2012年11月立項(xiàng),并于2013年1月啟動(dòng)的國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專項(xiàng)“水中有毒污染物多指標(biāo)快速檢測(cè)儀器”項(xiàng)目,引發(fā)業(yè)界關(guān)注,這一技術(shù)及設(shè)備與傳統(tǒng)的水質(zhì)分析方法有何不同,將為我們的水質(zhì)分析工作和行業(yè)帶來(lái)什么改變?近日,儀器信息網(wǎng)探訪了清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院,采訪了國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專項(xiàng)“水中有毒污染物多指標(biāo)快速檢測(cè)儀器”項(xiàng)目(以下簡(jiǎn)稱“該項(xiàng)目”)的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、安恒環(huán)境科技(北京)股份有限公司總經(jīng)理萬(wàn)眾華,及項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人、清華大學(xué)施漢昌教授。
據(jù)了解,該項(xiàng)目的核心技術(shù)是基于以抗體和功能基因?yàn)槊舾胁牧系纳飩鞲衅骷夹g(shù),研發(fā)出的儀器可對(duì)多種污染物同時(shí)進(jìn)行快速檢測(cè)。在施漢昌擔(dān)任負(fù)責(zé)人的清華大學(xué)現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)研究組的實(shí)驗(yàn)室中,我們看到有一間實(shí)驗(yàn)室用于生物敏感材料的研究與制備,另一間實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行儀器和檢測(cè)方法的研究與開(kāi)發(fā)。
在實(shí)驗(yàn)室中,一位博士生正在使用儀器進(jìn)行鉛的檢測(cè),這是項(xiàng)目早期的一臺(tái)單指標(biāo)的便攜式儀器樣機(jī),其光纖傳感器置于流動(dòng)池內(nèi),生物材料修飾在光纖前端的表面上,由激光激發(fā)熒光物質(zhì),對(duì)污染物進(jìn)行檢測(cè),再經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換,生成數(shù)據(jù)。
另一臺(tái)正在進(jìn)行檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)室型多指標(biāo)分析儀已經(jīng)比較接近成品,該儀器在玻片上固定生物材料,使用時(shí)將玻片裝入儀器內(nèi),激光由斜面進(jìn)入玻片并進(jìn)行數(shù)次反射,對(duì)8個(gè)固定點(diǎn)上的標(biāo)記了熒光染料的生物材料進(jìn)行激發(fā),同時(shí)檢測(cè)多種污染物。另?yè)?jù)介紹,在線型儀器的研究成果也已經(jīng)發(fā)表。
施漢昌表示,該項(xiàng)目的相關(guān)研究其實(shí)已有十多年的歷史。現(xiàn)在很多高新技術(shù)均來(lái)源于上世紀(jì)90年代后期的一批新技術(shù)領(lǐng)域,如基因工程和新型材料等。為了把這些高新技術(shù)引入到環(huán)境領(lǐng)域中,研究團(tuán)隊(duì)做了兩年多的調(diào)研,研究環(huán)境中哪個(gè)領(lǐng)域適合引入這些新技術(shù),而調(diào)研的結(jié)論是,在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中開(kāi)展新型儀器研究是引入和整合高新技術(shù)的最佳方向。當(dāng)時(shí),研究團(tuán)隊(duì)確定開(kāi)展這方面的應(yīng)用基礎(chǔ)研究,如生物檢測(cè)的敏感材料及其修飾技術(shù)等。當(dāng)時(shí)正是1999年,在此之前,清華大學(xué)環(huán)境工程系(清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院的前身)還從未做過(guò)儀器的研發(fā),相關(guān)研究的進(jìn)行開(kāi)拓了一個(gè)新的研究方向,也是在這一年,環(huán)境工程系招收了第一個(gè)以環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器為研究方向的博士生。
由于是全新的研究方向,研究工作剛起步時(shí),還不為人知,也缺少經(jīng)費(fèi),在研究開(kāi)展了三四年之后才獲得了學(xué)校的第一筆研究基金。隨后研究工作獲得了兩個(gè)863課題的支持,研究的進(jìn)度加速,并不斷與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合,明確了污染物監(jiān)測(cè)儀器的發(fā)展方向。到2005年,儀器已有了雛形,比較接近實(shí)際樣機(jī)。在此基礎(chǔ)上,研究團(tuán)隊(duì)與安恒環(huán)境科技(北京)股份有限公司合作申請(qǐng)了國(guó)家重大儀器專項(xiàng)。
回顧這些年來(lái)的研究,施漢昌認(rèn)為,其他領(lǐng)域的一些研究成果,比如電子信息、生物材料這些其他學(xué)科的技術(shù),如果想要在環(huán)境領(lǐng)域中得到應(yīng)用,就需要與環(huán)境領(lǐng)域的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題相結(jié)合,產(chǎn)生新的手段,來(lái)解決環(huán)境領(lǐng)域的問(wèn)題,這也是團(tuán)隊(duì)的主要?jiǎng)?chuàng)新思路之一。儀器是高度集成的系統(tǒng),是應(yīng)用生物技術(shù)和材料非常好的載體,而環(huán)境監(jiān)測(cè)方法與環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器,是重要的結(jié)合方向。
“該項(xiàng)目中的大部分技術(shù)是屬于比較前沿的技術(shù),目前歐美也只有少數(shù)機(jī)構(gòu)達(dá)到可以用于測(cè)試的技術(shù)水平?!笔h昌認(rèn)為,生物及基因技術(shù)已超出了生命科學(xué)領(lǐng)域的范圍,進(jìn)入到材料領(lǐng)域,在此方向上將發(fā)展出一系列有別于傳統(tǒng)化學(xué)分析方法的新檢測(cè)方法,可以成為中國(guó)儀器業(yè)的一個(gè)新發(fā)展方向,而且與國(guó)際上的研究差不多同步,也是國(guó)產(chǎn)儀器技術(shù)縮小與國(guó)外差距的一個(gè)機(jī)會(huì)。
項(xiàng)目進(jìn)展
基于目前的研究成果,儀器對(duì)數(shù)種有機(jī)有毒物、部分重金屬和數(shù)種生物毒素,總計(jì)十余種污染物的檢測(cè)技術(shù)相對(duì)已經(jīng)比較成熟,也能夠?qū)崿F(xiàn)以同一傳感器對(duì)3種污染物同時(shí)進(jìn)行檢測(cè),而未來(lái)可實(shí)現(xiàn)在同一臺(tái)儀器中對(duì)更多種污染物的同時(shí)檢測(cè)。而是否能實(shí)現(xiàn)對(duì)更多污染物的檢測(cè),則取決于是否有合適的生物敏感材料及修飾技術(shù)。
目前,該項(xiàng)目所研究的儀器及檢測(cè)技術(shù)主要在藻毒素等污染物的檢測(cè)上最具優(yōu)勢(shì),兩年以來(lái),安裝在蘇州的樣機(jī)一直在進(jìn)行藻毒素的檢測(cè)并與HPLC(高效液相色譜法)、ELISA(酶聯(lián)免疫吸附法)進(jìn)行了多次對(duì)照。通常檢測(cè)方法完成一次檢測(cè)至少需2小時(shí),而使用“水中有毒污染物多指標(biāo)快速檢測(cè)儀器”,僅需10分鐘左右,采樣量、藥劑量也更少。
施漢昌還透露,不僅是水質(zhì)污染物檢測(cè),項(xiàng)目在食品安全方面也有很好的應(yīng)用前景。目前已針對(duì)乳品中三聚氰胺、黃曲霉素、氯霉素等的檢測(cè)進(jìn)行了研究,檢測(cè)結(jié)果能達(dá)到比國(guó)家及WHO標(biāo)準(zhǔn)低一個(gè)數(shù)量級(jí)的精度,儀器的操作也相當(dāng)簡(jiǎn)單,不需要復(fù)雜的前處理工作。
據(jù)萬(wàn)眾華介紹,目前項(xiàng)目的研究已不僅是儀器,而是一個(gè)完整的體系,包括專用的生物試劑、檢測(cè)方法、儀器應(yīng)用和監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)等,而工作目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。參與項(xiàng)目的共有十余家單位,其中安恒為項(xiàng)目牽頭單位,清華大學(xué)和中國(guó)人民大學(xué)負(fù)責(zé)技術(shù)研究,安恒與金達(dá)清創(chuàng)公司負(fù)責(zé)產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā),長(zhǎng)江流域水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心、蘇州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站、肇慶市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站、國(guó)家果類及農(nóng)副加工產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心等4個(gè)單位負(fù)責(zé)應(yīng)用開(kāi)發(fā),中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站等單位負(fù)責(zé)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的研究與編制。
對(duì)這一新技術(shù)和儀器的應(yīng)用前景,萬(wàn)眾華表示樂(lè)觀:“我們的項(xiàng)目非常貼近水質(zhì)檢測(cè)的實(shí)際需要,項(xiàng)目本身就是基于一定的需求,整個(gè)研發(fā)過(guò)程也一直都很重視用戶需求和應(yīng)用,設(shè)有用戶委員會(huì)促成用戶的參與,每一項(xiàng)研發(fā)成果都會(huì)在幾家參與單位進(jìn)行應(yīng)用,在應(yīng)用中不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,不斷改進(jìn)。而檢測(cè)方法和整體解決方案的開(kāi)發(fā),也能滿足未來(lái)對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的需要。清華大學(xué)能夠提供良好的技術(shù)支撐,合作堪稱完美?!睋?jù)了解,項(xiàng)目在中國(guó)宜興環(huán)??萍脊I(yè)園的支持下,已于江蘇宜興投資一千余萬(wàn)元,正在建設(shè)產(chǎn)業(yè)化基地,該基地將為“水中有毒污染物多指標(biāo)快速檢測(cè)儀器”項(xiàng)目及其他一些新儀器的研發(fā)生產(chǎn)提供保障。
后記
中國(guó)水質(zhì)分析儀器市場(chǎng)目前增長(zhǎng)迅速,而隨著水污染的加劇,以及污染物控制和處理日益受重視,未來(lái)幾年水質(zhì)分析儀器可能會(huì)有更大的增長(zhǎng)。多參數(shù)測(cè)定、高效率和低成本等都很受國(guó)內(nèi)用戶的重視,“水中有毒污染物多指標(biāo)快速檢測(cè)儀器”這一技術(shù)和設(shè)備比較切合這方面的需求,也帶來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。
新儀器的發(fā)展往往需要長(zhǎng)期堅(jiān)持研究,才能從技術(shù)原理到原理樣機(jī)、工程樣機(jī)直到商業(yè)機(jī)型不斷推進(jìn),而從本次采訪中得知,“水中有毒污染物多指標(biāo)快速檢測(cè)儀器”這一項(xiàng)目的進(jìn)展,也是來(lái)自團(tuán)隊(duì)十余年以來(lái)的持續(xù)研究和積累。堅(jiān)持教學(xué)工作的施漢昌,這些年來(lái)一直在培養(yǎng)生物傳感器和污水處理方面的學(xué)生,這一點(diǎn)也令人印象深刻。在筆者看來(lái),對(duì)于缺乏人才的儀器及環(huán)保行業(yè),人才培養(yǎng)的意義或許并不亞于新產(chǎn)品的研究。