荧光相关光谱仪

明亮的实验室里，约两台电脑主机般大小的桌面式荧光相关光谱单分子分析仪，正快速地分析着从复旦大学寄来的样品。大约1周后，样品的分析数据就会发回给学校，一段科研合作就此完成。近年来，类似的合作不断在广东中科奥辉科技有限公司内进行着，除了为高校研究院提供分析测试服务外，在以创始人黄韶辉博士为核心的科研队伍的共同努力下，公司自主研发的桌面式荧光相关光谱单分子分析仪（全球首创）还卖进了美国顶尖的研究机构，并多次获广东省高新技术产品认定、入选中科院首批国产仪器推荐目录。2021年，凭借强劲的“创新”势头，该企业入选首批中山市专精特新培育企业名单。广东中科奥辉有限公司拥有光学、电子、软件、机械、计算机、测试计量、生物物理、生物化学等多学科专业技术人员组成的研发团队总计15人。■体格小功能大 将国际领先科研成果产业化黄韶辉祖籍中山小榄镇，在国外生活30多年，在美国康奈尔大学完成了博士后研究，是中国科学院引进的杰出技术人才。2017年，被中山投资经贸洽谈会暨中山人才节所吸引，黄韶辉回到中山，于翠亨新区中瑞（欧）工业园健康医药示范区成立了广东中科奥辉科技有限公司，希望将国际领先的科研成果快速产业化。很快，他的愿望成为了现实。公司成立数月，团队便研发出了世界上第一款双通道桌面式荧光相关光谱单分子分析仪，并将其产业化。这种荧光相关光谱单分子技术，可实现单分子分辨率对微量（＜5微升）溶液样品中的分子特性（浓度、大小、相互作用等）进行快速（数秒至数分钟）定量分析，在科学研究、药物开发、医疗检测、环境监测等领域具有广泛的应用前景。“别看它小小一台，每台的价值可达上百万元。”黄韶辉介绍，目前这款仪器在市场上的竞争对手非常少，因为它克服了国际上现有设备操作复杂、费用贵、不可移动、体积大等问题。“传统的设备单是一个放置高精度仪器的光学平台就有数吨重，而整个桌面荧光相关光谱单分子分析仪仅有20公斤重，价格仅为传统设备的四分之一甚至八分之一。”黄韶辉说。■市场环境变化 政策红利助企业站稳脚跟目前，企业已与国内多所高校如北京大学、清华大学、澳门大学等形成了产学研合作模式，在2021年全球生命科学领域排名前十的大学/机构中，他们的客户便有3家。黄韶辉认为，企业之所以能在短短几年内在业内打响名号，一定程度上得益于市场环境的变化。在过去，90%的国内高端科学研究设备都是依靠进口，自中美贸易战发生后，许多“卡脖子”技术对国内发展造成了重大影响，形势便发生了改变，国产的高端科研设备也随之崛起。“近年来，国家也加大了对科学研究、精密仪器制造等重点行业的支持，北京、杭州、中山等地方政府也相继出台了政策，尤其是翠亨新区，在全市的扶持基础上，又针对高端精密仪器制造产业出台了配套的政策，在这种空前的重视下，我们才能快速在市场上站稳脚跟。”黄韶辉说。此外，企业对科研投入的重视也是提高竞争力的有力手段。目前，该公司拥有光学、电子、软件、机械、计算机、测试计量、生物物理、生物化学等多学科专业技术人员组成的研发团队总计15人，其中研究生及中级职称以上学历11人。“我们每年投入到研发领域的资金占企业收入的30%，这样的力度在企业中是极为少见的。”黄韶辉说。■克服产品化难点 成立平台服务其他企业为什么精密仪器制造会成为“卡脖子”技术？黄韶辉认为，也许在老百姓眼里，国家缺乏技术人才是主要的原因，但实际上国家既不缺技术人才，也不缺市场，缺的是能把技术变成产品的综合性人才。“做研究跟做产品还是有很大区别的，做研究只要结果成功就行了，产品却要满足不同客户以及不同场景的需求。”他举例说，公司做出来的第一台样机在运去美国参展前曾做了很多次测试，比如模拟运输过程中的震动，但事实上到达展会时仍然出现了问题，“所以把实验室技术变成商品并没有那么简单”。此外，由于桌面式荧光相关光谱单分子分析仪属于全球首创，并没有现成的生产经验和生产设备能使用，所以绝大多数的核心部件都是由中科奥辉自主设计、加工、生产的。经过多年的探索，企业已经形成了完整的研发生产线，在政府的资金支持下，这里还成立了中山市高端医疗器械及科研设备工程技术研究中心、医疗器械与科研设备公共技术服务平台，为其他有精密仪器制造需求的企业提供多种公共服务功能，如设计加工、技术开发、检验测试、技术咨询等。■探索医疗检测领域 盼望享受“首台套”政策支持“科学技术是促进国家发展的强大动力，而基础科学研究设备则是支持科技发展的重要工具。”黄韶辉博士认为，虽然目前在人才、成本、市场、供应链方面还存在着一些问题，但随着国家的日益重视，高端精密仪器制造产业必将迎来一片蓝海。未来，企业计划在医疗检测方面下苦功，将荧光相关光谱单分子分析技术运用至病毒核酸检测、癌症肿瘤标记物的检测等领域。他希望，未来政府能进一步加大对产业的扶持，如落实更具有吸引力的高端研究人才、产业技术人才及管理人才的政策；加强高端仪器产业的配套公共服务设施建设（比如，工程中心、测试中心、认证中心、法律咨询、投融资及配套生活设施等）；科研仪器也能享有与工业仪器类似的“首台套”支持政策等。这将更好地促进国产高端精密仪器制造行业的发展。

荧光相关光谱（Fluorescence correlation spectroscopy，FCS）是一种对荧光强度随时间的规律性涨落进行自相关和交相关分析，从而对导致信号涨落的物理（自由扩散等）、化学（分子互作等）和光物理（单线态-三线态循环等）进行定量分析的荧光光谱技术。近年来，随着理论和仪器的不断发展，荧光相关光谱在生物学、医学、化学、材料学、光物理学、微纳科学等领域得到越来越广泛的应用。那么，如今我国荧光相关光谱技术发展到什么阶段了？与国外技术相比，我国的技术处在什么水平？带着这些问题，仪器信息网专门视频采访到了中国科学院生物物理研究所（以下简称中科院生物物理所）研究员黄韶辉。黄韶辉：1998年获堪萨斯大学生物化学、细胞和分子生物学博士学位，1998-2001年在康乃尔大学应用和工程物理学院从事博士后研究，2002-2009年任麻省大学医学院研究助理教授，2009-2013年任宾夕法尼亚大学环境医学研究所研究员兼肺成像和形态学中心主任。 2014年以中科院“引进杰出技术人才”(技术百人）回国，任中科院生物物理研究所研究员、中国科学院大学岗位教授、博士生导师。历任美国国立卫生研究院、中国国家自然科学基金委、广东省公益研究和能力建设基金、粤港澳科技创新合作等科研项目负责人。因缘际会，确定技术转化方向黄韶辉博士在国外的科研工作一直开发荧光显微镜和荧光光谱学新方法和新技术以解决生物学研究的科学问题，期间对科研仪器产生了浓厚的兴趣。2014年借“中科院技术百人”的人才计划，黄韶辉回到了中科院生物物理所开始从事科研仪器的产业化工作。在谈到选择单分子荧光技术的原因时，他表示：“这是我在康奈尔做博士后时导师发明的一种技术——荧光相关光谱，通过研究荧光信号在时间上的相互关系来揭示荧光信号规律性变化背后的物理、化学和光物理过程。当时我觉得这个技术的应用非常广泛，因此借着回国的机会将它进行技术转化，使其应用于基础研究和药物研发领域。”从技术走向产品，从产品走向市场回国后为了真正将荧光相关光谱单分子技术从技术变成产品，从产品走向市场。黄韶辉用了三年的时间进行基础性工作，终于在2017年的广东中山成立了产业化公司——中科奥辉，随后实现了从技术到产品的蜕变。在这个过程中需要克服两个困难：一个是产品工程化，另一个是技术推广。“一个实验室技术并不是天然就可以成为一个产品，它需要进行工程优化，不断提高产品稳定性和可靠性；第二个是要让产品能够被客户所接受，这就需要做技术推广、示范应用等等一系列工作才能将产品推向市场。” 黄韶辉表示。通过六年不断地努力，黄韶辉团队成功研发出全球首台小型化桌面式荧光相关光谱仪，相较于国外竞争对手蔡司、PicoQuant和ISS开发的基于荧光显微镜的FCS产品，它更适合在实验室桌面环境中使用，这也是该产品最主要的优势。CorTector SX100 荧光相关光谱仪（点击查看）应用领域既要广度又要深度单分子荧光相关光谱仪的应用领域十分广泛，主要有两个方面：一个是基础科研领域，另一个是药物研发领域。“目前已发表相关学术论文超过13000篇，主要应用在基础科研领域，包括生物学、医学、化学、材料学和光物理学，因为它的特点就是研究荧光信号与时间的相互关系。荧光信号与时间能够发生相互关系的过程包括：物理过程，比如分子或纳米颗粒的自由扩散；化学过程，比如分子间相互作用；光物理过程，比如单线态-三线态循环。所以它的应用在基础领域的研究范围是非常广的。” 黄韶辉这样说，“接下来我们的应用领域是药物研发，因为所有的药物研发仪器，包括医疗器械最早的前身都是科研设备，是科学家为了解决一个特定的科学问题而研制出来的。”在谈到未来发展路径时，黄韶辉表示，公司发展的下一个目标是与大型药企合作，将荧光相关光谱单分子技术用于药物筛选。未来将单分子荧光技术转化为一个超灵敏的医疗检测设备，比如说阿尔兹海默症疾病标记物的超灵敏检测。拓展领先客户群体，展现国产高端科研仪器价值黄韶辉认为，从2017年产业化到如今，最重要的是思维的转变。“在做产业化工作之前，我一直是科学家，从事了20多年的基础研究，最近这6年多给我一个主要体验就是真正把我从一个科学家的思维转变到一个经营产品、经营公司的思维。”与此同时，经过六年多的发展，黄韶辉团队的产品价格呈现稳步上升的趋势，“我们做的是一个高端光学仪器，我们第一代产品的终端客户价是120万，第二代产品的终端客户价发展到了150万，去年我们第三代产品的终端客户价已经达到了180万。”黄韶辉介绍说。不仅如此，优质的客户群体也是这些年黄韶辉团队实现技术产业化的重要指标，是国产高端仪器价值的最好展现。黄韶辉说：“不管是国内还是国外，我们都发展了排在全世界研究领域前十的用户群体，比如说我们的首批客户，前四个客户都是国外知名用户：美国国立卫生研究院、阿斯利康制药公司、加州大学旧金山分校、麻省大学医学院。疫情发生后，我们把焦点聚焦到国内，目前的客户包括清华大学、北京大学、中国科学技术大学、复旦大学、浙江大学医学院、澳门大学和中科院的很多院所，这些也是可以排到国内大学或者研究所前十位的学术机构。”为了改变大家对国产仪器价格低、技术落后的刻板印象，黄韶辉团队以持有“世界上最先进单分子荧光技术”的姿态进入市场，与世界领先企业展开竞争。用户群体从国外企业到国外领先科研机构，再到国内领先科研机构，展现出了国产高端科研仪器的价值。国产替代要有，持续创新也要有目前，荧光相关光谱单分子技术属于世界先进技术，黄韶辉团队通过这项技术研制了世界首款桌面式荧光相关光谱单分子分析仪。黄韶辉表示：“我们确实做了全世界第一个基于溶液样品的桌面式单分子荧光商业科研仪器，经过了科技部下属机构的查新认证。所以我觉得科研仪器除了要实现国产替代，也要在创新性领域做出贡献。”发展国产科学仪器，“观念”和“政策”两手都要抓如何更好的发展国产科学仪器，黄韶辉表示最重要的是“给机会”：“对于一个产品来说需要有广泛的用户来不断的使用并提出各种改进意见，只有在使用过程中才能真正做出好仪器。”第二点则是要有一些政策上的支持，要将政策支持落到实处。随着人们对国产化科学仪器关注度的增加，未来将有越来越多的国产企业出现在大家的视野中。国产科学仪器企业的发展，需要企业家的情怀、技术的创新、用户的支持、政策的落实，缺一不可。国产科学仪器行业未来的发展让我们拭目以待！完整访谈视频如下关于中科奥辉：中科奥辉响应国家规划发展智能制造和健康医药战略新兴产业的政策引导，成立于粤港澳大湾区几何中心---中山翠亨新区，依托中科院生物物理研究所黄韶辉博士(中科院“引进杰出技术人才”)团队的核心技术和唐山启奥科技股份有限公司的资金、技术、管理和销售资源，致力于成为掌握核心硬科技的国际一流高端精密仪器智能制造公司。公司自主研发的全球首创桌面式荧光相关光谱单分子分析仪CorTectorTM SX100，2018、2020年连续获广东省高新技术产品认定，并在2019年入选中科院首批国产仪器推荐目录。公司以现有研究技术和公共服务平台为基础，为高校研究院及其他创新企业提供服务业务，包括显微成像与光谱整合系统搭建、分析测试服务、医疗器械产品委托生产与注册及医疗器械及科研设备研发制造公共服务四大服务板块。

p style="text-align: justify "span style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "　　随着科研需求的发展，分子荧光光谱相关的新技术和新应用也在不断的深入拓展中,尤其是在附件的多样化、联机，以及其他功能性拓展方面表现得越来越明显。为了多方位展现分子荧光光谱领域的最新成果，仪器信息网特别策划制作《不可或缺分子荧光光谱技术及应用进展》网络专题，旨在展现分子荧光光谱仪的最新技术及应用情况。/span/pp style="text-align: justify "span style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "　　作为分子荧光光谱领域的代表企业，日立高新技术公司一直在分子荧光领域耕耘，自1957年首次推出第一台荧光分光光度计FPL -2型号以来，至今已有60多年的研发经验。近期，仪器信息网特别邀请了日立高新技术公司光谱产品经理玉岛孝弘，请其为大家分享一下其对分子荧光仪器产品的认识和评价。/span/pp style="text-align: justify "span style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "/span/pp style="text-align: center "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 200px height: 264px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/7382fe04-ee41-4600-a31c-63929b83da77.jpg" title="日立.jpg" alt="日立.jpg" width="200" height="264" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "strong日立高新技术公司光谱产品经理 玉岛孝弘/strong/pp style="text-align: justify "strong　　仪器信息网：与其他分析仪器相比，分子荧光光谱新产品的推出不是很活跃，市场也略显“沉寂”，请问您如何评价该类仪器的市场活力?/strong/pp style="text-align: justify "strong　　玉岛孝弘：/strong从目前来看，荧光分光光度计的市场需求量的确比液相等分析仪器少，但有研究报告显示，生活中约20%的物质都可以发出荧光信号。随着科学研究的不断进步和更新，荧光分光光度计的市场潜力是巨大的。基于荧光分光光度计的高灵敏度、超快扫描速度、无损分析等特点，荧光分光光度计可以在许多领域发挥独特的作用。通过技术创新可以不断拓宽荧光分光光度计的应用领域，激发其市场活力。/pp style="text-align: justify "　　从技术拓展方面看，荧光分光光度计的市场需求主要集中在功能化附件的开发，与显微镜等其他仪器联用等。具体来说，目前主要通过荧光分光光度计配合相关附件对固体样品进行无损分析，以及利用荧光指纹和多变量分析来评价解析样品。/pp style="text-align: justify "strong　　仪器信息网：从技术的角度出发，您认为目前分子荧光光谱有哪些新的技术值得期待?/strong/pp style="text-align: justify "strong　　玉岛孝弘：/strong随着电子、计算机等技术的飞速发展，荧光分光光度计的新技术也将集中在软件开发和硬件精密化方面，旨在提高仪器的使用性、灵敏度和选择性。如2019年日立高新在BCEIA上发布了荧光分布成像系统EEM View，通过将成像技术与软件中的智能算法技术结合，可以同时测定固体样品不同区域的荧光分布情况。若将该系统进一步拓展应用，还可以一次测定量子产率的分布，日立希望这些新技术将来会被更广泛应用。另外，我们认为不断优化仪器性能也仍将十分重要，如基于市场目前对荧光指纹技术的需求，提高荧光分光光度计的灵敏度及软件的数据解析能力非常重要。/pp style="text-align: justify "strong　　仪器信息网：从应用的角度出发，当前分子荧光光谱仪器的应用和研究热点分布在哪些领域?在科研过程中能给大家带来哪些“惊喜”?/strong/pp style="text-align: justify "strong　　玉岛孝弘：/strong目前荧光分光光度计的应用主要集中在生物、食品、材料等领域，如基于荧光探针的生物免疫系统研究、白酒荧光指纹数据库的建立、荧光上转换材料的开发、测定量子产率、荧光指纹等。荧光分光光度计主要针对自身具有荧光特性的样品，日立高新在这些领域都有丰富的附件、软件以支持客户的实验需求。/pp style="text-align: justify "　　此外，日立也有通过荧光指纹数据的平行因子分析(PARAFAC)等多变量分析法进行水质等样品分析的应用实例。未来的研究会更关注如何利用荧光分光光度计的超快速、无损检测，开发更多满足客户需求的应用，如在食品、饮料等生产工厂的产品合格判定，以及对农产品、工业制品的真伪检测等。/pp style="text-align: justify "strong　　仪器信息网：分子荧光光谱仪相关的应用标准情况怎样?在应用拓展方面，有哪些制约因素?/strong/pp style="text-align: justify "strong　　玉岛孝弘：/strong由于荧光分光光度计的高灵敏度等特性，在食品和环境等领域应用广泛。现行国家标准GB 23200.87-2016《乳及乳制品中噻菌灵残留量的测定 荧光分光光度法》、GB/T 11895-1989《水质苯并(a)芘的测定 乙酰化滤纸层析荧光分光光度法》及行业标准NY/T 2549-2014《饲料中的黄曲霉毒素B1的测定 免疫亲和荧光光度法》等都是用荧光分光光度计进行测定。/pp style="text-align: justify "　　实验应用的拓展与仪器性能的提升密切相关。例如，一般荧光分光光度计通过获取样品测试位置的平均荧光光谱信息，得到对应的一条荧光光谱。但如果测试要求更高，要获取样品不同区域的荧光信息，即一次测量同时获得多条荧光光谱，则对仪器的分辨率等性能要求更高。日立在2019年发布的荧光分布成像系统EEM View就可以满足此应用需求。由此可见，要想拓展新应用，首先应该提升仪器的性能。/pp style="text-align: justify "strong　　仪器信息网：贵公司当前主推的产品?今年刚推出的或者即将推出的新品?最具优势的领域?/strong/pp style="text-align: justify "strong　　玉岛孝弘：/strong日立荧光分光光度的产品线非常丰富，有F -7100、F -7000、F -4700、F -2710、F -2700五个型号，为客户提供多种选择。新型号F -2710荧光分光光度计于2019年底发布。/pp style="text-align: justify "　　除了主机，日立也推出了丰富的附件和软件，为客户提供完整的解决方案。之前提到的荧光分布成像系统EEM View于2019年10月在中国发布。最新的数据解析软件3D SpectAlyze也于同期上市，旨在将主成分分析(PCA)、平行因子分析(PARAFAC)等最前沿的多变量分析方法简便化，用户可在日立高新官网申请免费的试用版。/pp style="text-align: justify "　　总体来说，日立荧光分光光度计以其高性能的主机、丰富的附件和软件，在食品、材料、环境等领域广泛使用，主要客户群为大学和国家研究机构。/pp style="text-align: justify "strong　　仪器信息网：针对当前的市场格局，贵公司在分子荧光光谱产品方面有什么样的定位和布局?/strong/pp style="text-align: justify "strong　　玉岛孝弘：/strong日立高新自1957年推出第一台荧光分光光度计FPL -2型号以来，至今已有60多年的研发和应用经验，很荣幸能成为荧光分光光度计产品的全球顶尖厂商之一。未来，日立仍将致力于技术创新，通过结合其他新技术，拓展荧光分光光度计的应用范围，希望成为客户的科研和检测工作的得力助手，推动食品、材料、环境等行业的发展，为社会贡献力量！/p