我国成功研制世界上最亮的极紫外光源,将中药标准推向国际

由中科院上海药物研究所研究员果德安领衔的“国际化导向的中药整体质量标准体系创建与应用”项目在1月9日举行的国家科技奖励大会上获颁国家科技进步奖二等奖。

微藻是一类古老的低等植物,在陆地、淡水湖泊、海洋分布广泛。微藻种类繁多,截至21世纪初已发现的藻类有三万余种,其中微小类群就占了70%,即两万余种。

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这已经是该团队第二次获得国家嘉奖。
“我瞄准‘中药标准’这一基础科学问题,与中药打了三十年交道。”果德安回顾研究之路不禁感慨,“中药是一个古老又复杂的体系,只有建立标准才能让它真正现代化、国际化、市场化。”

中科院水生生物研究所研究员、国家开发投资公司微藻生物科技中心主任、“千人计划”专家胡强主要从事藻类生物学、生物技术与生物能源的研究。他告诉《中国科学报》记者:“微藻经过加工处理,可以生产出食品、保健品、饲料等很多产品,提取的藻油就像煤和石油一样,是重要的能源原料。”

1月13日,中科院大连化学物理研究所科研人员在调试“大连光源”仪器设备。新华社记者
杨青 摄

指纹识别真假优劣

产学研的合作之路

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如果不能确切知道有效成分的含量,药材的真假优劣无从鉴别,质量自然也无法得到保证。

上世纪,美国曾有个研制原子弹的“曼哈顿计划”;本世纪,美国又出了个“微型曼哈顿计划”,该计划的宗旨不是研制原子弹,而是期望通过研发藻类产油寻求新的可再生能源。

1月13日,中科院大连化学物理研究所科研人员在调试“大连光源”仪器设备。新华社记者
杨青 摄

“要拿出令人信服的科学依据,首先必须分析清楚中药的成分,尤其是那些真正起作用的。”果德安把建立分析方法设定为鉴别中药真假优劣的第一步。

胡强指出:“我国在这方面的研究并不晚于美国。”2013年5月,国家开发投资公司微藻生物科技中心在北京成立,中心希望利用微藻生物质技术解决能源与资源短缺、气候环境恶化等重大问题,为国家经济和社会的可持续发展提供新途径。

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“每种中药药材都有特定的成分组合,就如一套独特的指纹,无论如何加工,一样可以利用化学组分的‘指纹’将其鉴别出来。”果德安介绍。

同年7月,水生所藻类生物技术和生物能源研发中心在武汉成立。中心由水生所和国投合作共建,致力于通过产、学、研一体化技术创新模式,探索和解决微藻生物质领域重大科学和工程技术问题。上述两个中心的主任都是胡强。

1月13日,中科院大连化学物理研究所科研人员在调试“大连光源”仪器设备。新华社记者
杨青 摄

他们在测定药材主要化学成分的同时,通过喂食实验动物,检测其血液成分,形成“化学分析—体内代谢—生物机制”的中药复杂体系系统分析方法学体系,并提出了“深入研究,浅出标准”构建现代质量标准的基本理念。利用这套方法找到的中药“指纹图谱”,可使中药产品也如西药一样,质量可控,药效稳定。这项研究使果德安团队获得了2012年国家自然科学奖二等奖。

回看胡强的求学和工作经历,从武汉到以色列,到日本和美国,再到如今回国,他跟微藻结下了不解之缘。

中国科学院研制的“大连光源”1月15日发出了世界上最强的极紫外自由电子激光脉冲,单个皮秒激光脉冲产生140万亿个光子,成为世界上最亮且波长完全可调的极紫外自由电子激光光源。

中药标准走向世界

在以色列,胡强获得本·古里安大学获藻类生物技术专业博士学位,随后他来到日本做博士后研究工作,主要开发一种利用微藻固定电厂废气中二氧化碳的技术,为温室气体的减排提供新思路。不久,美国亚利桑那州立大学给胡强发出邀请,希望他能去参与微藻处理废水项目。

在这样的极紫外光照射下,区域内几乎所有原子和分子都“无处遁形”。因此,“大连光源”可被用于观测与燃烧、大气以及洁净能源相关的物理化学过程。

传统中药传承我国中医理论的精髓,其用药的有效性和安全性是通过千百年来的临床实践证明的,但西方人却很难用科学的眼光来理解。因此,依靠现代科学技术打开中药“黑箱”,并制定世界认可的中药质量标准,成了我国科学家们不断努力的目标。用现代科学方法诠释中药,“金标准”是让中药标准被美国药典、欧洲药典收录。有了中药成分分析方法的技术基础,果德安团队开始了中药标准的国际化之路。

在美国,胡强及其团队开始了藻油的研究,并建立了利用微藻生产能源的中试生产线,胡强领导的实验室也成为美国能源部国家级微藻能源研发基地。“当时,美国国防部出钱找到我们,风险投资也找到我们,相关研究经费超过2000万美元。”

中科院副院长王恩哥说,这是中国科学院乃至我国又一项具有极高显示度的重大科技成果,装置中90%的仪器设备均由我国自主研发,标志着我国在这一领域占据了世界领先地位,将大大促进我国在能源、光学、物理、生物、材料、大气雾霾、光刻等多个重要领域研究水平的提升。

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