王素華：向霧霾宣戰

本刊記者 閆冬雪

近幾年，由于環境受到巨大污染，霧霾已經成為國人心中驅趕不走的陰影。向霧霾宣戰，人人有責，刻不容緩。

在合肥市西郊蜀山湖畔風景秀麗的“科學島”上，中國科學院合肥物質科學研究院研究員、引進海外杰出人才“百人計劃”科學家王素華正以他特有的方式，沖在這場戰役的第一線。

構建神奇武器開關——迅速鎖定氮氧自由基

霧霾，人人皆知，但霧霾是怎么形成的？霧霾的成員都有哪些，造成霧霾危害的“罪魁禍首”都有哪些？

科學家們經過長期研究發現，空氣中一些氣體自由基小分子，如氮氧化物（NOx），臭氧（O3）是霧霾家族中的“危險分子”，它們能直接或間接影響著人類的呼吸系統、免疫系統、神經系統以及循環系統，造成心血管疾病，組織病變，死亡率升高等問題；而大氣中的氣態污染物也可以被氧化成細顆粒物，對PM 2.5的形成具有促進作用。

摸清這些“危險分子”的含量分布及變化，是認識這些活性物質在大氣中的遷移規律、演變過程和探索霧霾形成機制的基礎。但這些氣態自由基通過人的肉眼很難看得見也摸不著，且具有反應活性高和多組分并存等特點，高選擇性和高靈敏的檢測極為困難，是分析化學研究領域的重大挑戰。而近年來，納米材料的蓬勃發展，特別是對于具有特殊物理化學性質的新型納米材料的研究，為氣體污染物分子的高靈敏快速檢測提供了新的方向。

能不能利用納米材料設計一種高靈敏度的探測“開關”，讓它在遇上檢測目標的時候有選擇性地迅速“打開門”，遇到其他成員的時候迅速“關上門”，與此同時，通過什么方法使檢測變得可視且方便操作？利用手中的現代科技“武器”，王素華及其團隊圍繞氣態污染物的可視化化學檢測研究展開了一系列非常有趣，有價值，且細致巧妙的工作。

課題組人員（前排從左到右為：許宏達、朱后娟、王素華、馬芳、李迎運，后排從左到右為：孫明泰、李慧慧、閆葉寒、雷克朋、張亞嬌、余歡、陳之揚、劉賽賽、張奎）

以專門針對NO自由基的檢測方法研究為例，他們通過量子點表面分子工程方法，在量子點表面用二硫代氨基甲酸鐵進行功能化，發現兩者間因為發生熒光共振能量轉移（FRET）從而量子點熒光被關滅。NO能與絡合物的鐵中心發生快速、選擇性的還原配位反應生成NO加合物，阻斷了FRET通道，從而打開量子點的熒光，呈線性關系。事實證明，與大部分其他熒光方法以NO的氧化產物間接檢測NO自由基不同，該方法能夠高選擇性地直接檢測NO自由基，不受HOCl、H2O2和NO2等其他活性氧的干擾。據此可以很方便地建立氣相NO含量的檢測方法，其熒光強度與NO含量具有線性關系。

通過類似的方法和原理，王素華團隊還分別建立了對NO2，SO2，H2O2和HOCl等高選擇性的turn-on熒光和近紅外熒光分析方法，其中基于量子點的熒光開關檢測NO自由基和氣態NO2的turn-on熒光探針為首次報道，也可用于細胞的相關分析檢測和成像分析。這些高選擇性高靈敏的檢測分析方法將為探索氣態自由基和活性氧在霧霾形成過程中的作用提供了分析化學基礎。

有了前期扎實的研究基礎，王素華團隊的研究勢如破竹，一節一節地順利展開來：通過量子點表面分子工程，他們實現了基于表面配位取代誘導的量子點開關，實現了三硝基甲苯和無機鹽細微粒的高選擇性和高靈敏度可視化檢測；巧妙利用功能型有機探針與熒光碳點的相容性，再通過SO2與前者的特異性加成反應來調控FRET通道，構筑了高靈敏高選擇性的SO2比率熒光檢測體系。這些研究結果對于解決熒光分析領域中單一熒光元素難以實現多功能、多目標等關鍵問題提供了思路，也為深入探索大氣霧霾中有害細微粒的形成機制與作用奠定了分析化學的方法基礎，對于治理大氣污染具有重要的科學意義。

“亮劍” 霧霾等污染——盡顯納米科技魅力

“我不滿意，我不想等待，我也不再推諉，我要站出來做一點什么。我要做的事，就在此時，就在此刻，就在此地，就在此生?！薄催^央視知名記者柴靜空氣污染深度調查《穹頂之下》的人一定會對片末的這句話記憶深刻。她向世人展現了一名母親、一個普通人向霧霾宣戰的決心。而作為一名有責任感的科學家，王素華更是以實際行動為保護環境、掃除霧霾盡著自己的一份心力。對他來說，他要做的事情，同樣也在此時此刻。因為緊迫，因為責無旁貸，所以“不需揚鞭自奮蹄”。

與大多數科學家一樣，王素華有著一段漫長的學習歷程：1992年于山東師范大學化學系獲學士學位；1995年于中國科學院化學研究所獲碩士學位；2001年于香港科技大學獲博士學位；2001年－2003年獲日本學術振興會(JSPS)資助，在日本Himeji Institute of Technology (現University of Hyogo) 從事納米技術的研究，2003年—2010年在新加坡國立大學從事敏感材料與檢測分析的研究。2009年，王素華入選中科院“百人計劃”，加入中國科學院合肥物質科學研究院、中國科學院智能機械研究所納米分析與生物化學傳感器實驗室。

從一名普通學校的大專生到成為一名走出國門的優秀研究學者，王素華的成長之路是一條讓人欽佩的“奮發之路”，而這種積極向上的姿態，一直保持到他工作。

自走上研究之路，王素華長期從事光譜分析化學和物理化學的基礎研究，一直都在積極探尋納米材料的各種應用，致力于探索高靈敏高選擇性的可視化熒光分析體系，在熒光光譜分析領域有了一定的積累。特別是近幾年來開展了基于半導體量子點以及有機分子配合物的熒光光譜分析檢測新原理新方法的研究，并取得了一些具有創新性的科研成果。包括發展了表面分子結構誘導的熒光共振能量轉移的原理，提出了分子結構響應的熒光開關新概念，實現了高選擇性敏感跟蹤檢測特定分析目標的原理與分析方法。通過進一步對其表面分子結構的專一化設計與功能修飾，分別建立了基于金屬配合物或有機染料以及量子點納米材料的熒光分析體系，已經在相關的研究領域取得一些工作積累和成績。

因為意識到環境惡化的嚴峻性，近年來，王素華和他的研究同伴開始拿起自己手中掌握的納米“武器”積極致力于納米材料在環境保護中的應用研究。近5年，王素華先后承擔了兩項與大氣污染物檢測相關的國家自然科學基金，分別是“結構響應量子點熒光開關對NO自由基的直接選擇性高靈敏檢測（2010）”研究和“針對氣相氮氧自由基和臭氧及其相互作用的熒光分析方法研究（2014）”，成果顯著。2012年初，他與新加坡國立大學化學系的黃德健副教授合作，獲國家自然科學基金委的“海外與港澳學者合作研究項目”資助，開展“大氣污染物氮氧化物與二氧化硫的可視化檢測方法研究”。這些項目的研究為王素華“亮劍”霧霾打開了“方便之門”。伴隨著項目的深入開展，建立了幾種針對不同氣態污染物的檢測新方法和探針體系，這些探針可以不依托于大型儀器，現場快速地檢測相關的氣態污染物，對環境保護與環境檢測領域有著重要的實用價值。

“同呼吸共命運”，在這場人類與霧霾的戰爭中，沒有人可以幸運地排除在外，唯有勇敢地承擔。對沖在這場戰役第一線的王素華團隊來說，這份責任雖沉重但責無旁貸，拿起手中的科技武器，他堅定地繼續朝前走。他相信，總能撥開霧霾，見晴天。