高中教学仪器国产高端实验室科学仪器

2022年全国科技工作者日座谈会，北京航空航天大学研究生院常务副院长赵巍胜说：依赖进口科学仪器就是空中建楼阁，他特别提出大力推进科学仪器自主可控，实现科技自立自强的建议。赵巍胜副院长倡议：把国产设备使用率作为申请国家项目的一个核心申请指标。因为，今天我们依赖进口设备其实就是在空中建楼阁，随时都可能坍塌。他建议，以全社会力量推进国产科研仪器的使用。

赵巍胜指出，要明确创新争先路径，加强基础研究，实现原始创新突破；大力推进科学仪器自主可控，实现科技自立自强；加强国际合作，与国际科技友军互惠互赢。

为此实验猫将分多期推荐重大科研基础设施和大型科研仪器国家网络管理平台 中高端国产仪器，本期为第23期，安图生物自主研发的Autof ms1000全自动微生物质谱检测系统：

技术指标：

【激光器】

337 nm氮气激光器，在1-60 Hz范围内任意连续可调，激光发射次数≥4×108，激光斑点在50微米至150微米可调，强度可调。

【全自动进样系统】

FPGA芯片实时控制XY平台，进出靶时间短，平台定位精度高。

【真空泵】

高通量涡轮分子泵，真空抽速快，真空度高达10-7 mbar，进靶即可采样，无需等待。

【软件界面】

可选择中、英文界面，鉴定结果可选择拉丁文、中文，且可任意切换。

【仪器检测通量】

独特高效的自编码神经网络算法，单次检测96个样品，96个标本检测时间≤20 min，可实现批量检测和手动检测。

【数据库】

包含超过1000个属、>5000种、超过16000株病原微生物。数据库中包含能引起人间甲乙类传染病或人畜共患病的高致危菌株，如炭疽、霍乱、布鲁氏菌等。数据库中包含丝状真菌超过400个种。

【分析软件】

有混合菌的提示功能，分析软件的遗传聚类分析功能，可以直接生成微生物样品的遗传聚类图，从而确认微生物亲缘关系；有效追踪新发菌株的来源并且可以鉴定特定区域内微生物种群的变化；主成分分析功能，可以为用户更好的总结数据，提供强有力的工具支持。

产品介绍：

基质辅助激光解析电离飞行时间质谱（Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry 以下简称MALDI-TOF MS）技术是近年来发展起来的一种新型软电离技术，其主要原理是激光照射样品与基质形成的共结晶薄膜，样品分子离子化后在电场作用下加速飞过飞行管道，根据离子到达检测器的飞行时间不同而得到蛋白指纹谱图（PMF），然后将这些蛋白指纹谱图与标准蛋白指纹数据库进行检索和匹配，从而实现蛋白水平的鉴定和分析。该技术具有操作简单、快速、准确及高通量等特点，已成为分析各种非挥发性分子（如蛋白质、肽、寡核苷酸、脂质、聚糖）的重要工具与手段，主要在生命科学及临床应用领域有如下应用：（1）微生物鉴定；（2）细菌药敏分析；（3）对肿瘤标志物等血清肽谱的测定；（4）对基因的单核苷酸多态性的分析（SNP/SNV）；（5）DNA甲基化定量检测等。

目前国际上布鲁克（Bruker）、梅里埃（Biomerieux）、岛津（Shimadzu）和Agena公司的MALDI-TOF MS产品均实现了商业化应用。国内一些企业也纷纷加入MALDI-TOF MS的研发领域，开始自主研发仪器，目前已有多家完成了转产与上市。

郑州安图生物工程股份有限公司创立于1998年，专注于体外诊断试剂和仪器的研发、制造、整合及服务，产品涵盖免疫、微生物、生化等检测领域，能够为医学实验室提供全面的产品解决方案和整体服务。公司于2016年9月1日在上海证券交易所挂牌上市，是国内第一家在主板上市的体外诊断生产企业。安图生物自主研发的Autof ms1000全自动微生物质谱检测系统于2017年9月正式发布，2018年获得医疗器械注册证。

产品突破的关键技术有：

（1）高真空系统与精密加工技术：质谱仪器对真空度要求较高，需达到10-7mbar，这对仪器整机机加提出了很高的要求。通过高精密加工和装配实现了机械零部件μm级平面度，并通过离子源进样真空过渡技术进行预抽，使得样品从大气环境中快速进入高真空环境离子源内的同时而不破坏离子源原有高真空环境，实现进靶即可采样。

（2）非球面透镜激光光路技术：质谱靶板样品点位直径仅有3 mm，激光照射样品的光斑直径需求在50~150 μm范围内。通过研制聚焦用非球面透镜、准直用平凸透镜和聚焦用凸透镜等复合光学系统，优化激光光路焦点和能量密度等参数，调试一系列光学路径将激光束控制在50~150 μm之内，降低激光消耗，在一定程度上提高了激光器的使用寿命。

（3）运动平台精准控制技术：通过研制FPGA芯片控制系统，精准控制XY轴在5 μm精度范围内运动，在保证样品靶自由移动的同时，样品离子在相同位置可以以相同初速度稳定飞出。

（4）高速离子检测采集技术：通过解决真空下离子束飞行速度快、离子噪声、离子束散射聚拢、高增益信号、高速模拟信号采集等技术难点，研制高速离子采集卡，满足质谱仪在保持高分辨率的同时，降低离子信号噪声、提高离子信号检测采集系统工作稳定性，并具备数据实时上传功能，有效解决了数据获取滞后的问题。

（5）微生物多维数据建库技术：数据库作为质谱的重要组成部分，是微生物精确鉴定的依据。通过采集不同培养条件、生长状态的菌株，不断优化菌株前处理方法，设置不同质谱谱图采集参数，实现多维建库，并通过建立独特的图谱寻峰算法、谱图搜库算法，实现样品采集、搜库比对自动化处理，大大提高了菌株鉴定准确性。

Autof ms1000全自动微生物质谱检测系统自上市以来，国内销售量已突破500台，并相继出口至美国、英国、意大利、波兰、法国、韩国、泰国、罗马尼亚等多个国家。

Autof ms1000全自动微生物质谱检测系统先后获得河南省产业集群项目—自动化微生物鉴定和药敏分析工作站开发及产业化、新发突发重大传染病检测国家工程研究中心、河南省首台（套）重大技术装备认定等项目支持。

目前Autof ms1000全自动微生物质谱检测系统已被北京协和医院、中国疾病预防控制中心、中国检验检疫科学研究院、农业部沼气科学研究所、首尔大学附属医院、意大利儿童医院等500余家单位采用。

应用案例：

（1）北京协和医院利用Autof ms1000全自动微生物质谱检测系统开展厌氧菌的鉴别和药物敏感性研究、少见菌Trichosporondohaense的发现。

（2）广东省中医院基于Autof ms1000全自动微生物质谱检测系统开展水样中的军团菌研究。

（3）郑州大学与河南省农业科学院合作基于Autof ms1000全自动微生物质谱检测系统开展甲基营养型芽孢杆菌的分离鉴定及其广谱抗菌性能研究。

（4）郑州大学基于Autof ms1000全自动微生物质谱检测系统开展明党参内生菌的分离鉴定及其对金黄色葡萄球菌的抑制作用研究。

（5）上海市临床检验中心基于Autof ms1000全自动微生物质谱检测系统开展不同前处理方法对微生物鉴定准确性影响的研究。

（6）浙江大学基于Autof ms1000全自动微生物质谱检测系统开展利用硅纳米芯片结合MALDI-TOF MS对尿液中细菌的捕获与检测研究。

（7）河南省人民医院基于Autof ms1000全自动微生物质谱检测系统开展进口品牌与国产化质谱仪对临床分离病原微生物鉴定准确性的研究。

（8）云南省海关基于Autof ms1000全自动微生物质谱检测系统开展4种不同前处理方法在大型食用菌甄别鉴定的应用研究。

发表论文：

[1] 张可可, 席宇, 吴少雄等. 甲基营养型芽孢杆菌的分离鉴定及其广谱抗菌性能初步研究. 中国调味品, 2019, 44(10): 31-34.

[2] 叶晓婉, 朱润琪, 倪新程等. 明党参内生菌的分离鉴定及其对金黄色葡萄球菌的抑制作用. 微生物学杂志, 2019, 39(03): 35-43.

[3] 陈丽萍, 闫占鹏, 刘美丽等. MALDI-TOF-MS技术在大型食用菌甄别鉴定中的应用. 中国口岸科学技术, 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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