周连群团队打造国产生物分子界面分析仪

双通道生物分子界面分析仪

便携式生物分子界面分析仪

■高雅丽，本报见习记者

蓝细菌通常在夏天开始繁殖，并以非常快的速度爆发。中国科学院苏州医学院传感创新中心研究员周连群和他的团队开发了一种神奇的生物分子界面分析仪，可以在蓝藻不可见的情况下快速检测水样中微囊藻毒素的变化，从而提前了解蓝藻的发展趋势。

最近，该产品成功通过了欧盟CE和美国FCC的相关测试，并获得了认证证书和报告。

神奇的生物分子检测平台

周连群告诉《中国科学》记者，“生物分子界面分析仪和芯片应用于生物生命分析领域，实现生物分子分子相互作用、动力学研究、细胞吸附、迁移和变化、药物作用和药物筛选、生物相容性、聚电解质膜组装等的高灵敏度检测和分析。它们也可以应用于石油、化学工业、航空航天等领域。”

中国科学院生物医学检测技术重点实验室的副研究员张巍 解释说，生物分子界面分析仪可以被视为显微镜。“研究人员通过显微镜观察物体，而生物分子界面分析仪观察分子间的相互作用力，然后通过仪器绘制分子运动曲线。”张巍 说。

生物分子界面分析仪的核心技术是高灵敏度压电薄膜技术。周连群说:“当物质在压电薄膜表面发生吸附和解吸反应时，或者当表面的液体性质发生变化时，频率也会发生变化。芯片谐振频率的变化与吸附在芯片表面的物质的质量有关。通过分析频率的变化，可以得到吸附层相应的质量、厚度、粘弹性(剪切模量)等信息。”

据周连群介绍，早在20世纪90年代中期，一家瑞典公司就开发出了一种检测质量变化和耗散系数等参数的原型，得到了许多同行和市场的认可。

“但进口仪器和芯片价格昂贵，而且由于芯片频率低，灵敏度有限。美国某公司开发的多通道微流控压电阵列芯片和设备灵敏度高，但售价高达300万元。在投入市场后的两年里，它在欧洲和美国只卖出了几十台。国内消费者尚未购买。”周连群说道。

看到这个市场的“空白”，周连群团队开发了双通道和微型单通道两种仪器产品和配套芯片，进一步满足了国内科研院所和企业对生物分子接口分析仪不同层次用户的需求。

今年，该团队推出了一款微型生物分子界面分析仪(Mole-Q)，这是一款针对国内外研究机构、大学、企业和个人研究人员测试需求的便携式产品。

这种迷你型产品的总重量不超过500克，非常便携。它通过USB数据线连接到分析终端，基本实现了“即插即用”。张巍 说:“每个人都称这种产品为“天线宝宝”。其产品和芯片的一些参数优于目前市场上价值数百万元的同类进口产品。其综合性能已达到国际先进水平。”

团队合作掌握核心技术

对于生物分子界面分析仪，核心技术是高灵敏度压电薄膜。张巍 说:“我们在克服核心技术方面面临许多困难。首先，我们正在制造高品质因数薄膜压电器件。开始时产生的压电信号是可用的，但信号的品质因数不理想，没有实用价值。当设备可用时，流体包装的问题将在生物测试中出现。”

张巍 说:“该设备的信号采集相对困难，因为它是一个非常微弱的射频信号。如果信号无法获取，而使用其他价格更高的仪器来获取信号，那么该系统就只能称为实验室系统，而不能称为产品。”

回顾2015年克服核心技术问题的场景，周连群表示:“为了加快项目进度，周末和晚上加班是正常的，有时会加班到凌晨。”

周连群的研发团队用了5年多的时间克服了高灵敏度压电薄膜的技术难题，优化了微纳加工技术，实现了薄膜压电晶片的批量制备，改善了质量控制和工艺管理，提高了生物分子分析仪核心传感单元商业化的成功率。

该团队开发的2微米厚的薄膜压电声波传感器具有超过60 dB的信号强度，并且生物分子检测灵敏度提高到微微克级。这项科研成果进一步提高了仪器硬件和软件的稳定性，突破了国外垄断产品的专业壁垒。

周连群告诉记者，国外进口薄膜芯片的成本为500至600元，国内生产预计在100元左右。这项技术已获得15项相关发明专利的许可，一项国际专利已进入日本和美国。

作为具有自主知识产权的产品，要通过欧盟CE认证和美国FCC认证并不容易。张巍 说:“欧盟认证要求系统中涉及的所有组件和电路板的供应源都通过欧盟CE认证，甚至连外壳加工厂也需要欧盟CE认证。为了通过认证，这相当于追溯到以前开发版本的源头进行整改。这一过程非常艰难，但也积累了宝贵的经验，为未来系列产品进入欧洲市场奠定了基础。”

未来市场前景广阔

张巍 仍然记得第一台机器交付给用户的场景。

她说:“我们的第一个用户是南京土壤研究所。交通是个大问题。这台机器不能碰，所以我们订购了一个大箱子。周连群的老师在盒子上盖了一层包装胶带，就像包装行李一样，这样机器就可以很容易地被提起来

“对整个团队来说，这是一个历史性的时刻。每个人都去南京交付产品。”张巍 仍然无法掩饰他的兴奋。

该团队还投入大量精力开发迷你产品。张巍 告诉记者，该团队聘请了专业设计师来制作曲面外观。

现在，在苏州医学院“创新”和“转型”两轮驱动政策的大力支持下，“分子界面分析仪”产品和芯片已经登陆苏州国科兴安医疗科技有限公司进行研发、生产和改造。

张巍 说，现在有5-10个产品预定订单。未来，该团队将拓展海外市场，并招募专业销售和营销团队进行规划，“我们将在生命分析领域制造高端科研设备。”

周连群说:“目前，仪器的原理已经得到验证。核心部件，即压电薄膜芯片的大规模生产过程和仪器的小规模生产，在相关技术指标上已达到国际领先水平。然而，由于资本规模有限，仪器工程、产品和定制的发展需要扩大。我们将尽快完成产品技术迭代、芯片和仪器的批量生产以及仪器的推广和销售。”

《中国科学日报》(第六版，2017年12月25日)