避免國產外表進口"心",科技部重點專項要求核心部件國產化“ALL IN”

近年來,我國的儀器技術研究與產品開發工作雖已取得較大進展,但是在高端科研儀器領域,除核磁共振波譜儀外,常用的高分辨質譜儀等大型分析儀器、大部分的生命科學儀器如磁共振成像儀、超分辨熒光成像儀、冷凍透射電鏡等還大量依靠進口。

5月17日,科技部發布“基礎科研條件與重大科學儀器設備研發”重點專項2021年度項目申報指南及“揭榜掛帥”榜單 。該重點專項申報指南圍繞科學儀器、科研試劑、實驗動物和科學數據等四個方向進行布局,擬支持39個項目,擬安排國撥經費概算5.39億元。此外,擬支持16個青年科學家項目,擬安排國撥經費概算4800萬元,每個項目300萬元。

本期,儀器信息網特別整理匯總目前部分代表性的生命科學儀器/零部件的國產化成果/進展供大家了解。

(歡迎提供最新成果進展予以補充,liuld@instrument.com.cn


1.高性能流式細胞分選儀

流式細胞術發展幾十年,在儀器技術方面創新不斷。流式的應用范圍也越來越廣泛,除了臨床應用的日漸成熟,一些新應用也在積極開發,同時流式也應用到了環境和食品安全檢查方法,在生物制藥研發和生產中,流式也越來越重要。與此同時2020年全球單細胞分析市場規模估計為26.8億美元,預計在2019至2026年以16.9%的年復合增長率增長,國內市場規模預計35億人民幣。強大的市場需求以及市場占有率狹小的局面,對國產單細胞分析儀器的研制和產業化提出了巨大的挑戰,同時也帶來了前所未有的機遇。

1-1 高通量流式拉曼分選儀——中科院青島生物能源與過程研究所單細胞中心

中科院青島生物能源與過程研究所單細胞中心研制開發出首款通量流式拉分選儀產品樣機FlowRACS。該儀器設備很好地解決了拉譜圖采集時間長、分選通量低等難題,為酶資源的檢測和發掘開拓了嶄新的技術方案。上述工作由單細胞中心馬波研究員和徐健研究員主持完成,并得到了國家合成生物學重點研發計劃、國家重大科學儀器研制項目、山東能源研究院、青島星賽生物科技有限公司等的支持。

高通量流式拉分選儀FlowRACS

據了解,青島能源所單細胞研究中心的研究工作組創造發明了pDEP-RADS技術(見上圖),并在此核心技術的基礎上研制開發出FlowRACS。研究技術人員采用低拉背景石英玻璃為微流控芯片基材,以提升表型檢測的普適性;以氧化銦錫(而非金屬)加工電極陣列,以防止光熱損壞;采用先拉曼檢測后液滴包裹、液滴產生和分選同步進行的對策,防止液滴對拉曼信號采集的不良影響,進而提升檢測準確度并優化系統操作;利用獨立自主開發設計的QSpec軟件,完成平臺的自動化運轉。

依托于pDEP-RADS技術的FlowRACS有著完全獨立自主的國家知識產權,已于20206月份完成現場技術驗收,全譜分選通量到達600個細胞/分鐘。FlowRACS的問世和應用領域擴展,將為單細胞科學與產業帶來嶄新的研究工具,并促進我國細胞科學高端品牌儀器產業的自主開發創新。


2.第三代基因測序儀

基因測序儀是基因檢測行業的上游核心壁壘,是生命科學領域和精準醫療行業的“基建”。具有國際先進水平的國產第三代基因測序儀的研制,將使中國在該領域建立先發優勢,在未來的國際競爭中占據有利位置。這不僅將填補中國在基因測序基礎裝備領域的空白、提升裝備自主化水平,同時也將使國內生命科學研究機構能獲得低成本、高效率的測序工具,更有效地開發和利用中國豐富的基因資源,加速中國基因戰略的發展。也對人類提高防備疾病,延長人類壽命將有積極的意義。

2-1?單分子基因測序平臺——真邁生物

真邁生物以基因測序儀為核心的分子診斷上游技術平臺的自主研發制造,歷經數年刻苦攻關,在中國本土掌握了基因測序平臺各項卡脖子關鍵技術和工藝,實現了酶、核酸、染料、芯片等核心原料在國內自主研發生產,擁有基因測序上游核心技術。目前,真邁生物已推出了自的單分子測序平臺和高通量測序平臺。


單分子基因測序平臺GenoCare 1600

單分子測序平臺GenoCare 1600是全球首個通過醫療器械臨床試驗的單分子基因測序儀,也是首個獲得歐盟CE標志的國產單分子基因測序儀。

其獨特的單分子測序技術、全內反射熒光顯微技術(TIRF),無需擴增、自動化操作、一鍵出報告等特點,能極大地簡化基因檢測過程,提高使用便利性,并顯著降低測序成本和檢測周期。在無創產前基因檢測(NIPT)、染色體異?;驒z測(CNV-seq)、胚胎植入前篩查(PGT-A)等方向具有明顯優勢,可為臨床診斷提供更便捷高效的解決方案。新冠疫情期間,單分子測序平臺GenoCare 1600在助力深圳疾控破解新冠病毒序列的突變位點以及假陽性樣本的復核鑒定上也表現優異。


3.核磁共振波譜儀

在化學分析儀器中,核磁共振譜儀是一種非常重要的研究和測試工具,它的許多功能是其它手段無法代替的。核磁共振譜儀可以給出小到原子核在分子中的精確位置及其周邊環境的微小變化,大到整個人體的斷層成像等具有豐富內涵的信息。被廣泛用于工業、農業、化學、生物、醫藥、地球科學和環境科學等領域。

3-1 核磁共振波譜儀——武漢中科牛津

武漢中科牛津波譜技術有限公司在武漢物理與數學研究所核心專利技術的基礎上,引進世界領先的英國牛津儀器超導磁體技術,生產出我國完整的具有自主知識產權的核磁共振波譜儀。中科牛津建立于2013年,于2016年與英國牛津儀器公司簽訂磁體技術轉移協議,并在瑞士成立了探頭生產子公司-Q.OneTec AG。中科牛津是國內第一家從事超導NMR波譜儀研發、生產和服務的高新技術企業。

中科牛津 WNMR-I 400-600MHz 核磁共振波譜儀


4.超高分辨活細胞成像顯微鏡

超高分辨率活細胞成像顯微鏡系統是用于活細胞長時間、高清晰度、高靈敏度成像的設備。當用活細胞染料標記細胞內特定生物大分子,或者使用熒光蛋白標記體內特定蛋白時,使用該熒光染料或者熒光分子特定的激發光線激發,通過探測其特用的發射光線即可探測到該生物大分子?;罴毎上裣到y一方面控制細胞生存的外部環境,提供合適的溫度、適度和pH,讓細胞處于好的狀態。另外一方面通過高靈敏度CCD捕捉細胞中的微弱熒光,長時間觀察細胞中的熒光分子的運動,具體揭示細胞間或細胞內生物大分子的變化過程。

中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所

中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所在大數值孔徑物鏡、特種光源、超分辨顯微成像系統集成與檢測等關鍵技術上取得系列突破,研制出具有自主知識產權的共聚焦顯微鏡、雙光子顯微鏡、STED超分辨顯微鏡等高端光學顯微鏡,以及大數值孔徑顯微物鏡、特種LED光源等核心部件。2018年12月,由中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所承擔的國家重大科研裝備研制項目“超分辨顯微光學核心部件及系統研制”在蘇州高新區通過驗收,標志著我國已經成功研制出高端超分辨光學顯微鏡。

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該超分辨顯微成像系統已應用于國家重點研發計劃“戰略性先進電子材料”、“重大科學儀器設備開發”、“數字診療裝備研發”專項相關項目。超分辨光學顯微鏡及相關核心關鍵部件的研制,對推動我國生物醫學前沿基礎研究、光學顯微鏡行業轉型升級具有重要意義。

4-2 共聚焦掃描成像模塊——北京世紀桑尼科技有限公司

北京世紀桑尼科技有限公司,是專門從事高速光學掃描振鏡、激光與振鏡運動控制卡及其軟件、激光掃描系統及技術解決方案的研發、生產、銷售和服務為一體的高新技術企業。該公自主設計開發了 激光掃描共聚焦成像模塊。

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CSIM 110共聚焦掃描成像模塊

CSIM 110共聚焦掃描成像模塊,是桑尼基于多年高速光學掃描振鏡和激光打標系統的開發經驗,全新自主研發的產品。用戶可將其搭配在原有的倒置熒光顯微鏡上,即可方便、快速地把倒置熒光顯微鏡升級為激光掃描(單點)共聚焦顯微鏡,獲取高質量的共聚焦圖像。

4-3 海森結構光顯微鏡(Hessian SIM)——北京大學陳良怡團隊&華中科技大學譚山團隊

據科技部消息,膜生物學國家重點實驗聯合華中科技大學發明的海森結構光顯微鏡 (Hessian SIM),實現了活細胞超快長時程超高分辨率成像,能辨清囊泡融合孔道和線粒體內嵴動態。在每秒鐘得到188張超高分辨率圖像時,海森結構光顯微鏡的空間分辨率可以達到85納米,能夠分辨單根頭發的1/600到1/800大小結構,而所需要的光照度小于常用的共聚焦顯微鏡光照度三個數量級。同時,該顯微鏡也實現了細胞“能量工廠”線粒體的超快超分辨成像,首次在活細胞中解析線粒體融合、分裂時內嵴的活動,及線粒體內嵴自身的重組裝過程,并能夠觀察內質網與線粒體發生相互作用時的動態變化。


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這一研究成果在《自然—生物技術》線形式全文發表

5.?聚焦離子束/電子束雙束顯微鏡

聚焦離子束電子束顯微鏡系統在材料失效分析、納米材料結構表征與性能分析以及納米器件研制等方面發揮著重要作用,主要用于 S/TEM 成像和原子探針斷層掃描(APT)以及最高質量的表面下和三維表征。近年來該系統在生物學和醫學領域的應用日益受到人們的重視。包括透射電鏡生物樣品制備、細胞和組織內部結構觀察與三維重構等方面的應用。

歡迎聯系補充國產成果/進展:liuld@instrument.com.cn

高端科研儀器依賴進口的問題已得到有關部門的高度重視。早在1998年,國家自然科學基金委就設立了科學儀器基礎研究專項。2011年,“國家重大科研儀器設備研制專項”和“國家重大科學儀器設備開發專項”設立,分別由國家自然科學基金委和科技部管理,一個負責原創性的儀器研究,一個負責工程化和產業化。據了解,2011至2018年,國家自然科學基金委資助來自中央有關部門推薦、經費體量在1000萬元以上的重大科研儀器項目53項,批準資助金額38.14億元;資助全國科研工作者自由申請、經費體量在1000萬元以下的重大科研儀器項466項,批準資助金額32.03億元;兩類項目合計資助經費超過70億元。

【后記】

業內專家表示,國產化道路任重而道遠,需要產業鏈上相關企業同心協力,經過多年奮斗方可實現,許多企業已從有能力實現國產替代的領域著手,逐步實現國產化,配套軟件也在同步開發。我們也希望,產業各界能夠在重大生命科學儀器設備國產化進展取得進展,早日擺脫科學儀器國產外表進口“心”的局面。


更新時間:2021/06/08
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