周連群團隊打造國產生物分子界面分析儀

　　藍藻常于夏季開始繁殖，并且暴發速度極快，中科院蘇州醫工所傳感創新中心研究員周連群和團隊研發了一款神奇的生物分子界面分析儀，可在看不到藍藻時，通過水樣微囊藻毒素檢測，快速檢測出其藻毒素變化，從而預先知道藍藻發展趨勢。

雙通道生物分子界面分析儀

便攜式生物分子界面分析儀

　　近日，該款產品成功通過歐盟CE（EMC\LVD）和美國FCC（EMC）相關測試，獲得認證證書及報告。

　　神奇的生物分子檢測平臺

　　周連群對《中國科學報》記者說：“生物分子界面分析儀及芯片，是應用在生物生命分析領域中，實現對生物分子的分子相互作用、動力學研究、細胞吸附、遷移變化、藥物作用與藥物篩選、生物相容性、聚電解質膜層的組裝等高靈敏度檢測和分析，也可以應用于石油、化工、航天等領域。”

　　中科院生物醫學檢驗技術重點實驗室副研究員張威解釋道，可以把生物分子界面分析儀看成一臺顯微鏡。“科研人員通過顯微鏡來觀察一個物體，而生物分子界面分析儀則是觀察分子之間相互作用的力，再通過儀器畫出分子的運動曲線。”張威說。

　　生物分子界面分析儀的核心技術是高靈敏壓電薄膜技術。周連群說：“當物質在壓電薄膜表面發生吸脫附反應或者表面的液體性質發生變化時，都會引起頻率的變化。芯片共振頻率的變化，與芯片表面吸附的物質的質量相關，通過分析頻率的變化可以獲得吸附層相應的質量、吸附層厚度、粘彈性（剪切模量）等信息。”

　　據周連群介紹，早在上世紀90年代中期，瑞典某公司已研制出樣機用于檢測質量變化和耗散系數等參數，并獲得眾多同行和市場的認可。

　　“但進口儀器和芯片售價昂貴，且芯片頻率較低靈敏度受限。美國某公司研發的多通道微流控壓電陣列芯片及設備靈敏度較高，但售價高達300萬元，投入市場兩年間，僅在歐美銷售幾十臺，國內客戶還未見有購買。”周連群說。

　　正是看到了這一市場“空白”，周連群團隊開發出雙通道和迷你單通道兩款儀器產品及配套芯片，進一步滿足國內的科研院所和企業對生物分子界面分析儀的不同層次的用戶需求。

　　今年，團隊推出迷你型生物分子界面分析儀（Mole-Q），是面向國內外科研院所，高校、企業以及個體研究人員的測試需求，定向開發的便攜式產品。

　　該款迷你型產品總體重量不超過500g，便攜性強，通過USB數據線連接分析終端，基本實現了“即插即用”。張威說：“大家都叫這款產品‘天線寶寶’，它的產品和芯片的部分參數性能優于目前市場上動輒百萬元的同類進口產品，綜合性能達到國際先進水平。”

　　團隊合力掌握核心技術

　　對于生物分子界面分析儀而言，最核心的技術就是高靈敏度壓電薄膜。張威說：“攻克核心技術時我們面臨了很多困難，首先就是制作高品質因數薄膜壓電器件。最開始制作的壓電信號有了，但是信號的品質因數不理想，不具有實用價值；等器件有了，生物測試的時候流控封裝的難題就來了。”

　　張威說：“器件的信號采集比較難，因為那是極微弱射頻信號，若信號采集不到，采用其他價格較高的儀器采集信號，那么系統僅僅被稱為實驗室系統，不能被稱為產品。”

　　回憶起2015年攻克核心技術難題的情景，周連群說：“為了加快項目推進，周末和晚上加班是常態，有時還會加班到凌晨。”

　　周連群研發團隊歷時5年多時間，攻克高靈敏度壓電薄膜技術難題，優化了微納加工工藝實現薄膜化壓電晶片的批量化制備，完善質量控制和工序管理，提高了生物分子分析儀核心傳感單元產品化的成功率。

　　團隊研發的2微米厚度薄膜型壓電聲波傳感器，器件信號強度大于60 dB，生物分子檢測靈敏度提升至皮克量級。這項科研成果，進一步提升了儀器的硬件和軟件穩定性，突破國外壟斷產品的專業壁壘。

　　周連群告訴記者，薄膜芯片國外進口要五六百元，國產預計100元左右。這項技術已經獲得15項相關發明ZL授權，申請的1項國際PCTZL已進入日本和美國。

　　作為一項具有自主知識產權的產品，通過歐盟CE認證及美國的FCC認證也并非易事。張威說：“歐盟認證要求系統中涉及的元器件，電路板的供貨源均通過歐盟CE認證，甚至外殼加工廠也需要歐盟CE認證，為了通過認證，相當于將之前開發的版本重新溯源整改，過程非常辛苦，但也積累了寶貴的經驗，也為今后系列產品打入歐洲市場奠定了基礎。”

　　未來市場前景廣闊

　　張威至今都記得第一臺機器交付用戶使用的場景。

　　她說：“我們的首個用戶是南京土壤所，運輸是個大難題。機器不能磕碰，所以我們定制了一個大箱子，周連群老師像打包行李一樣，在箱子里鋪上了一層打包帶，這樣就可以把機器輕松地提出來。”

　　“對全組的人來說，這是歷史性的一刻，大家集體出動，去南京交付產品。”張威至今都難掩激動。

　　在研制迷你型的產品時，團隊也費了不少心思。張威告訴記者，團隊請了專業的設計師，做了曲面外型。

　　如今，在蘇州醫工所“創新”“轉化”雙輪驅動政策的大力支持下，“分子界面分析儀”產品和芯片已落地在蘇州國科芯感醫療科技有限公司，進行研產轉化。

　　張威表示，現在產品已有5～10家意向訂單，未來團隊會拓展海外市場，也會招聘專業的銷售和營銷團隊來進行規劃，“我們要做成高端的生命分析領域的科研裝備。”

　　周連群說：“目前儀器已完成原理驗證，核心組件即壓電薄膜芯片批量化生產工藝以及儀器小規模生產，相關技術指標都達到國際領先水平。但限于資金規模，儀器工程化、產品化以及定制性開發還有待拓展。我們將盡快完成產品技術迭代、芯片和儀器量產，以及儀器推廣和銷售。”