2023年初，備受業(yè)界關(guān)注的2022年“朱良漪分析儀器創(chuàng)新獎(jiǎng)”頒獎(jiǎng)典禮在京隆重舉行，評(píng)選出“創(chuàng)新成果獎(jiǎng)”3項(xiàng)，“青年創(chuàng)新獎(jiǎng)”5名。中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)分析儀器分會(huì)與儀器信息網(wǎng)聯(lián)合采訪了“朱良漪分析儀器創(chuàng)新獎(jiǎng)”獲得者，傾聽(tīng)了解他們的獲獎(jiǎng)感受、研發(fā)過(guò)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(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jiǎng)”之“青年創(chuàng)新獎(jiǎng)”，獲獎(jiǎng)成果是“用于單顆粒/單細(xì)胞電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)分析的進(jìn)樣系統(tǒng)關(guān)鍵組件研制”?；诖?，儀器信息網(wǎng)與王丁一助理研究員就其研制成果及對(duì)質(zhì)譜儀器研發(fā)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化等方面的看法進(jìn)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(jiǎng)”，請(qǐng)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(lái)自中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(xué)環(huán)境工程專業(yè)，之后來(lái)到中科院生態(tài)環(huán)境研究中心師從江桂斌院士進(jìn)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(shù)研制小型分析器件和分析裝置的研究，目前主要關(guān)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(lǐng)域的應(yīng)用。
我所在的中科院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室瞄準(zhǔn)國(guó)際學(xué)科發(fā)展前沿和國(guó)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(xué)行為、毒理與健康效應(yīng)方面開(kāi)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(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)了包括高通量多功能成組毒理學(xué)分析儀、全自動(dòng)甲基汞分析儀、基于中空纖維流場(chǎng)流分離技術(shù)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(lái)承擔(dān)基金委國(guó)家重大科學(xué)儀器3項(xiàng)，研究成果曾多次獲得國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)、國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)和中國(guó)分析測(cè)試學(xué)會(huì)(CAIA)特等獎(jiǎng)等榮譽(yù)。
儀器信息網(wǎng)：2022年度“青年創(chuàng)新獎(jiǎng)”的五項(xiàng)獲獎(jiǎng)成果多與質(zhì)譜技術(shù)相關(guān)，與往年相比有很大不同。對(duì)于這一情況，您最大的感受是什么?您認(rèn)為這將給從事質(zhì)譜儀器及應(yīng)用相關(guān)研究工作的青年人帶來(lái)怎樣的影響?
王丁一：質(zhì)譜儀器是目前應(yīng)用范圍最廣的分析儀器之一，隨著國(guó)內(nèi)質(zhì)譜儀器市場(chǎng)需求的迅速擴(kuò)大，政府部門(mén)、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(dòng)國(guó)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(yīng)用相關(guān)工作的優(yōu)秀青年人才，能得到“朱良漪獎(jiǎng)”的認(rèn)可，對(duì)于我自己和其他從事質(zhì)譜研制的同仁來(lái)說(shuō)是很好的激勵(lì)和肯定。類似的情況今后很有可能還會(huì)出現(xiàn)，并且不只是“朱良漪獎(jiǎng)”，國(guó)內(nèi)其他機(jī)構(gòu)在人才培養(yǎng)、科研項(xiàng)目申請(qǐng)、經(jīng)費(fèi)支持力度以及成果獎(jiǎng)勵(lì)等方面都越來(lái)越重視儀器研制及應(yīng)用相關(guān)的工作，這對(duì)于從事相關(guān)工作的研究人員來(lái)說(shuō)是很好的機(jī)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(yīng)用。
儀器信息網(wǎng)：您如何看待中國(guó)質(zhì)譜自主技術(shù)創(chuàng)新、質(zhì)譜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?
王丁一：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(wèn)題日益突出，質(zhì)譜儀器需求和相應(yīng)的市場(chǎng)規(guī)模也急劇增長(zhǎng)。盡管如此，我國(guó)的質(zhì)譜儀器尤其是高端質(zhì)譜儀器卻長(zhǎng)期被國(guó)外公司壟斷，國(guó)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(guó)產(chǎn)質(zhì)譜分析器件無(wú)論技術(shù)、質(zhì)量和產(chǎn)品應(yīng)用，在市場(chǎng)上都缺乏足夠競(jìng)爭(zhēng)力。因此，發(fā)展高質(zhì)量和具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的分析儀器和核心器件仍然是我們要長(zhǎng)期面臨的重大挑戰(zhàn)。
幸運(yùn)的是，近年來(lái)國(guó)家不斷加大對(duì)科學(xué)儀器自主研發(fā)的支持力度，將科學(xué)儀器創(chuàng)新列為優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略領(lǐng)域，相關(guān)部門(mén)設(shè)立了儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專項(xiàng)資金，有力推動(dòng)了國(guó)產(chǎn)科學(xué)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(qiáng)高端科研儀器設(shè)備研發(fā)制造，前不久習(xí)總書(shū)記又再次強(qiáng)調(diào)，“要打好科技儀器設(shè)備、操作系統(tǒng)和基礎(chǔ)軟件國(guó)產(chǎn)化攻堅(jiān)戰(zhàn)，鼓勵(lì)科研機(jī)構(gòu)、高校同企業(yè)開(kāi)展聯(lián)合攻關(guān)，提升國(guó)產(chǎn)化替代水平和應(yīng)用規(guī)模，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)用我國(guó)自主的研究平臺(tái)、儀器設(shè)備來(lái)解決重大基礎(chǔ)研究問(wèn)題?！毕嘈盼覈?guó)的質(zhì)譜產(chǎn)業(yè)一定會(huì)迎來(lái)跨越式發(fā)展。
儀器信息網(wǎng)：請(qǐng)介紹下您與儀器研發(fā)的機(jī)緣?
王丁一：我們課題組一直長(zhǎng)期開(kāi)展新儀器的研制和新方法的開(kāi)發(fā)，在大約十年前，課題組長(zhǎng)江桂斌院士關(guān)注到3D打印在其他領(lǐng)域的發(fā)展及其在環(huán)境分析領(lǐng)域的潛力，并購(gòu)買(mǎi)了實(shí)驗(yàn)室第一臺(tái)3D打印機(jī)，那時(shí)我剛進(jìn)入課題組學(xué)習(xí)，還沒(méi)有確定研究方向，正好我又對(duì)3D打印和模型設(shè)計(jì)很感興趣，于是主動(dòng)向老師申請(qǐng)從事3D打印相關(guān)的研究工作，江老師非常鼓勵(lì)和支持我探索各種可能的研究方向和可能性，當(dāng)時(shí)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(guò)3D打印我們得以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)自行設(shè)計(jì)和加工制造大部分關(guān)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(lái)我們又利用3D打印陸續(xù)開(kāi)展了更多的儀器研制相關(guān)工作，一直延續(xù)至今。在江老師和國(guó)重室的大力支持下，目前我們已成立了專門(mén)的3D打印工作室用于個(gè)性化分析器件的研制和提供相關(guān)加工服務(wù)，形成了從設(shè)計(jì)、加工到性能測(cè)試的完整技術(shù)鏈條，也歡迎儀器信息網(wǎng)的同行聯(lián)系我們開(kāi)展合作。
儀器信息網(wǎng)：您在質(zhì)譜相關(guān)技術(shù)的研制和產(chǎn)業(yè)化方面開(kāi)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(shí)際問(wèn)題?成果的市場(chǎng)前景如何?
王丁一：我和所在團(tuán)隊(duì)在質(zhì)譜器件研制和產(chǎn)業(yè)化方面開(kāi)展的主要工作包括：
1. 單顆粒/單細(xì)胞電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)分析進(jìn)樣系統(tǒng);利用3D打印研制了針對(duì)單細(xì)胞和單顆粒等非均一樣品ICP-MS分析的高通量微量進(jìn)樣系統(tǒng)、進(jìn)樣霧化室以及霧化器等，可在低進(jìn)樣流速下實(shí)現(xiàn)非均一樣品的長(zhǎng)時(shí)間、穩(wěn)定高效進(jìn)樣及分析，相關(guān)成果申請(qǐng)國(guó)家專利7項(xiàng)，已獲得授權(quán)4項(xiàng)，目前已實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化1項(xiàng)，并且已形成產(chǎn)品進(jìn)行銷售?，F(xiàn)有ICP-MS進(jìn)樣系統(tǒng)主要針對(duì)樣品量大、高度均一的溶液態(tài)樣品設(shè)計(jì)，其樣品傳輸效率通常不到10%，無(wú)法保證單顆粒/單細(xì)胞樣品檢測(cè)的準(zhǔn)確性。為此，我們研制了一種針對(duì)單顆粒/單細(xì)胞ICP-MS分析的全耗型進(jìn)樣霧化室，使得ICP-MS能夠在低進(jìn)樣流速下具備高傳輸效率，當(dāng)樣品進(jìn)樣流速低于20 μL/min時(shí)，我們研制的進(jìn)樣系統(tǒng)對(duì)納米顆粒的傳輸效率可超過(guò)60%，可用于單顆粒/單細(xì)胞等非均一樣品的高效檢測(cè)，進(jìn)一步拓展了ICP-MS的應(yīng)用范圍?，F(xiàn)有ICP-MS進(jìn)樣霧化室和霧化器等核心器件高度依賴進(jìn)口，價(jià)格高昂，而我們通過(guò)借助3D打印技術(shù)，大幅降低了成本和制造周期，解決了目前國(guó)內(nèi)研究人員難以針對(duì)ICP-MS和IPC-OES相關(guān)器件進(jìn)行快速、高效研制的問(wèn)題，打破了ICP-MS進(jìn)樣系統(tǒng)核心組件僅由少數(shù)幾家國(guó)外公司能提供的局面，填補(bǔ)了我國(guó)在該領(lǐng)域的技術(shù)和產(chǎn)品空白。
2. 金屬蛋白分析系統(tǒng);利用3D打印技術(shù)建立了基于ICP-MS聯(lián)用的金屬蛋白質(zhì)組學(xué)分析平臺(tái)及技術(shù)，可同時(shí)實(shí)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(guān)成果申請(qǐng)國(guó)家專利7項(xiàng)，已獲得授權(quán)5項(xiàng)，發(fā)表SCI論文4篇，于2021年獲中國(guó)分析測(cè)試協(xié)會(huì)CAIA獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。
3. 基質(zhì)輔助激光解吸-串聯(lián)飛行時(shí)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(shí)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(guān)成果申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利2項(xiàng)，已獲得授權(quán)2項(xiàng)，在Environ. Sci. Technol.、Chem. Commun.等國(guó)際期刊發(fā)表SCI論文3篇。
儀器信息網(wǎng)：后續(xù)您還將開(kāi)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(kāi)展相關(guān)研究工作，計(jì)劃與國(guó)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(cè)、醫(yī)療健康等領(lǐng)域應(yīng)用面臨的實(shí)際需求和“卡脖子”難題，從前端走向后端，針對(duì)質(zhì)譜的離子源、質(zhì)量分析器和檢測(cè)器等核心器件的研制開(kāi)展相關(guān)研究，努力推動(dòng)高質(zhì)量質(zhì)譜儀器和核心器件國(guó)產(chǎn)化。
