你如何確定測到的數(shù)據(jù)就是某某離子或分子流速？

 

作者：許越   點擊查看作者自傳

許越，男，1967年生于北京。

• 于1993年和2000年分別獲得首都師范大學(xué)及美國麻省州立大學(xué)，植物生理學(xué)雙碩士學(xué)位。

• 2001年在美國創(chuàng)建基于NMT技術(shù)的美國揚格公司，次年運用NMT服務(wù)于設(shè)立在美國北卡州立大學(xué)的美國航空航天局(NASA)空間植物學(xué)研究項目。

• 2005年成立旭月（北京）科技有限公司，在匡廷云院士、楊福愉院士和林克椿教授的幫助，以及各級政府的大力支持下，將非損傷微測技術(shù)引進(jìn)中國大陸。

• 2014年帶領(lǐng)旭月團隊提出被譽為“第二個人類基因組計劃”的“動態(tài)分離子組學(xué)（imOmics）”創(chuàng)新概念，同年成立旭月生物功能研究院。

• 2015年推出世界領(lǐng)先的“自動化非損傷微測系統(tǒng)”，并倡導(dǎo)建立中關(guān)村NMT產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，開啟以水安全、個體化精準(zhǔn)醫(yī)療、糧食安全等民生應(yīng)用為代表的NMT產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

• 截至2016年，已幫助國內(nèi)400多個科研單位及實驗室，利用NMT實現(xiàn)了科研水平的跨越式發(fā)展。

 

盡管NMT：非損傷微測技術(shù)在中國生物學(xué)界幾乎已經(jīng)家喻戶曉，但是在世界范圍內(nèi)對于很大一部分科學(xué)家，仍屬于陽春白雪。那么當(dāng)我們的科學(xué)家向國際期刊投遞了應(yīng)用了NMT的科研論文的時候，面臨著過去很少遇到的一個棘手問題就是，這些國際期刊審稿人對于NMT并不像大家所期望的那樣熟悉，此時的老師和同學(xué)們在驚訝之余，多少也感受到了一些‘高處不勝寒’的滋味兒。也就是說，來自于先進(jìn)技術(shù)的實驗數(shù)據(jù)固然是個優(yōu)勢，但是如何回答這些不熟悉NMT的審稿人的有關(guān)NMT的一些細(xì)節(jié)方面的問題，還是有一定難度的，因為畢竟大家的興趣所在是NMT產(chǎn)出的數(shù)據(jù)，而非其技術(shù)本身。這既是一個可理解的客觀事實，但也暴露了我們實現(xiàn)彎道超車時，對于技術(shù)細(xì)節(jié)理解的欠缺和不夠扎實。因此，我認(rèn)為有必要在這里和大家分享一下這方面的知識和經(jīng)驗，讓大家更有信心去沖擊各自學(xué)術(shù)領(lǐng)域的理論高峰！

 

“如何確定所測到的數(shù)據(jù)是某某離子或分子的流速？”，是NMT文章審稿人的高頻問題之首。這個問題的棘手之處在于它實際上包含了生命科學(xué)家不是很擅長的非生物學(xué)問題，一是離子分子的選擇性/特異性定性問題，二是流速的概念和定量問題。下面分別說明。

 

1）如何簡單說明NMT離子分子傳感器的選擇性/特異性定性問題？

 

或許是近些年，特異性/選擇性的離子分子傳感器/電極技術(shù)發(fā)展的過于迅猛，很多科研人員對于這一點似乎還沒有反應(yīng)過來和充分的認(rèn)識，沒有從過去傳統(tǒng)的化學(xué)/熒光/光度計/放射性標(biāo)記等方法中跳出來。尤其是像我們有些多年使用膜片鉗技術(shù)的老師們，根本不能相信一個長得和膜片鉗玻璃電極長得幾乎一樣的東西，前面灌沖了幾微米的化學(xué)物質(zhì)就可以直接告訴科學(xué)家此時檢測到的是什么離子啦？！特別是略知一些膜片鉗技術(shù)的學(xué)者都知道，膜片鉗是要通過置換電極內(nèi)外溶液，電壓鉗位，后續(xù)計算等復(fù)雜步驟才能夠確定所測得的電信號是哪種離子（詳情請見筆者博文《PC膜片鉗到NMT非損傷微測技術(shù)》。

 

有一些極端的例子，是我們和應(yīng)用膜片鉗技術(shù)多年的老師溝通NMT時，要花費老師非常多的時間，甚至是勇氣來認(rèn)識到NMT是可以這么簡便快速地檢測離子，甚至分子的。這說明我們大家先入為主的思維定勢是多么的厲害！但是，也正因為如此，我們也完全理解了老師和同學(xué)們在面對審稿人的某些問題時的無助與無奈！除了我們必須有極大的耐心之外，我們還是應(yīng)該在如何能給別人講明白里面的道理上多下些功夫！下面就是我們過去積累的一些嘗試，和大家一方面在這里分享，一方面希望能夠拋磚引玉，因為我們自己何嘗不是身在NMT的廬山中。

“從已知到未知”一直以來似乎是人們比較容易接受新鮮知識的有效途徑。

這里我們不妨就用科學(xué)家，尤其是生命科學(xué)家都熟悉不過的pH計為例來說明NMT離子分子（電極）傳感器的特征。pH計本質(zhì)上就是H⁺傳感器，隨溶液環(huán)境里的H⁺濃度而變化，通過校正就可以知道未知溶液的pH值。NMT的H⁺傳感器則是小型化了的，通過尖端LIX（液態(tài)離子交換劑）實現(xiàn)對H⁺進(jìn)行選擇性測量的裝置。

 

那么，NMT分子傳感器則是利用電化學(xué)/熒光染料/碳納米等技術(shù)，實現(xiàn)的對某種分子的選擇性或特異性檢測。通常我們給審稿人們解釋到這里就可以了，把省下的解釋交給前人的技術(shù)文獻(xiàn)去完成即可。

 

2）如何說明所測到的離子分子流速概念？

 

這里我們以NMT-H₂O₂分子傳感器為例，說明如何設(shè)計和實施一個實驗，一舉兩得地向?qū)徃迦送瑫r證明在測量的是什么離子/分子，以及檢測到的是它們流速，而不是其它假象。不必緊張，通常這個工作可以委托國內(nèi)的NMT專業(yè)測試中心來完成，不必自己動手。

 

我們把這類實驗叫做，NMT（人工）流速信號源實驗，有時也會根據(jù)具體的離子/分子進(jìn)行稱呼，比如這里的實驗是圍繞著H₂O₂，因此，我們也可以稱它為‘NMT-H₂O₂流速信號源實驗’。

 

信號源實驗非常簡單，就以H₂O₂的實驗為例，將較高濃度的H₂O₂灌沖到一個開口約為幾個微米的玻璃毛細(xì)管中，將其固定在一個乘有你實驗測試液的培養(yǎng)皿的邊緣（如下圖所示），靜置30分鐘后，在玻璃毛細(xì)管尖端的周邊液體里就會形成一個H₂O₂的分子濃度梯度。換個角度理解，就是我們制作了一個人工H₂O₂流速信號源，或H₂O₂流速源。

下面我們引入H₂O₂流速傳感器，對這個剛剛制作的人工H₂O₂流速源進(jìn)行檢測。將H₂O₂傳感器在紅黃綠三點進(jìn)行依次測量后，如果這些流速值滿足Ficks'第一擴散定律公式，那么我們就一次驗證了兩個問題，一是測到的是H₂O₂，二是的確有一個H₂O₂流速源存在。

通常，我們會建議老師同學(xué)們再多走一步，讓審稿人無話可說，就是在任何實驗條件都不變的情況下，將人工流速源換成你的待測樣品（如下圖所示），并進(jìn)行同樣的紅黃綠三點檢測，并證明其符合Fick's擴散第一定律。

至此，我們利用‘從已知到未知’的原則，既解釋了離子分子傳感器是什么，又說明了所得流速數(shù)據(jù)和這些NMT流速傳感器不容置疑的必然聯(lián)系。當(dāng)然，有時審稿人仍不滿足這些介紹，會有其它各式各樣的問題，我們將隨后把我們幫助老師同學(xué)們的作答分享給大家！

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