避免国产外表进口"心",科技部重点专项要求核心部件国产化“ALL IN”

近年来,我国的仪器技术研究与产品开发工作虽已取得较大进展,但是在高端科研仪器领域,除核磁共振波谱仪外,常用的高分辨质谱仪等大型分析仪器、大部分的生命科学仪器如磁共振成像仪、超分辨荧光成像仪、冷冻透射电镜等还大量依靠进口。

5月17日,科技部发布“基础科研条件与重大科学仪器设备研发”重点专项2021年度项目申报指南及“揭榜挂帅”榜单 。该重点专项申报指南围绕科学仪器、科研试剂、实验动物和科学数据等四个方向进行布局,拟支持39个项目,拟安排国拨经费概算5.39亿元。此外,拟支持16个青年科学家项目,拟安排国拨经费概算4800万元,每个项目300万元。

本期,仪器信息网特别整理汇总目前部分代表性的生命科学仪器/零部件的国产化成果/进展供大家了解。

(欢迎提供最新成果进展予以补充,liuld@instrument.com.cn


1.高性能流式细胞分选仪

流式细胞术发展几十年,在仪器技术方面创新不断。流式的应用范围也越来越广泛,除了临床应用的日渐成熟,一些新应用也在积极开发,同时流式也应用到了环境和食品安全检查方法,在生物制药研发和生产中,流式也越来越重要。与此同时2020年全球单细胞分析市场规模估计为26.8亿美元,预计在2019至2026年以16.9%的年复合增长率增长,国内市场规模预计35亿人民币。强大的市场需求以及市场占有率狭小的局面,对国产单细胞分析仪器的研制和产业化提出了巨大的挑战,同时也带来了前所未有的机遇。

1-1 高通量流式拉曼分选仪——中科院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心

中科院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心研制开发出首款通量流式拉分选仪产品样机FlowRACS。该仪器设备很好地解决了拉谱图采集时间长、分选通量低等难题,为酶资源的检测和发掘开拓了崭新的技术方案。上述工作由单细胞中心马波研究员和徐健研究员主持完成,并得到了国家合成生物学重点研发计划、国家重大科学仪器研制项目、山东能源研究院、青岛星赛生物科技有限公司等的支持。

高通量流式拉分选仪FlowRACS

据了解,青岛能源所单细胞研究中心的研究工作组创造发明了pDEP-RADS技术(见上图),并在此核心技术的基础上研制开发出FlowRACS。研究技术人员采用低拉背景石英玻璃为微流控芯片基材,以提升表型检测的普适性;以氧化铟锡(而非金属)加工电极阵列,以防止光热损坏;采用先拉曼检测后液滴包裹、液滴产生和分选同步进行的对策,防止液滴对拉曼信号采集的不良影响,进而提升检测准确度并优化系统操作;利用独立自主开发设计的QSpec软件,完成平台的自动化运转。

依托于pDEP-RADS技术的FlowRACS有着完全独立自主的国家知识产权,已于20206月份完成现场技术验收,全谱分选通量到达600个细胞/分钟。FlowRACS的问世和应用领域扩展,将为单细胞科学与产业带来崭新的研究工具,并促进我国细胞科学高端品牌仪器产业的自主开发创新。


2.第三代基因测序仪

基因测序仪是基因检测行业的上游核心壁垒,是生命科学领域和精准医疗行业的“基建”。具有国际先进水平的国产第三代基因测序仪的研制,将使中国在该领域建立先发优势,在未来的国际竞争中占据有利位置。这不仅将填补中国在基因测序基础装备领域的空白、提升装备自主化水平,同时也将使国内生命科学研究机构能获得低成本、高效率的测序工具,更有效地开发和利用中国丰富的基因资源,加速中国基因战略的发展。也对人类提高防备疾病,延长人类寿命将有积极的意义。

2-1 单分子基因测序平台——真迈生物

真迈生物以基因测序仪为核心的分子诊断上游技术平台的自主研发制造,历经数年刻苦攻关,在中国本土掌握了基因测序平台各项卡脖子关键技术和工艺,实现了酶、核酸、染料、芯片等核心原料在国内自主研发生产拥有基因测序上游核心技术目前,真迈生物已推出了自的单分子测序平台和高通量测序平台。


单分子基因测序平台GenoCare 1600

单分子测序平台GenoCare 1600是全球首个通过医疗器械临床试验的单分子基因测序仪,也是首个获得欧盟CE标志的国产单分子基因测序仪。

其独特的单分子测序技术、全内反射荧光显微技术(TIRF),无需扩增、自动化操作、一键出报告等特点,能极大地简化基因检测过程,提高使用便利性,并显著降低测序成本和检测周期。在无创产前基因检测(NIPT)、染色体异常基因检测(CNV-seq)、胚胎植入前筛查(PGT-A)等方向具有明显优势,可为临床诊断提供更便捷高效的解决方案。新冠疫情期间,单分子测序平台GenoCare 1600在助力深圳疾控破解新冠病毒序列的突变位点以及假阳性样本的复核鉴定上也表现优异。


3.核磁共振波谱仪

在化学分析仪器中,核磁共振谱仪是一种非常重要的研究和测试工具,它的许多功能是其它手段无法代替的。核磁共振谱仪可以给出小到原子核在分子中的精确位置及其周边环境的微小变化,大到整个人体的断层成像等具有丰富内涵的信息。被广泛用于工业、农业、化学、生物、医药、地球科学和环境科学等领域。

3-1 核磁共振波谱仪——武汉中科牛津

武汉中科牛津波谱技术有限公司在武汉物理与数学研究所核心专利技术的基础上,引进世界领先的英国牛津仪器超导磁体技术,生产出我国完整的具有自主知识产权的核磁共振波谱仪。中科牛津建立于2013年,于2016年与英国牛津仪器公司签订磁体技术转移协议,并在瑞士成立了探头生产子公司-Q.OneTec AG中科牛津是国内第一家从事超导NMR波谱仪研发、生产和服务的高新技术企业

中科牛津 WNMR-I 400-600MHz 核磁共振波谱仪


4.超高分辨活细胞成像显微镜

超高分辨率活细胞成像显微镜系统是用于活细胞长时间、高清晰度、高灵敏度成像的设备。当用活细胞染料标记细胞内特定生物大分子,或者使用荧光蛋白标记体内特定蛋白时,使用该荧光染料或者荧光分子特定的激发光线激发,通过探测其特用的发射光线即可探测到该生物大分子。活细胞成像系统一方面控制细胞生存的外部环境,提供合适的温度、适度和pH,让细胞处于好的状态。另外一方面通过高灵敏度CCD捕捉细胞中的微弱荧光,长时间观察细胞中的荧光分子的运动,具体揭示细胞间或细胞内生物大分子的变化过程。

中国科学院苏州生物医学工程技术研究所

中国科学院苏州生物医学工程技术研究所在大数值孔径物镜、特种光源、超分辨显微成像系统集成与检测等关键技术上取得系列突破,研制出具有自主知识产权的共聚焦显微镜、双光子显微镜、STED超分辨显微镜等高端光学显微镜,以及大数值孔径显微物镜、特种LED光源等核心部件。2018年12月,由中国科学院苏州生物医学工程技术研究所承担的国家重大科研装备研制项目“超分辨显微光学核心部件及系统研制”在苏州高新区通过验收,标志着我国已经成功研制出高端超分辨光学显微镜。

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该超分辨显微成像系统已应用于国家重点研发计划“战略性先进电子材料”、“重大科学仪器设备开发”、“数字诊疗装备研发”专项相关项目。超分辨光学显微镜及相关核心关键部件的研制,对推动我国生物医学前沿基础研究、光学显微镜行业转型升级具有重要意义

4-2 共聚焦扫描成像模块——北京世纪桑尼科技有限公司

北京世纪桑尼科技有限公司,是专门从事高速光学扫描振镜、激光与振镜运动控制卡及其软件、激光扫描系统及技术解决方案的研发、生产、销售和服务为一体的高新技术企业。该公自主设计开发了 激光扫描共聚焦成像模块。

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CSIM 110共聚焦扫描成像模块

CSIM 110共聚焦扫描成像模块,是桑尼基于多年高速光学扫描振镜和激光打标系统的开发经验,全新自主研发的产品。用户可将其搭配在原有的倒置荧光显微镜上,即可方便、快速地把倒置荧光显微镜升级为激光扫描(单点)共聚焦显微镜,获取高质量的共聚焦图像。

4-3 海森结构光显微镜(Hessian SIM)——北京大学陈良怡团队&华中科技大学谭山团队

据科技部消息,膜生物学国家重点实验联合华中科技大学发明的海森结构光显微镜 (Hessian SIM),实现了活细胞超快长时程超高分辨率成像,能辨清囊泡融合孔道和线粒体内嵴动态。在每秒钟得到188张超高分辨率图像时,海森结构光显微镜的空间分辨率可以达到85纳米,能够分辨单根头发的1/600到1/800大小结构,而所需要的光照度小于常用的共聚焦显微镜光照度三个数量级。同时,该显微镜也实现了细胞“能量工厂”线粒体的超快超分辨成像,首次在活细胞中解析线粒体融合、分裂时内嵴的活动,及线粒体内嵴自身的重组装过程,并能够观察内质网与线粒体发生相互作用时的动态变化。


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这一研究成果在《自然—生物技术》线形式全文发表

5. 聚焦离子束/电子束双束显微镜

聚焦离子束电子束显微镜系统在材料失效分析、纳米材料结构表征与性能分析以及纳米器件研制等方面发挥着重要作用,主要用于 S/TEM 成像和原子探针断层扫描(APT)以及最高质量的表面下和三维表征。近年来该系统在生物学和医学领域的应用日益受到人们的重视。包括透射电镜生物样品制备、细胞和组织内部结构观察与三维重构等方面的应用。

欢迎联系补充国产成果/进展:liuld@instrument.com.cn

高端科研仪器依赖进口的问题已得到有关部门的高度重视。早在1998年,国家自然科学基金委就设立了科学仪器基础研究专项。2011年,“国家重大科研仪器设备研制专项”和“国家重大科学仪器设备开发专项”设立,分别由国家自然科学基金委和科技部管理,一个负责原创性的仪器研究,一个负责工程化和产业化。据了解,2011至2018年,国家自然科学基金委资助来自中央有关部门推荐、经费体量在1000万元以上的重大科研仪器项目53项,批准资助金额38.14亿元;资助全国科研工作者自由申请、经费体量在1000万元以下的重大科研仪器项466项,批准资助金额32.03亿元;两类项目合计资助经费超过70亿元。

【后记】

业内专家表示,国产化道路任重而道远,需要产业链上相关企业同心协力,经过多年奋斗方可实现,许多企业已从有能力实现国产替代的领域着手,逐步实现国产化,配套软件也在同步开发。我们也希望,产业各界能够在重大生命科学仪器设备国产化进展取得进展,早日摆脱科学仪器国产外表进口“心”的局面。


更新时间:2021/06/08
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