物制药企业、仪器公司的企业高管、技术大咖及仪器应用专家为我们奉上了一场抗体药物开发策略及质量控制技术方法的知识盛宴！ /p p style=" line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-bottom: 10px " 本次会议，首次将国内外多位知名药企的技术大咖们聚集在直播间进行线上报告，会议当日吸引了众多抗体药物相关听众听取报告。为给未能参加会议直播的用户提供学习相关知识的机会，仪器信息网特将本次会议报告视频剪辑整理，以飨网友。 /p p style=" line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-bottom: 10px " strong 另外，应报告专家要求，本次会议部分视频仅能在本平台播放 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 2个星期 /span ，请各位网友注意及时观看学习。 /strong /p p style=" text-align: center " img width=" 580" height=" 489" title=" aaa.png" style=" width: 580px height: 489px max-height: 100% max-width: 100% " alt=" aaa.png" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/ca7a31fb-69d4-4bc8-9c63-f1fa105f960c.jpg" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-bottom: 10px " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 从人工智能技术到免疫原性分析，“抗体药物开发”专场回顾 /strong /span /p p style=" line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-bottom: 10px " 北京天成新脉生物技术有限公司总经理孙乐博士通过实际案例分享，详细讲解了DKK2“Me-first”抗体药创新和I/O靶点”Me-too”抗体药研发策略。 a href=" https://www.instrument.com.cn//webinar/video_105693.html" target=" _self" span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 《人工智能助力抗体药研发》点击观看 /strong /span /a /p p style=" line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-bottom: 10px " 当前，色谱、质谱的检测技术越来越精进，有很高的准确性和灵敏度。但是数据重现性常常不令人满意，限制了利用分析数据做重要决定的能力，这其中主要原因在于前处理环节，目前多肽、蛋白质尤其是抗体药物的分析需求通量不断增多，这一问题也越来越受到重视。针对此问题，安捷伦开发和提供了一套自动化系统，使得前处理过程更加精确，提升整体实验室质量。 a href=" https://www.instrument.com.cn//webinar/video_105696.html" target=" _self" span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 《自动化解决方案助力高效高质样品前处理》点击观看 /strong /span /a /p p style=" line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-bottom: 10px " 在FDA指南中，生物仿制药被定义为生物制药。尽管在临床活性成分方面存在微小差异，但它与已经获得许可的生物制品高度相似，并且在纯度、效价和安全性方面没有临床意义的差异。这两种产品中，生物仿制药的发展过程复杂，具有一定的挑战性。本报告重点介绍美国食品及药品监督管理局（FDA）对生物仿制药开发指南的解释。《 a href=" https://www.instrument.com.cn//webinar/video_105690.html" target=" _self" span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong FDA guidance overview related to biosimilar development》点击观看 /strong /span /a 。 strong span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 本视频观看时间仅限2星期！ /span /strong /p p style=" line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-bottom: 10px " 随着细胞工程技术的日益成熟，2014年以后，单抗药物以没你那7个左右的数量日益增加，截至2017年FDA已经通过了70个治疗性抗体药物，并有超过500个处于临床阶段的抗体药物，全球单克隆抗体药物的市场规模已经达到1061亿美元。相比于小分子药物，作为大分子药物，抗体药物具有特异性高、要午间干扰少等优点，邢春博士从抗体库的筛选，细胞株的建立以及抗体功能鉴定三个方面介绍了单克隆抗体药物高通量筛选方案。 a href=" https://www.instrument.com.cn//webinar/video_105692.html" target=" _self" span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 《单克隆抗体药物高通量筛选方案》点击观看 /strong /span /a /p p style=" line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-bottom: 10px " 因为不需要的免疫原性相关问题会为药物安全及有效性带来风险，所以免疫原性评估在生物治疗药物的开发中至关重要。然而，免疫原性数据以及数据的解释很容易受到许多因素的影响，这些因素包括但不限于对免疫原性分析、临床研究设计和异质性疾病群体的各种干扰。本报告将讨论免疫原性评估中的挑战和解决方案，特别是解决与免疫原性分析相关的问题，以便在临床试验期间提供有临床意义的数据。 a href=" https://www.instrument.com.cn/webinar/video_105694.html" target=" _self" span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 《生物大分子的免疫原性分析的策略，挑战和解决方案》点击观看 /strong /span /a /p p style=" line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-bottom: 10px " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 知名药企真实案例分享，“抗体药物质量控制”专场回顾 /strong /span /p p style=" line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-bottom: 10px " 连续多年，单抗和融合蛋白生物药占据全世界上市销售前10名的绝对多数，而生物类似药是提升广大病患对高质量抗体药物可及性的重要途径。我国是发展中的人口大国，最近10年对创新单抗和生物类似药的开发均取得重大进展并开始惠及肿瘤病人。要加速发展和缩小与美国等先进国家在生物药上的差距，采用QbD等先进抗体药物开发理念极为重要。 /p p style=" line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-bottom: 10px " 基于QbD的质量研究和风险评估是是确定抗体生物药关键质量属性的有效途径。我们通过对抗体类似药和原创药的开发和申报要求的各自特点，比较对其质量研究的策略和分析方法。原创药开发中，从分析，非临床到临床研究比重逐步增加，而生物类似药的开发采用逐步递进和全面相似的原则，分析相似性至关重要， 除蛋白氨基酸序列要一致外，需用一系列先进灵敏的分析方法来证明生物类似药和原创药从结构、纯度、杂质和异构体、到活性与功能高度相似。对关键质量属性，需用先进正交的方法从不同角度证明生物类似药和原研药的相似性。复宏汉霖谢红伟博士报告 a href=" https://www.instrument.com.cn//webinar/video_105701.html" target=" _self" span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 《抗体药物的质量研究与控制》点击观看 /strong /span /a /p p style=" line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-bottom: 10px " 近二十年来大分子生物制品（尤其是单克隆抗体）发展十分迅猛，其市场份额逐年提升，针对热门药物的类似药研究也火热异常，各国纷纷出台相关指导原则以规范相关研究，本报告结合实例剖析了典型抗体类生物类似药的质量研究。乔怀耀老师 a href=" https://www.instrument.com.cn/webinar/video_105700.html" target=" _self" strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 《单克隆抗体及其类似药研究》点击观看 /span /strong /a /p p style=" line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-bottom: 10px " 生物治疗药物是生物制剂和生物仿制药，通常时候蛋白质比如疫苗& nbsp 和单克隆抗体等。而生物药物的构象聚集稳定性和糖基化等修饰是影响药物疗效的关键因素。他们的高阶结构和动力学与其功能直接相关，生物治疗药物通常是由活细胞生产的，这使得其质量控制变得更加重要和困难。2018年，大约有30%的临床药物是生物制剂或生物仿制药，这意味着生物药物的研发和生产逐年增长。核磁共振波谱一在解析结构方面有独特优势，具有极高的重现性，这种重现能力，能够额外提供更多复杂样品的统计学信息。 a href=" https://www.instrument.com.cn//webinar/video_105691.html" target=" _self" span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 《NMR在生物治疗药物质量控制中的应用》点击观看 /strong /span /a /p p style=" line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-bottom: 10px " 易继祖博士由浅入深，从抗体简介、抗体结构与功能的关系、表征研究、完整分子质谱、序列确定、PTMs 转录后修蚀: & nbsp glycosylation, oxidation, deamidation 等产品相关的杂质研究，系统完整的诠释了生物制药中抗体的质谱表征研究 a href=" https://www.instrument.com.cn//webinar/video_105699.html" target=" _self" strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 。《生物制药中抗体的质谱表征研究》点击观看。 /span /strong /a strong span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 本视频观看时间仅限2星期！ /span /strong /p p & nbsp /p p & nbsp /p p style=" text-align: center " img width=" 470" height=" 468" title=" 图片1.png" style=" width: 209px height: 204px max-height: 100% max-width: 100% " alt=" 图片1.png" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/23a23ecd-d184-4d94-89f0-d68d3c458c78.jpg" / /p p style=" text-align: center " 添加微信，加入“抗体药物交流群” /p p style=" text-align: center" img style=" " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/f164cca3-8c16-46df-8e57-1ea4a14f0978.jpg" title=" 微信尾缀二维码01.png" / /p p style=" text-align: center" img style=" " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/1370ecda-4b41-4493-a163-3f54ffb0b999.jpg" title=" 微信尾缀二维码02.png" / /p p & nbsp /p

全自动定氮仪是一种广泛应用于食品、农业、环境等领域的重要分析仪器，主要用于测定样品中的氮含量。其高精度和高效率的特点使得它在实验室中备受青睐。然而，为了充分发挥全自动定氮仪的性能，掌握正确的使用技巧和优化策略是至关重要的。本文将介绍一些全自动定氮仪的使用技巧和优化策略，以帮助用户提高测量精度和工作效率。 　　一、使用技巧 　　样品准备：样品的准备工作是影响测量结果的重要因素之一。在进行样品处理时，应确保样品的均匀性和代表性。对于固体样品，应进行充分的研磨和混合；对于液体样品，应确保样品的澄清和均一。 　　试剂选择：选择合适的试剂是保证测量结果准确性的关键。应根据样品的特性和测量要求，选择适合的消化试剂、蒸馏试剂和滴定试剂。同时，应注意试剂的保存和使用期限，避免因试剂变质导致的测量误差。 　　仪器校准：在使用仪器之前，进行仪器的校准是关键的步骤。应按照仪器说明书的要求，定期使用标准样品进行校准，以确保仪器的测量精度。 　　操作规范：在操作仪器时，应严格遵守操作规范，避免因操作不当导致的测量误差。例如，在消化、蒸馏和滴定过程中，应注意温度、时间和试剂用量的控制。 　　二、优化策略 　　样品前处理优化：为了提高测量效率和准确性，可以采用一些样品前处理优化技术。例如，使用微波消解技术可以缩短样品消化时间，提高样品处理效率；使用固相萃取技术可以去除样品中的干扰物质，提高测量的选择性。 　　仪器维护与保养：定期的维护与保养是保证仪器长期稳定运行的关键。应定期检查和清洗仪器的各个部件，特别是消化炉、蒸馏器和滴定管等易污染的部件。同时，应注意仪器的防尘、防潮和防腐蚀保护。 　　数据管理与分析：仪器通常配备有数据管理系统，可以自动记录和分析测量数据。通过合理使用数据管理功能，可以提高数据的完整性和准确性，方便后续的数据分析和报告生成。 　　环境条件控制：仪器的测量精度和稳定性对环境条件有一定的要求。应确保实验室的温度、湿度和空气质量符合仪器的使用要求，避免因环境条件变化导致的测量误差。 　　用户培训与技术支持：为了确保仪器的正确使用和维护，对用户进行专业的培训是必要的。通过培训，用户可以掌握仪器的操作规范、故障排除方法和日常维护技巧，提高仪器的使用效率和寿命。 　　全自动定氮仪作为一种高精度的分析仪器，其正确的使用技巧和优化策略对于提高测量精度和工作效率具有重要意义。通过合理的样品前处理、试剂选择、仪器校准和操作规范，可以有效提高测量结果的准确性和可靠性。同时，通过定期的维护与保养、数据管理与分析、环境条件控制和用户培训与技术支持，可以确保全自动定氮仪的长期稳定运行，发挥其最大的使用价值。希望本文的内容能够为广大用户提供参考和帮助。

B型血友病是一种遗传性出血疾病，患者由于凝血因子FIX的缺乏，会出现严重凝血障碍，严重者甚至会因自发出血失去生命。现有疗法中，长期注射蛋白因子往往给患者身体和家庭经济带来沉重负担。基于重组腺相关病毒载体（rAAV）的基因治疗是一种很有前景的治疗方法。在各种疾病的临床试验中显示出了良好的治疗效果，如遗传性视网膜营养不良、脊髓性肌萎缩、血友病等其他疾病。然而，临床前研究表明，当rAAV载体被输送到动物模型的靶向增殖组织时，只有短期效应。此外，一项针对血友病a的3年随访临床试验显示，成年患者的FVIII水平随着时间的推移而持续下降，这表明基于rAAV的基因疗法目前仍无法实现“一次给药，终身治愈”的效果。基于CRISPR/Cas9的靶向整合策略虽然可以实现疾病的长期治疗，但较低的整合效率和非预期的插入风险仍是临床转化的重大阻碍。因此，开发B型血友病治疗新策略十分必要。2022年6月9日，Journal of Genetics and Genomics（影响因子5.723）在线发表华东师范大学李大力教授团队和北京大学胡家志教授团队合作题为“Long-term correction of haemophilia B through CRISPR/Cas9 induced homology-independent targeted integration”的研究论文。该研究通过一种AAV病毒介导的非同源依赖靶向整合策略实现了B型血友病的长期有效治疗。该研究基于CRISPR/Cas9技术，通过非同源依赖的靶向整合(Homology Independent Targeted Integration, HITI)策略结合腺相关病毒(Adeno-associated Virus, AAV)递送方式，在B型血友病大鼠白蛋白基因(Alb)的13号内含子中插入了一种FIX蛋白的高活性突变体(F9 Padua, R338L)，使新型B型血友病大鼠完全恢复了凝血功能。治疗后4周，B型血友病大鼠的凝血时间恢复至正常水平。经过长达36周的监测，血液中的FIX水平逐步升高至正常水平的52%，凝血功能也得到极大改善。为了更加全面的分析基因编辑的结果，该研究采用数字PCR技术来检测编辑效率（采用上海小海龟科技BioDigital数字PCR系统），并且用一种新型检测方法PEM-seq (Primer-extension-mediated sequencing)，在全基因组范围检测了基因编辑的精准性和脱靶效应，并未检测到任何不良反应。综上，该研究不仅建立了B型血友病新的治疗模型，也为更多罕见遗传性疾病的治疗提供了新思路。基于非同源依赖的靶向整合策略治疗B型血友病A：治疗策略模式图；B：治疗使用的双AAV系统；C：治疗流程；D：治疗组和对照组凝血功能修复；E：治疗组和对照组血浆F9蛋白恢复水平。华东师范大学生命科学学院博士研究生陈曦、本科生牛煦然和北京大学生命科学学院博士后刘阳为该论文共同第一作者，李大力教授、王立人副研究员和胡家志研究员为共同通讯作者。相关工作得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、上海市科委项目和上海市教委创新项目等资助。

可拉伸电子器件在过去十多年中被广泛应用于健康监测、康复医疗、智能工业及航空航天等领域。无机可拉伸电子器件的关键技术创新在于通过力学结构设计实现弹性拉伸性，对任意复杂曲面实现共形贴附/包裹，并且能维持稳定的电学性能。例如，“岛-桥”结构是可拉伸电子器件中最常见的一种结构。其中，功能性元器件置于不可变形的“岛”上，互联导线形成“桥”并提供整体结构的弹性延展性。实现可拉伸电子器件弹性延展性的策略是至关重要的，并引起了大量的关注。 尽管先前有很多研究集中在可拉伸结构的设计上，但目前主要只有两种策略被用于实现或提高结构的弹性延展性（如图1所示）：（1）预应变策略。波浪形条带是一种典型的例子，平面的条带被转印/粘接在预拉伸的弹性基底上，释放预应变后，由于压应力的存在使得条带产生面外屈曲变形，形成具有拉伸性的波浪形结构。此外，更加复杂的三维可拉伸微结构也可以通过二维平面前驱体粘接在预应变的基底上制备而成。（2）几何结构设计策略。各种具有弹性可拉伸的几何互联被设计出来，如：“之”字型、马蹄型、蛇型、分型、非屈曲蛇型、螺旋型以及剪纸结构等，这些几何结构在弹性延展性和各种应用场景中表现出不同的特点。有时这两种类型的策略也可以相互结合以增强结构的弹性延展性，如：预应变基底显著增加了蛇形互联结构的弹性延展性。 图1. 可拉伸结构在过去几十年的发展过程 近日，中国科学院力学研究所苏业旺团队创新性地提出第三种提高可拉伸电子器件弹性延展性的新策略——过加载策略（如图2）。互联结构转印、粘接在弹性聚合物基底上后，对整体结构进行过弹性极限拉伸，释放拉伸应变后，互联结构的弹性延展性可以提高到原来的两倍，这对可拉伸电子器件的性能至关重要。理论、有限元及实验结果均证明过加载策略对不同几何构型、不同厚度的互联结构是有效的（如图3、4、5）。其基本机理在于：过加载过程中弹塑性本构关系的演变使得互联结构关键部位的弹性范围扩大一倍。过加载策略易于操作，并可与其他两种策略相结合以提高结构弹性延展性。这对无机可拉伸电子器件的设计、制造及应用具有深远的意义。 图2. 过加载策略的操作过程以及各过程中蛇形互联结构的应变分布图3. 基于独立金属厚蛇形互联（MTSI）的过拉策略力学分析。（a）MTSI的本构关系：理想弹塑性；（b）MTSI的力学模型；（c）过加载操作过程示意图以及各过程中蛇形互联圆弧顶截面处应力分布。（d）MTSI的增强弹性延展性随第一次施加应变/过加载应变的变化，包括理论、有限元和实验结果图4. 基于独立MTSI的过加载策略的实验验证。（a）独立MTSI初始状态的图像以及拉伸150%时的正面和侧面视图；（b）狗骨头形铜片的单向拉伸应力-应变曲线；（c-k）在第一次施加拉伸、卸载和第二次施加拉伸过程中，力与施加应变的关系曲线，第一次施加应变分别为：30%、50%、60%、75%、90%、110%、120%、130%、150%图5. MTSI粘结在软基底上的力学分析。（a-c）粘接在软基底上的厚马蹄形、之字形、分形互联的增强弹性延展性与第一次施加应变/过加载应变的关系；（d）粘接在软基底上蛇形互联结构的弹性延展性随其厚的变化关系；（e-g）三种不同厚度蛇形互连增强弹性延展性与第一次施加应变/过加载应变关系的有限元分析结果该研究成果以“An Overstretch Strategy to Double the Designed Elastic Stretchability of Stretchable Electronics”为题发表于学术期刊《Advanced Materials》（DOI: 10.1002/adma.202300340）。论文的第一作者为中国科学院力学所博士生李居曜，通讯作者为中国科学院力学所苏业旺研究员，参加该工作的还有中国科学院力学所的武晓雷研究员。该工作得到了国家自然科学基金委、中国科学院从0到1原始创新计划、中国科学院交叉学科创新团队和国家WR计划青年项目的支持。 原文链接：An Overstretch Strategy to Double the Designed Elastic Stretchability of Stretchable Electronics (wiley.com)