东西分析质谱之路:志当存高远 敢为天下先

2021年4月08日 09:33:07 来源: 分析测试百科
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  分析测试百科网讯 谈到中国被“卡脖子”的自主核心技术,质谱无疑是其中重要的一项。近年来,向质谱仪器核心技术领域冲刺的中国本土企业,第一个就应该提到东西分析。2006年,东西分析推出国产第一台商品化四极杆GC-MS,在中国现代质谱制造史上迈出了跨越式的一步。迄今为止,东西分析已先后推出VOC监测领域的PTR-QMS、全二维GC×GC-TOFMS;Ebio Reader 3700飞行时间质谱系统,后者入选中国医学装备协会《关于推荐新冠肺炎疫情防治急需医学装备的通知(第五批)》清单,成为新冠大流行期间的明星仪器。

  近日,分析测试百科网采访了东西分析顾好粮先生,作为长期奋战在研发一线的研发总监,他对东西分析一路拼搏的往昔回顾和对质谱远景的展望一定会带给关注质谱技术的应用者和开发者很多共鸣与启发。

东西分析研发总监 顾好粮

  东西分析创立于1988年,创始人来自于北京分析仪器厂,他们最质朴的想法是不断实现核心技术的突破,完成科学仪器中国造的梦想。作为一名老北京人和仪器人,顾好粮先生将对这座城市的感情和对行业的热爱投入到了中国自主科学仪器研发中。

  自加入东西分析后,顾先生先后负责多条产品线的研发工作,目前担任东西分析研发总监一职,近年来东西分析的研发重点一直是质谱仪器。

自主研发,由内而外,打破套路,技惊四座

  中国造质谱的历史最早可回溯到北京分析仪器厂,上世纪60-70年代中国曾造出地质分析用的磁质谱,90年代后进口之门打开,造不如买成为主流,中国自己造的质谱从市场上销声匿迹,所有质谱都是国外产品。从市场上来看,有机质谱尤其是四极杆GC-MS成为当时的主流产品。

  2006年,东西分析宣布推出GC-MS 3100国产第一台商品化GC-MS。2007年BCEIA展会上展出仪器时,很多国内质谱专家和外国仪器公司都来围观并要求现场拆机“验货”。因为当时大多数人都不相信这是一台自主研发的仪器,认为一定又是披着国产外壳,核心器件均为进口的GC-MS。当东西分析拆开仪器后,所有人都惊呆了。除了分子泵、真空规和电子倍增器以外,GC-MS 3100内的四极杆、核心电路等关键部件全部是东西分析自主研发而成,直接打破了当时业界对国产质谱仪器都是“国产外衣,进口内核”的固有认知,GC-MS 3100当年也因此荣获BCEIA 2007金奖殊荣。

十年一剑,再造新器,不裹于前,历久弥新

  此后,东西分析陆续发布了全二维气相色谱-飞行时间质谱、质子转移PTR-QMS、MALDI-TOF等,成为中国为数不多拥有三大质谱技术的本土仪器制造厂商。顾好粮先生着重介绍了MALDI-TOF和PTR-QMS。前者多用于生命科学和临床检测领域,后者主要用于环保领域VOCs监测。

MALDI-TOF一鸣惊人:在“犯罪”现场抓住新冠病毒

  近年来精准医学各类应用遍地开花,临床质谱受到全球关注和投资青睐,而临床质谱中操作简便最容易被医院采用的技术就是MALDI-TOF,它具有高通量、高灵敏度、高准确性、操作简便等性能,在微生物检测中大显神威,并在核酸基因检测、其它疾病生物标志物检测方面具有发展潜力。2017年,东西分析也推出首款MALDI-TOF质谱——Ebio ReaderTM3700M 飞行时间质谱系统。Ebio ReaderTM 3700M是一款多用途、多功能生物检测平台,主要用于食品、疾控和临床的微生物鉴定中。

Ebio ReaderTM3700M 飞行时间质谱系统

  2020年疫情当前,东西分析的MALDI-TOF一下子“火”了,Ebio Reader 3700入选中国医学装备协会发布的《关于推荐新冠肺炎疫情防治急需医学装备的通知(第三批、第五批)》清单,成为国内为数不多入选的质谱生产商。

  针对2020年的新冠病毒肺炎疫情的检测需求,东西分析自主研发了用质谱蛋白法检测新冠病毒的技术,该成果以Ebio Reader 3700飞行时间质谱系统(新冠病毒肺炎检测)为平台,并配套使用蛋白芯片,利用蛋白指纹图谱技术的原理,建立了快速筛查COVID-19新冠病毒肺炎患者的应用方案。

  很多人问,新冠病毒检测不是首选用QPCR检测核酸病原体么?后来不是还检测IgG、IgM的抗体蛋白么?为何要用MALDI-TOF检测21种标志物?

  顾好粮先生拨开迷雾,为大家进一步解释了其原理:当前新冠病毒检测的主流方法是对病原进行核酸检测,但新冠病毒非常“狡猾”,在攻击人体免疫系统时具有伪装性,核酸检测时有时无,有时人体已经感染了病毒但核酸检测却为阴性,容易造成漏诊或误诊,因此对密接者或疑似者常需要多次核酸检测。而后来IgG、IgM的抗体蛋白检测,需要人体感染病毒5天后才会出现,感染初期无法检测,只能作为辅助手段。

  Ebio Reader 3700可对多种生物标志物进行检测。人一旦感染新冠病毒,这21种标志物会立即发生变化,可在最短时间内检测出来,准确率高达97%,是新冠感染人群多样本筛查的有力手段。

  《刑警之海外行动》前阵子热播,可以拿来比喻。新冠病毒是犯罪嫌疑人,核酸检测是在嫌疑人实施“犯罪”前试图抓住他;但由于嫌疑人具有伪装性,此次抓捕可能扑空。抗体好像是犯罪后留下的一些物证,但仅通过物证来抓罪犯挺难。而21种标志物的MALDI-TOF检测法是在罪犯实施犯罪时“抓现行”,人赃俱获,更及时、更准确。

  除了可以鉴定新冠阳性患者,Ebio Reader 3700对于患者治疗后的病毒鉴定也有很好的效果。“通过MALDI技术,我们可以非常清楚地知道新冠患者体内是否还有残留的病毒,相比核酸检测,这种方法精度高、速度快,若得到相关部门认可,对医院床位周转和后续治疗,能提供有效的建议”顾好粮先生说到。

  为了进一步拓展MALDI的应用范围,东西分析积极与医院临检科合作,开展呼吸道感染的蛋白质检测,希望将这一准确、快速的检测手段应用到临床诊断中,更好地辅助医生对患者治疗,最终实现“精准诊断”的目标。在MALDI-TOF产品线上建立了针对应用研发各种解决方案的思路后,东西分析还为不同用户开发了多种靶材,例如芯片、单晶硅、多晶硅等,以适应不同行业的检测需求。

VOC检测利器:PTR-QMS3500型质子转移反应质谱


PTR-QMS3500型质子转移反应质谱

  PTR-QMS3500(PTR-MS)是东西分析参与由国家市场监管总局组织实施的“质子转移反应质谱仪器研制及应用示范”国家科技部“十三五”重大科学仪器设备开发专项项目所产出的成果。质子转移反应质谱是实时监测痕量挥发性有机物(VOCs)的一把利器。基本上常见的大气环境中的有机污染物,比如苯系物、大部分烷烃、烯烃、醚类、脂类都可以被检测。

  质子转移反应质谱(PTR-MS)的离子源是一种软电离技术,产生的主要离子是(M+H)+,几乎不产生碎片离子,因此可以获得更高的检测灵敏度。 顾好粮先生讲:“正是因为这一优势,PTR-MS在监测VOCs时,最低检测限可以达到ppt级,而且被测气体可以直接导入反应室而不需任何前处理,极大简化了分析步骤,实现了真正的实时在线分析,提高了检测效率。”

57 种挥发性组分,可在1 秒内输出反应结果

   PTR-MS研发过程中,东西分析攻克了高精度质子转移离子源、四极杆质谱宽动态范围信号采集提取和快速在线数字滤波等关键技术。

利国惠民,专器专用,轻小便携,未来可期

  在积累了多年的质谱研发和产品经验后,顾好粮也展望了质谱未来的应用趋势。

  2020年Ebio Reader 3700在新冠病毒检测中的成功应用,大大提升了东西分析人对于质谱未来应用的信心。顾好粮先生表示:近年来随着生活水平的提高,百姓对健康的要求也越来越高。人们对日常检测的要求也逐渐提高,不仅要求快速,更要求精准。

小型化、便携化、专用化

  顾好粮先生认为,当前的质谱发展已经进入稳定期,尤其是用于常规检测的质谱产品,未来几年很难有质的突破。对于这类产品,小型化、便携化是新的突破口。此外,专用化也是质谱发展的大方向,这是在同众多MALDI领域的应用专家沟通、交流后的共识。人们可以针对某一类特殊应用有针对性的调整,使仪器对某类应用分析有非常高的灵敏度、更简便的操作、更佳的分析效果。

  例如针对2020年新冠病毒检测,MALDI-TOF有非常明显的优势。无论在灵敏度、分析速度还是准确性方面,均不逊色于核酸检测。当前由于法规限制,质谱在该领域的发展较为缓慢。“若厂家想取得相应的执照,需满足法规要求的时间和严苛的比对,这对于爆发的疫情来说为时已晚。” 顾好粮先生表示:“衷心希望国家在此方面进行调整,释放MALDI-TOF质谱真正的潜力,为人类健康做出贡献。如果国家能做出改变,我相信针对人体内多种疾病标志物蛋白的检测,MALDI的发展潜力趋近于无限。”

解锁开市,曙光初现,不畏险阻,展望东西

  谈到东西质谱业务未来三五年的发展,顾好粮表示:“国内的质谱市场足够大,并且政府也开始支持检测机构采购国产仪器,这为我们的发展创造很大的机遇。”随着东西分析逐渐将现有产品不断拓展到新的应用领域,面对的挑战也越来越大。例如快检领域的农残、药残等复杂基质的检测,对样品的处理提出了新的挑战,对分析方法的建立也提出了新的要求。面对这些问题,仅仅依靠质谱并不能解决全部问题,而是需要使用不同的仪器建立便捷、易用的解决方案证才能实现精准、快速的检测。上述要求对东西分析未来的发展提出了新的要求,这也会激励着东西分析逐渐由硬件销售转变为解决方案提供商,最终为客户提供全方位服务。


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