①青藏高原科考——珠峰合影

②諾貝爾化學(xué)獎獲得者M(jìn)ario J. Molina（中）來訪

③鄭明輝2017年參加全球POPs監(jiān)測協(xié)調(diào)委員會會議

④采集并探測PM2.5中來自燃煤和機(jī)動車排放的有害顆粒物組分

⑤穩(wěn)定同位素分餾技術(shù)探索水體中銀納米顆粒轉(zhuǎn)化行為

3D打印技術(shù)制備質(zhì)譜儀器件

2019年斯德哥爾摩公約大會

高通量多功能成組毒理學(xué)平臺

■本報記者 陳歡歡

地球上有多少種人工合成的化學(xué)品？這個問題無法精準(zhǔn)回答，據(jù)美國《化學(xué)文摘》統(tǒng)計，已注冊登記的化學(xué)物質(zhì)超過1.6億種，其中被大量生產(chǎn)和使用的約有10萬種。

美國化學(xué)會的徽標(biāo)上寫著一句名言：化學(xué)為了生活�；瘜W(xué)品的廣泛使用極大促進(jìn)了社會進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，但它也是一把雙刃劍。“理論上說，化學(xué)品只要生產(chǎn)出來就可能被使用，從而進(jìn)入環(huán)境，也就有可能進(jìn)入生命體。”中國科學(xué)院院士、環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點實驗室主任江桂斌告訴《中國科學(xué)報》。

在這10萬種化學(xué)品中，雖然科學(xué)家已經(jīng)鎖定了一些影響人體健康的“真兇”，但仍有大量“嫌疑犯”逍遙法外。

環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點實驗室的目標(biāo)之一就是要發(fā)現(xiàn)更多隱匿在環(huán)境中、對我國生態(tài)環(huán)境和人體健康影響巨大的新型污染物。“在我們實驗室的布局中，始終把解決有毒有害化學(xué)品導(dǎo)致的環(huán)境與健康問題放在首位。”江桂斌說。

開創(chuàng)國內(nèi)持久性有機(jī)污染物研究先河

在人跡罕至的南極和北極，除了受到全球變暖的影響，動物還面臨著持久性有機(jī)污染物（POPs）的威脅。2017年的一項研究表明，POPs在北極熊體內(nèi)的濃度高得嚇人，幼熊因為吃了受污染的母奶，中毒風(fēng)險更是成倍增加。

“POPs污染的嚴(yán)重性和復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)環(huán)境污染物，已成為影響人類健康與生存的重大環(huán)境問題。”江桂斌說。

POPs是一類毒性很強(qiáng)，在環(huán)境中難降解、可遠(yuǎn)距離傳輸，并隨食物鏈在動物和人體中累積、放大的污染物。

環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點實驗室的任務(wù)，正是聚焦POPs研究中的關(guān)鍵科學(xué)問題，發(fā)展相關(guān)分析方法，深入研究其環(huán)境過程，開發(fā)污染控制技術(shù)。其在這一領(lǐng)域的相關(guān)研究已有幾十年歷史。

環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點實驗室最初為中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心（以下簡稱生態(tài)環(huán)境中心）環(huán)境分析化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)實驗室。生態(tài)環(huán)境中心始建于1975年，前身為中國科學(xué)院環(huán)境化學(xué)研究所，為我國環(huán)境化學(xué)學(xué)科發(fā)展作出了奠基性貢獻(xiàn)——1980年出版的《環(huán)境監(jiān)測分析方法》成為我國現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測方法的基礎(chǔ)；1980年提出多氯聯(lián)苯測試方法、1987年提出二惡英分析方法，開創(chuàng)我國POPs研究先河。

二惡英作為一種強(qiáng)致癌性POPs，由于在環(huán)境中濃度低，監(jiān)測難度極大。20年前，國內(nèi)二惡英研究最大的瓶頸就是缺乏精密儀器設(shè)備和超痕量分析經(jīng)驗。

要打破這一瓶頸，必須有真金白銀的投入。2002年還在讀博士的研究員張慶華清晰記得，當(dāng)年生態(tài)環(huán)境中心舉全中心之力，把全年400萬元預(yù)算幾乎全部投入建設(shè)二惡英實驗室。在沒有多少經(jīng)驗可以借鑒的情況下，實驗室成員“摸著石頭過河”，一磚一瓦建起了二惡英實驗室，為建設(shè)我國其他二惡英分析實驗室提供了重要技術(shù)支持，培訓(xùn)的學(xué)員已成為行業(yè)中的技術(shù)骨干或?qū)W術(shù)帶頭人。

2002年，經(jīng)中國科學(xué)院批準(zhǔn)，環(huán)境分析化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)實驗室成為中科院重點實驗室；2004年，經(jīng)科技部批準(zhǔn)，籌建環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點實驗室，2007年通過驗收。

生態(tài)環(huán)境中心副主任楊敏表示：“國家重點實驗室是很好的科研平臺，一方面有利于吸引和培養(yǎng)人才，另一方面也有經(jīng)費支持自由探索性的創(chuàng)新研究。”

迎來跨越式發(fā)展

從發(fā)展態(tài)勢看，進(jìn)入國家重點實驗室序列，無疑給了實驗室一次跨越式發(fā)展的良機(jī)。

自2003年起，實驗室研究員江桂斌、鄭明輝接連領(lǐng)銜有關(guān)POPs的3個“973”項目，在結(jié)題驗收中均被評為優(yōu)秀。通過15年扎實的基礎(chǔ)研究，實驗室發(fā)展了POPs檢測技術(shù)與方法，摸清了典型POPs環(huán)境污染與人體暴露的特征，研發(fā)了從源頭減少POPs排放的污控技術(shù)，為我國制定環(huán)境生態(tài)安全政策提供了科學(xué)支撐，引導(dǎo)了國內(nèi)外相關(guān)研究。2013年，實驗室POPs研究集體獲中科院杰出成就獎。

為認(rèn)識POPs的遠(yuǎn)距離遷移特性，實驗室在被稱為地球“三極”的南極、北極和珠峰地區(qū)開展了長期觀測。2005年，張慶華參加了青藏高原科考，在海拔6500米的珠穆朗瑪峰前進(jìn)營地取樣；2009年，他和江桂斌一起參加了南極科考；2010年江桂斌踏上北極，開始了實驗室涵蓋“三極”的POPs研究。此后，實驗室十幾人次先后參加南、北極考察，獲得許多寶貴的樣本資源，并和西藏大學(xué)建立了長期合作關(guān)系，成立了聯(lián)合實驗室。

在成立16年間，中國經(jīng)歷了公眾環(huán)境意識覺醒和環(huán)保產(chǎn)業(yè)快速增長，環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點實驗室也默默堅守著環(huán)境科學(xué)基礎(chǔ)研究，實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。目前，實驗室先后獲得6項國家自然科學(xué)獎和1項國家科技進(jìn)步獎；部分研究成果入選中國科學(xué)院“十二五”重大科技進(jìn)展及標(biāo)志性成果；成為國內(nèi)軟硬件條件最好的二惡英實驗室，擁有5臺高分辨色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，被聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署命名為“全球POPs監(jiān)測計劃示范實驗室”。

江桂斌認(rèn)為，實驗室成功的秘訣在于牢牢抓住“環(huán)境污染與健康危害”這一關(guān)鍵科學(xué)問題，聚焦持久性有毒污染物研究，同時隨著研究深度的積累和廣度的增加，不斷將研究的基礎(chǔ)性成果轉(zhuǎn)化為服務(wù)國家目標(biāo)的硬實力。

楊敏亦表示：“更好地對接國家發(fā)展戰(zhàn)略，是國家重點實驗室應(yīng)該肩負(fù)起來的重任。”

在二惡英控制方面，生活垃圾焚燒煙氣排放的痕量二惡英減排難度極大。鄭明輝團(tuán)隊獨辟蹊徑，發(fā)明生活垃圾焚燒二惡英阻滯技術(shù)，應(yīng)用于垃圾焚燒廠后，使二惡英排放量低于國際最嚴(yán)排放標(biāo)準(zhǔn)。該成果獲得2019年度國家科技進(jìn)步獎二等獎。

今年新冠肺炎疫情期間，人們發(fā)現(xiàn)，雖然工業(yè)化活動大大降低，但大氣污染有時依舊嚴(yán)重。研究員劉倩告訴《中國科學(xué)報》，這說明現(xiàn)有常規(guī)技術(shù)不能滿足PM2.5精準(zhǔn)溯源的需求。在霧霾溯源方面，他所在的團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn)硅同位素指紋可以作為追溯PM2.5一次源的指示物，進(jìn)而揭示燃煤是北京今年冬春季霧霾加重的重要原因，為PM2.5溯源提供了新技術(shù)。

在新型污染物篩選方面，研究員阮挺告訴記者，目前只有部分污染物被列入國家監(jiān)管范圍，要擴(kuò)大這一名單，必須加大技術(shù)投入。經(jīng)過十多年積累，環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點實驗室建立了高通量多功能成組毒理學(xué)分析系統(tǒng)，為高通量新型污染物的識別和復(fù)合毒性效應(yīng)等研究提供了全新平臺。依據(jù)此平臺，已識別了100余種具有潛在健康危害的新型污染物。

扎實科研基礎(chǔ)支撐國家履約談判

瑞士日內(nèi)瓦是著名的旅游勝地、“國際會議之都”。自2006年起，《關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約》（以下簡稱斯德哥爾摩公約）技術(shù)專家組成員、中國代表團(tuán)技術(shù)專家鄭明輝每年都要數(shù)次往返日內(nèi)瓦，參加履約相關(guān)會議。但他完全無暇領(lǐng)略迷人的風(fēng)景。因為，履約談判每一場都是“硬仗”。

“有一次會議開到凌晨5點，睡眼蒙眬的會議主席發(fā)現(xiàn)參會者全都趴在桌上睡著了，不得不宣布休會。”鄭明輝回憶。

他告訴《中國科學(xué)報》，履約相關(guān)國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)編制不僅有科學(xué)技術(shù)問題，還有政治和策略的考量，而締約方大會更是國際環(huán)境外交的激烈交鋒。“代表經(jīng)常為國際履約行動規(guī)劃吵得不可開交，很多平時關(guān)系很好的外國專家談完也‘六親不認(rèn)’了。”鄭明輝笑稱。

斯德哥爾摩公約作為著名國際環(huán)境公約，針對的正是POPs。為了用科學(xué)論據(jù)最大限度支持全球履約、維護(hù)國家利益，實驗室成員江桂斌、鄭明輝、王亞韡已60余次參加履約相關(guān)會議。

江桂斌表示：“履約技術(shù)支持是系統(tǒng)工程，實驗室平臺和資源使得國內(nèi)不同學(xué)科科學(xué)家能夠形成為國家利益服務(wù)的合力。”

前方談判，后方支援。談判桌上針鋒相對、有理有據(jù)的背后，是基礎(chǔ)研究的深厚積累。例如，在被列入斯德哥爾摩公約新增POPs名單的全氟烷基化合物及短鏈氯化石蠟研究方面，環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點實驗室近10年發(fā)表學(xué)術(shù)論文的數(shù)量和論文總被引頻次都排名全球第一。

相關(guān)研究不僅支持了履約談判，也為國家環(huán)境建設(shè)解決了諸多實際問題。實驗室建立了二惡英排放清單調(diào)查方法學(xué)，多種排放因子被公約標(biāo)準(zhǔn)工具包引用；參加制定的《全球POPs監(jiān)測導(dǎo)則》在全球監(jiān)測計劃中反映了中國及其他發(fā)展中國家需求；篩查出我國二惡英十大重點排放源和四大優(yōu)先控制污染源；提出的我國二惡英排放清單收錄在國務(wù)院批準(zhǔn)的《國家履行斯德哥爾摩公約實施計劃》，成為我國制定二惡英污染防控對策的依據(jù)。

凝心聚力 和諧奮進(jìn)

近幾年，人才爭奪呈“白熱化”，環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點實驗室也面臨著嚴(yán)峻的競爭形勢，但仍然凝聚了一批“想干事、干大事”的科研骨干。

在國家杰出青年科學(xué)基金獲得者劉倩看來，實驗室能給年輕人創(chuàng)造上升通道和團(tuán)結(jié)向上、凝心聚力的科研文化，提供使其快速成長的資源。

劉倩本人就曾經(jīng)歷過研究方向的變更。為了拓展新的研究領(lǐng)域，他曾用3年時間和學(xué)生一起在科學(xué)迷霧中摸索，利用學(xué)科交叉優(yōu)勢，終于在環(huán)境納米同位素分餾方面獲得令人振奮的新發(fā)現(xiàn)。

“這就是我們國家重點實驗室的優(yōu)勢，科研人員能夠不受外界干擾，自主創(chuàng)新。”劉倩說。

江桂斌從1984年到生態(tài)環(huán)境中心讀研究生至今，30多年的科研生涯除博士后和國外訪學(xué)，幾乎全部在此度過。2017年，他從生態(tài)環(huán)境中心主任的位置上退下，全身心投入環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點實驗室的工作。

做了幾十年科研，江桂斌感慨，科學(xué)家最大的幸福在于能夠從事自己所鐘情的科研事業(yè)。在他的帶領(lǐng)下，實驗室努力塑造學(xué)術(shù)自由、以人為本的良好氛圍。

據(jù)悉，實驗室培養(yǎng)的學(xué)生出國后學(xué)成歸國率很高，最近幾年引進(jìn)的人才大多是從實驗室走出去的，楊敏認(rèn)為，“最主要的原因還是認(rèn)同實驗室的文化。”

如今，環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點實驗室有研究員37人，其中“973”項目首席科學(xué)家5人、國家杰出青年科學(xué)基金獲得者11人、優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者12人。這支隊伍雖然規(guī)模不大，但高水平人才卻很穩(wěn)定。

江桂斌表示，實驗室之所以能穩(wěn)得住人才，得益于用事業(yè)發(fā)展吸引人才，促進(jìn)青年科學(xué)家產(chǎn)生新的學(xué)術(shù)思想，為其提供平臺，實現(xiàn)科研跨越與人生理想。

“我們的優(yōu)勢是集中團(tuán)隊力量攻克科學(xué)難題，做別人做不到的事，提升實驗室的競爭力和國際影響力，做出無愧于時代的成果。”江桂斌說。

科研創(chuàng)新從研制儀器開始

2015年回國后，環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點實驗室研究員胡立剛怎么也想不到，自己居然會成立一個3D打印實驗室。

當(dāng)時，胡立剛計劃開展單細(xì)胞分析研究，但商品化的質(zhì)譜接口不能滿足研究需求，也沒有廠商能夠提供商品化的專用接口，他冒出了自己打印接口的想法。這一想法很快得到實驗室主任江桂斌的全力支持。于是，胡立剛帶著兩三個學(xué)生一頭扎了進(jìn)去。

“剛開始挺痛苦，基本上是外行，構(gòu)型理論化設(shè)計和優(yōu)化花了很長時間，其中涉及流體力學(xué)、計算機(jī)輔助設(shè)計和材料加工等多種基礎(chǔ)理論問題和技術(shù)難題。”胡立剛說。歷經(jīng)兩年的摸索和攻堅破難，他們終于走通了全流程，購買3D打印機(jī)，轟轟烈烈干起了分析儀器器件3D打印的技術(shù)研發(fā)。

在3D打印實驗室，記者看見了打印出的成品。小孩拳頭大小的零件看著不起眼，里面卻暗藏玄機(jī)。接口內(nèi)分布了打印精度達(dá)2微米的導(dǎo)流柱，能滿足科研需求，而這正是常規(guī)機(jī)加工廠難以逾越的技術(shù)障礙。

2018年，3D打印研發(fā)的單細(xì)胞質(zhì)譜接口獲得了國家發(fā)明專利授權(quán)，沒想到很快就受到相關(guān)企業(yè)的關(guān)注，并于2019年簽署了技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議。

“單細(xì)胞質(zhì)譜分析是生命科學(xué)和環(huán)境與健康研究領(lǐng)域的熱點，市場需求很旺盛。”胡立剛說，“國內(nèi)材料合成是強(qiáng)項，精密加工卻是短板，3D打印正好可以利用合成的強(qiáng)項在一定程度上彌補(bǔ)這塊短板。”

工欲善其事，必先利其器。環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點實驗室始終重視科研儀器自主研發(fā)，先后研發(fā)了毛細(xì)管電泳單分子偏振成像檢測儀、便攜式痕量揮發(fā)性有機(jī)物快速檢測儀、高靈敏度表面增強(qiáng)拉曼檢測裝置、色譜和原子熒光聯(lián)用儀器等多種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的環(huán)境分析儀器，部分儀器已產(chǎn)業(yè)化并推廣應(yīng)用。

實驗室還創(chuàng)新性地提出高通量多功能成組毒理學(xué)分析儀的設(shè)想，這也是全球首臺高通量多功能成組毒理學(xué)分析系統(tǒng)。

2005年，江桂斌首次提出成組毒理學(xué)概念，發(fā)明了高通量毒性篩選平臺，2013年獲得國家發(fā)明專利。2014年，在國家重大儀器研制項目的支持下，融入了新的創(chuàng)新思維，規(guī)模更大、功能更全的“高通量多功能成組毒理學(xué)分析儀”重新納入系統(tǒng)研制的軌道。

該儀器結(jié)合微量復(fù)合污染物識別與毒性評價為一體的全新思路，在復(fù)雜體系效應(yīng)導(dǎo)向的毒物篩查與識別新方法和基于信號通路的新型生物傳感技術(shù)基礎(chǔ)上，建立未知毒物篩選及復(fù)合毒性效應(yīng)的技術(shù)通用平臺。

“有了它，我們對新型有毒化學(xué)污染物的甄別將如虎添翼。”江桂斌說。（陳歡歡）

環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點實驗室簡介

環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點實驗室2004年通過科技部論證，2007年正式通過驗收。2010年和2015年在地學(xué)領(lǐng)域國家重點實驗室評估中連續(xù)被評為優(yōu)秀國家重點實驗室。

實驗室的主要研究方向是持久性有毒污染物（PTS）的分析方法、環(huán)境化學(xué)行為、毒理與健康效應(yīng)。實驗室圍繞國際學(xué)科發(fā)展前沿和國家環(huán)境與健康研究的重大需求，針對PTS研究中的關(guān)鍵科學(xué)問題開展了一系列基礎(chǔ)性、前瞻性和創(chuàng)新性研究，取得了一系列原創(chuàng)性成果，形成了鮮明的研究特色，在國內(nèi)外學(xué)術(shù)界產(chǎn)生了重要影響，對推動我國環(huán)境化學(xué)與毒理學(xué)學(xué)科的發(fā)展、支撐國家履行《關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約》發(fā)揮了重要作用。

實驗室先后主持6項“973”項目，以及國家科技支撐計劃重大項目、基金委重大研究計劃、國家重大儀器研制項目、國家基金委重大項目、國家重點研發(fā)計劃專項項目等，研究成果獲得6項國家自然科學(xué)獎二等獎和1項國家科技進(jìn)步獎二等獎。實驗室發(fā)起的持久性有毒化學(xué)污染物國際研討會系列國際會議，自2004年以來連續(xù)召開了16屆，已成為PTS研究領(lǐng)域水平最高、國際同行積極承辦的國際會議之一。