11年攻关,直接电离质谱仪灵敏度国际领先——记浙江省技术发明一等奖获得者闻路红科研团队


在宁大,有一种“神器”,它小小身躯,其貌不扬,却蕴藏着大大的能量和宁大原创技术:国内首台,登上央视《新闻联播》,20秒内便可检出毛发、尿液、唾液中的毒品种类及含量,已应用到全国20余个省市的涉毒筛查中,这就是宁波大学成果转化企业——宁波华仪宁创智能科技有限公司自主创新的直接电离质谱仪产品。

质谱仪只是华仪宁创“逐浪”高端检测仪器——质谱仪领域时泛起的一朵浪花。宁波大学科学仪器创新团队在闻路红教授级高级工程师带领下,通过11年攻关,实现了自主知识产权直接电离质谱仪创制及应用,灵敏度达到国际领先水平,不久前“直接电离质谱仪创制及应用”项目成果荣获了2023年浙江省技术发明一等奖。

 

颠覆传统蹚出一条新路

质谱仪是有毒有害物质定性定量检测最佳的检测仪器,作为一种大型实验室精密仪器,我国严重依赖进口,90%以上的市场被国外进口产品牢牢占据。从本质上讲,它就是一杆灵敏度极高的“秤”。这杆“秤”有多神奇?它称量的不是普通物品,而是物质的原子量、分子量。被誉为“科学仪器皇冠上的明珠”的质谱仪,既可用于基础科学研究,也可用于检测毒品、食品、药物、化妆品等,化学测量领域不可或缺的重要检测仪器。

过去质谱仪一般只能在实验室使用,公安禁毒、食品安全、中毒急救等现场快检需要质谱仪小型化、快速化、简易化、现场化,但把质谱仪从实验室走向现场是国际性的难题和挑战。

“明知山有虎,偏向虎山行”。从2013年起,高等技术研究院科学仪器创新团队负责人闻路红和他的团队在国家重大科学仪器、公共安全、食品安全重点研发计划项目和国家高质量发展专项等支持下,基于直接电离质谱技术,颠覆了传统技术路线,蹚出一条新路。相较传统质谱技术,直接电离质谱技术摆脱了环境和色谱分离等的桎梏,在大气压环境中也能快速电离样品进行质谱分析,检测时间和成本大大减少。这是质谱领域的新赛道,对国际知名质谱企业来说也是新领域。

直接电离质谱技术的关键核心是直接电离离子源。通俗地说,就是在大气压环境中,利用直接电离离子源让目标化合物带上电荷,变成离子。该过程中,不仅要做到能量足够,还要根据不同化合物给出不同的“力道”。

 

把科学技术变成实实在在的产品

把科学技术成果转化变成实实在在的产品是高等技术研究院科研团队的定位,闻路红表示,成果转化企业“华仪宁创”的名称来自“中华仪器宁波创造”,研制替代进口的高端科学仪器是创办华仪宁创的初衷。为实现质谱仪从实验室走向现场检测,华仪宁创整整用了8年时间。研制的核心关键部件直接电离质谱离子源被鉴定为“国际首创”,直接电离质谱仪被鉴定为“关键技术指标灵敏度国际领先水平”。这些年,他们一方面不断攻坚克难提升仪器的性能指标,同时在禁毒、食品安全、毒物分析等多个应用领域开展应用方法开发和市场推广。

2016年闻路红牵头承担了科技部“重大科学仪器”重点研发计划项目:新型敞开式质谱离子源研制与产业化。项目目标就是研制我国自主知识产权直接电离离子源,并实现工程化推广应用。闻路红带领团队成功研制了6款自主知识产权直接电离离子源,解决了我国直接电离质谱仪核心关键部件卡脖子问题。

2018,科学仪器团队和华仪宁创参与申报承担了国家重点研发计划“公共安全”项目:吸毒人员现场快速检测装备和器材研究。项目目标:研制能应用于现场毛发毒品筛查技术装备,覆盖我国90%列管毒品,应用于全国禁毒一线。在公安部国家毒品实验室和浙江省毒品防控技术研究重点实验室等支持下,项目团队突破了仪器灵敏度和应用等技术瓶颈,在国际上最早实现了毛发验毒的小型化现场检测质谱仪研制,并推广应用于禁毒一线,项目顺利通过了验收。相比传统的胶体金卡等快检技术,成果具有测得多、测得准、通量高等优势,是吸毒人员筛查领域的新质生产力。

2018年,团队还承担了国家“食品安全”重点研发计划项目课题,与中国检验检疫科学院等单位合作,研制出能应用于食品中化学危害因子检测的小型化现场快检质谱仪,实现检测时间由小时缩短到秒,从定性筛查到精准定量,真正做到“既快又准”,成为食品安全监管领域的新质生产力。

从攻克技术到样机研制,再到产品化和推广应用,一路走来,闻路红领导团队走得非常不容易,失败了很多次。因为,这条成果转化之路需要跨越从“0-1”再从“1-10”和“10-100”,需要达到成果“能用、好用和耐用”。除了攻克核心关键技术,闻路红还需要带领团队解决抗污染、用户使用便捷性等面向用户现场应用的工程化技术难题。只有解决好这些应用问题,才能把技术变成用户能用、对用户有价值的产品。

 

让科研成果插上转化的“翅膀”

2010年宁波大学在市政府的支持下启动建设宁波大学高等技术研究院。高等技术研究院以学科交叉和产学研合作为手段,集技术创新、科技成果转化、科技创业孵化和高层次人才培养等活动于一体,专门从事科研工作和成果转化的科研平台,对兼具科研能力和产学研转化经验的学科带头人求贤若渴。

2013年1月,闻路红博士被宁波大学以学术带头人身份引进到宁波大学高等技术研究院工作。他创建了团队并把团队取名叫“科学仪器创新团队”,就是想瞄准国家和社会在高端科学仪器领域的重大需求和短板,以“把科学仪器核心关键技术掌握在自己手里”为己任,专注于从事质谱仪、光谱仪等高端仪器装备的前沿技术研究、核心关键部件攻关、成套系统研制及成果转化应用,希望能在宁波大学打造一支国内顶尖、国际一流的科学仪器创新团队。2013至2015年,团队创建初期,他想尽千方百计吸引优秀博士加入团队,同时积极开展外部合作,与清华大学张新荣教授团队合作成功研制我国第一台敞开式大气压直接电离质谱离子源——介质阻挡放电离子源。

如何让科研成果走出实验室,成为地方经济发展新引擎?曾在国内外企业工作近十年,具有产业、行业和学术多重背景和经历的闻路红,希望科研成果不能只是锁在抽屉里,要让科技插上转化的“翅膀”。2015年,国家修改《成果转化法》鼓励大学教师进行成果转化,他带领团队积极投身创新创业的时代大潮,在学校的支持下,按照《宁波大学科技成果转化实施办法(试行)》,经过校长办公会和党委会审议决议,把团队的科技成果作价1050万元进行成果转化,与宁波大学资产经营公司、华粤行企业集团三方共同投资成立宁波华仪宁创智能科技有限公司。华仪宁创是宁波大学第一个、浙江省第一例、全国第一批按新的《成果转化法》实施的成果转化案例。

星光不负有心人,11年的坚守,如今已是硕果累累。“直接电离质谱仪创制及应用”项目已获得国际专利3件,授权中国发明专利40件,牵头制定了直接电离质谱国家标准和行业标准等6项,产品企标入选首批“浙江标准”。项目成果入选了浙江省专利转化运用十大典型案例、教育部中国高校十大产学研合作优秀案例和高校科技创新重大成就。项目成果直接电离离子源和直接电离质谱仪都已被认定为我国先进装备制造业首台套产品。

闻路红坚信“天道酬勤,越努力越幸运”。科学仪器是我国高端技术装备领域的一块短板,也是剩下还没有攻克的“硬骨头”,需要这个行业的从业人员付出更多的努力和汗水,才能改变我们国家科学仪器领域落后和依赖进口的现状。一路走来,科学仪器团队之所以有现在的成绩,也因为幸运地得到了学校领导、学校各部门、高研院和地方政府、行业领导专家的支持和帮助。他希望能为宁波大学在成果转化、服务地方经济社会发展树立一个样板、探索一种模式,成为我国科学仪器领域自主创新、成果转化的一个典范。