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做真正高端的国产液相色谱——访大连依利特分析仪器有

2018-11-09 17:07:27来源:仪器信息网
“多维生物色谱仪及液质联用关键部件的研制”项目,2012年列入国家重大科学仪器设备开发专项。该项目由大连依利特分析仪器有限公司(以下简称依利特)牵头,中国科学院大连化物所张玉奎院士担任项目负责人,中科院大连化学物理研究所(以下简称大连化物所)、浙江好创生物技术有限公司(以下简称浙江好创)等多家单位参与其中。近期,该项目通过了中科院组织的初步验收,并获得了专家组的一致好评。据了解,该项目主要目的是攻克高效二维生物色谱系统、在线蛋白质预处理系统、超高压微纳液相色谱系统及新型电喷雾离子源等关…

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  “多维生物色谱仪及液质联用关键部件的研制”项目,2012年列入国家重大科学仪器设备开发专项。该项目由大连依利特分析仪器有限公司(以下简称依利特)牵头,中国科学院大连化物所张玉奎院士担任项目负责人,中科院大连化学物理研究所(以下简称大连化物所)、浙江好创生物技术有限公司(以下简称浙江好创)等多家单位参与其中。近期,该项目通过了中科院组织的初步验收,并获得了专家组的一致好评。

  据了解,该项目主要目的是攻克高效二维生物色谱系统、在线蛋白质预处理系统、超高压微纳液相色谱系统及新型电喷雾离子源等关键仪器部件。从立项至今,近6年过去了,该项目取得了哪些成果?项目进行过程中又发生过怎样的故事?带着诸多问题,仪器信息网特别采访了该项目牵头单位大连依利特技术总监唐涛博士。

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  大连依利特技术总监唐涛

  从液质联用出发 重大仪器专项成果斐然

  随着实验室分析测试要求的不断提升,液相色谱质谱联用技术已经成为分析仪器发展的重要方向之一。在第一批国家重大科学仪器设备开发专项中,有8个项目都与质谱相关,然而样品前处理、色谱分离以及离子源等质谱前端部件则较少涉及。

  在上述背景下,大连化物所、依利特以及浙江好创等多家单位携手,希望能够依托各自在前处理、液相色谱以及离子源方面的基础积累以及技术优势,研发一系列可以匹配不同质谱仪的通用部件,并自主研发系统控制及数据工作站软件将仪器集成为统一的分析系统,意在设计出一款针对蛋白质分析的通用的液质联用前端仪器。

  基于上述立项初衷,从2012年10月立项开始,在多家参与单位的共同努力下,项目取得了一系列的成果。在中科院组织的初步验收中,项目完全按照预定任务指标完成,甚至部分超过了最初预期。

  而作为项目牵头单位的大连依利特,也在项目关键技术攻克之后,将项目成果成功产业化。从2014年开始,公司陆续推出了三套面向不同应用需求的液相色谱仪器,其中,最重要的就是iChrom 5100系列高效液相色谱仪。唐涛表示,这款产品的核心技术来源于专项,通过这些年的不断研发,包括自动进样器、检测器、控制软件等都由依利特自己研发并生产。iChrom 5100定位在中高端市场,力争与进口仪器同台PK。

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  大连依利特实验室一角

  从想法到产品 开发路上曲折前行

  “多维生物色谱仪及液质联用关键部件的研制”项目,立项课题多达10项,参与单位众多,开发难度很大,项目进行过程中也遇到了很多困难,走过一些弯路。在采访过程中,唐涛也为我们介绍了依利特在项目进行中面对的挑战。

  项目总指标中有一项,要求多维生物色谱仪通过一次分析,实现2500个蛋白的鉴定,需要仪器在完全无人工干预的情况下,自动运行30多个小时。唐涛坦言,这个指标对于课题组来讲是一个很大的挑战。一方面对分析方法开发有着很高的要求;另一方面,对于分析仪器性能的要求也很高。唐涛说:“对于我们来讲,最难的部分就是开发控制系统,这个挑战很大。” 这套集成的分析系统,包含高达7个输液泵以及4个切换阀,以及四套需要单独控制的分系统,而这些,都需要用同一款软件控制。所以除了需要开发4个分系统的控制软件之外,为了整体的协调顺利运转,还要解决平行系统之间相互干扰的问题。

  在最终现场测试阶段,专家们对多维生物色谱仪这一成果给予了很高的评价。虽然整套系统包含的仪器相对较多,但在高度集成化的系统中并没有丢掉液相色谱本身模块化的灵活性。同时,这款系统也克服了涉及到多检测器,多通道的采集的难点。

  同时,唐涛也介绍了另一个项目的重要成果——超高压微纳液相色谱系统,该课题意在开发出一款可以直接连接质谱而不需要分流的液相色谱仪。为了达到这种要求,需要液相色谱的流量达到500nL/min,而现在UHPLC的流量精度也只需要达到微升级别,纳升级的流量精度对于国产厂商来说要求可以说是非常高了。

  由于从来没有接触过相关项目,在开发过程中,团队走了一些弯路。团队最初的设计方案比较“异想天开”,想要通过相变蓄能材料在相变过程中体积变化来推动活塞来输出微量的液体。唐涛说:“当时设想很好,而且也取得了专利,但在实际做产品的时候,虽然输出指标、压力上限可以达到,但是控制起来特别困难。团队前后做了快两年时间,最后还是推倒重来了。”在之前的方案失败后,团队决定利用了直驱的方式,完全靠电机和软件的精度,机械加工和结构设计的来控制流量。同时,团队还研发了一种特殊装置,可以获得实时的流量反馈。

  超高压微纳液相色谱系统前后历时3年多,最终研制成功。唐涛表示,这是液相色谱真正的前沿成果,后期依利特也将与大连化物所张玉奎院士和张丽华研究员的团队合作,继续对其进行进一步的研发优化,尽快将仪器商品化。

  由专项到市场 后项目时代国产仪器的突围战

  这次项目过程历时近6年,研发过程也很曲折,唐涛表示,在项目复盘的阶段,团队也总结了过程中的经验教训。他表示,因为研发本身就是不可预知,谁也不能保证你设想的方案就一定能成功。所以在做研发项目的时候,尤其是相对技术难度较高的项目,一开始要预先准备多个方案,把脑袋里的想法预先落实在纸面上,通过各种建模软件预先进行实际演练。同时,在项目过程中,尤其是项目初期,要对整体方案进行反复讨论,如果实际操作的时候,两个方案不相上下,最好两个方案都做;如果很明显在阶段论证时,某一个方案可行性更好,再集中做这个方案。

  而谈到透过重大专项,国产液相色谱这些年的变化,唐涛表示,这些年,国产的仪器一直在进步,虽然与进口仪器还有一定的差距,但这个距离在逐渐缩小,国产厂商的追逐之路一直在加快进行。他回顾到,在2012年以前,国内几乎没有一家液相色谱仪器厂家可以能够完整生产一整套的液相色谱仪,很难做到一台仪器所需要的所有部件,都由自己研发生产。这就为国产仪器的性能和使用带来了一定的影响。他举例说,依利特的液相色谱曾经使用的是其他厂家提供的自动进样器,这就造成软件控制的时候,需要去调用自动进样器原有的模块。这种调用的方式是不稳定的,而且一旦出现了问题,修改起来非常困难。

  种种原因,造成国产的液相色谱仪与进口仪器相比,很难做到真正的全自动化,难以在无人操作的状态下长时间不间断运行。但是,随着这些年的技术发展,国产仪器很多已经可以做到从硬件到软件全部自主研发生产,在仪器性能和指标上实现了大幅提升。

  而对于国产液相色谱进一步的发展道路,唐涛也表示,通过这次重大仪器专项以及这些年的不断研发创新,他认为现阶段国产液相在指标上已经完全可以媲美进口仪器,但是如何能够把技术做扎实,能够将性能完全体现出来,还需要厂商付出努力。同时,要注重核心技术的研发,现在国产仪器核心技术“空心化”现象还存在于整个行业中,一些厂家将整个模块买来装上外壳就做成一款产品。从表面上看,可能相差不大,但是只有自己掌握了核心技术,才能真正从性能上对仪器有一个提升,同时也才有可能制造出真正的高端仪器设备,有和进口仪器的一战之力。

  对于未来国产液相色谱的市场,唐涛充满了信心。他也表示,公司将不断拓展现有技术,在深入研发的同时不断与科学家和用户深入交流合作,深入了解市场和目标用户的需要,不断提高国产液相色谱的市场竞争力。“虽然差距还是有的,但是我们也在不断进步。”

  撰稿编辑:赵仪


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