聚焦新型质谱研发，“做有用的仪器”——访朱良漪奖获得者大化所花磊研究员

2023年1月，备受业界关注的2022年“朱良漪分析仪器创新奖”颁奖典礼在京隆重举行，评选出“创新成果奖”3项，“青年创新奖”5名。中国仪器仪表学会分析仪器分会与仪器信息网联合采访了“朱良漪分析仪器创新奖”获得者，倾听了解他们的获奖感受、研发过程以及今后的研究方向。

中国科学院大连化学物理研究所花磊研究员获得2022年“朱良漪分析仪器创新奖”之“青年创新奖”，获奖成果是“高灵敏光电离飞行时间质谱关键技术及应用”。基于此，仪器信息网与花磊研究员就其研制成果及对质谱仪器研发技术、产业化等方面的看法进行了深入交流。

中国科学院大连化学物理研究所 花磊研究员

仪器信息网：首先恭喜您获得“2022年朱良漪分析仪器创新奖”，请向广大网友介绍一下您自己，以及您所在的单位？

花磊：感谢您的采访，谢谢仪器信息网的关注并且提供这次访谈机会。我是来自中国科学院大连化学物理研究所仪器分析化学研究室的花磊，非常荣幸能够获得朱良漪分析仪器创新奖·青年创新奖。首先感谢中国仪器仪表学会和各位专家学者对我工作的认可，感谢学会一直以来对我们青年人的大力支持和鼓励，感谢我所在的中国科学院大连化学物理研究所的领导和同事们的关怀和帮助。大连化物所是一个基础研究与应用研究并重、应用研究和技术转化相结合，以任务带学科为主要特色的综合性研究所。我目前在质谱与快速检测研究中心担任副主任，主要研究方向为新型质谱电离源和在线质谱的关键技术研究、仪器研制和应用开发。我们质谱与快速检测研究中心团队面向国家安全、化学智能制造和精准医疗等领域对快速谱学技术的迫切需求，开展基于质谱、离子迁移谱、色谱和光谱等谱学的基础理论、前沿科学研究和核心技术研发，致力于发展用于在线、现场、原位快速分析的新仪器和新方法，实现谱学仪器的系统集成和方法学应用，解决各行业真实应用场景中的“卡脖子”难题，推进快速测量谱学仪器的产业化落地。目前团队拥有科研人员50余人，入选辽宁省兴辽英才计划“高水平创新创业团队”，并先后承担了国家重大科学仪器专项、国家重点研发计划、科技支撑计划、中科院重大仪器研制等十余项仪器研制项目，积累了丰富的质谱仪器研发经验，特别是在基于真空紫外光电离技术方面开展了大量创新性的研究工作。

仪器信息网：2022年度“青年创新奖”的五项获奖成果多与质谱技术相关，与往年相比有很大不同。对于这一情况，您最大的感受是什么？您认为这将给从事质谱仪器及应用相关研究工作的青年人带来怎样的影响？

花磊：2022年度“青年创新奖”的获奖成果与往年相比，质谱技术相关项目所占比例有很大的提升，我想这与国家政策支持密不可分。近年来，政策与经济双重驱动中国科学仪器行业快速发展。“十四五”规划提出要加强高端科研仪器设备研发制造；为进一步落实《中国制造2025》，《产业关键共性技术发展指南》将“仪器仪表”明确列为优先发展的产业关键共性技术；科技部、发展改革委、中科院等多部门联合发布的《加强“从0到1”基础研究工作方案》，也特别提到了注重高端科学仪器的自主研发与创新。其中，质谱是重要的分析检测技术以及高端科学仪器之一，质谱仪器研制以及应用创新开发受到了多部门格外的关注与支持，相关项目的立项数量与资金支持额度都有明显提升，多家质谱类研发企业也得到投资机构的青睐与支持。在一系列政策以及环境的大力推动下，有基础、有条件吸引更多的优秀人才、后备力量加入质谱仪器以及应用研究的行列。对于我们广大的质谱从业者，特别是青年学者而言，充满了机遇和挑战，我们应该在这样一个“广阔天地、大有可为”的发展阶段抓住机会，大展拳脚。

仪器信息网：您如何看待中国质谱自主技术创新、质谱产业的发展？

花磊：质谱技术与产业发展是一个系统性的工程，涉及物理、化学、机械、电子、自动化、软件等多个学科和上下游行业与领域。我国质谱技术起步较晚，研发基础相对薄弱，在多个支撑领域的发展水平均与国外有较大差距，特别是高端质谱仪器大多依赖进口。但近年来随着质谱研发投入的持续加大，自主创新与产业升级快速发展，特别是针对一些空白领域进行的一系列重点布局，国产质谱崛起势头逐渐凸显。近年来国产质谱行业完成了多款高端仪器的研制和产业化，多项质谱产品研发实现了从无到有的突破，也有个别质谱仪器实现逆向输出至欧美国家，实现了一定程度的国产替代和自主创新。我国质谱技术和产业蓬勃发展，但与国际上先进技术的差距依旧明显，尚有很大的发展空间。国产质谱技术与产业的进一步发展，离不开国家的政策扶持和引导、国家项目和社会资本的资金支持、研究人员的持续深耕、产学研一体化研发体系建设以及多个行业的共同努力和进步。

仪器信息网：请介绍下您与仪器研发的机缘？

花磊：我2006年本科毕业于郑州大学，同年被保送至大连化物所攻读博士学位，跟随李海洋研究员从事新型质谱电离源、飞行时间质谱关键技术的学习与研究工作。作为国内较早从事质谱技术研究的科学家之一，李海洋研究员始终将目光聚焦在新型质谱关键技术研发、质谱仪器整机系统研制和国产化，以及面向真实场景的应用开发。我非常有幸加入这个富有活力和创造力的团队，进入质谱仪器研究的行业。同时，我也很幸运地在质谱这个领域遇到了众多非常优秀的前辈和同事，在和大家的交流和合作中受益匪浅。我所从事的所有科研学习和工作，始终都在跟质谱仪器打交道，时至今日已有近17年的时间：从最初读博时期挥发性有机物在线检测的质谱仪MS 500的研制，当时仪器分辨率只有几百，只能测量ppmv量级的化合物；到大气环境痕量物种在线检测的大气压电离负离子质谱仪研发，使仪器的检测灵敏度大幅提升3个量级以上；再到目前团队研发的TOFMS 5020，灵敏度达到pptv量级，最佳分辨率超过10000，并实现仪器量产。这一路研发历程的发展，除了技术的进步更多的是需求驱动以及团队的持续投入，未来也将继续坚持以“做有用的仪器”为最高目标，努力通过高水平产品和应用示范引领市场。

仪器信息网：您在质谱相关技术的研制和产业化方面开展了哪些工作，取得了怎样的创新成果?其潜在用户主要是哪些，将解决用户哪些实际问题？成果的市场前景如何？

花磊：在过去十余年的研发工作中，我们从构成质谱仪的电离源、离子传输及质量分析器等核心关键部件入手，先后突破了复合光电离源、高效离子传输系统，以及高分辨飞行时间质量分析器等关键技术，持续改善仪器电离覆盖度、检测灵敏度和质量分辨率，掌握了在线质谱仪从原理设计、部件研发到产品生产的一整套工艺流程，研制出完全自主知识产权的高灵敏在线光电离质谱仪，形成了可产业化的技术成果。特别是我们基于真空紫外灯发明的单光子电离（SPI）、光电子电离（PEI）、化学电离（CI）复合光电离技术，获得了多项国内发明专利以及美国专利授权。该技术克服了传统电子电离（EI）碎片化严重、谱图解析困难的问题，具有分子离子产率高、电离覆盖度宽、背景杂质组分影响小等诸多优势，适用于复杂组分的快速、在线质谱分析，已在工业过程、生命健康、公共安全和环境监测等领域开展了多项成果转化和应用推广。比如：过程在线监测质谱仪在金铠仪器（大连）股份有限公司应用推广，能够实现催化/化工过程反应产物、中间体的种类和浓度快速变化的原位、在线测量，为探索反应路径、揭示反应机理提供了可靠工具和科学依据；应用于疾病早期筛查的呼出气质谱技术在深圳市步锐生物科技有限公司成果转化，已完成GMP批量化生产线建设，获批生产许可以及第二类医疗器械产品注册（CFDA Ⅱ）认证。目前团队自主研发的质谱仪器已在国内20余家高校、科研院所和知名企业获得成功应用，解决了不同应用场景下面临的检测难题。值得一提的是，我们自主研发的“光电离飞行时间质谱仪”产品于2019年出口美国宝洁公司，实现高端质谱产品出口零的突破，获得了用户的认可和高度评价。随着国产质谱技术的快速崛起，以及国家政策的大力支持，国内质谱仪器市场在过去几年间的长足发展，促进了市场空间的逐年攀升，国产质谱未来的市场前景非常可观。

仪器信息网：后续您还将开展哪些创新工作?

花磊：未来的工作还是主要集中在质谱仪器研发和应用方法开发上，以解决国家安全、化学智能制造和精准医疗等领域真实应用场景中的实际需求以及“卡脖子”难题为目标，追求极致的质谱仪器分辨率、质量精度、灵敏度、检测速度等性能指标，开展多维质谱联用技术研究，以提高质谱仪器的定性定量能力。在质谱仪器应用方面，重点开展如下研究：能源催化过程的原位动态表征、微量/痕量组分快速精准定性定量分析；满足工业现场使用的皮实耐用的质谱仪器，以服务于工业智能制造；高通量、高灵敏、高精度临床质谱仪器研制和近患者床旁的快速检测技术等。希望通过我们科研团队的不懈努力，能够助力国家科学仪器研发与科技创新的快速、稳定发展！