聚焦磁性分离材料，开发自动化“磁控”技术——访朱良漪奖获得者中国水产科学研究院吴立冬研究员

　　2023年1月，备受业界关注的2022年“朱良漪分析仪器创新奖”颁奖典礼在京隆重举行，评选出“创新成果奖”3项，“青年创新奖”5名。中国仪器仪表学会分析仪器分会与仪器信息网联合采访了“朱良漪分析仪器创新奖”获得者，倾听了解他们的获奖感受、研发过程以及今后的研究方向。

　　中国水产科学研究院吴立冬研究员获得2022年“朱良漪分析仪器创新奖”之“青年创新奖”，获奖成果是“基于磁分离和场效应晶体管芯片的快速检测整套解决方案”。基于此，仪器信息网与吴博士就其研制成果进行了深入交流。

中国水产科学研究院 吴立冬研究员

　　仪器信息网：请重点介绍下此次获奖成果的研发背景和初衷，成果实现的主要创新突破以及当前的产业化情况，未来的市场前景等。

　　吴立冬：目前，液相色谱串联质谱、荧光光谱等仪器能够满足靶标物精准定量分析，但是这些仪器价格昂贵、体积大、需要专业人员操作不能满足市县级快速筛查食品危害物的需求。针对市县及以下检测场景，迫切需要开发自动化微型化快速检测平台来填补危害物检测“最后一公里”的空白。我们走访了四川、湖北等省市级检验实验室，发现液相色谱-串联质谱等大型仪器比较齐全，但缺乏精通前处理操作的专业人员。而市县一级批发市场和农贸市场不仅缺乏专业操作人员而且经费有限，因此亟需自动化前处理和快速廉价的检测用传感平台来满足日常检测需求。

　　为更好保障“舌尖上的安全”，我们系统分析当代前处理技术的优缺点，选择了易于自动化的“磁控”技术为研究重点。首先我们拟合成超顺磁的磁性材料，2018年我从麻省理工学院回来后，立即带领学生一起开展磁性材料的合成工作。在阅读上百篇文献后，我们制定了化学合成磁珠的技术路线，在技术路线中我们综合考虑了反应物是否易燃易爆、化学试剂成本及国产试剂是否能够满足要求等因素，最终全部选择成本低廉的国产试剂预防未来进口原料被限制，实现完全国产化。实验初期，6个小型油浴锅同时开动，早中晚共进行18次反应加速进行反应条件优化，筛选了氨水、苯胺、萘胺等十几种反应物，对比了麦克林、阿拉丁等主要厂家产品得到磁珠的磁性强弱、颜色深浅、悬浮时长及贴壁速度等众多参数，最终确定了小试条件。

　　随后平行制备了多个批次样品，每个月跑数十个厂家希望对方能帮忙进行样品测试，评价我们新研制的磁性材料是否能够满足对方快速提取的要求。在经过无数次碰壁后，逐渐找到了志同道合的合作伙伴，小试样品不仅满足对方需求还优于进口的磁性材料。接下来必须进行中试放大才能满足企业生产的需求，我们由小试40mL反应体积扩大为中试20L反应体积，放大了近500倍。6个反应釜每天同时反应，加样和回收磁性材料的过程一下变成了体力劳动，中试一个月左右体重减少10斤，肌肉力量明显增强，动作更加灵活头脑更加清晰。经过跟企业的联合评估，硅基修饰磁珠满足了对方核酸快速提取的要求，能够用来快速检测水产品中副溶血性弧菌等致病菌。在此基础上，我们在磁珠表面通过点击化学反应修饰了多种官能团，使得我们制备的磁性材料不仅能够快速分离核酸、抗体和细胞而且能够快速富集孔雀石绿、重金属和微塑料，实现了小分子化合物、生物大分子到微球的快速分离富集。磁性分离材料与微型化磁分离装置配合，实现了自动化高通量分离靶标物。磁分离平台克服了传统的固相微萃取(SPE)自动化程度低、难以小型化的缺点，与快速检测传感平台联合使用，易于推广使用。

　　磁分离与磁控传感联用平台为现场快速检测提供了新的选择，磁性分离材料在靶标物快速分离富集领域应用前景广阔，可与传统色谱仪、质谱仪、光谱仪联用，实现自动化高通量样品处理，提高检测效率，减少人为操作对检测结果的影响，适用于医院检测、环境检测等样品量大的第三方实验室。磁分离装置与快速检测平台联用，适用于批发市场及农贸市场等缺乏操作人员的初级实验室。此外，磁性材料还可以用于磁控开关及磁控机器人等未来应用场景。

　　仪器信息网：您如何看待自主技术创新、成果转化相关产业的发展?

　　吴立冬：我们与数十家公司的沟通经验告诉我们，目前的科研单位的自主技术创新与具有销售能力的企业创新存在着一个日渐缩小的鸿沟。现阶段，自主技术创新与企业成果转化存在着难以调和的矛盾，首先科研单位的自主创新难以按照企业的生产流程的技术瓶颈来开展创新性技术研究，而新的技术进入企业生产流程需要企业重新报备耗费大量人力物力，企业对新的产线有需求而对科研单位的微创新没有迫切的需求。如果想提高自主技术创新的转化率，需要科研单位在微创新之前与产业单位、相关学会一起制定切实可行的方案，建立产业转化经理人制度，才能逐渐将科研单位的自主技术创新完美与企业现实需求匹配，提高国家投入经费对产业的贡献率。

　　仪器信息网：对于此次获奖您有何感受?您认为“朱良漪分析仪器创新奖”将给青年人带来怎样的影响?

　　此次获奖更多的感受是感谢与感恩。非常感谢中国仪器仪表学会对我们工作的认可，感谢中国水产科学研究院的相关领导和同事对我们科研工作的支持，感谢前辈学者对我们后辈的提携，感谢专家和企业对磁性分离和快速检测这个领域的看好。感恩家人对我们工作的大力支持，有了你们的支持我才能够为分析仪器领域贡献绵薄之力。

　　朱良漪分析仪器创新奖为年轻人提供了一个新的平台，让我们年轻人可以通过学会这个大家庭跟前辈同行进行深度学习，与企业大咖进行零距离沟通，使得成果能够飞秒速度转化给最需要的企业，共同推进分析仪器的现代化进程。

　　仪器信息网：后续您还将开展哪些创新工作?

　　后续我们将继续丰富磁性分离材料的种类，满足更多元的应用场景。与合作企业共同微型化提取仪器，缩小磁控场效应晶体管的尺寸，不断提高检测通量。把现有10nm磁性材料形貌做的更加规整，表面官能团更加可控，将纳米磁性材料至于细胞内，将胞内靶标物的检测灵敏度提高1到2个数量级。