2023年初，備受業(yè)界關注的2022年“朱良漪分析儀器創(chuàng)新獎”頒獎典禮在京隆重舉行，評選出“創(chuàng)新成果獎”3項，“青年創(chuàng)新獎”5名。中國儀器儀表學會分析儀器分會與儀器信息網(wǎng)聯(lián)合采訪了“朱良漪分析儀器創(chuàng)新獎”獲得者，傾聽了解他們的獲獎感受、研發(fā)過程以及今后的研究方向。
中科院生態(tài)環(huán)境中心環(huán)境化學與生態(tài)毒理學國家重點實驗室環(huán)境分析與毒理研究組的王丁一助理研究員獲得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“用于單顆粒/單細胞電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)分析的進樣系統(tǒng)關鍵組件研制”?；诖耍瑑x器信息網(wǎng)與王丁一助理研究員就其研制成果及對質(zhì)譜儀器研發(fā)技術、產(chǎn)業(yè)化等方面的看法進行了深入交流。
儀器信息網(wǎng)：首先恭喜您獲得“2022年朱良漪分析儀器創(chuàng)新獎”，請向廣大網(wǎng)友介紹一下您自己，以及您所在的單位?
王丁一：各位網(wǎng)友大家好，感謝儀器信息網(wǎng)的采訪，我是來自中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境化學與生態(tài)毒理學國家重點實驗室環(huán)境分析與毒理研究組的王丁一，本科畢業(yè)于大連理工大學環(huán)境工程專業(yè)，之后來到中科院生態(tài)環(huán)境研究中心師從江桂斌院士進行碩博連讀，畢業(yè)后留組工作至今。我本人主要從事利用3D打印技術研制小型分析器件和分析裝置的研究，目前主要關注質(zhì)譜核心器件的研制與3D打印材料的功能化及其在環(huán)境分析領域的應用。
我所在的中科院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境化學與生態(tài)毒理學國家重點實驗室瞄準國際學科發(fā)展前沿和國家環(huán)境與健康研究的重大需求，在持久性有毒污染物的分析方法、環(huán)境化學行為、毒理與健康效應方面開展了深入系統(tǒng)的研究，取得了一系列原創(chuàng)性成果，形成了鮮明的研究特色。實驗室自主研發(fā)了包括高通量多功能成組毒理學分析儀、全自動甲基汞分析儀、基于中空纖維流場流分離技術的納/微米材料分離儀器在內(nèi)的多種新儀器和新裝置，近年來承擔基金委國家重大科學儀器3項，研究成果曾多次獲得國家自然科學二等獎、國家科技進步二等獎和中國分析測試學會(CAIA)特等獎等榮譽。
儀器信息網(wǎng)：2022年度“青年創(chuàng)新獎”的五項獲獎成果多與質(zhì)譜技術相關，與往年相比有很大不同。對于這一情況，您最大的感受是什么?您認為這將給從事質(zhì)譜儀器及應用相關研究工作的青年人帶來怎樣的影響?
王丁一：質(zhì)譜儀器是目前應用范圍最廣的分析儀器之一，隨著國內(nèi)質(zhì)譜儀器市場需求的迅速擴大，政府部門、科研院校和儀器生產(chǎn)企業(yè)等都在加大儀器研發(fā)投入，加速推動國產(chǎn)質(zhì)譜儀和質(zhì)譜核心零部件的研發(fā)，由此取得了很多創(chuàng)新性的研究成果，也不斷涌現(xiàn)出大量從事質(zhì)譜研制及應用相關工作的優(yōu)秀青年人才，能得到“朱良漪獎”的認可，對于我自己和其他從事質(zhì)譜研制的同仁來說是很好的激勵和肯定。類似的情況今后很有可能還會出現(xiàn)，并且不只是“朱良漪獎”，國內(nèi)其他機構(gòu)在人才培養(yǎng)、科研項目申請、經(jīng)費支持力度以及成果獎勵等方面都越來越重視儀器研制及應用相關的工作，這對于從事相關工作的研究人員來說是很好的機遇，也希望今后能有更多人能夠參與到質(zhì)譜等分析儀器的研發(fā)與應用。
儀器信息網(wǎng)：您如何看待中國質(zhì)譜自主技術創(chuàng)新、質(zhì)譜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?
王丁一：隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，面臨的環(huán)境污染、食品安全和醫(yī)療健康等問題日益突出，質(zhì)譜儀器需求和相應的市場規(guī)模也急劇增長。盡管如此，我國的質(zhì)譜儀器尤其是高端質(zhì)譜儀器卻長期被國外公司壟斷，國產(chǎn)質(zhì)譜儀器還難以滿足各方面的需求，特別在一些核心器件的研制方面存在“卡脖子”難題，國產(chǎn)質(zhì)譜分析器件無論技術、質(zhì)量和產(chǎn)品應用，在市場上都缺乏足夠競爭力。因此，發(fā)展高質(zhì)量和具有自主知識產(chǎn)權的分析儀器和核心器件仍然是我們要長期面臨的重大挑戰(zhàn)。
幸運的是，近年來國家不斷加大對科學儀器自主研發(fā)的支持力度，將科學儀器創(chuàng)新列為優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略領域，相關部門設立了儀器設備開發(fā)專項資金，有力推動了國產(chǎn)科學儀器的創(chuàng)新發(fā)展。在“十四五”規(guī)劃中也明確提出要加強高端科研儀器設備研發(fā)制造，前不久習總書記又再次強調(diào)，“要打好科技儀器設備、操作系統(tǒng)和基礎軟件國產(chǎn)化攻堅戰(zhàn)，鼓勵科研機構(gòu)、高校同企業(yè)開展聯(lián)合攻關，提升國產(chǎn)化替代水平和應用規(guī)模，爭取早日實現(xiàn)用我國自主的研究平臺、儀器設備來解決重大基礎研究問題?！毕嘈盼覈馁|(zhì)譜產(chǎn)業(yè)一定會迎來跨越式發(fā)展。
儀器信息網(wǎng)：請介紹下您與儀器研發(fā)的機緣?
王丁一：我們課題組一直長期開展新儀器的研制和新方法的開發(fā)，在大約十年前，課題組長江桂斌院士關注到3D打印在其他領域的發(fā)展及其在環(huán)境分析領域的潛力，并購買了實驗室第一臺3D打印機，那時我剛進入課題組學習，還沒有確定研究方向，正好我又對3D打印和模型設計很感興趣，于是主動向老師申請從事3D打印相關的研究工作，江老師非常鼓勵和支持我探索各種可能的研究方向和可能性，當時課題組胡立剛研究員正在建立凝膠電泳與ICP-MS聯(lián)用的方法用于金屬蛋白的分析，通過3D打印我們得以在實驗室內(nèi)自行設計和加工制造大部分關鍵的凝膠電泳組件，大大提高了研發(fā)效率和儀器的性能。后來我們又利用3D打印陸續(xù)開展了更多的儀器研制相關工作，一直延續(xù)至今。在江老師和國重室的大力支持下，目前我們已成立了專門的3D打印工作室用于個性化分析器件的研制和提供相關加工服務，形成了從設計、加工到性能測試的完整技術鏈條，也歡迎儀器信息網(wǎng)的同行聯(lián)系我們開展合作。
儀器信息網(wǎng)：您在質(zhì)譜相關技術的研制和產(chǎn)業(yè)化方面開展了哪些工作，取得了怎樣的創(chuàng)新成果?其潛在用戶主要是哪些，將解決用戶哪些實際問題?成果的市場前景如何?
王丁一：我和所在團隊在質(zhì)譜器件研制和產(chǎn)業(yè)化方面開展的主要工作包括：
1. 單顆粒/單細胞電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)分析進樣系統(tǒng);利用3D打印研制了針對單細胞和單顆粒等非均一樣品ICP-MS分析的高通量微量進樣系統(tǒng)、進樣霧化室以及霧化器等，可在低進樣流速下實現(xiàn)非均一樣品的長時間、穩(wěn)定高效進樣及分析，相關成果申請國家專利7項，已獲得授權4項，目前已實現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化1項，并且已形成產(chǎn)品進行銷售?，F(xiàn)有ICP-MS進樣系統(tǒng)主要針對樣品量大、高度均一的溶液態(tài)樣品設計，其樣品傳輸效率通常不到10%，無法保證單顆粒/單細胞樣品檢測的準確性。為此，我們研制了一種針對單顆粒/單細胞ICP-MS分析的全耗型進樣霧化室，使得ICP-MS能夠在低進樣流速下具備高傳輸效率，當樣品進樣流速低于20 μL/min時，我們研制的進樣系統(tǒng)對納米顆粒的傳輸效率可超過60%，可用于單顆粒/單細胞等非均一樣品的高效檢測，進一步拓展了ICP-MS的應用范圍?，F(xiàn)有ICP-MS進樣霧化室和霧化器等核心器件高度依賴進口，價格高昂，而我們通過借助3D打印技術，大幅降低了成本和制造周期，解決了目前國內(nèi)研究人員難以針對ICP-MS和IPC-OES相關器件進行快速、高效研制的問題，打破了ICP-MS進樣系統(tǒng)核心組件僅由少數(shù)幾家國外公司能提供的局面，填補了我國在該領域的技術和產(chǎn)品空白。
2. 金屬蛋白分析系統(tǒng);利用3D打印技術建立了基于ICP-MS聯(lián)用的金屬蛋白質(zhì)組學分析平臺及技術，可同時實現(xiàn)金屬蛋白的分離和所含金屬元素的定性、定量分析，相關成果申請國家專利7項，已獲得授權5項，發(fā)表SCI論文4篇，于2021年獲中國分析測試協(xié)會CAIA獎特等獎。
3. 基質(zhì)輔助激光解吸-串聯(lián)飛行時間質(zhì)譜儀(MALDI-TOF-MS)分析前處理裝置及分析器件;利用3D打印研制了可實現(xiàn)“免基質(zhì)”LDI-TOF-MS分析的高性能靶板，以及配套的多功能模塊化微量樣品前處理系統(tǒng)，相關成果申請國家發(fā)明專利2項，已獲得授權2項，在Environ. Sci. Technol.、Chem. Commun.等國際期刊發(fā)表SCI論文3篇。
儀器信息網(wǎng)：后續(xù)您還將開展哪些創(chuàng)新工作?
王丁一：后續(xù)我們將繼續(xù)圍繞質(zhì)譜核心器件的研制開展相關研究工作，計劃與國內(nèi)主要質(zhì)譜生產(chǎn)商一起合作，聚焦質(zhì)譜在環(huán)境分析、生物檢測、醫(yī)療健康等領域應用面臨的實際需求和“卡脖子”難題，從前端走向后端，針對質(zhì)譜的離子源、質(zhì)量分析器和檢測器等核心器件的研制開展相關研究，努力推動高質(zhì)量質(zhì)譜儀器和核心器件國產(chǎn)化。
