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欧阳证:原位电离的小型质谱,让质谱惠及千家万户

实验室资讯网时间:2018-02-13 点击: 百度搜索

【导读】千人计划归国,清华精仪系主任,普渡大学Cooks教授的得意门生,全球小型化质谱领域的顶尖学者,欧阳证身上已有众多光环。他追求的还不止这些,北京清谱科技有限公司(PURSEPC Technologies)......
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“千人计划”归国,清华精仪系主任,普渡大学Cooks教授的得意门生,全球小型化质谱领域的顶尖学者,欧阳证身上已有众多光环。他追求的还不止这些,北京清谱科技有限公司(PURSEPC Technologies)寄托了欧阳证将质谱产业化的更大梦想。仿制还是创新对欧阳证似乎不是个难题,因为他毫不犹豫地选择100%的创新,从离子源到分析器,清谱选择的均是和目前世界主流质谱公司完全不一样的产品路线,比如将要在今年10月BCEIA上发布的Mini β 小型质谱分析系统。

欧阳证:原位电离的小型质谱,让质谱惠及千家万户

清谱科技总经理 欧阳证

清谱科技和PURSPEC:中美同时创办

清谱科技成立之初就已经是“跨国公司”。2014年,欧阳证在北京清华科技园和普渡大学创业园同时创办PURSPEC Technologies Inc. 和北京清谱科技有限公司,不久前又在上海松江启迪科技园创立了清谱(上海)分析仪器有限公司。欧阳证表示,未来,清谱科技在北京清华科技园创新研发,上海启迪松江科技园主做大批量生产和售后服务,美国印第安纳州做应用拓展,比如和美国默克制药(Merck),美国普渡大学(Purdue University),宾夕法尼亚大学(University of Pennsylvania),科罗拉多大学(University of Colorado),还有亚利桑那州立大学(Arizona State University)等单位合作开发质谱应用,致力打造小型质谱仪和原位电离技术“中国制造,全球应用”的发展模式。

清谱科技拥有强大的技术顾问团队包括:美国科学院院士Graham Cooks教授、美国工程院院士Michael Ladisch教授、“千人计划”清华大学欧阳证教授、“青年千人计划”清华大学瑕瑜教授。公司有一支年轻的技术团队,“80后占一半以上,90后占三分之一,其中五分之一的人员是留学归国的博士。”欧阳证表示,希望质谱的前沿技术和全球智慧都能汇聚于清谱科技。

原位电离+小型化质谱

目前市场上已见的商品化小型质谱多分析挥发性物质,而自然界中,非挥发性物质的比例要远远大于挥发性物质,大家脑补一下液相色谱和气相色谱,液质联用和气质联用的应用即可。所以,分析非挥发性物质的小型质谱必将大有可为。小型质谱连接一台大型的液相色谱也不是终极解决之道,因此呼唤甩掉液相分离的原位电离技术。而当前市场上的原位电离产品大都连接实验室的传统大型质谱,大大降低了“原位”分析的能力。

原位电离和小型质谱的结合,是人们梦寐以求的质谱技术。清谱科技的原位电离离子源+小型质谱,正是梦想成真的杰作。

原位电离产品:PCS原位采样试剂盒和MS Mate

2004年,普渡大学Cooks实验室发明了原位电离技术(Ambient Ionization),最初的产品即DESI(直接电喷雾);近年来该技术风起云涌,至少出现了30种以上的新型原位电离技术,其中包括欧阳证本人于2010年发明的Paper Spray(纸喷雾)技术。将该技术商品化,清谱推出两个产品,一个是专门用于Mini β小型质谱分析系统的PCS原位采样试剂盒;一个是用于传统大型质谱仪上的MS Mate质谱伴侣。

欧阳证:原位电离的小型质谱,让质谱惠及千家万户

纸喷雾示意图

PCS原位采样试剂盒是专门用于Mini β小型质谱分析系统的试剂盒,采用纸喷雾的原理和独特的微管内嵌喷雾技术,优点是:解决半挥发及非挥发性物质的分析;疏松多孔结构分离目标物与复杂基质;石英微管加速电喷雾中的去溶剂化过程;仅需5uL 液体或固体样品即可分析。PCS原位采样试剂盒的优点为:单步处理复杂样品,免于色谱法分离,集成离子化功能,满足日常定性定量需求。“我们做试剂盒的目的就是希望甩掉质谱仪前端的HPLC,”欧阳证说,“质谱仪的难点在于前处理,我们的试剂盒不仅小,而且一步就可以完成前处理。”

欧阳证:原位电离的小型质谱,让质谱惠及千家万户

PCS原位采样试剂盒

MS Mate质谱伴侣用在传统大型质谱仪上,可取代HPLC的色谱分离,直接进行原位离子化,连接到传统大型质谱仪上即可进行检测。PCS原位采样试剂盒再加一个特殊设计的适配模块,就能用于MS Mate质谱伴侣。MS Mate的优点为:无需分离得到分析结果;强大的分析能力从容应对各种场景;出众的兼容性适应各种质谱仪;量身定制的全套质谱分析解决方案。

欧阳证:原位电离的小型质谱,让质谱惠及千家万户

MS Mate 质谱伴侣,注意顶端的离子化部分也采用PCS原位采样试剂盒

Mini β小型质谱分析系统

欧阳证:原位电离的小型质谱,让质谱惠及千家万户

Mini β小型质谱仪

在清谱科技现场,我们看到一台将要发货的Mini β小型质谱分析系统,它比一台普通喷墨打印机略大。团队还专门为新产品设计了定制的包装盒,欧阳证希望,未来这台小型质谱的维修,可以通过邮寄更换来方便的实现。

Mini β小型质谱分析系统体现原位电离与小型质谱仪的完美结合,集样品制备、扫描分析、数据处理和结果报告等功能于一体,高度自动化与智能化,快速完成样品分析并极大简化操作流程。复杂样品,简单分析,快速报告;无需专业培训及特殊技术操作。

除了创新的前端PCS原位采样试剂盒,Mini β小型质谱分析系统还采用了下列几大创新技术:

(a)非连续大气进样接口:使样品产生的离子在较高气压下实现传输与贮存,并在低气压进行离子裂解和质量分析,全过程仅需要几百毫秒。

(b)小型真空泵:大幅缩小质谱体积。欧阳证谈到:“之所以能够采用小型真空泵,是因为仪器真空腔体和大气接口的独特设计。目前主流的用非挥发物质检测的质谱系统(如LC-MS/MS中的质谱)采用的是多级真空腔体,我们对此做了改进,采用单级真空腔体。此外主流仪器引入离子的接口是连续大气接口,而我们采用了非连续大气接口,因而降低了系统对真空泵的要求。”

(c)线性离子阱实现串联质谱分析:原位进样不经过样品前处理,用串联质谱可去除复杂基质的化学噪声,显著提高信噪比。

(d)Mini β小型质谱分析系统将有单/双离子阱两个产品型号,使用双离子阱质量分析器,在目标物分析中,利用第一个离子阱富集和分离离子,第二个离子阱进行检测,进一步提高检测效率和定量稳定性。

欧阳证告诉分析测试百科网小编,“新一代的Mini β小型质谱分析系统与上一代相比,其检测效率、定量稳定性、智能化都大大提升。Mini β小型质谱分析系统的检测性能瞄准当前的三重四极杆和Qtrap。”

Mini β的相关参数如下表:

仪器尺寸

55cm×24cm×31cm

仪器重量

20 kg

整机功率

100 W

离子源

PCS原位电离试剂盒

大气接口

非连续大气进样接口

质量分析器

线性离子阱

质量范围

m/z 50-2000 amu

动态范围

>3个数量级

分辨率

≤1 amu

极限扫描速度

50,000 amu/秒

灵敏度

维拉帕米 5 纳克/毫升(ppb)试剂盒检测时S/N>10

分析范围

挥发、半挥发和非挥发性物质,如小分子药物、污染物和多肽等

在欧阳证看来,质谱仪的小型化包括两个概念,首先是质谱仪要足够小、足够便携;其次是使用要足够方便,大幅降低对操作者的要求,比如不需要专业的硕士或博士。

欧阳证还畅想了未来由许多小型质谱构建的质谱大数据系统,通过云分析网络,实现远程管理、在线分析;同时小型质谱也会在质量分析器、样品离子导入等一些关键核心技术方面进行优化,使小型质谱平台更加完善,满足客户多方面的需求。欧阳证说:“未来我们会更注重小质谱的定量稳定性、网络化、数据的提取共享、仪器智能化的数据支持。”

小型质谱的应用

清谱科技把小型质谱仪的应用市场定位在毒品快检、食品安全、新药研发、生物医药、医疗诊断、环境保护等领域。检测物质的定位是非挥发性的复杂样品。“实时检测在生物医疗领域非常重要,我们希望小质谱能够实时提供干预决策的信息,对手术等医疗手段提供即时信息,提高诊断和治疗效率。” 欧阳证谈到,“小型质谱方面,我不看好环境市场,美国最开始是在环境和军事方面使用小型质谱仪,主要检测神经毒气等挥发性物质,至今的应用也很有限。我们不应该按它的思路来走,应该跳出挥发性物质的检测,更关注非挥发性的复杂样品,并要更多地关注民生,比如食品安全中抗生素、激素等非挥发性物质的检测。”笔者注:欧阳证说这段话有足够的底气,因为欧阳证团队的第二代质谱仪设计方案被美国NASA团队采用,用来设计定于2018年发射的火星地面漫游探测器ExoMars上的小型质谱仪MOMA (Mars Organic Molecule Analyzer)。

关于小型质谱在药物分析方面的应用,欧阳证表示:“药物监测有三类。一类是产品质量如药物掺假,对于保健品里掺西药,中药里面掺西药的问题,都可以用小质谱检测,提供即时信息;另一类是毒品的问题,比如在美国毒品滥用问题严重,孩子参加完聚会回来,父母想要测一下他的尿液药浓度,看他是否吸毒,如果附近的药店有小质谱就可以即时检测,提供实时信息并且保护隐私;第三类是治疗药物的研发及精准使用。” 美国有一家大型的制药企业,希望和欧阳证开展在精准医疗方面的合作,他们希望了解药物在被不同的病人服用后,个体的血药浓度和代谢差异情况。这些数据,以前是拿不到的;而如果附近的药店就有小质谱,就能很方便地收集这些信息。“美国有很多新药没有被FDA批准上市,并不是因为药效不好,而是因为不能对于所有人都用一个剂量。小型质谱恰能快速简单地解决这个问题。”

未来,清谱科技的小型质谱仪还将针对血液中蛋白病理标记物的检测做应用研发。欧阳证谈到:“质谱的应用已经进入了新阶段,除了我们已经可以较好的检测的药代和脂类分子,如何快速原位检测蛋白和多肽的标记物分子,是未来小质谱应用发展的一个方向。该项目得到了美国国家卫生院(NIH)的资助。”

欧阳证希望未来的小型质谱将是医院、药店甚至家里都能见到的常用仪器,并且能够快速、准确地进行生物医学分析、床边检测(POCT)和手术指导。

有着爱国情结的欧阳证回到清华大学任职,就是希望他自己做的小型质谱仪在中国市场上能发挥它的作用,进而推广到全球。

欧阳证坚信自己选择的方向:“目前质谱仪的发展趋势,一是更大、更精、更准,尤其是在蛋白组学和代谢组学领域;另外一个很大的趋势是质谱仪小型化。未来质谱仪的最大增量是原位电离小型质谱仪,而最大增量最先爆发的将是中国市场,因为当前的中国,比西方更愿意张开双臂,拥抱新的技术。”

清谱科技的其它新技术

欧阳证还介绍了清谱科技的其它两项新技术。ΩReactor代谢组学专用反应器;跨流微滤微生物富集技术。

ΩReactor代谢组学专用反应器

欧阳证与瑕瑜教授的研究团队合作,利用Paternò-Büchi反应和串联质谱技术分析血液或组织中的脂类,从而确定脂质不饱和双键的位置,测定双键位置异构体的比值。癌细胞与正常细胞的生物合成路径不同,其脂质双键位置异构体比例也有标志性区别,从而可以用来区分正常细胞与癌细胞。目前,清谱科技商业化的产品是 Reactor,使用该技术将填补脂质组学的研究技术的一大空白。

跨流微滤微生物富集技术

清谱与美国普渡大学学者合作,采用跨流微滤技术,开发一款微生物富集产品,该技术将耗时数天的微生物富集过程减低到1小时,适用范围非常广泛,尤其适用于食品病原体的快速检测。

关于清谱科技

清谱科技专注于高科技质谱分析产品的开发、生产和制造,通过技术创新为现场检测提供快速质谱分析手段,公司注重技术原创,产品研发与清华大学及美国普渡大学深度合作,引领国际质谱仪小型化及原位电离技术的发展,积极拓展小型质谱分析系统在毒品快检、生物制药、医疗诊断、食品安全、环境保护等领域的应用。

欧阳证简介

清谱科技董事长/总经理;清华大学自动化系获本科及硕士,美国西弗吉尼亚大学物理化学硕士,美国普渡大学分析化学博士,2014年入选中组部“千人计划”。

现任清华大学和美国普渡大学教授,清华大学精密仪器系系主任,机械学院副院长。欧阳证教授从事质谱仪器研发和应用开发工作二十年,是质谱仪器理论、仪器设计、采样及离子化方面的专家,是国际质谱仪小型化的倡导者,在质谱仪器的创新、质谱技术在科研及实际应用方面做出大量具有国际影响的工作,适用于食品安全,反恐,医疗诊断及航天探索等一系列领域。曾获国际质谱学会Curt Brunnee仪器奖,美国NSF及Coulter基金会的Early Career奖及美国质谱学会的研究奖,其研究工作得到美国NSF,NIH,NASA及其他基金会的支持,发表SCI检索论文过百篇,被引用9000多次,拥有相关的美国专利四十余项,其中十多项已经转让或转产。参加国家“十五”二期科技攻关项目,获国家科技进步二等奖,获国家自然科学基金委海外杰出青年基金。2015年当选美国医学及生物工程院会士,现任International Journal of Mass Spectrometry主编和Encyclopedia of Analytical Chemistry副主编。

(本文来源:分析测试百科网 )

(责任编辑:Labtoday)

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