作者 | 陳歡歡

青藏高原科考——珠峰合影

諾貝爾化學獎獲得者Mario J. Molina（中）來訪

鄭明輝2017年參加全球POPs監測協調委員會會議

采集并探測PM2.5中來自燃煤和機動車排放的有害顆粒物組分

穩定同位素分餾技術探索水體中銀納米顆粒轉化行為

3D打印技術制備質譜儀器件

2019年斯德哥爾摩公約大會

高通量多功能成組毒理學平台

地球上有多少種人工合成的化學品？這個問題無法精準回答，據美國《化學文摘》統計，已注冊登記的化學物質超過1.6億種，其中被大量生産和使用的約有10萬種。

美國化學會的徽标上寫着一句名言：化學為了生活。

化學品的廣泛使用極大促進了社會進步和經濟發展，但它也是一把雙刃劍。

“理論上說，化學品隻要生産出來就可能被使用，從而進入環境，也就有可能進入生命體。”中國科學院院士、環境化學與生态毒理學國家重點實驗室主任江桂斌告訴《中國科學報》。

在這10萬種化學品中，雖然科學家已經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。

環境化學與生态毒理學國家重點實驗室的目标之一就是要發現更多隐匿在環境中、對我國生态環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品導緻的環境與健康問題放在首位。”江桂斌說。

開創國内持久性有機污染物研究先河

在人迹罕至的南極和北極，除了受到全球變暖的影響，動物還面臨着持久性有機污染物（POPs）的威脅。

2017年的一項研究表明，POPs在北極熊體内的濃度高得吓人，幼熊因為吃了受污染的母奶，中毒風險更是成倍增加。

“POPs污染的嚴重性和複雜性遠遠超過常規環境污染物，已成為影響人類健康與生存的重大環境問題。”江桂斌說。

POPs是一類毒性很強，在環境中難降解、可遠距離傳輸，并随食物鍊在動物和人體中累積、放大的污染物。

環境化學與生态毒理學國家重點實驗室的任務，正是聚焦POPs研究中的關鍵科學問題，發展相關分析方法，深入研究其環境過程，開發污染控制技術。

其在這一領域的相關研究已有幾十年曆史。

環境化學與生态毒理學國家重點實驗室最初為中國科學院生态環境研究中心（以下簡稱生态環境中心）環境分析化學與生态毒理學實驗室。

生态環境中心始建于1975年，前身為中國科學院環境化學研究所，為我國環境化學學科發展作出了奠基性貢獻——1980年出版的《環境監測分析方法》成為我國現代環境監測方法的基礎；1980年提出多氯聯苯測試方法、1987年提出二惡英分析方法，開創我國POPs研究先河。

二惡英作為一種強緻癌性POPs，由于在環境中濃度低，監測難度極大。20年前，國内二惡英研究最大的瓶頸就是缺乏精密儀器設備和超痕量分析經驗。

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，當年生态環境中心舉全中心之力，把全年400萬元預算幾乎全部投入建設二惡英實驗室。

在沒有多少經驗可以借鑒的情況下，實驗室成員“摸着石頭過河”，一磚一瓦建起了二惡英實驗室，為建設我國其他二惡英分析實驗室提供了重要技術支持，培訓的學員已成為行業中的技術骨幹或學術帶頭人。

2002年，經中國科學院批準，環境分析化學與生态毒理學實驗室成為中科院重點實驗室；2004年，經科技部批準，籌建環境化學與生态毒理學國家重點實驗室，2007年通過驗收。

生态環境中心副主任楊敏表示：“國家重點實驗室是很好的科研平台，一方面有利于吸引和培養人才，另一方面也有經費支持自由探索性的創新研究。”

迎來跨越式發展

從發展态勢看，進入國家重點實驗室序列，無疑給了實驗室一次跨越式發展的良機。

自2003年起，實驗室研究員江桂斌、鄭明輝接連領銜有關POPs的3個“973”項目，在結題驗收中均被評為優秀。

通過15年紮實的基礎研究，實驗室發展了POPs檢測技術與方法，摸清了典型POPs環境污染與人體暴露的特征，研發了從源頭減少POPs排放的污控技術，為我國制定環境生态安全政策提供了科學支撐，引導了國内外相關研究。

2013年，實驗室POPs研究集體獲中科院傑出成就獎。

為認識POPs的遠距離遷移特性，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。

此後，實驗室十幾人次先後參加南、北極考察，獲得許多寶貴的樣本資源，并和西藏大學建立了長期合作關系，成立了聯合實驗室。

在成立16年間，中國經曆了公衆環境意識覺醒和環保産業快速增長，環境化學與生态毒理學國家重點實驗室也默默堅守着環境科學基礎研究，實現了跨越式發展。

目前，實驗室先後獲得6項國家自然科學獎和1項國家科技進步獎；部分研究成果入選中國科學院“十二五”重大科技進展及标志性成果；成為國内軟硬件條件最好的二惡英實驗室，擁有5台高分辨色譜質譜聯用儀，被聯合國環境規劃署命名為“全球POPs監測計劃示範實驗室”。

江桂斌認為，實驗室成功的秘訣在于牢牢抓住“環境污染與健康危害”這一關鍵科學問題，聚焦持久性有毒污染物研究，同時随着研究深度的積累和廣度的增加，不斷将研究的基礎性成果轉化為服務國家目标的硬實力。

楊敏亦表示：“更好地對接國家發展戰略，是國家重點實驗室應該肩負起來的重任。”

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。

鄭明輝團隊獨辟蹊徑，發明生活垃圾焚燒二惡英阻滞技術，應用于垃圾焚燒廠後，使二惡英排放量低于國際最嚴排放标準。

該成果獲得2019年度國家科技進步獎二等獎。

今年新冠肺炎疫情期間，人們發現，雖然工業化活動大大降低，但大氣污染有時依舊嚴重。

研究員劉倩告訴《中國科學報》，這說明現有常規技術不能滿足PM2.5精準溯源的需求。

在霧霾溯源方面，他所在的團隊研究發現矽同位素指紋可以作為追溯PM2.5一次源的指示物，進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。

在新型污染物篩選方面，研究員阮挺告訴記者，目前隻有部分污染物被列入國家監管範圍，要擴大這一名單，必須加大技術投入。

經過十多年積累，環境化學與生态毒理學國家重點實驗室建立了高通量多功能成組毒理學分析系統，為高通量新型污染物的識别和複合毒性效應等研究提供了全新平台。

依據此平台，已識别了100餘種具有潛在健康危害的新型污染物。

紮實科研基礎支撐國家履約談判

瑞士日内瓦是著名的旅遊勝地、“國際會議之都”。

自2006年起，《關于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約》（以下簡稱斯德哥爾摩公約）技術專家組成員、中國代表團技術專家鄭明輝每年都要數次往返日内瓦，參加履約相關會議。

但他完全無暇領略迷人的風景。因為，履約談判每一場都是“硬仗”。

“有一次會議開到淩晨5點，睡眼蒙眬的會議主席發現參會者全都趴在桌上睡着了，不得不宣布休會。”鄭明輝回憶。

他告訴《中國科學報》，履約相關國際技術标準編制不僅有科學技術問題，還有政治和策略的考量，而締約方大會更是國際環境外交的激烈交鋒。

“代表經常為國際履約行動規劃吵得不可開交，很多平時關系很好的外國專家談完也‘六親不認’了。”鄭明輝笑稱。

斯德哥爾摩公約作為著名國際環境公約，針對的正是POPs。

為了用科學論據最大限度支持全球履約、維護國家利益，實驗室成員江桂斌、鄭明輝、王亞韡已60餘次參加履約相關會議。

江桂斌表示：“履約技術支持是系統工程，實驗室平台和資源使得國内不同學科科學家能夠形成為國家利益服務的合力。”

前方談判，後方支援。談判桌上針鋒相對、有理有據的背後，是基礎研究的深厚積累。

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鍊氯化石蠟研究方面，環境化學與生态毒理學國家重點實驗室近10年發表學術論文的數量和論文總被引頻次都排名全球第一。

相關研究不僅支持了履約談判，也為國家環境建設解決了諸多實際問題。實驗室建立了二惡英排放清單調查方法學，多種排放因子被公約标準工具包引用；參加制定的《全球POPs監測導則》在全球監測計劃中反映了中國及其他發展中國家需求；篩查出我國二惡英十大重點排放源和四大優先控制污染源；提出的我國二惡英排放清單收錄在國務院批準的《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。

凝心聚力 和諧奮進

近幾年，人才争奪呈“白熱化”，環境化學與生态毒理學國家重點實驗室也面臨着嚴峻的競争形勢，但仍然凝聚了一批“想幹事、幹大事”的科研骨幹。

在國家傑出青年科學基金獲得者劉倩看來，實驗室能給年輕人創造上升通道和團結向上、凝心聚力的科研文化，提供使其快速成長的資源。

劉倩本人就曾經曆過研究方向的變更。

為了拓展新的研究領域，他曾用3年時間和學生一起在科學迷霧中摸索，利用學科交叉優勢，終于在環境納米同位素分餾方面獲得令人振奮的新發現。

“這就是我們國家重點實驗室的優勢，科研人員能夠不受外界幹擾，自主創新。”劉倩說。

江桂斌從1984年到生态環境中心讀研究生至今，30多年的科研生涯除博士後和國外訪學，幾乎全部在此度過。

2017年，他從生态環境中心主任的位置上退下，全身心投入環境化學與生态毒理學國家重點實驗室的工作。

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

據悉，實驗室培養的學生出國後學成歸國率很高，最近幾年引進的人才大多是從實驗室走出去的，楊敏認為，“最主要的原因還是認同實驗室的文化。”

如今，環境化學與生态毒理學國家重點實驗室有研究員37人，其中“973”項目首席科學家5人、國家傑出青年科學基金獲得者11人、優秀青年科學基金獲得者12人。這支隊伍雖然規模不大，但高水平人才卻很穩定。

江桂斌表示，實驗室之所以能穩得住人才，得益于用事業發展吸引人才，促進青年科學家産生新的學術思想，為其提供平台，實現科研跨越與人生理想。

“我們的優勢是集中團隊力量攻克科學難題，做别人做不到的事，提升實驗室的競争力和國際影響力，做出無愧于時代的成果。”江桂斌說。

實驗室小故事

科研創新從研制儀器開始

作者 | 陳歡歡

2015年回國後，環境化學與生态毒理學國家重點實驗室研究員胡立剛怎麼也想不到，自己居然會成立一個3D打印實驗室。

當時，胡立剛計劃開展單細胞分析研究，但商品化的質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，胡立剛帶着兩三個學生一頭紮了進去。

“剛開始挺痛苦，基本上是外行，構型理論化設計和優化花了很長時間，其中涉及流體力學、計算機輔助設計和材料加工等多種基礎理論問題和技術難題。”胡立剛說。

曆經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，轟轟烈烈幹起了分析儀器器件3D打印的技術研發。

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着不起眼，裡面卻暗藏玄機。接口内分布了打印精度達2微米的導流柱，能滿足科研需求，而這正是常規機加工廠難以逾越的技術障礙。

2018年，3D打印研發的單細胞質譜接口獲得了國家發明專利授權，沒想到很快就受到相關企業的關注，并于2019年簽署了技術轉讓協議。

“單細胞質譜分析是生命科學和環境與健康研究領域的熱點，市場需求很旺盛。”

胡立剛說，“國内材料合成是強項，精密加工卻是短闆，3D打印正好可以利用合成的強項在一定程度上彌補這塊短闆。”

工欲善其事，必先利其器。

環境化學與生态毒理學國家重點實驗室始終重視科研儀器自主研發，先後研發了毛細管電泳單分子偏振成像檢測儀、便攜式痕量揮發性有機物快速檢測儀、高靈敏度表面增強拉曼檢測裝置、色譜和原子熒光聯用儀器等多種具有自主知識産權的環境分析儀器，部分儀器已産業化并推廣應用。

實驗室還創新性地提出高通量多功能成組毒理學分析儀的設想，這也是全球首台高通量多功能成組毒理學分析系統。

2005年，江桂斌首次提出成組毒理學概念，發明了高通量毒性篩選平台，2013年獲得國家發明專利。

2014年，在國家重大儀器研制項目的支持下，融入了新的創新思維，規模更大、功能更全的“高通量多功能成組毒理學分析儀”重新納入系統研制的軌道。

該儀器結合微量複合污染物識别與毒性評價為一體的全新思路，在複雜體系效應導向的毒物篩查與識别新方法和基于信号通路的新型生物傳感技術基礎上，建立未知毒物篩選及複合毒性效應的技術通用平台。

“有了它，我們對新型有毒化學污染物的甄别将如虎添翼。”江桂斌說。

環境化學與生态毒理學國家重點實驗室簡介

環境化學與生态毒理學國家重點實驗室2004年通過科技部論證，2007年正式通過驗收。

2010年和2015年在地學領域國家重點實驗室評估中連續被評為優秀國家重點實驗室。

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、環境化學行為、毒理與健康效應。

實驗室圍繞國際學科發展前沿和國家環境與健康研究的重大需求，針對PTS研究中的關鍵科學問題開展了一系列基礎性、前瞻性和創新性研究，取得了一系列原創性成果，形成了鮮明的研究特色，在國内外學術界産生了重要影響，對推動我國環境化學與毒理學學科的發展、支撐國家履行《關于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約》發揮了重要作用。

實驗室先後主持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、國家重點研發計劃專項項目等，研究成果獲得6項國家自然科學獎二等獎和1項國家科技進步獎二等獎。

實驗室發起的持久性有毒化學污染物國際研讨會系列國際會議，自2004年以來連續召開了16屆，已成為PTS研究領域水平最高、國際同行積極承辦的國際會議之一。

（環境化學與生态毒理學國家重點實驗室供圖）

《中國科學報》 （2020-08-06 第4版 聚焦）

編輯 | 趙路

排版 | 郭剛

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