用荧光探针探索世界奥秘——记山东省科学技术奖最高奖获得者唐波

编者按 近日，2025年度山东省科学技术奖获奖项目名单揭晓，共299项成果获奖，多项石油和化工行业的技术成果位列其中。本版今日起推出《2025山东省科技奖成果展示》系列报道，遴选部分突出的科技成果进行展示，与读者共飨。

　　“化学就是创造新物质，了解物质属性，为人民服务。”这是2025年度山东省科学技术奖最高奖获得者，中国科学院院士、崂山实验室研究员、山东师范大学教授唐波一直信奉的理念。作为国内较早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：用化学的方法探索生命微观世界里的“秘密”。三十余年的积累，换来沉甸甸的成果：唐波以第一完成人获得国家自然科学奖二等奖1项和国家科技进步奖二等奖2项，主持国家重大、重点项目10余项。

　　让细胞观察“看得清”

　　“什么是荧光成像呢?它能帮我们看清复杂体系里的多种物质。”唐波介绍说，“我们可以借此分辨出，到底是肿瘤细胞还是正常细胞。”

　　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消失，很难“看得见”“分得清”。

　　唐波的工作，就是“点亮”这些分子，让细胞“看得见”。为此，他带领团队开发了一种特殊的分子工具——新型荧光探针。

　　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”，哪些区域“不亮”，从而判断目标物质的存在与分布。

　　“我们要让探针跟目标物质发生特异性、专一性反应，同时绝对不跟其他物质反应。”唐波强调。为了实现这个“指哪儿打哪儿”的目标，唐波团队通过分子层面的精确调控，实现探针的选择性激活。

　　这种对关键物质进行监测的技术可以帮助研究人员锁定与氧化应激、衰老和疾病相关的“有害分子”，也能用于临床，精准区分正常细胞和肿瘤细胞。

　　让科研解决“真问题”

　　荧光探针的研究，属于基础科学的前沿探索。通过与山东大学齐鲁医院等医疗机构合作，唐波团队从临床上发现“真问题”，带回实验室研究解决，将荧光探针等技术应用于临床诊断。

　　近年来，唐波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。“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，有效避免肿瘤假阳性判断。”唐波表示，这项技术在临床上可以100%区分肝癌细胞与正常细胞，对于早癌预警有重要意义。

　　此外，在精细化工、农药等领域，唐波也致力于让科研解决“真问题”。农药、医药生产所需的中间体是附加值更高、技术含量更高的精细化工产品。面向这一产业需求，唐波团队开展大量应用研究，提出在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技进步奖二等奖。

　　多年来，唐波团队还研制开发了“磷矿粉直接法生产氮、磷、钾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氮、磷、钾复合肥依赖进口的问题，提高了农作物产量和农民收入。团队还根据植物光合作用原理，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，提高了农产品品质。

　　让探针看得“更深更远”

　　近年来，唐波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。

　　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，他研发出基于三维蜂窝电极的微气泡/沉淀输运系统。目前，团队正和企业合作，开展海水制氢工程化实验，已实现连续500小时稳定运行。

　　唐波还带领团队成功研制出首台套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%。

　　唐波用三十多年“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。