纳米气采样器

4月3日，记者走进位于鸭绿江畔的丹东百特仪器有限公司，只见生产车间内一派繁忙，工人们正在生产线上组装调试PM2.5采样器。&ldquo 我们通过产学研合作和自主研发，研制成功了填补国内空白的智能PM2.5采样器，并获得多项国家发明专利，这也是世界首创的智能PM2.5采样器。&rdquo 公司总经理董青云自豪地对记者说。目前，智能PM2.5采样器已经销售了20台，今年上半年的订单超过80台，预计全年销量将超过200台。&ldquo 以前百特在粒度仪行业创造了突出的业绩，现在我们决心在环境空气监测领域再创辉煌。&rdquo 　　在经济下行的市场环境下，今年一季度，百特公司的销售量比去年同比增长4.5%。作为一个只有140人的小企业，20年来一直保持健康稳定发展的状态，成为中国最大的粒度仪器制造商，他们的制胜法宝是什么?&ldquo 持续进行新技术开发，不断有新产品投产，依靠科技力量在经济形势好时带动企业快速发展，在经济形势低迷时保持企业稳定发展。&rdquo 多年来，百特公司持续增加研发投入，进行新技术储备和新产品开发，并和国内大专院校及科研院所合作，使公司粒度测试技术在国内同行业处于遥遥领先的地位。2009年，百特引进华南师范大学态光散射纳米粒度测量技术，不久推出中国首台纳米粒度测量仪。谈到产学研合作的心得，董青云表示，与大学合作，企业首先要有消化吸收相关技术的能力。中国首台纳米粒度仪，就是百特引进华南师大的原理性技术，通过消化吸收，再进行产品结构、工艺、控制系统和软件系统等方面设计，最终实现了产品化，填补了国内空白。　　2010年，百特又先后投资700万元引进华南师范大学的多项专利技术和科研成果，开发出环境空气自动监测系列仪器。其中一项重要创新就是将自动称量技术引进到智能监测系统和智能采样系统中，实现了自动采样、自动称量、自动换膜、自动发布数据，实现了基准验证法直接用于PM2.5监测，从而保证了监测数据的准确可靠。&ldquo 这项技术是中国人发明并实现产业化的具有自主知识产权的一项技术，完全符合现行的空气质量监测标准和规范，同时节省了大量的人力、物力、财力，提高了监测和采样的工作效率，提高了数据的准确性和可靠性。&rdquo 董青云说。　　目前，国内外PM2.5的检测方法有&beta 射线法、振荡天平法和光散射法等，这些方法都是间接方法，需要进行准确性检定。&ldquo 我们研制的基准法智能PM2.5监测系统和采样系统是采用中国乃至世界用来校准其他仪器的方法并实现了智能化。&rdquo 2013年11月，由丹东百特仪器有限公司研制成功的世界首台PM2.5百万分之一精度的标准检定装置在中国计量科学研究院昌平二基地安装调试成功，得到了计量院专家的一致好评，标志着这项检测技术应用到了国家计量检验领域。2014年9月，百特基准法PM2.5自动监测仪通过省级投产鉴定。2014年10月，百特PM2.5采样器系列产品通过环保部环境监测仪器质量监督检验中心的资质认证，获得了进入市场的通行证。

不用撒网捕捞，只需要从水中采集一些DNA，就能分析出一片水域中存在哪些生物，这就是环境DNA（eDNA）监测技术。如果说，eDNA技术像“生物侦探”一样不断探索着大自然的秘密。那么，eDNA采样器则是助力“侦探”发现生物奥秘的最佳拍档。2024年春天，中国科学院水生生物研究所何舜平研究员团队联合北京大学姚蒙副研究员在《中国科学：生命科学（SCIENCECHINA Life Sciences）》杂志上发表文章，当中提到了一款外形酷似“农药喷雾机”的最新eDNA采样设备，该设备经过东湖实证研究，检测到了隶属于16个科、36个属的共51种鱼类。这次研究不仅验证了eDNA技术在实际监测中的应用效果，也为生态监测领域提供了新的视角和工具。eDNA实现“雁过有痕”任何生物存在过后，都会留下专属的痕迹。只需从海中舀一杯水，从土壤中挖一抔土，从沉积物中分离一管淤泥等等，科学家们就能知道有哪些物种曾在附近出没，这得益于一种强大的工具——eDNA技术（环境DNA）。何舜平解释道，“这意味着我们不用找到生物本身就能检测到它的DNA。”具体来说，eDNA就是指从环境样品（如空气、土壤、水体、沉积物等）中提取的所有不同生物的DNA，其来源广泛，包括生物体的体液、粪便、脱落的皮肤或毛发等。它的发展最早可以追溯至1987年，1990年出现了第一项使用这个技术的工作，研究人员使用eDNA分析了海水样品中的微生物DNA。2010年前后，随着eDNA宏条形码技术的发展，eDNA开始广泛应用到水生生物的监测中。eDNA具有高灵敏度，能够检测到即使是极少量的DNA片段，从而揭示那些难以直接观察到的生物种类，如稀有或隐秘物种。为了让科研人员无需直接对生物体进行干扰就能实现有效的生物多样性监测，eDNA成为了最好的选择之一。然而，要想充分发挥eDNA技术的优势，高效的采样方法同样不可或缺。回忆起以往的物种采样经历，何舜平感叹，“过去，eDNA的研究可谓步履维艰。我们通常需要从河中采集近一吨的水量运回实验室，再经过繁琐的过滤过程，才能对DNA进行测量。”此外，传统的物种鉴定需要仔细的肉眼观察、形态比对、经验判断等。稍有不慎，就会出错。中国科学院水生生物研究所研究员何舜平。图源：受访者攻坚克难：勇闯马里亚纳海沟为打破传统生物监测技术的桎梏，何舜平带领科研团队研发出了最新的eDNA采样设备——Tri-Mode eDNA Sampler（三模式eDNA采样器），该设备从带回水、带回过滤器和带回数据这三个层次提高了自动化程度，不仅减少了现场人员的劳动负担，也降低了对操作人员的专业要求。他表示，“eDNA采样器目前在环境科学里面算是一个很基础的工具，作为未来环境评估的一个标准方式，它的需求也将日益增长。而我们的仪器，正是填补了这一领域的空白。”这样一台自动化设备的诞生，还要追溯到何舜平勇闯马里亚纳海沟的经历。他回忆道，“2019年，我们跟随‘探索一号’科考船前往马里亚纳海沟，在‘奋斗者’号全海深载人潜水器的帮助下，我们得以潜入水下4000米的海山地区。当时的科考条件非常艰苦，我们在下潜时经常遇到巨浪和大风，一次下潜要在水里泡10个小时左右。”当然，高付出也意味着高回报，这次考察不仅让何舜平收集到大量珍贵的深海鱼类标本，更为他提供了探索全新物种采样方式的灵感。在深海里采样，最直接的采样方式就是拿桶把水装上来。而何舜平想到了另一个方式：直接在水下过滤！照着这个思路，何舜平团队精心设计出一种带有过滤性能的带棒装置。这款设备外形酷似农药喷雾机，一端背负在背上，另一端则伸入水中。何舜平介绍道，“研究人员只需操作设备过滤一吨水，其中的DNA便会被吸附到一张膜上。我们只需将这张滤膜冷冻保存并运送回实验室，既方便，又不会影响DNA的完整性。”更值得一提的是，这款设备还具备高度的灵活性和可扩展性。它可以轻松安装在无人船、无人机等平台上，每换一个环境，就能进行一次采样。这样，科研团队能够用更小的体积采到更多的环境DNA，极大地提高了采样的灵活性和效率。三模式eDNA采样器。图源：中国科学院水生生物研究所宏伟蓝图：万种鱼基因组计划尽管现在的eDNA检测技术相比过去已经有了很大的改善，但在检测生物多样性方面还是存在很多问题。一方面，一些物种的基因组里有很多的重复序列和特异结构，往往比较难检测。特别是像蚌壳、螺蛳、牡蛎等水生无脊椎动物，其基因组的复杂性往往需要我们投入大量精力去攻克。此外，参考数据库不全面、专业化程度低的问题也成为eDNA发展的主要瓶颈。为了建立一个涵盖世界各地鱼类的所有目和代表性科的鱼类基因组数据库。2019年，数字化地球研究所-海洋研究中心联合中国科学院水生生物研究所等五家科研机构共同发起了万种鱼基因组计划（简称Fish10K）。Fish10K计划历时10年，分三个阶段，采集一万种左右的代表性鱼类。何舜平表示，目前已经差不多完成了十分之一的目标，3000多种原生动物的基因组和遗传数据已经上传。三模式eDNA采样器及其三种工作模式。图源：受访者另一方面，何舜平团队与多个团队联合建设的水生生物eDNA数据库（AeDNA），旨在实现水生生物的调查、监测、追溯和预警的综合能力。他介绍道，“水生生物环境DNA数据库包括60万条条形码序列和6199份基因组序列，是目前水生生物领域全球数据量最大，群类覆盖最全，准确性最高的数据库之一。”何舜平，博士，中国科学院水生生物研究所研究员，博士生导师，现任中国科学院水生生物多样性与保护重点实验室主任、鱼类系统发育与生物地理学学科组责任研究员。兼任中国动物学会理事，湖北省暨武汉动物学会理事长。长期从事鱼类系统发育、生物地理学、比较基因组学、生物信息学等方面的研究，并在鱼类系统发育等方面取得了多项研究进展。他带领研究团队运用生物技术、网络和数字化技术相结合的手段，提出了鲤科鱼类系统发育新的模式，保持了对鲤形目鱼类系统学研究在世界上的主导地位；基于多组学深入探究了青藏高原和7千米以下深海等极端生境下的鱼类的遗传基础；对脊椎动物从水生向陆生转变进行了深入研究。先后主持和承担了欧盟项目、国家自然科学重点基金、国家杰出青年基金、国家863项目和973专题等重要课题。主导提出“万种鱼基因组计划（Fish 10K)”。在Cell、Nature、Nature Ecology & Evolution、Molecular Biology and Evolution等国际著名期刊发表论文280余篇。参考资料：“农药喷雾机”还能捕捉鱼踪？这台eDNA采样器不简单.封面新闻，2024年4月19日

捷克科学院分析化学研究所(Institute of Analytical Chemistry of the Czech Academy of Sciences)的Mikuska P、Capka L和Vecera Z研制了用于分析细小气溶胶和超细气溶胶的气溶胶采样器，撰文发表在于Analytica Chimica Acta上。　　该文描述了基于原始版本的气溶胶逆流双喷嘴单元(ACTJU)的新型气雾剂采样器。ACTJU收集器与位于ACTJU上游的水基冷凝成长装置(CGU)连接，实现了直径达数纳米的精细和超细气溶胶颗粒的定量收集。 CGU中水蒸汽的凝结使纳米尺寸的颗粒在超微米范围内扩大到更大的尺寸，然后将形成的液滴收集到ACTJU收集器中的水中。　　使用CGU-ACTJU采样器连续采集气溶胶，可以对颗粒成分浓度变化进行时间分辨测量。 CGU-ACTJU采样器与在线检测设备的耦合允许以1s的高时间分辨率(例如，亚硝酸盐或硝酸盐的FIA检测)或1小时(例如，用于无机阴离子的预富集步骤的IC检测)。在最佳条件下(空气流速10L/min，水流速1.5mL/min)，氟化物，氯化物，亚硝酸盐，硝酸盐，硫酸盐和磷酸盐的检测限(包括预浓缩)分别为2.53,6.64,24.2,16.8,0.12和5.03ng/m3，　　引自：Aerosol sampler for analysis of fine and ultrafine aerosols.. Article?in?Analytica Chimica Acta 1020 March 2018　　原文可参阅：　　https://www.researchgate.net/publication/323690546_Aerosol_sampler_for_analysis_of_fine_and_ultrafine_aerosols [accessed Apr 19 2018]　　符斌供稿