2023年1月，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院吳立冬研究員獲得2022年“朱良漪分析儀器創(chuàng)新獎”之“青年創(chuàng)新獎”，獲獎成果是“基于磁分離和場效應(yīng)晶體管芯片的快速檢測整套解決方案”?；诖?，儀器信息網(wǎng)與吳博士就其研制成果進(jìn)行了深入交流。
中國水產(chǎn)科學(xué)研究院 吳立冬研究員
儀器信息網(wǎng)：請重點介紹下此次獲獎成果的研發(fā)背景和初衷，成果實現(xiàn)的主要創(chuàng)新突破以及當(dāng)前的產(chǎn)業(yè)化情況，未來的市場前景等。
吳立冬：目前，液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜、熒光光譜等儀器能夠滿足靶標(biāo)物精準(zhǔn)定量分析，但是這些儀器價格昂貴、體積大、需要專業(yè)人員操作不能滿足市縣級快速篩查食品危害物的需求。針對市縣及以下檢測場景，迫切需要開發(fā)自動化微型化快速檢測平臺來填補(bǔ)危害物檢測“最后一公里”的空白。我們走訪了四川、湖北等省市級檢驗實驗室，發(fā)現(xiàn)液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜等大型儀器比較齊全，但缺乏精通前處理操作的專業(yè)人員。而市縣一級批發(fā)市場和農(nóng)貿(mào)市場不僅缺乏專業(yè)操作人員而且經(jīng)費有限，因此亟需自動化前處理和快速廉價的檢測用傳感平臺來滿足日常檢測需求。
為更好保障“舌尖上的安全”，我們系統(tǒng)分析當(dāng)代前處理技術(shù)的優(yōu)缺點，選擇了易于自動化的“磁控”技術(shù)為研究重點。首先我們擬合成超順磁的磁性材料，2018年我從麻省理工學(xué)院回來后，立即帶領(lǐng)學(xué)生一起開展磁性材料的合成工作。在閱讀上百篇文獻(xiàn)后，我們制定了化學(xué)合成磁珠的技術(shù)路線，在技術(shù)路線中我們綜合考慮了反應(yīng)物是否易燃易爆、化學(xué)試劑成本及國產(chǎn)試劑是否能夠滿足要求等因素，最終全部選擇成本低廉的國產(chǎn)試劑預(yù)防未來進(jìn)口原料被限制，實現(xiàn)完全國產(chǎn)化。實驗初期，6個小型油浴鍋同時開動，早中晚共進(jìn)行18次反應(yīng)加速進(jìn)行反應(yīng)條件優(yōu)化，篩選了氨水、苯胺、萘胺等十幾種反應(yīng)物，對比了麥克林、阿拉丁等主要廠家產(chǎn)品得到磁珠的磁性強(qiáng)弱、顏色深淺、懸浮時長及貼壁速度等眾多參數(shù)，最終確定了小試條件。
隨后平行制備了多個批次樣品，每個月跑數(shù)十個廠家希望對方能幫忙進(jìn)行樣品測試，評價我們新研制的磁性材料是否能夠滿足對方快速提取的要求。在經(jīng)過無數(shù)次碰壁后，逐漸找到了志同道合的合作伙伴，小試樣品不僅滿足對方需求還優(yōu)于進(jìn)口的磁性材料。接下來必須進(jìn)行中試放大才能滿足企業(yè)生產(chǎn)的需求，我們由小試40mL反應(yīng)體積擴(kuò)大為中試20L反應(yīng)體積，放大了近500倍。6個反應(yīng)釜每天同時反應(yīng)，加樣和回收磁性材料的過程一下變成了體力勞動，中試一個月左右體重減少10斤，肌肉力量明顯增強(qiáng)，動作更加靈活頭腦更加清晰。經(jīng)過跟企業(yè)的聯(lián)合評估，硅基修飾磁珠滿足了對方核酸快速提取的要求，能夠用來快速檢測水產(chǎn)品中副溶血性弧菌等致病菌。在此基礎(chǔ)上，我們在磁珠表面通過點擊化學(xué)反應(yīng)修飾了多種官能團(tuán)，使得我們制備的磁性材料不僅能夠快速分離核酸、抗體和細(xì)胞而且能夠快速富集孔雀石綠、重金屬和微塑料，實現(xiàn)了小分子化合物、生物大分子到微球的快速分離富集。磁性分離材料與微型化磁分離裝置配合，實現(xiàn)了自動化高通量分離靶標(biāo)物。磁分離平臺克服了傳統(tǒng)的固相微萃取(SPE)自動化程度低、難以小型化的缺點，與快速檢測傳感平臺聯(lián)合使用，易于推廣使用。
磁分離與磁控傳感聯(lián)用平臺為現(xiàn)場快速檢測提供了新的選擇，磁性分離材料在靶標(biāo)物快速分離富集領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，可與傳統(tǒng)色譜儀、質(zhì)譜儀、光譜儀聯(lián)用，實現(xiàn)自動化高通量樣品處理，提高檢測效率，減少人為操作對檢測結(jié)果的影響，適用于醫(yī)院檢測、環(huán)境檢測等樣品量大的第三方實驗室。磁分離裝置與快速檢測平臺聯(lián)用，適用于批發(fā)市場及農(nóng)貿(mào)市場等缺乏操作人員的初級實驗室。此外，磁性材料還可以用于磁控開關(guān)及磁控機(jī)器人等未來應(yīng)用場景。
儀器信息網(wǎng)：您如何看待自主技術(shù)創(chuàng)新、成果轉(zhuǎn)化相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?
吳立冬：我們與數(shù)十家公司的溝通經(jīng)驗告訴我們，目前的科研單位的自主技術(shù)創(chuàng)新與具有銷售能力的企業(yè)創(chuàng)新存在著一個日漸縮小的鴻溝?，F(xiàn)階段，自主技術(shù)創(chuàng)新與企業(yè)成果轉(zhuǎn)化存在著難以調(diào)和的矛盾，首先科研單位的自主創(chuàng)新難以按照企業(yè)的生產(chǎn)流程的技術(shù)瓶頸來開展創(chuàng)新性技術(shù)研究，而新的技術(shù)進(jìn)入企業(yè)生產(chǎn)流程需要企業(yè)重新報備耗費大量人力物力，企業(yè)對新的產(chǎn)線有需求而對科研單位的微創(chuàng)新沒有迫切的需求。如果想提高自主技術(shù)創(chuàng)新的轉(zhuǎn)化率，需要科研單位在微創(chuàng)新之前與產(chǎn)業(yè)單位、相關(guān)學(xué)會一起制定切實可行的方案，建立產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化經(jīng)理人制度，才能逐漸將科研單位的自主技術(shù)創(chuàng)新完美與企業(yè)現(xiàn)實需求匹配，提高國家投入經(jīng)費對產(chǎn)業(yè)的貢獻(xiàn)率。
儀器信息網(wǎng)：對于此次獲獎您有何感受?您認(rèn)為“朱良漪分析儀器創(chuàng)新獎”將給青年人帶來怎樣的影響?
吳立冬：此次獲獎更多的感受是感謝與感恩。非常感謝中國儀器儀表學(xué)會對我們工作的認(rèn)可，感謝中國水產(chǎn)科學(xué)研究院的相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和同事對我們科研工作的支持，感謝前輩學(xué)者對我們后輩的提攜，感謝專家和企業(yè)對磁性分離和快速檢測這個領(lǐng)域的看好。感恩家人對我們工作的大力支持，有了你們的支持我才能夠為分析儀器領(lǐng)域貢獻(xiàn)綿薄之力。
朱良漪分析儀器創(chuàng)新獎為年輕人提供了一個新的平臺，讓我們年輕人可以通過學(xué)會這個大家庭跟前輩同行進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，與企業(yè)大咖進(jìn)行零距離溝通，使得成果能夠飛秒速度轉(zhuǎn)化給最需要的企業(yè)，共同推進(jìn)分析儀器的現(xiàn)代化進(jìn)程。
儀器信息網(wǎng)：后續(xù)您還將開展哪些創(chuàng)新工作?
吳立冬：后續(xù)我們將繼續(xù)豐富磁性分離材料的種類，滿足更多元的應(yīng)用場景。與合作企業(yè)共同微型化提取儀器，縮小磁控場效應(yīng)晶體管的尺寸，不斷提高檢測通量。把現(xiàn)有10nm磁性材料形貌做的更加規(guī)整，表面官能團(tuán)更加可控，將納米磁性材料至于細(xì)胞內(nèi)，將胞內(nèi)靶標(biāo)物的檢測靈敏度提高1到2個數(shù)量級。
