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国产生物分子界面分析仪诞生 打破国外垄断

导读: 蓝藻常于夏季开始繁殖,并且暴发速度极快,中科院苏州医工所传感创新中心研究员周连群和团队研发了一款神奇的生物分子界面分析仪,可在看不到蓝藻时,通过水样微囊藻毒素检测,快速检测出其藻毒素变化,从而预先知道蓝藻发展趋势。

国产生物分子界面分析仪诞生 突破国外垄断产品的专业壁垒

双通道生物分子界面分析仪

国产生物分子界面分析仪诞生 突破国外垄断产品的专业壁垒

便携式生物分子界面分析仪

蓝藻常于夏季开始繁殖,并且暴发速度极快,中科院苏州医工所传感创新中心研究员周连群和团队研发了一款神奇的生物分子界面分析仪,可在看不到蓝藻时,通过水样微囊藻毒素检测,快速检测出其藻毒素变化,从而预先知道蓝藻发展趋势。

近日,该款产品成功通过欧盟CE(EMC\LVD)和美国FCC(EMC)相关测试,获得认证证书及报告。

神奇的生物分子检测平台

周连群对《中国科学报》记者说:“生物分子界面分析仪及芯片,是应用在生物生命分析领域中,实现对生物分子的分子相互作用、动力学研究、细胞吸附、迁移变化、药物作用与药物筛选、生物相容性、聚电解质膜层的组装等高灵敏度检测和分析,也可以应用于石油、化工、航天等领域。”

中科院生物医学检验技术重点实验室副研究员张威解释道,可以把生物分子界面分析仪看成一台显微镜。“科研人员通过显微镜来观察一个物体,而生物分子界面分析仪则是观察分子之间相互作用的力,再通过仪器画出分子的运动曲线。”张威说。

生物分子界面分析仪的核心技术是高灵敏压电薄膜技术。周连群说:“当物质在压电薄膜表面发生吸脱附反应或者表面的液体性质发生变化时,都会引起频率的变化。芯片共振频率的变化,与芯片表面吸附的物质的质量相关,通过分析频率的变化可以获得吸附层相应的质量、吸附层厚度、粘弹性(剪切模量)等信息。”

据周连群介绍,早在上世纪90年代中期,瑞典某公司已研制出样机用于检测质量变化和耗散系数等参数,并获得众多同行和市场的认可。

“但进口仪器和芯片售价昂贵,且芯片频率较低灵敏度受限。美国某公司研发的多通道微流控压电阵列芯片及设备灵敏度较高,但售价高达300万元,投入市场两年间,仅在欧美销售几十台,国内客户还未见有购买。”周连群说。

正是看到了这一市场“空白”,周连群团队开发出双通道和迷你单通道两款仪器产品及配套芯片,进一步满足国内的科研院所和企业对生物分子界面分析仪的不同层次的用户需求。

今年,团队推出迷你型生物分子界面分析仪(Mole-Q),是面向国内外科研院所,高校、企业以及个体研究人员的测试需求,定向开发的便携式产品。

该款迷你型产品总体重量不超过500g,便携性强,通过USB数据线连接分析终端,基本实现了“即插即用”。张威说:“大家都叫这款产品‘天线宝宝’,它的产品和芯片的部分参数性能优于目前市场上动辄百万元的同类进口产品,综合性能达到国际先进水平。”

团队合力掌握核心技术

对于生物分子界面分析仪而言,最核心的技术就是高灵敏度压电薄膜。张威说:“攻克核心技术时我们面临了很多困难,首先就是制作高品质因数薄膜压电器件。最开始制作的压电信号有了,但是信号的品质因数不理想,不具有实用价值;等器件有了,生物测试的时候流控封装的难题就来了。”

张威说:“器件的信号采集比较难,因为那是极微弱射频信号,若信号采集不到,采用其他价格较高的仪器采集信号,那么系统仅仅被称为实验室系统,不能被称为产品。”

回忆起2015年攻克核心技术难题的情景,周连群说:“为了加快项目推进,周末和晚上加班是常态,有时还会加班到凌晨。”

周连群研发团队历时5年多时间,攻克高灵敏度压电薄膜技术难题,优化了微纳加工工艺实现薄膜化压电晶片的批量化制备,完善质量控制和工序管理,提高了生物分子分析仪核心传感单元产品化的成功率。

团队研发的2微米厚度薄膜型压电声波传感器,器件信号强度大于60 dB,生物分子检测灵敏度提升至皮克量级。这项科研成果,进一步提升了仪器的硬件和软件稳定性,突破国外垄断产品的专业壁垒。

周连群告诉记者,薄膜芯片国外进口要五六百元,国产预计100元左右。这项技术已经获得15项相关发明专利授权,申请的1项国际PCT专利已进入日本和美国。

作为一项具有自主知识产权的产品,通过欧盟CE认证及美国的FCC认证也并非易事。张威说:“欧盟认证要求系统中涉及的元器件,电路板的供货源均通过欧盟CE认证,甚至外壳加工厂也需要欧盟CE认证,为了通过认证,相当于将之前开发的版本重新溯源整改,过程非常辛苦,但也积累了宝贵的经验,也为今后系列产品打入欧洲市场奠定了基础。”

未来市场前景广阔

张威至今都记得第一台机器交付用户使用的场景。

她说:“我们的首个用户是南京土壤所,运输是个大难题。机器不能磕碰,所以我们定制了一个大箱子,周连群老师像打包行李一样,在箱子里铺上了一层打包带,这样就可以把机器轻松地提出来。”

“对全组的人来说,这是历史性的一刻,大家集体出动,去南京交付产品。”张威至今都难掩激动。

在研制迷你型的产品时,团队也费了不少心思。张威告诉记者,团队请了专业的设计师,做了曲面外型。

如今,在苏州医工所“创新”“转化”双轮驱动政策的大力支持下,“分子界面分析仪”产品和芯片已落地在苏州国科芯感医疗科技有限公司,进行研产转化。

张威表示,现在产品已有5~10家意向订单,未来团队会拓展海外市场,也会招聘专业的销售和营销团队来进行规划,“我们要做成高端的生命分析领域的科研装备。”

周连群说:“目前仪器已完成原理验证,核心组件即压电薄膜芯片批量化生产工艺以及仪器小规模生产,相关技术指标都达到国际领先水平。但限于资金规模,仪器工程化、产品化以及定制性开发还有待拓展。我们将尽快完成产品技术迭代、芯片和仪器量产,以及仪器推广和销售。


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