单分子领域研究：美国引领世界，中国尚未形成优势机构

科学的触角已经真正地延伸到单分子、单细胞的领域。对该领域的详细、深入地研究，将可能推动整个物理、化学、生物学科的发展，成为一个新的研究时代的标识。

狭义的单分子、单细胞检测主要是指用光学的方法在常温下实时、动态地进行单分子和单细胞的观察和检测。它在上世纪90年代初从物理、化学学科开始、并迅速扩展到生命科学领域。它的基本目的就是在单个分子的水平上认识分子运动和化学反应的规律，了解生命运动的分子机制和化学本质。

单分子、单细胞的研究范围很广，既涉及分子的基本物理、化学性质，又涉及利用单分子技术研究物理、化学、生物体系的状态、性质、变化和过程，以及对以上过程的控制和操纵。从Symposium at the 228 American Chemical Society Meeting： Biophysical Chemistry and Novel Imaging of Single Molecules andSingle Cells（August 22-26, 2004, Philadelphia）可以看出主要的科学问题有：

1.在凝聚态环境下单分子光谱和动力学，了解单个分子的存在状态、结构和光谱性质，单分子运动的轨迹的运动规律和统计行为，分子与环境的相互作用和对分子的物理、化学性质的影响。

2.单个分子化学反应的特性和统计行为，非平衡状态下单分子行为的理论处理。

3.单个分子的控制与操纵，单个分子的力学行为。

4.单个生物聚集单元的生物功能，单分子马达和机器的工作。例如：DNA的复制、RNA的合成、蛋白质的表达，ATP酶马达，肌动蛋白的运动。

5.单分子酶动力学以及酶的生物活性研究。

6.单个生物分子在细胞内和细胞间的输运，信号传导的单分子追踪、外来物种（如病毒）对细胞的入侵。

7.新的快速和高分辨单分子单细胞成像技术用于活细胞生命运动的实时跟踪。

8.纳米粒子、量子点用于分子或生命过程的动态成像研究。

9.蛋白折叠和DNA折叠的单分子研究。

科学与技术的发展，不仅引领人们探索浩瀚的宇宙空间，而且在微观领域加速了科学家研究的步伐。科学的触角已经真正地延伸到单分子、单细胞的领域。对该领域的详细、深入地研究，将可能推动整个物理、化学、生物学科的发展，成为一个新的研究时代的标识，尤其在医学专业方面，单分子、单细胞水平上原位、活体、实时地获取各种生物化学信息，可以准确地早期发现诊断、治疗重大疾病，从而为人类的卫生健康事业做出突破性的贡献。

1994—2003年，单分子领域的SCI论文共计15057篇。论文数量总体上呈现出稳定增长的发展态势，2003年的论文数（2012篇）较之1994年（984篇）翻了一番（见图1）。在全部10年的论文中，共涉及到97个国家和地区，而从近5年的数据来看，论文数量最多的TOP20国占了总论文数的91.5%。这一数据表明相当多的国家在该领域投入了研究力量，但是其主要的研究工作仍然集中在TOP20国。

在单分子领域中美国、德国、英国、日本、法国科技5强的优势地位仍旧不可撼动，尤其是美国凭借其强大的科研实力，使它在1999年—2003年发表的论文数占近5年世界论文总数的31.5%（见表7）。从论文的被引用情况来看，美国以10年总被引147855次的绝对优势遥遥领先于其他国家，足见其在单分子领域中引领世界潮流的风采。

尽管中国在单分子领域中10年的论文总数只有335篇，然而在TOP20国中是进步最快的，1994年中国仅有8篇论文，到2003年增长至82篇（见表7）。从两个5年跨度的时间段来看，中国在1994年—1998年的论文总量中位居世界第17名，到1999年－2003年，论文总量位居世界第10名。中国SCI论文占世界论文总数的比例也从前一个5年期的1.2％上升到后一个5年期的2.93％（见图2）。中国论文的被引频次从前一个5年期的世界第20名上升至第二个5年期的世界第17名，略有进步（见表8）。

1994年－2003年10年中，中国高于TOP10％世界引文基准线的论文仅有4篇，占总论文数的比例仅为1.2％，而在科技5强中，除日本外，该比例均在10％以上，表明中国和这些科技强国相比，还存在很大的差距（见表1）。从篇均引文的角度分析，中国论文的影响力不仅与世界水平相比还有相当一段距离，而且，与自身的历史水平比较，中国与世界水平的差距还在拉大（见图3）。数据表明，中国在该领域的研究有待提升起点，应在进一步扩大数量规模的基础上，向该领域的纵深地带挺进（见图3）。(www.xing528.com)

在单分子领域SCI论文数量世界TOP10的科研院所中，美国的大学占据了其中的6席，哈佛大学以绝对的优势登上了榜首。除此之外，法国科研中心、德国慕尼黑大学、日本东京大学和大阪大学也都入围了TOP10科研机构（见表3），从这一点也能看出，该领域仍然呈现出以美国为首的科技五强统领全局的态势。在机构引文排名的数据中，美国在单分子领域的优势尤为凸显，不仅占据了TOP10中的8个席位，更是将“三甲”统统收入囊中。与世界TOP10机构相比，中国TOP5机构在实力上还不能与之同日而语，说明中国在单分子领域中尚未产生优势机构。

图1 单分子领域SCI论文分布

图2 中国5年期SCI论文占世界份额之比

表1 美、日、德、英、法、中6国的世界引文基准比较

注：小计为本领域世界引文TOP10%论文数。论文总数为本领域SCI论文数。%为前者与后者之比。 

表2 美、日、德、英、法、中6国的篇均引文世界平均水平比较

图3 美、英、德、日、法、中6国篇均引文频次与世界平均水平比较

表3 单分子领域世界TOP10科研院所（按1999—2003年SCI论文数量排序）

表4 单分子领域世界TOP10科研院所（按1999—2003年SCI引文数量排序）

表5 单分子领域中国TOP5科研院所（按1999—2003年SCI论文数量排序）

表6 单分子合成领域中国TOP5科研院所（按1999—2003年SCI引文数量排序）

表7 1994年-2003年TOP20国（地区）论文分布：单分子领域

注：TOP20国（地区）为1999—2003年论文最多的前20名国家（地区）。按1999—2003年论文总数排列。

表8 1994年-2003年TOP20国（地区）论文被引频次分布：单分子领域

注：TOP20国（地区）为1999—2003年被引频次最多的前20名国家（地区）。按1999—2003年被引频次总数排列。位次变化是指1999—2003年与1994—1998年两个时间段相比的变动情况。

原文链接：单分子