2013年中国分析测试协会科学技术奖“CAIA奖”特等奖简介

获奖项目名称：化学反恐怖筛查确证关键技术研究及应用

获奖单位：军事医学科学院毒物药物研究所

主要完成人：谢剑炜、刘勤、郭磊、陈佳、林缨、吴弼东、李春正、唐吉军、聂志勇、冯建林

获奖等级：特等奖

简介：

    化学恐怖物质种类繁杂，性质各异，从结构简单的氰化物到生物蛋白质蓖麻毒素，因其获取容易、制备简单，威胁巨大；通常涉及的样品均为“盲样”，基质种类繁多，包括环境样品、化学工业产品、食品及生物医学样品等，且含量极微，因此，未知涉恐怖样品的快速、准确筛查鉴定是化学反恐怖的关键。本研究成果在前期建立国际化学武器核查关键技术、成功获准成为国际禁止化学武器组织指定实验室（2007）及国家反恐怖化学检测鉴定指定机构（2009）的基础上，针对化学恐怖物质分析检测的迫切需求，突破了多项快速筛查和准确鉴定关键技术，研究发展了未知涉恐怖样品的分类筛查鉴定策略，研究建立了针对重要恐怖物质的快速准确的现场检测鉴定技术和装备，构建了全面高效的基于色谱、质谱、光谱和核磁共振谱技术的网络式系统筛查确证技术方法，包括高效率和全方位的分离富集净化技术及组合程序，多种仪器分析技术交叉联用筛查网络及科学可靠的化合物结构确证体系等，发现并验证了生物医学样品中重要化学恐怖物质，包括神经性毒剂、芥子气、生物毒素等的生物标志物，提出化学损伤体内生物剂量概念并建立溯源性分析方法，结合化学参考品快速微量定向合成技术和构建谱图数据库，构筑了从现场筛查到实验室确证的化学反恐怖筛查确证关键技术平台。

    本研究成果实现了复杂基质中43大类上千万种化学毒剂毒物及相关化合物的快速准确系统筛查、结构确证以及溯源性分析，成功应用于2010-2013年国际禁止化学武器组织举办的四次效能水平测试和生物医学样品信心建立测试，并获得全优成绩，名列世界各国前茅；成功应用于十数例化学恐怖疑似事件的确证检测并发挥重要作用，奠定并提升了我国化学反恐怖和突发化学事件处置的应急检测基础和技术能力，直接服务于我国反恐处突应急救援体系，为化学恐怖事件的应急处置提供了重要的科学支撑，为维护国家安全和社会稳定做出了突出贡献。

    本研究成果依托两项国家、军队重点（重大）项目，所涉及的具体技术方法体系及相关装备，均为本课题组的原创性研究成果。含验收/鉴定报告1份，出版专著2部，发表科技论文24篇；授权发明专利1项、实用新型专利2项；用户报告/证明10份。

获奖项目名称：亚纳米分辨的单分子拉曼成像技术

获奖单位：中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室

主要完成人：董振超 、侯建国、张瑞、张尧

获奖等级：特等奖

简介：

    最近，由中国科学技术大学侯建国院士领衔的单分子科学团队的董振超研究小组，在高分辨化学识别与成像领域取得重大突破，在国际上首次实现了亚纳米分辨的单分子拉曼光谱成像。这项研究结果突破了光学成像手段中衍射极限的瓶颈，将具有化学识别能力的空间成像分辨率提高到前所未有的0.5 nm水平，对了解微观世界，特别是微观催化反应机制、分子纳米器件的微观构造，以及包括DNA测序在内的高分辨生物分子成像，具有极其重要的科学意义和实用价值，也为研究单分子非线性光学和光化学过程开辟了新的途径。该成果于2013年6月6日在国际权威学术期刊《自然》上发表后立即引起国际科技界的广泛关注。Nature新闻网站和同期的《News and Views》栏目、美国《Physics Today》、《Chemical & Engineering News》和《NBC》科学网站、英国《Chemistry World》、Wiley《Microscopy and Analysis》、德国《Angew. Chem.》等国际知名科技杂志和媒体纷纷撰文介绍和评价这一重大研究进展。

    当光与物质发生相互作用时，部分光子会发生非弹性散射而导致光的频率发生变化，频移量的大小取决于散射物质的振动激发特性，这是物理学上著名的“拉曼散射”效应。拉曼散射光中包含了丰富的分子振动结构的信息，不同分子的拉曼光谱的谱形特征各不相同。因此，正如通过人的指纹可以识别人的身份一样，拉曼光谱的谱形也就成为科学家们识别不同分子的‘指纹’光谱。但是，由于分子的拉曼散射截面极小，传统光源产生的拉曼信号非常微弱。将表面增强拉曼散射技术与扫描探针显微术结合后发展起来的针尖增强拉曼散射（TERS）技术，除能极大提高光谱探测的灵敏度外，还可以同时提供高空间分辨的拉曼光谱成像。科技人员经过大量努力，已经将TERS测量的空间成像分辨率发展到几个纳米的水平，但这显然还不适合于对单个有机分子进行高空间分辨化学识别与成像。

    中国科学技术大学的单分子光电子学研究组多年来一直致力于单分子光电效应的前沿探索。他们一方面开展以科学目标为导向的设备研制，建立和发展将高分辨扫描隧道显微技术与高灵敏光学检测技术二者的优势融合在一起的先进联用系统，另一方面积极探索单分子光量子态的调控手段与方法。他们充分利用纳腔等离激元“天线”的宽频、局域与增强特性，通过巧妙的“双共振”频谱匹配调控，仅使用单束连续波激光就将非线性效应融入到针尖增强拉曼散射过程中，从而实现了前所未有的0.5nm水平的单个卟啉分子的拉曼光谱成像，并可识别分子在表面上的吸附构型。这项研究结果标志着光学光谱探测已经达到亚分子亚纳米水平，单分子尺度的化学识别梦想成真。

“CAIA奖”特等奖颁奖

          中国分析测试协会

          2013年10月24日