高中教學儀器國產高端實驗室科學儀器

2022年全國科技工作者日座談會，北京航空航天大學研究生院常務副院長趙巍勝說：依賴進口科學儀器就是空中建樓閣，他特別提出大力推進科學儀器自主可控，實現科技自立自強的建議。趙巍勝副院長倡議：把國產設備使用率作為申請國家項目的一個核心申請指標。因為，今天我們依賴進口設備其實就是在空中建樓閣，隨時都可能坍塌。他建議，以全社會力量推進國產科研儀器的使用。

趙巍勝指出，要明確創新爭先路徑，加強基礎研究，實現原始創新突破；大力推進科學儀器自主可控，實現科技自立自強；加強國際合作，與國際科技友軍互惠互贏。

為此實驗貓將分多期推薦重大科研基礎設施和大型科研儀器國家網絡管理平臺 中高端國產儀器，本期為第23期，安圖生物自主研發的Autof ms1000全自動微生物質譜檢測系統：

技術指標：

【激光器】

337 nm氮氣激光器，在1-60 Hz范圍內任意連續可調，激光發射次數≥4×108，激光斑點在50微米至150微米可調，強度可調。

【全自動進樣系統】

FPGA芯片實時控制XY平臺，進出靶時間短，平臺定位精度高。

【真空泵】

高通量渦輪分子泵，真空抽速快，真空度高達10-7 mbar，進靶即可采樣，無需等待。

【軟件界面】

可選擇中、英文界面，鑒定結果可選擇拉丁文、中文，且可任意切換。

【儀器檢測通量】

獨特高效的自編碼神經網絡算法，單次檢測96個樣品，96個標本檢測時間≤20 min，可實現批量檢測和手動檢測。

【數據庫】

包含超過1000個屬、>5000種、超過16000株病原微生物。數據庫中包含能引起人間甲乙類傳染病或人畜共患病的高致危菌株，如炭疽、霍亂、布魯氏菌等。數據庫中包含絲狀真菌超過400個種。

【分析軟件】

有混合菌的提示功能，分析軟件的遺傳聚類分析功能，可以直接生成微生物樣品的遺傳聚類圖，從而確認微生物親緣關系；有效追蹤新發菌株的來源并且可以鑒定特定區域內微生物種群的變化；主成分分析功能，可以為用戶更好的總結數據，提供強有力的工具支持。

產品介紹：

基質輔助激光解析電離飛行時間質譜（Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry 以下簡稱MALDI-TOF MS）技術是近年來發展起來的一種新型軟電離技術，其主要原理是激光照射樣品與基質形成的共結晶薄膜，樣品分子離子化后在電場作用下加速飛過飛行管道，根據離子到達檢測器的飛行時間不同而得到蛋白指紋譜圖（PMF），然后將這些蛋白指紋譜圖與標準蛋白指紋數據庫進行檢索和匹配，從而實現蛋白水平的鑒定和分析。該技術具有操作簡單、快速、準確及高通量等特點，已成為分析各種非揮發性分子（如蛋白質、肽、寡核苷酸、脂質、聚糖）的重要工具與手段，主要在生命科學及臨床應用領域有如下應用：（1）微生物鑒定；（2）細菌藥敏分析；（3）對腫瘤標志物等血清肽譜的測定；（4）對基因的單核苷酸多態性的分析（SNP/SNV）；（5）DNA甲基化定量檢測等。

目前國際上布魯克（Bruker）、梅里埃（Biomerieux）、島津（Shimadzu）和Agena公司的MALDI-TOF MS產品均實現了商業化應用。國內一些企業也紛紛加入MALDI-TOF MS的研發領域，開始自主研發儀器，目前已有多家完成了轉產與上市。

鄭州安圖生物工程股份有限公司創立于1998年，專注于體外診斷試劑和儀器的研發、制造、整合及服務，產品涵蓋免疫、微生物、生化等檢測領域，能夠為醫學實驗室提供全面的產品解決方案和整體服務。公司于2016年9月1日在上海證券交易所掛牌上市，是國內第一家在主板上市的體外診斷生產企業。安圖生物自主研發的Autof ms1000全自動微生物質譜檢測系統于2017年9月正式發布，2018年獲得醫療器械注冊證。

產品突破的關鍵技術有：

（1）高真空系統與精密加工技術：質譜儀器對真空度要求較高，需達到10-7mbar，這對儀器整機機加提出了很高的要求。通過高精密加工和裝配實現了機械零部件μm級平面度，并通過離子源進樣真空過渡技術進行預抽，使得樣品從大氣環境中快速進入高真空環境離子源內的同時而不破壞離子源原有高真空環境，實現進靶即可采樣。

（2）非球面透鏡激光光路技術：質譜靶板樣品點位直徑僅有3 mm，激光照射樣品的光斑直徑需求在50~150 μm范圍內。通過研制聚焦用非球面透鏡、準直用平凸透鏡和聚焦用凸透鏡等復合光學系統，優化激光光路焦點和能量密度等參數，調試一系列光學路徑將激光束控制在50~150 μm之內，降低激光消耗，在一定程度上提高了激光器的使用壽命。

（3）運動平臺精準控制技術：通過研制FPGA芯片控制系統，精準控制XY軸在5 μm精度范圍內運動，在保證樣品靶自由移動的同時，樣品離子在相同位置可以以相同初速度穩定飛出。

（4）高速離子檢測采集技術：通過解決真空下離子束飛行速度快、離子噪聲、離子束散射聚攏、高增益信號、高速模擬信號采集等技術難點，研制高速離子采集卡，滿足質譜儀在保持高分辨率的同時，降低離子信號噪聲、提高離子信號檢測采集系統工作穩定性，并具備數據實時上傳功能，有效解決了數據獲取滯后的問題。

（5）微生物多維數據建庫技術：數據庫作為質譜的重要組成部分，是微生物精確鑒定的依據。通過采集不同培養條件、生長狀態的菌株，不斷優化菌株前處理方法，設置不同質譜譜圖采集參數，實現多維建庫，并通過建立獨特的圖譜尋峰算法、譜圖搜庫算法，實現樣品采集、搜庫比對自動化處理，大大提高了菌株鑒定準確性。

Autof ms1000全自動微生物質譜檢測系統自上市以來，國內銷售量已突破500臺，并相繼出口至美國、英國、意大利、波蘭、法國、韓國、泰國、羅馬尼亞等多個國家。

Autof ms1000全自動微生物質譜檢測系統先后獲得河南省產業集群項目—自動化微生物鑒定和藥敏分析工作站開發及產業化、新發突發重大傳染病檢測國家工程研究中心、河南省首臺（套）重大技術裝備認定等項目支持。

目前Autof ms1000全自動微生物質譜檢測系統已被北京協和醫院、中國疾病預防控制中心、中國檢驗檢疫科學研究院、農業部沼氣科學研究所、首爾大學附屬醫院、意大利兒童醫院等500余家單位采用。

應用案例：

（1）北京協和醫院利用Autof ms1000全自動微生物質譜檢測系統開展厭氧菌的鑒別和藥物敏感性研究、少見菌Trichosporondohaense的發現。

（2）廣東省中醫院基于Autof ms1000全自動微生物質譜檢測系統開展水樣中的軍團菌研究。

（3）鄭州大學與河南省農業科學院合作基于Autof ms1000全自動微生物質譜檢測系統開展甲基營養型芽孢桿菌的分離鑒定及其廣譜抗菌性能研究。

（4）鄭州大學基于Autof ms1000全自動微生物質譜檢測系統開展明黨參內生菌的分離鑒定及其對金黃色葡萄球菌的抑制作用研究。

（5）上海市臨床檢驗中心基于Autof ms1000全自動微生物質譜檢測系統開展不同前處理方法對微生物鑒定準確性影響的研究。

（6）浙江大學基于Autof ms1000全自動微生物質譜檢測系統開展利用硅納米芯片結合MALDI-TOF MS對尿液中細菌的捕獲與檢測研究。

（7）河南省人民醫院基于Autof ms1000全自動微生物質譜檢測系統開展進口品牌與國產化質譜儀對臨床分離病原微生物鑒定準確性的研究。

（8）云南省海關基于Autof ms1000全自動微生物質譜檢測系統開展4種不同前處理方法在大型食用菌甄別鑒定的應用研究。

發表論文：

[1] 張可可, 席宇, 吳少雄等. 甲基營養型芽孢桿菌的分離鑒定及其廣譜抗菌性能初步研究. 中國調味品, 2019, 44(10): 31-34.

[2] 葉曉婉, 朱潤琪, 倪新程等. 明黨參內生菌的分離鑒定及其對金黃色葡萄球菌的抑制作用. 微生物學雜志, 2019, 39(03): 35-43.

[3] 陳麗萍, 閆占鵬, 劉美麗等. MALDI-TOF-MS技術在大型食用菌甄別鑒定中的應用. 中國口岸科學技術, 2020(03): 33-42.

[4] Yu SY, Guo LN, Xiao M, et al. Trichosporon dohaense, a rare pathogen of human invasive infections, and literature review. Infection and Drug Resistance, 2018, 11: 1537-1547.

[5] Wang Y, Chen XF, Xie LX, et al. Evaluation of VITEK MS, Clin-ToF-Ⅱ MS, Autofms1000 and VITEK 2 ANC card for identification of Bacteroides fragilis group isolates and antimicrobial susceptibilities of these isolates in a Chinese university hospital. Journal of Microbiology, Immnuology and Infection, 2019, 52: 456-464.

[6] Wu HY, Yan H, Zheng ML, et al. Legionella qingyii sp. nov. isolated from water samples in China. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 2019, 69(7): 2017-2022.

[7] Ma Q, Zhang Q, Yuan Y, et al. Evaluation of the Autof MS1000 mass spectrometer in the identification of clinical isolates. BMC Microbiology, 2020, 20(1): 318.

[8] Li Y, Wang T, Wu J. Capture and detection of urine bacteria using a microchannel silicon nanowire microfluidic chip coupled with MALDI-TOF MS. Analyst, 2021, 146(4).

[9] Wang J, Cai K, Yu P, et al. Evaluation of three sample preparation methods for the identification of clinical strains by using two MALDITOF MS systems. Journal of Mass Spectrometry, 2021, 56(2).

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