2017年6月，苏州医工所周连群团队研制的生物分子界面分析仪在中科院南京土壤研究所成功装机推广并进行现场用户培训。在江苏省产业技术研究院、科技部863计划、国家自然科学基金等项目的资助下，针对空气健康、生命科学，健康监测等领域对先进传感芯片和系统的强烈需求，结合中科院苏州医工所在医用纳米材料、传感器件、系统和临床应用开发方面的优势，团队攻克核心技术难关，目前正在进行系列传感芯片和系统的研产开发。
图1 团队在中科院南京土壤所现场汇报（左）及用户培训（右）
生物分子界面分析仪及芯片，是应用在生物生命分析领域中，实现对生物分子的分子相互作用、动力学研究、细胞吸附、迁移变化、药物作用与药物筛选、生物相容性、聚电解质膜层的组装等高灵敏度检测和分析，也可以应用于石油、化工、航天等领域。
图2 生物分子界面分析应用原理
用于复杂样品体系的样品分析时，利用光学折射原理探测复杂样品时深度受限，检测结果易受到溶液透光性和粘度等影响。上世纪90年代中期，瑞典某公司已研制出样机用于检测质量变化和耗散系数等参数，并获得众多同行和市场的认可。但进口仪器和芯片售价昂贵，且芯片频率较低灵敏度受限。美国某公司研发的多通道微流控压电阵列芯片及设备灵敏度较高，但因其售价高达300万元，投入市场两年间仅在欧美销售几十台，国内客户还未见有购买。
周连群研发团队采用独创的高灵敏度压电薄膜技术，优化微纳加工工艺实现薄膜化压电晶片（Lamb波器件、高频QCM器件）的批量化制备，完善质量控制和工序管理，提高了生物分子分析仪核心传感单元产品化的成功率。研发出2微米厚度薄膜型压电声波传感器，器件信号强度大于60 dB，生物分子检测灵敏度提升至皮克量级。独创的芯感？MEMS技术，结合一体式微流控进样和高频信号采集等模块，实现了芯片和系统的低成本、高性能、高兼容性。仪器的硬件和软件在稳定性方面进一步提高，突破国外垄断产品的专业壁垒，获得15项相关发明专利授权，申请的国际PCT专利已进入日本和美国。为了进一步满足国内的科研院所和企业对生物分子界面分析仪的不同层次的用户需求，开发出双通道和迷你单通道两款仪器产品及配套芯片。
图3 生物分子界面分析仪产品。双通道（上）和迷你单通道（下）
该团队研发的生物分子界面分析仪已经过苏州市计量测试研究所的校准和认证，生物分子界面分析仪温度测定过程中设定温度为37℃，1小时内温度波动度为±0.04℃（国际同类产品温度波动度±0.08℃），频率1小时内测量频率最大值与最小值的差值为1.5Hz。仪器温度部分（证书编号：900387176）和频率部分（证书编号：900387177）均通过认证，综合性能指标达到了国际同类水平，部分指标超过国际同类产品的先进水平。
图4 第三方检测机构出具的仪器参数校准证书
材料和机理研究方面，该团队在氮化铝（AlN）压电材料机理（X. Bi et al., J Mater Sci: Mater Electron, 2014, 25, 6, 2435-2442, IF=2.019）、高品质因数（L. Zhou et al., Appl. Phys. Lett., 2009, 95, 223505-223508, IF=3.411）、多参数解耦（L. Zhou et al., Sensors, 12 (2012) 10369-10380, IF=2.677、L. Zhou et al., Sens. Actuators, A, 181 (2012) 1-5, IF=2.499）、新型材料掺杂合成（Z. Guo et al., Small. 2015, 11(4):438-45, IF=8.643、Z. Guo et al., ACS Applied Materials & Interfaces, 2014, 6(23):20700-20708, IF=7.504、Z. Guo et al., Semiconductor Science and Technology 2017，DOI: 10.1088/1361-6641/aa6a64, IF=2.305）等方面进行了深入研究。应用领域方面已在国际知名期刊上发表多篇高水平研究论文，其中包括太湖水样微囊藻毒素检测（Hao He, et al., Talanta. 2015，131：8-13, IF=4.162）、内毒素检测（T Liu et al., Analytica Chimica Acta. 2017, IF=4.950）、生物传感（W, Zhang et al., Biosensors and Bioelectronics, 2017，92：523-528, IF=7.780）以及凝血检测等（Y. Yang et al., Biosensors and Bioelectronics. 2017, DOI: 10.1016/j.bios.2017.06.021, IF=7.780）。该技术已经在苏州科技城医院及多家科研院所、公司等单位进行了应用示范。
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