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        做真正高端的國產液相色譜

        來源: 儀器經理人 時間:2018-11-14


        據了解,該項目主要目的是攻克高效二維生物色譜系統、在線蛋白質預處理系統、超高壓微納液相色譜系統及新型電噴霧離子源等關鍵儀器部件。從立項至今,近6年過去了,該項目取得了哪些成果?項目進行過程中又發生過怎樣的故事?帶著諸多問題,儀器信息網特別采訪了該項目牽頭單位大連依利特技術總監唐濤博士。

        從液質聯用出發 重大儀器專項成果斐然

        隨著實驗室分析測試要求的不斷提升,液相色譜質譜聯用技術已經成為分析儀器發展的重要方向之一。在第一批國家重大科學儀器設備開發專項中,有8個項目都與質譜相關,然而樣品前處理、色譜分離以及離子源等質譜前端部件則較少涉及。

        在上述背景下,大連化物所、依利特以及浙江好創等多家單位攜手,希望能夠依托各自在前處理、液相色譜以及離子源方面的基礎積累以及技術優勢,研發一系列可以匹配不同質譜儀的通用部件,并自主研發系統控制及數據工作站軟件將儀器集成為統一的分析系統,意在設計出一款針對蛋白質分析的通用的液質聯用前端儀器。

        基于上述立項初衷,從2012年10月立項開始,在多家參與單位的共同努力下,項目取得了一系列的成果。在中科院組織的初步驗收中,項目完全按照預定任務指標完成,甚至部分超過了最初預期。

        而作為項目牽頭單位的大連依利特,也在項目關鍵技術攻克之后,將項目成果成功產業化。從2014年開始,公司陸續推出了三套面向不同應用需求的液相色譜儀器,其中,最重要的就是iChrom 5100系列高效液相色譜儀。唐濤表示,這款產品的核心技術來源于專項,通過這些年的不斷研發,包括自動進樣器、檢測器、控制軟件等都由依利特自己研發并生產。iChrom 5100定位在中高端市場,力爭與進口儀器同臺PK。

        從想法到產品 開發路上曲折前行

        “多維生物色譜儀及液質聯用關鍵部件的研制”項目,立項課題多達10項,參與單位眾多,開發難度很大,項目進行過程中也遇到了很多困難,走過一些彎路。在采訪過程中,唐濤也為我們介紹了依利特在項目進行中面對的挑戰。

        項目總指標中有一項,要求多維生物色譜儀通過一次分析,實現2500個蛋白的鑒定,需要儀器在完全無人工干預的情況下,自動運行30多個小時。唐濤坦言,這個指標對于課題組來講是一個很大的挑戰。一方面對分析方法開發有著很高的要求;另一方面,對于分析儀器性能的要求也很高。唐濤說:“對于我們來講,最難的部分就是開發控制系統,這個挑戰很大?!?這套集成的分析系統,包含高達7個輸液泵以及4個切換閥,以及四套需要單獨控制的分系統,而這些,都需要用同一款軟件控制。所以除了需要開發4個分系統的控制軟件之外,為了整體的協調順利運轉,還要解決平行系統之間相互干擾的問題。

        在最終現場測試階段,專家們對多維生物色譜儀這一成果給予了很高的評價。雖然整套系統包含的儀器相對較多,但在高度集成化的系統中并沒有丟掉液相色譜本身模塊化的靈活性。同時,這款系統也克服了涉及到多檢測器,多通道的采集的難點。

        同時,唐濤也介紹了另一個項目的重要成果——超高壓微納液相色譜系統,該課題意在開發出一款可以直接連接質譜而不需要分流的液相色譜儀。為了達到這種要求,需要液相色譜的流量達到500nL/min,而現在UHPLC的流量精度也只需要達到微升級別,納升級的流量精度對于國產廠商來說要求可以說是非常高了。

        由于從來沒有接觸過相關項目,在開發過程中,團隊走了一些彎路。團隊最初的設計方案比較“異想天開”,想要通過相變蓄能材料在相變過程中體積變化來推動活塞來輸出微量的液體。唐濤說:“當時設想很好,而且也取得了專利,但在實際做產品的時候,雖然輸出指標、壓力上限可以達到,但是控制起來特別困難。團隊前后做了快兩年時間,最后還是推倒重來了?!痹谥暗姆桨甘『?,團隊決定利用了直驅的方式,完全靠電機和軟件的精度,機械加工和結構設計的來控制流量。同時,團隊還研發了一種特殊裝置,可以獲得實時的流量反饋。

        超高壓微納液相色譜系統前后歷時3年多,最終研制成功。唐濤表示,這是液相色譜真正的前沿成果,后期依利特也將與大連化物所張玉奎院士和張麗華研究員的團隊合作,繼續對其進行進一步的研發優化,盡快將儀器商品化。

        由專項到市場 后項目時代國產儀器的突圍戰

        這次項目過程歷時近6年,研發過程也很曲折,唐濤表示,在項目復盤的階段,團隊也總結了過程中的經驗教訓。他表示,因為研發本身就是不可預知,誰也不能保證你設想的方案就一定能成功。所以在做研發項目的時候,尤其是相對技術難度較高的項目,一開始要預先準備多個方案,把腦袋里的想法預先落實在紙面上,通過各種建模軟件預先進行實際演練。同時,在項目過程中,尤其是項目初期,要對整體方案進行反復討論,如果實際操作的時候,兩個方案不相上下,最好兩個方案都做;如果很明顯在階段論證時,某一個方案可行性更好,再集中做這個方案。

        而談到透過重大專項,國產液相色譜這些年的變化,唐濤表示,這些年,國產的儀器一直在進步,雖然與進口儀器還有一定的差距,但這個距離在逐漸縮小,國產廠商的追逐之路一直在加快進行。他回顧到,在2012年以前,國內幾乎沒有一家液相色譜儀器廠家可以能夠完整生產一整套的液相色譜儀,很難做到一臺儀器所需要的所有部件,都由自己研發生產。這就為國產儀器的性能和使用帶來了一定的影響。他舉例說,依利特的液相色譜曾經使用的是其他廠家提供的自動進樣器,這就造成軟件控制的時候,需要去調用自動進樣器原有的模塊。這種調用的方式是不穩定的,而且一旦出現了問題,修改起來非常困難。

        種種原因,造成國產的液相色譜儀與進口儀器相比,很難做到真正的全自動化,難以在無人操作的狀態下長時間不間斷運行。但是,隨著這些年的技術發展,國產儀器很多已經可以做到從硬件到軟件全部自主研發生產,在儀器性能和指標上實現了大幅提升。

        而對于國產液相色譜進一步的發展道路,唐濤也表示,通過這次重大儀器專項以及這些年的不斷研發創新,他認為現階段國產液相在指標上已經完全可以媲美進口儀器,但是如何能夠把技術做扎實,能夠將性能完全體現出來,還需要廠商付出努力。同時,要注重核心技術的研發,現在國產儀器核心技術“空心化”現象還存在于整個行業中,一些廠家將整個模塊買來裝上外殼就做成一款產品。從表面上看,可能相差不大,但是只有自己掌握了核心技術,才能真正從性能上對儀器有一個提升,同時也才有可能制造出真正的高端儀器設備,有和進口儀器的一戰之力。

        對于未來國產液相色譜的市場,唐濤充滿了信心。他也表示,公司將不斷拓展現有技術,在深入研發的同時不斷與科學家和用戶深入交流合作,深入了解市場和目標用戶的需要,不斷提高國產液相色譜的市場競爭力?!半m然差距還是有的,但是我們也在不斷進步?!?


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