创新智能数学分离 突破分析科学难题

（来源：中国改革报）

转自：中国改革报

湖南大学特聘岳麓学者吴海龙（左4）与他的学生们参加中国分析测试学术会议

湖南大学特聘岳麓学者吴海龙（左5）与学生参加全国化学传感器学术会议留影

湖南大学特聘岳麓学者吴海龙（左6）与应届博士研究生毕业合影

随着人工智能时代的到来，技术复杂性与数据处理高难度给分析科学带来了前所未有的挑战。如何破解这些难题，成为领域内科研人员的重大使命。

□ 苗 燕

分析科学是获取物质化学组成分布信息的测量科学，广泛应用于生物医学、环境监测、材料科学及食品安全等领域。然而，随着人工智能时代的到来，技术复杂性与数据处理高难度给分析科学带来了前所未有的挑战。如何破解这些难题，成为领域内科研人员的重大使命。

“数学是解锁难题的金钥匙。”面对这项挑战，湖南大学特聘岳麓学者、二级化学教授吴海龙理学、工学博士在现代分析化学中创新发现了一种强大的破解工具——“数学分离”，他巧妙运用多线性代数及高阶张量代数,并将其应用于化学测量学从而发展为分析科学的新颖核心方法。他将计算机化学与人工智能有机结合，将化学分析中的“数学分离”发挥到极致，为解决全球性分析科学问题和可持续发展提供了强有力的支持。

创新核心：数学分离替代物理或化学分离

长期以来，吴海龙致力于分析化学、化学计量学及化学生物传感分析的科研与管理。在稳健统计学、多元校正、三维数阵分析（秩估计、三线性分解、对称性等）、数学分离及二阶校正、多维标准加入法、高维模式识别等领域方面取得了一系列原创性成果。因系列杰出贡献，他已连续入选2020至2025年度六届爱思唯尔中国化学或化工类高被引学术作者榜单，并荣获国家自然科学奖二等奖（2004年度）、中国化学会分析化学基础研究最高奖——梁树权奖、中国化学会计算机化学杰出贡献奖等重要奖项，2024年6月当选为欧洲自然科学院外籍院士。

吴海龙认为，分析科学的发展与挑战是永恒主题，关键在于拥有攻克难关的韧劲。他发现“数学分离”与分析科学有着深刻的“因缘”，是破解难题的秘密武器。数学分离能够替代传统的物理和化学分离，在不依赖昂贵分离设备和烦琐前处理步骤的情况下，显著提高分析效率并处理复杂数据。

借助“三维分子荧光数阵分析”“立方阵数据分析”等系列国家自然科学基金项目，吴海龙团队贡献了多项创新性成果。他们将“数学分离”作为分析仪器智能化的创新点，通过化学计量学最大限度地挖掘光/波谱数据中的有用信息，将化学计量学与三维荧光、LC-DAD、LC-MS等分析仪器深度结合，开发出相应的分析仪器装置及关键软件，成功解决了复杂体系中干扰物共存下的感兴趣多组分的同时、快速、精准定量分析和药代化学动力学过程解析等难题。

跨界融合：从生物医药到人工智能

在生物科学领域，蛋白质立体结构理论预测一直是难题，吴海龙团队应用化学计量学的氨基酸主成分分析法，克服了实验误差和分类模糊性，提高了预测准确率。在中药现代化方面，他们结合化学计量学与HPLCDAD技术，快速测定了百多个白术样本中的活性成分并实现了产地判别，为药材质量控制提供了科学依据。

随着人工智能的兴起，分子的有效表示成为影响AI模型性能的关键，对此，吴海龙团队研究了一种基于片段的多尺度分子表示框架——t-SMILES。该系统仅引入两个无需配对的新符号，为经典的SMILES引入了片段结构信息，既缩短了描述符的长期依赖问题，又因语法简单而易于学习。t-SMILES为AI辅助的分子空间探索和分子“智造”提供了全新的研究思路。

“与传统方法相比，化学多维校正通过绿色灵巧的数学分离代替或增强传统分离，可在短时间内获得精准的定量结果。”吴海龙介绍说，结合现代分析仪器与化学多维校正，可实现复杂生化体系多目标物的快速、同时、精准、绿色及近实时定量分析，为化学生物传感领域开辟了新路径。

展望未来：推动学科建设与人才培养

目前，吴海龙团队的创新成果已在国内外学术界引起高度反响，他受邀在清华大学、南开大学等数十所高校及中科院多个研究所作学术报告，并在IUPAC分析科学大会、TRICAP等国际会议上作邀请报告。其成果被《分析化学百科全书》大篇幅引用，并得到国际化学计量学学会创始人B.R.Kowalski教授的高度评价。国际名著《化学因子分析》第三版新增章节独立介绍了其三线性分辨及校正等五个新方法，确立了湖南大学在该领域的国际领先地位。

国内众多高校和科研机构纷纷跟进应用吴海龙团队发展的二阶校正方法，在工业产品分析、农副产品监测等方面取得了实质性进展，推动了我国化学计量学多维校正领域的整体发展。

在学科建设方面，吴海龙曾是化学生物传感与计量学国家重点实验室创室常务副主任、主任，是我国高校第一个分析化学领域国家重点实验室的重要奠基人。他高度重视人才培养，将科研引入教学，近年来共独自指导培养硕士研究生100多名、博士研究生30名，为国家输送了大量分析化学创新人才。

科学探索需要仰望星空，更需要脚踏实地。吴海龙表示，在未来的科学道路上，将继续务实创新，让智能的数学分离发挥更大作用，助力分析科学为人类社会的进步作出更大贡献，为我国的分析仪器工业振兴和发展做出应有的贡献。迄今为止，他和团队已发表相关学术论文逾400篇，其中SCI源刊物论文320余篇，参编著中英文分析化学、大数据科技等领域学术专著15册。

（本文配图由湖南大学提供）