走进2017年度国家科学技术进步奖二等奖

08月

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“超痕量物质精密测量关键技术及应用”项目

2018年1月8日，党中央、国务院在北京人民大会堂隆重举行2017年度国家科学技术奖励大会。由质检总局推荐的，中国计量科学研究院方向研究员牵头完成的“超痕量物质精密测量关键技术及应用”获得国家科技进步二等奖。

“超痕量”是什么？

“超痕量”在分析化学中是指物质含量在10-9g/g及以下的极微小量。单细胞成分量、早期肿瘤诊断标志物含量、高纯标准物质中杂质含量等往往都在超痕量级。检出并准确量化这些超痕量物质往往有着“见微知著”的效果。

例如，单细胞成分量间的超痕量差异很可能是区别细胞功能、判断细胞是否病变的依据;血液中超痕量的诊断标志物则可能是肿瘤和心脑血管疾病等早期诊断的最有效途径。然而，“超痕量”已接近主流分析测试方法的检出极限，更难以在样品量极少、基质复杂的情况下保障超痕量成分测量的可靠和稳定。

如何实现千分之一检出限？

中国计量科学研究院针对超痕量物质精密测量的系统解决方案、核心技术和关键部件，与复旦大学等单位联合展开技术攻关。经近六年的努力，项目组成功开辟了超痕量物质精密测量的新途径，破解了关键测量环节的世界技术难题，将目标分析物的检出限下拓至主流方法的千分之一。

据项目负责人员介绍，该项目必须突破的两大核心是对全技术链条的系统创新和对关键环节的重点攻关。围绕这两个核心，项目组首先从主流色谱-质谱技术路线各个环节出发，分析了制约测量精度的根本原因，做出来以下创新成果：

1、提出了以气相离子为研究对象、基于离子精确测量技术的全新测量系统模型。

2、项目建立了基于超算的多物理场离子运动模拟仿真系统，促进了全研发过程多种新技术、新方法的快速验证、优化和实现。

3、项目聚焦系统关键环节，成功构建了可精确调控的多物理场，发明了新场型调控离子操控新技术，研制出系列关键部件和三类基于不同原理的科学装置，实现了离子选择性高效传输、富集和精准分离，最高离子富集效率可达10000倍。

4、项目针对弱极性、易降解化合物，研制出高效的辉光放电离子化装置，实现了纯物质中全杂质的精确扣除，大幅提升了我国基准纯物质的自主研制水平，2种生命科学领域标准物质定值方法被国际发布为参考方法，彰显了我国化学计量的国际地位和水平。

5、项目针对单细胞分析中样品量极少、基质复杂等难题，开发出基于电场诱导解析电离离子化的独特科学装置，成功实现了pL(10-12L)级单细胞中基质和待测分子的分离，检测限达fmol(10-15mol)以下，可同时观测到单细胞中上千种代谢物含量的极微小变化，为我国生命科学前沿和尖端研究提供了可靠支撑。

项目成果为多个企业提供技术支撑和服务，直接应用于国产质谱仪新产品研发和产品升级换代，标准物质应用于30个省（区、市）计量技术机构和食品药品检测机构，为生命科学和医药卫生等领域超痕量成分的高准确度测量提供溯源标准和技术支撑。

项目组自主研发的核心器件和测量系统，成功将我国相关仪器的自主研制能力提升至国际领先水平，为我国物质科学、生命科学重大研究的突破提供了有力支撑。

（参考仪器信息网）

采编/蒋新银