Lighting a Lamp Inside Cells

class="trs_editor_view TRS_UEDITOR trs_paper_default trs_web"><br> 唐波（左二）在实验室指导团队开展科研工作。    <br> 青岛日报/观海新闻记者  耿婷婷<br> 唐波，中国科学院院士、崂山实验室研究员。长期从事分析化学研究工作，以生命和化学过程的动态、实时、原位分析为主线，提出高灵敏、瞬时、特异性分子识别新原理，创制出荧光探针，突破了细胞内活性分子高选择性荧光成像、动态观察与多组分同时原位检测等难题；突破了反应微流化和在线监测技术，研制出连续流强化反应与微流控分析装置，实现了微纳尺度样品分析与绿色化工工艺的应用。现在围绕海水资源高值化利用、海洋生物传感与成像方向，推动分析化学与海洋科学交叉融合。<br> 跟唐波初次打交道的人，多半会对他的语速印象深刻——慢、稳、一字一句、不急不躁。像是在脑子里把每一句话都“过”了一遍，确认无误了，才说出口。<br> 这种节奏，和他的科研之路如出一辙：不追热点，不赶风口，三十余载就做一件事——为细胞“点亮一盏灯”。<br> 作为国内早期从事荧光探针研究的科研工作者，他选择了一条少有人走的路：用化学的方法窥探生命微观世界里的“秘密”。这条路起初并不好走——经费少、设备缺、可借鉴的成果寥寥无几。但唐波带着学生们在实验室坐“冷板凳”，从体外样品检测做起，一点点摸索，一次次失败，直到真正实现进入活细胞内部成像，最终在活性氧物种检测领域取得国际公认的突破。他“磨”出的荧光探针，让科学家在复杂细胞体系中“看见”了特定分子的实时动态。<br> 三十余载的积累，换来的是沉甸甸的成果：唐波以第一完成人获得国家自然科学奖二等奖1项和国家科学技术进步奖二等奖2项，主持国家重大、重点项目10余项，发表自然指数论文500余篇，论文总引6.1万余次，H指数125。<br> 日前，2025年度山东省科学技术奖揭晓，唐波获山东省科学技术最高奖。<br> 从“盲人摸象”到“眼见为实”：<br> 让细胞观察“看得清”<br> 记者：您的研究方向是荧光探针，能否用通俗的方式解释一下，这到底是做什么的？<br> 唐波：我先给你解释一下什么是荧光成像。它能帮我们“看清”一个复杂体系里面的每一种物质。比如，我们可以借此分辨出，这到底是肿瘤细胞还是正常细胞。<br> 细胞是生命的基本单位，但长期以来，科学家对细胞内部活性分子的研究犹如“盲人摸象”——细胞内的物质成分复杂、浓度不一，且许多活性分子瞬时就消失，很难被“看得见”和“分得清”。我的工作，就是为这些分子“点亮一盏灯”，实现细胞观察的“眼见为实”。为此，我带领团队发展了一种特殊的“分子工具”——新型荧光探针。<br> 记者：荧光探针的工作原理是什么？您之前曾形容它可以“指哪儿打哪儿”，这种精准性如何保证？<br> 唐波：这种探针的核心原理是，针对细胞内特定的目标物质，设计出能与之发生特异性反应的分子；反应发生后，探针分子发生分子内电荷转移、电子转移或能量转移，从而产生由“不发光”到“发光”的变化。通过荧光成像仪器，研究人员能直观地看到，细胞中哪些区域“亮了”、哪些区域“不亮”，从而判断目标物质的存在与分布。<br> 我们要通过控制，让探针跟目标物质发生特异性、专一性的反应，同时绝对不跟其他物质发生反应。为了实现这个“指哪儿打哪儿”的目标，我们团队回归化学与生物学的基本原理，基于目标物质的结构特征设计特异性识别基团，并引入可调控的响应单元，通过分子层面的精确调控实现探针的选择性激活。<br> 记者：您推动国内荧光探针研究实现了“从0到1”的突破，这项技术可以解决哪些科学难题？<br> 唐波：我们团队走到了相关领域的前列。例如，通过新型荧光探针和分析仪器创制，成功解决了活性氧在细胞中“看不见、分不清、测不准”的难题，进一步揭示了活性氧物种介导的细胞稳态调控疾病发生发展新机制。通俗来讲，通过对这种关键物质进行监测，可以帮助我们“锁定”与氧化应激、衰老和疾病相关的“有害分子”，也能帮助临床精准区分正常细胞和肿瘤细胞。<br> 整体来看，靠这一根“针”，我们让细胞观察脱离了“破碎、分离、提取”的传统模式，实现了在细胞原位、在生命最真实的状态下，实时动态地观察活性分子的变化。<br> 从“基础研究”到“实际应用”：<br> 用化学方法解决“真问题”<br> 记者：荧光探针属于基础科学前沿探索，您如何看待基础研究与实际应用之间的关系？<br> 唐波：科学研究如果不服务于实际需求，就失去了方向。在研发过程中，我看重交叉创新，很愿意向其他领域的专家进行学习；而在应用领域，我就更愿意与企业家、与实际需求站在一起，让他们提出问题，我来解决问题、满足需求，促进科技创新和产业创新深度融合。<br> 比如，在临床医学方面，我们团队便通过与山东大学齐鲁医院等医疗机构合作，从临床上发现“真问题”，带回实验室进行解决，将荧光探针等技术应用于临床诊断。<br> 记者：近年来，您率团队进一步发展了多色荧光成像技术，在国际上首次实现了活细胞中红、蓝、黄、绿四种颜色的成像。这些技术对临床有哪些重要意义？<br> 唐波：简单来说，通过这四种颜色的组合成像，团队能够同时标记细胞内的多种肿瘤标志物，更加精准地区分正常细胞和肿瘤细胞，有效避免了肿瘤假阳性判断。例如，通过这项技术，临床上可以实现对肝癌细胞与正常细胞100%准确度的区分，这对于早癌预警有重要意义。<br> 与山东大学齐鲁医院等医院广泛开展这样的合作，我们的研究还覆盖了动脉粥样硬化的早期评估、阿尔茨海默病的深层活体成像、脑部手术神经细胞损伤等方面。<br> 记者：除了医学领域，您的成果还应用在哪些产业方向？<br> 唐波：事实上，这种“从实际需求入手”的理念，贯穿了我的科研生涯。早年间，我就发现，相对于石油、煤化工等大型化工，农药、医药生产所需的中间体产品化工，是附加值、技术含量更高的精细化工。面向这一产业实际，我率团队开展大量应用研究，大胆提出精细化学品生产源头控制污染的“原子利用率有效值理论模型”，并进一步实现了芳香醛、含氟酚等数十种重要农药、医药中间体的清洁生产。相关技术获得国家科学技术进步奖二等奖。<br> 用化学方法解决真实问题，我还率团队研制开发了“磷矿粉直接法生产N、P、K硫基或氯基三元复合肥新工艺”，在一定程度上解决了我国上世纪末高品质N、P、K复合肥依赖进口的问题，提高了农作物产量和农民收入；根据植物光合作用原理，研究开发出“光生态”新型棚膜，减少了农业生产中农药、化肥使用量，提高农产品品质，达到了增产增收的效果；研制出的微流控芯片流体智能电动驱动控制仪，已实现成果转让并应用于实际生产……<br> 从“照亮细胞”到“经略海洋”：<br> 让探针走得“更深更远”<br> 记者：您一直强调团队的重要性，在这个方面，您是如何组建队伍、培养年轻人成才的？<br> 唐波：相比以前，现在的科研条件更优越了。但其实，即使在早年间相对艰苦的条件下，我也从2000年左右就组建了自己的科研团队。在我看来，团队建设和人才培养，比个人科研攻关更具长远意义。<br> 我十分注重从实际项目中锻炼年轻人的能力，也擅长让学生在不同的专业方向、不同的课题实践中提升解决问题的能力。什么样的人适合搞理论研究、什么样的人适合搞技术攻关、什么样的人适合搞工程应用？要发现每个人的特长。管理团队要协调不同专业背景的人，根据各自特长安排任务，让团队形成合力。我们带领的分析化学教学科研教师团队入选首批“全国高校黄大年式教师团队”。<br> 记者：加盟崂山实验室之后，您的研究方向有哪些新的拓展？从细胞成像到海洋领域，您的荧光探针技术如何向海洋延伸？<br> 唐波：2023年，我加盟崂山实验室这一国家级科创平台。近年来，我进一步围绕海水资源高值化利用、海洋生物传感与成像方向，推动分析化学与海洋科学交叉融合。<br> 例如，针对天然海水直接电解中阴极镁钙沉淀严重、电极活性位点被覆盖的难题，我首次提出基于三维蜂窝电极的微气泡/沉淀输运系统。目前，相关成果正与企业合作，开展海水制氢工程化实验，已实现连续500小时稳定运行的重大突破。<br> 我们还成功研制出首台套110千瓦级热耦合海水直接电解制氢系统装置，每小时产氢22标准立方米，氢气纯度不低于99.999%。<br> 记者：回望三十多年的科研历程，您如何总结自己取得的成果？<br> 唐波：我认为，化学既是认识物质的科学，也是创造新物质的科学，用以改造世界、造福人类。我用三十多年“磨”出了一根照亮细胞的“针”。而今，这根“针”正指向更广阔的海洋——从“看得见、分得清、测得准”的细胞世界，走向“经略海洋、向海图强”的深蓝疆域。