中科院蘇州醫(yī)工所周連群團隊打造國產(chǎn)生物分子界面分析儀
藍藻常于夏季開始繁殖，并且暴發(fā)速度極快，中科院蘇州醫(yī)工所傳感創(chuàng)新中心研究員周連群和團隊研發(fā)了一款神奇的生物分子界面分析儀，可在看不到藍藻時，通過水樣微囊藻毒素檢測，快速檢測出其藻毒素變化，從而預(yù)先知道藍藻發(fā)展趨勢。
雙通道生物分子界面分析儀
便攜式生物分子界面分析儀
近日，該款產(chǎn)品成功通過歐盟CE（EMC\LVD）和美國FCC（EMC）相關(guān)測試，獲得認證證書及報告。
神奇的生物分子檢測平臺
周連群對記者說：“生物分子界面分析儀及芯片，是應(yīng)用在生物生命分析領(lǐng)域中，實現(xiàn)對生物分子的分子相互作用、動力學(xué)研究、細胞吸附、遷移變化、藥物作用與藥物篩選、生物相容性、聚電解質(zhì)膜層的組裝等高靈敏度檢測和分析，也可以應(yīng)用于石油、化工、航天等領(lǐng)域?！?/span>
中科院生物醫(yī)學(xué)檢驗技術(shù)重點實驗室副研究員張威解釋道，可以把生物分子界面分析儀看成一臺顯微鏡?！翱蒲腥藛T通過顯微鏡來觀察一個物體，而生物分子界面分析儀則是觀察分子之間相互作用的力，再通過儀器畫出分子的運動曲線。”張威說。
生物分子界面分析儀的核心技術(shù)是高靈敏壓電薄膜技術(shù)。周連群說：“當(dāng)物質(zhì)在壓電薄膜表面發(fā)生吸脫附反應(yīng)或者表面的液體性質(zhì)發(fā)生變化時，都會引起頻率的變化。芯片共振頻率的變化，與芯片表面吸附的物質(zhì)的質(zhì)量相關(guān)，通過分析頻率的變化可以獲得吸附層相應(yīng)的質(zhì)量、吸附層厚度、粘彈性（剪切模量）等信息。”
據(jù)周連群介紹，早在上世紀90年代中期，瑞典某公司已研制出樣機用于檢測質(zhì)量變化和耗散系數(shù)等參數(shù)，并獲得眾多同行和市場的認可。
“但進口儀器和芯片售價昂貴，且芯片頻率較低靈敏度受限。美國某公司研發(fā)的多通道微流控壓電陣列芯片及設(shè)備靈敏度較高，但售價高達300萬元，投入市場兩年間，僅在歐美銷售幾十臺，國內(nèi)客戶還未見有購買?！敝苓B群說。
正是看到了這一市場“空白”，周連群團隊開發(fā)出雙通道和迷你單通道兩款儀器產(chǎn)品及配套芯片，進一步滿足國內(nèi)的科研院所和企業(yè)對生物分子界面分析儀的不同層次的用戶需求。
今年，團隊推出迷你型生物分子界面分析儀（Mole-Q），是面向國內(nèi)外科研院所，高校、企業(yè)以及個體研究人員的測試需求，定向開發(fā)的便攜式產(chǎn)品。
該款迷你型產(chǎn)品總體重量不超過500g，便攜性強，通過USB數(shù)據(jù)線連接分析終端，基本實現(xiàn)了“即插即用”。張威說：“大家都叫這款產(chǎn)品‘天線寶寶’，它的產(chǎn)品和芯片的部分參數(shù)性能優(yōu)于目前市場上動輒百萬元的同類進口產(chǎn)品，綜合性能達到國際先進水平。”
團隊合力掌握核心技術(shù)
對于生物分子界面分析儀而言，最核心的技術(shù)就是高靈敏度壓電薄膜。張威說：“攻克核心技術(shù)時我們面臨了很多困難，首先就是制作高品質(zhì)因數(shù)薄膜壓電器件。最開始制作的壓電信號有了，但是信號的品質(zhì)因數(shù)不理想，不具有實用價值；等器件有了，生物測試的時候流控封裝的難題就來了?！?/span>
張威說：“器件的信號采集比較難，因為那是極微弱射頻信號，若信號采集不到，采用其他價格較高的儀器采集信號，那么系統(tǒng)僅僅被稱為實驗室系統(tǒng)，不能被稱為產(chǎn)品?！?/span>
回憶起2015年攻克核心技術(shù)難題的情景，周連群說：“為了加快項目推進，周末和晚上加班是常態(tài)，有時還會加班到凌晨。”
周連群研發(fā)團隊歷時5年多時間，攻克高靈敏度壓電薄膜技術(shù)難題，優(yōu)化了微納加工工藝實現(xiàn)薄膜化壓電晶片的批量化制備，完善質(zhì)量控制和工序管理，提高了生物分子分析儀核心傳感單元產(chǎn)品化的成功率。
團隊研發(fā)的2微米厚度薄膜型壓電聲波傳感器，器件信號強度大于60 dB，生物分子檢測靈敏度提升至皮克量級。這項科研成果，進一步提升了儀器的硬件和軟件穩(wěn)定性，突破國外壟斷產(chǎn)品的專業(yè)壁壘。
周連群告訴記者，薄膜芯片國外進口要五六百元，國產(chǎn)預(yù)計100元左右。這項技術(shù)已經(jīng)獲得15項相關(guān)發(fā)明專利授權(quán)，申請的1項國際PCT專利已進入日本和美國。
作為一項具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，通過歐盟CE認證及美國的FCC認證也并非易事。張威說：“歐盟認證要求系統(tǒng)中涉及的元器件，電路板的供貨源均通過歐盟CE認證，甚至外殼加工廠也需要歐盟CE認證，為了通過認證，相當(dāng)于將之前開發(fā)的版本重新溯源整改，過程非常辛苦，但也積累了寶貴的經(jīng)驗，也為今后系列產(chǎn)品打入歐洲市場奠定了基礎(chǔ)。”
未來市場前景廣闊
張威至今都記得第一臺機器交付用戶使用的場景。
她說：“我們的首個用戶是南京土壤所，運輸是個大難題。機器不能磕碰，所以我們定制了一個大箱子，周連群老師像打包行李一樣，在箱子里鋪上了一層打包帶，這樣就可以把機器輕松地提出來?！?/span>
“對全組的人來說，這是歷史性的一刻，大家集體出動，去南京交付產(chǎn)品?！睆埻两穸茧y掩激動。
在研制迷你型的產(chǎn)品時，團隊也費了不少心思。張威告訴記者，團隊請了專業(yè)的設(shè)計師，做了曲面外型。
如今，在蘇州醫(yī)工所“創(chuàng)新”“轉(zhuǎn)化”雙輪驅(qū)動政策的大力支持下，“分子界面分析儀”產(chǎn)品和芯片已落地在蘇州國科芯感醫(yī)療科技有限公司，進行研產(chǎn)轉(zhuǎn)化。
張威表示，現(xiàn)在產(chǎn)品已有5～10家意向訂單，未來團隊會拓展海外市場，也會招聘專業(yè)的銷售和營銷團隊來進行規(guī)劃，“我們要做成高端的生命分析領(lǐng)域的科研裝備?！?/span>
周連群說：“目前儀器已完成原理驗證，核心組件即壓電薄膜芯片批量化生產(chǎn)工藝以及儀器小規(guī)模生產(chǎn)，相關(guān)技術(shù)指標都達到國際領(lǐng)先水平。但限于資金規(guī)模，儀器工程化、產(chǎn)品化以及定制性開發(fā)還有待拓展。我們將盡快完成產(chǎn)品技術(shù)迭代、芯片和儀器量產(chǎn)，以及儀器推廣和銷售?！?/span>
