「超痕量物質精密測量關鍵技術及應用」項目

2018年1月8日,黨中央、國務院在北京人民大會堂隆重舉行2017年度國家科學技術獎勵大會。由質檢總局推薦的,中國計量科學研究院方向研究員牽頭完成的“超痕量物質精密測量關鍵技術及應用”獲得國家科技進步二等獎。

“超痕量”是什麼?

“超痕量”在分析化學中是指物質含量在10-9g/g及以下的極微小量。單細胞成分量、早期腫瘤診斷標誌物含量、高純標準物質中雜質含量等往往都在超痕量級。檢出並準確量化這些超痕量物質往往有著“見微知著”的效果。

“超痕量物質精密測量關鍵技術及應用”項目

例如,單細胞成分量間的超痕量差異很可能是區別細胞功能、判斷細胞是否病變的依據;血液中超痕量的診斷標誌物則可能是腫瘤和心腦血管疾病等早期診斷的最有效途徑。然而,“超痕量”已接近主流分析測試方法的檢出極限,更難以在樣品量極少、基質複雜的情況下保障超痕量成分測量的可靠和穩定。

如何實現​千分之一檢出限?

中國計量科學研究院針對超痕量物質精密測量的系統解決方案、核心技術和關鍵部件,與復旦大學等單位聯合展開技術攻關。經近六年的努力,項目組成功開闢了超痕量物質精密測量的新途徑,破解了關鍵測量環節的世界技術難題,將目標分析物的檢出限下拓至主流方法的千分之一。

據項目負責人員介紹,該項目必須突破的兩大核心是對全技術鏈條的系統創新和對關鍵環節的重點攻關。圍繞這兩個核心,項目組首先從主流色譜-質譜技術路線各個環節出發,分析了制約測量精度的根本原因,做出來以下創新成果:

1、提出了以氣相離子為研究對象、基於離子精確測量技術的全新測量系統模型。

2、項目建立了基於超算的多物理場離子運動模擬仿真系統,促進了全研發過程多種新技術、新方法的快速驗證、優化和實現。

“超痕量物質精密測量關鍵技術及應用”項目

3、項目聚焦系統關鍵環節,成功構建了可精確調控的多物理場,發明了新場型調控離子操控新技術,研製出系列關鍵部件和三類基於不同原理的科學裝置,實現了離子選擇性高效傳輸、富集和精準分離,最高離子富集效率可達10000倍。

4、項目針對弱極性、易降解化合物,研製出高效的輝光放電離子化裝置,實現了純物質中全雜質的精確扣除,大幅提升了我國基準純物質的自主研製水平,2種生命科學領域標準物質定值方法被國際發佈為參考方法,彰顯了我國化學計量的國際地位和水平。

5、項目針對單細胞分析中樣品量極少、基質複雜等難題,開發出基於電場誘導解析電離離子化的獨特科學裝置,成功實現了pL(10-12L)級單細胞中基質和待測分子的分離,檢測限達fmol(10-15mol)以下,可同時觀測到單細胞中上千種代謝物含量的極微小變化,為我國生命科學前沿和尖端研究提供了可靠支撐。

“超痕量物質精密測量關鍵技術及應用”項目

項目成果為多個企業提供技術支撐和服務,直接應用於國產質譜儀新產品研發和產品升級換代,標準物質應用於30個省(區、市)計量技術機構和食品藥品檢測機構,為生命科學和醫藥衛生等領域超痕量成分的高準確度測量提供溯源標準和技術支撐。

項目組自主研發的核心器件和測量系統,成功將我國相關儀器的自主研製能力提升至國際領先水平,為我國物質科學、生命科學重大研究的突破提供了有力支撐。

(參考儀器信息網)


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