项目名称： AirTox——空气颗粒物生物毒性检测设备
转移转化方式：□转让 √许可 □作价入股 √其他
技术成熟度：□实验室 □小试 √中试 □小批量生产 □工业化生产
技术领域：□人工智能 □生物医药 □新材料 □节能环保 √其他
| 申报高校：复旦大学 |
2020年 1 月 14日
| 1. 项目总体介绍: 项目概览空气颗粒物生物毒性快速检测设备用以评估大气颗粒物的生物毒性，为颗粒物污染的人体健康效应快速评估提供数据支持。该系统利用发光菌的“Light.Off”的生物特性，对采集到的空气颗粒物样本进行毒性分析。检测耗时短，样本制备简单，非常适合颗粒物样品的在线监测和结果的快速读出。设备实现多样本的自动快速检测，也可以实现空气颗粒物样本的在线毒性测定。目前针对大气质量的评估集中在化学组分中，未见针对颗粒物毒性的快速评估方法和设备，该装置填补了空气毒性检测的空白，可为空气质量评估提供新的维度，为颗粒物对人体健康的影响提供数据支持。 项目背景近年来，雾霾事件牵动着大众神经，污染事件成区连片发生，京津冀、长三角地区污染现象突出，细颗粒物污染威胁着人类的健康。在流行病学统计中，颗粒物污染在致病的影响中排第四位，成为健康的极大的威胁。细颗粒物具有极大的比表面积，其表面附着了各类化学组分，小粒径容易进入肺部的肺泡、肺上皮细胞中，会诱发各类疾病，混合物污染的毒性评估对认识颗粒物污染的健康效应具有非常重要的意义。但就目前而言，对细颗粒物的毒性认识，仍然非常有限。毒性研究已经应用在水质监测、药物代谢监测等过程中，并且形成了相关的国家、国际标准，其中，利用明亮发光杆菌进行毒性分析的方法以其高效、快速的优点进入毒性检测的视野。明亮发光杆菌的发光过程是其酶系统的作用，在荧光素酶和氧化还原辅酶的共同作用下，可以实现其发光过程，污染物作用在其酶系统中，影响氧化还原过程，从而影响其发光，因而可以利用明亮发光杆菌的亮度变化来评估污染物的毒性。此外，大多研究手段和设备关注在化学组分的分析上，对健康效应的评估处在起步阶段，亟待开发颗粒物生物毒性分析设备，以适应需求，因而我们开发了一套颗粒物毒性评价的生物毒性检测仪器。 设备构成空气颗粒物生物毒性快速检测设备能够实现全自动进样过程，且可以实现在同一检测过程中检测不同样本的高通量检测，通过高灵敏度的检测器实现生物毒性的高灵敏读出。设备同时最多可以检测48个样本，检测流程参考ISO11348的检测流程，通过自动进样系统实现样品检测过程的自动化流程，减轻人力操作的负担。 空气颗粒物生物毒性快速检测设备由温控系统、移液检测系统、样品系统等主要部件构成，各功能模块协作配合，共同完成颗粒物毒性检测的全过程。温控系统温控系统保证检测系统在检测过程中保持17℃，从而保证发光菌复苏后具有很高的生物活性。移液检测系统是由一套三轴机械臂与移液器、检测器共同构成。三轴机械臂通过接受计算机的指令，将移液器精确地定位到生物毒性快速检测设备中空间的任一位置进行作业，三轴机械臂为直角坐标系机械臂，由三个伺服电机驱动，通过运动控制卡实现运动，可以实现三轴联动。三轴机械臂在使用中带动移液器和检测器共同运动，将移液器或检测器移动到所需位置，完成发光菌复苏、样本移液和样本检测的所有过程，三轴机械臂响应速度快，精度高，稳定性好。在仪器面板中，左上角区域放置发光菌复苏液，可以对固化在检测系统中的发光菌进行复苏；左下角区域为样品区，可以将检测样本准备在样品区，由自动移液系统将样品转移至检测系统进行检测；右侧区域为吸头区，用于放置自动移液器移取液体所需要的吸头。此外，系统搭配有用户友好的使用界面，易于上手，操作简便。 |
| 2. 技术创新点:（1）空气颗粒物生物毒性检测设备为空气颗粒物毒性检测提供了一种新的方法，能够实现大气质量对人体健康效应的快速评估；（2）空气颗粒物生物毒性检测设备填补了目前尚未有针对大气颗粒物样本毒性检测设备的空白，可以实现自动化的空气颗粒物样本的快速检测，也可以适配于空气颗粒物毒性的在线监测。 |
| 3. 知识产权归属及相关专利说明: |
| 4.商业化概述 (市场前景): “AirTox——空气颗粒物生物毒性检测设备”是一类环境监测设备，用于大气颗粒物污染状况的健康效应评估。环境监测仪器是用于监测室内外环境各项参数的仪器总称，通过对影响环境质量因素的代表值的测定，确定环境质量（或污染程度）及其变化趋势。随着我国经济水平的快速发展，环境监测行业作为整个环保行业的基础，对我国的水、气、土进行监测起到了重大作用。行业发展迅速，市场竞争激烈。近年来中国环保支出规模的大幅增长凸显了中国环保市场具有较大的需求空间。环保监测体系现已发展成为我国环保治理的中枢神经系统。每个省份、每个地区都要依靠这个体系进行环保管理、控制和治理；从支出规模上看，从2012年的2963.46亿元增加到2018年的6297.61亿元，增长了2.12倍，支出规模大幅增长；从环境监测设备销量来看，2017年中国环境监测设备销售量达到56575台/套，同比增长38.5%，预计2018年中国环境监测设备销售量将达到63398台/套。环境监测设备仍旧集中在传统环境类检测设备，包括烟尘烟气类监测设备、环境空气组分类监测设备、水质监测设备、数据采集设备以及采样器设备等环境检测设备。目前，仍未见成熟的商品化大气颗粒物生物毒性检测设备，大气颗粒物生物毒性检测设备的推出将有机会占领大气颗粒物生物毒性读出的监测市场。随着国家对环境监测行业的政策倾斜和资金投入加大，整个社会对环境问题的关注度提升，环境监测站点增加以及环境监测技术升级，环境监测行业十三五期间将延续前几年的行业景气度，为生物毒性读出设备提供广阔市场空间。 |
| 5. 优先使用产业领域及地方区域:AirTox——空气颗粒物生物毒性检测设备属于环境监测领域的分析方法及配套装置，具体涉及大气颗粒物生物毒性监测分析方法和装置。本发明研制出在线测定大气颗粒物生物毒性的测定系统，解决了该类设备仪器尚无的问题，来满足国内的大气颗粒物生物毒性在线的迫切需要。可用于各地环境监测部门，加入环保物联网中，作为城市智慧环保的一个组成部分，为公众提供颗粒物污染状况的健康效应评估。 |
| 6. 初步意向交易方式及金额:空气颗粒物生物毒性检测设备拟销售毒性检测设备及配套实验试剂，为所需测定环境质量样本的用户提供整体设备及方法方案。空气颗粒物生物毒性检测设备单价定为100,000元人民币，每百次检测试剂组成的检测试剂盒定价为3,250元人民币。仪器设备40万，耗材另计。 |
| 7.行业状况目前对大气颗粒物生物毒性的研究还很薄弱，对大气颗粒物的分析仍旧主要集中在化学组成分析和建立生物毒性测试方法。大气颗粒物富含可溶性离子、有机物以及微量重金属，其中相对浓度较高的二次SO42-、NO3–、NH4+等常规无机离子对动物机体具有一定影响，大气颗粒物中相对浓度较低的重金属元素和多环芳烃（PAHs）等有机毒物对机体存在显著的毒副作用，可能属于大气颗粒物影响人体健康的关键致病组分。颗粒物化学组分分析主要以离子色谱仪（IC）测定NH4+、K+、Ca2+、Mg2+等可溶性阳离子与SO42-、NO3–、Cl–、HCOO–、CH3COO–等阴离子，原子吸收分光光度计（AAS）和电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）测定具有生物毒性的Hg、Cd、Pb、Cr、As五种元素，气相色谱-质联联用仪（GC-MS）、液相色谱-质联联用仪（LC-MS，LC-MSn）等测定具有致癌致畸作用的PAHs有机毒物等。近年来，大气颗粒物在线化学组分检测技术得到了长足的发展，美国TSI公司在2000年推出了世界首台商品化的TSI3800型单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪（ATOFMS），可在单个粒子飞行至电离激光的焦点区域时激光发射并电离粒子，并对激光离子化的粒子进行质谱检测，可以测定颗粒中的无机离子、有机碎片和重金属元素。经过自主研发、我国广州禾信公司研制的单颗粒物质谱仪（SPAMS）具备了ATOFMS的所有功能，部分指标优于美国产品，发展成为我国单颗粒物研究的独特技术。然而，单颗粒飞行时间质谱局限于颗粒物定性分析，不能量化各种化学组分和有机化学成分。蒸汽喷射气溶胶收集器（SJAC）的发明和应用，使得在线监测大气颗粒物化学组分更为易行。SJAC喷射过饱和水蒸汽，导致在气溶胶颗粒上发生水蒸气凝聚增长，实现对颗粒物的捕获和可溶性化学组分的溶解迁移并送入离子色谱定量分析。由瑞士万通公司研发的在线气体组分及气溶胶离子监测系统（MARGA）使用SJAC结合IC实现了小时平均在线监测大气PM2.5或PM1.0中NH4+、K+、Ca2+、Mg2+、SO42-、NO3–、Cl–等常规无机离子浓度。将SJAC和伏安极谱技术联用，瑞士万通公司最新开发的PM2.5化学成分分析系统系统实现了连续在线分析大气颗粒物中Cu、Cd、Pb、Cr、Zn等可溶性金属含量，大大提高了在线分析大气颗粒物化学污染种类与研究深度。但是，至今PM2.5化学成分分析系统系统仍然局限于无机常规离子和水溶性金属离子，不能在线分析颗粒物中的有机化学毒物。美国Aerodyne公司开发的气溶胶质谱仪（AMS）能有效测定有机物和PAHs，但限于该设备价格昂贵，难以让应用部门接受。Agilent公司商业化液相色谱-飞行时间质谱联用仪（LC-TOF-MS）能够快速鉴定和精确定量样品中的PAHs多种有机毒物。Aerodyne公司推出的简化版（ACSM）能快速测定有机物（OA）片段、SO42-、NO3–、NH4+、Cl–，却仍然与AMS一样难以兼顾重金属的同时测量。目前国内外市场上尚无在线测定大气颗粒物生物毒性的仪器，全国各地只用空气质量指数（AQI）这个简单的数字来描述空气质量，不能提供雾霾灾害天气中颗粒物的生物毒性数据，难以准确表明对人体健康的影响。基于上述原因，在我国雾霾经常发生的情况下，发展能够快速测定雾霾空气样本的关键组分和相关生物毒性的联用仪器亟待加强。 |
| 展示方式：√实物（或模型） √展板图文 √多媒体演示 |
| 展示要求：实物模型尺寸（长m×宽m×高m）：0.67*0.48*0.59模型展示条件：220V 电力条件 |