作者:田瑞颖 来源:中国科学报 发布时间:2022/7/2 11:34:44
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十年“磨剑”,让“两虫”无所遁形

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“两虫”检测技术成果获得中国科学院饮用水重点实验室评估的好评。中科院生态环境研究中心供图

贾第鞭毛虫和隐孢子虫,简称“两虫”,是广泛存在水介传播、人畜共患的致病微生物,且具有耐氯的特点,普通消毒剂无法杀灭“两虫”,其对免疫力低下人群致死率很高。

2006年,我国将“两虫”指标纳入国家饮用水强制检测指标。但是,“两虫”检测方法源自美国EPA 1623方法,主要仪器和耗材均被美国企业垄断。而样品检测成本高等缺点,也导致“两虫”检测难以在行业内大范围普及。

由中国科学院生态环境研究中心与北京华科仪科技股份有限公司合作开发的“两虫”检测和计算机自动识别系统,有望扭转这一局面。该成果在检测方法、仪器研制、自动识别等方面均取得了重要突破,先后荣获BECIA金奖、中国仪器仪表学会科技进步一等奖、朱良漪分析仪器创新成果奖等五项行业大奖,被中科院推荐自主知识产权产品,并被中科智汇工场纳入“CAS概念验证计划”重点孵化项目予以支持。

仪器设备受制之痛

1993年,美国威斯康辛州发生40万人感染“两虫”事件,并造成50人死亡。有资料显示,全世界“两虫”感染人数累计约3.5亿人;由于耐氯导致水厂氯消毒容易失效,“两虫”已成为发达国家供水系统公共卫生事件的重要威胁之一。

在我国,有多省区的畜牧业牲畜被“两虫”感染的情况,接近一半的水源地存在“两虫”潜在威胁。流行病调查显示,尽管在2006年“两虫”指标被纳入国家饮用水强制检测指标后,我国多地也仍有“两虫”持续流行的情况。

“‘两虫’感染后,现在还没有特效药可治,主要靠自身免疫。监测并及时发现污染源并进行及时阻断,是控制‘两虫’的有效手段。” 中科院生态环境研究中心副研究员安伟介绍。

然而,目前“两虫”相关检测仪器设备及耗材市场,几乎被跨国企业长期垄断,昂贵的设备和材料,让国内检测机构不堪重负。我国拥有“两虫”检测能力的机构严重稀缺,很大原因就是受制于高昂的设备和耗材成本。

十年磨砺始得玉成

在基金委和科技部的科研资助下,中科院生态环境研究中心开展“两虫”检测设备的研发,并支持全国大范围持续多年的水质调查。

从2008年开始,在国家水专项的支持下,中科院生态环境研究中心开始了全国大范围的连续水质调查,范围涵盖我国长江、黄河等七大主要流域,以及西南、浙闽、西北等13个小流域重要断面,流域覆盖国土面积达80%以上。调查结果显示,我国地表水水源近一半存在 “两虫”检出。

“‘两虫’检测和自动识别系统历经了理论研究、方法开发、仪器试研、标准制定、设备迭代直至商业化的全链条全过程。”安伟介绍,“在这个过程中,中科院生态环境研究中心的数十位科研人员,如杨敏、于建伟、李红岩、张冬青、肖淑敏等都付出了诸多心血和努力。”

团队先期历经8年左右的时间,完成了方法学开发和全国行业验证评估,组织开发出了“两虫”检测新方法——“滤膜浓缩/密度梯度分离荧光抗体法”,并于2018年被纳入行标《城镇供水水质标准检验方法》,2021年完成国标验证,将被纳入新版国标方法《生活饮用水水质标准检验方法》GB5750。

“该方法为我国水质调查提供了低成本高效率的技术支撑,也为标准更新提供了基础数据,同时,科研团队也在全国多个行业部门验证了该方法的有效性。”安伟说。

值得一提的是,该方法还实现了方法的仪器装备化。针对高浊度水,采用了沉淀离心的方法,而对于低浊度水,自动采用膜过滤溶解纯化的方法。在样品的浓缩阶段,采用微孔滤膜替代美国垄断的囊过滤的纯化方法,在分离阶段用Percoll-蔗糖替代磁珠,大幅降低了检测耗材成本。样品前处理设备还实现了多重通路创新设计,效率也有了大幅提升。

随着技术的进步,“两虫”检测设备也在不断迭代更新。研究团队还组织开发了基于人工智能技术的“两虫”自动识别系统,实现人工智能图像处理自动识别代替人工肉眼识别,基本形成了从“方法-设备-系统”的“两虫”检测一体化设备,夯实了成果市场化和应用推广的基础。

目前该成果拥有自主知识产权十余项,突破了国外技术垄断,推动了我国仪器高端设备参与国际竞争,为我国从“源头到龙头”供水安全保障中的“两虫”防控提供了重要支撑。

成果转化任重道远

据介绍,“两虫”检测自动识别系统这一成果,面向的主要用户有疾控中心、供水系统、第三方检测、环境监测、科研院所、相关水质检测/监测单位等。

但一项科研成果走向应用并实现完全商业化,并非是朝夕可达之事,个中艰辛唯有身处其中者才能深刻感知。

为了完成自主成果的转化,安伟开始一边科研,一边张罗成果转化路演工作。启迪之星、联想之星、3W咖啡、车库咖啡……他已经记不清自己究竟拜访了多少技术孵化中心和投资人。

2017年至2018年间,安伟尝试带着这个项目参加了中科院联想之星的成果转化培训。经过数次培训课发现,绝大部分的成果并不能一步成功,仅有少数的成果项目,既要保证技术先进性,还不能脱离市场支持和研发持续完善,最后才能生根发芽。

截至目前,“两虫”检测设备相关产品已经在地市级疾控中心、供水水质监测研究所、第三方检测公司、以及相关科研院所等数十余家单位得到应用,受到了用户的好评及肯定。

“概念验证”提升应用

据了解,2022年我国发布了新版饮用水国标GB 5749-2022,进一步提升了饮用水检测标准。因此,“两虫”检测自动识别系统将迎来巨大的市场潜力及应用前景,未来能为国家节省上亿元外汇,还将大幅降低用户综合使用成本。

而在进一步的研究和推广中,安伟发现,“两虫”检测的仪器配套耗材的利润空间,要远比仪器高,前景更加广阔。

此前,安伟参加了中科智汇工场与中科院相关研究所组织举办的“概念验证创新大赛”,并以优异的成绩获得了“CAS概念验证计划”的支持。安伟希望在“CAS概念验证计划”的支持下,在“两虫”检测仪器耗材方面能有更大更快的突破。

据了解,为推动具有市场潜力的基础研究从实验室走向市场应用,减少基础研究成果转化的风险和不确定性,中科院科技创新发展中心与北京市海淀区政府联合打造了“CAS 概念验证中心”,并实施“CAS概念验证计划”,以挖掘和释放中科院科研院所的研发优势,让科研成果走出高墙大院。

科技成果转化过程,会面临“达尔文死海”“最后一公里”等问题,但成果转化走好“第一公里”也同样重要。“CAS概念验证计划”就是为了给科研人员在科研前端提供指导,减少研究成果转化的不确定性。

中科智汇工场总经理柳海永介绍,“CAS 概念验证计划”是全新的组织模式,将通过提供种子资金、商业顾问、创业教育、产业资源对接、投融资服务、孵化空间等服务,对早期项目进行筛选和扶持,支持和培育一批早期项目从实验室走向市场。

多年的实践让安伟意识到,要把技术成果转化好,是一件很有挑战的事情。“经过多年积累,中科院等科研单位尚有大量值得产业化的专利技术和科研成果,国家相关部门及行业对科研成果产业化过程的支持力度越来越大,合作各方对科研成果产业化具体分歧的协调管控也越来越智慧、越来越有效,相信将会有越来越多的科技成果能实现产业化。”

 
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