国货「巧创新」，科研「大效率」：真空离心浓缩仪为脑科学解码按下快进键
2025-12-25 10:55:42, 吉艾姆离心浓缩
北京吉艾姆仪器有限公司
高分辨质谱仪的指示灯规律闪烁，串联四极杆质谱仪屏幕上实时绘出数据曲线，角落的离心浓缩仪正带动样品管稳定旋转，各类仪器的低鸣交织成实验室熟悉的背景音……这里，正是北京脑科学与类脑研究所生物质谱中心的日常工作图景。 这幅日常图景背后，一项项前沿的探索正悄然推进：当脑瘤、阿尔茨海默病等疾病持续威胁人类健康，我们如何在症状显现前，捕捉到其释放的早期分子“信号”？在这里，科学家们正通过解析各类仪器生成的海量数据，为解锁疾病早期预警的分子密码提供最基础的科研支撑。生物质谱中心实验室全景
日前，媒体一行特别走进北京脑科学与类脑研究所（以下简称“北脑所”），探寻质谱技术如何支撑脑科学前沿研究，及其背后“工具智慧”如何为科研实验提效赋能。
一、北脑所生物质谱中心：前沿探索的“关键技术引擎”
位于昌平区生命科学园的北京脑科学与类脑研究所成立于2018年，是北京市政府与中国科学院、北京大学、清华大学等7家单位共建的新型研发机构，现有近40个实验室和11个辅助技术中心。据了解，北脑所的高水平创新研究主要聚焦脑认知原理解析、脑重大疾病、神经科学新技术、神经编解码与神经计算四大方向。目前已在脑机接口、脑重大疾病基因治疗等重点领域产生了一批重要成果。
生物质谱中心作为北脑所的技术平台之一，正是这些前沿探索的“关键技术引擎”。中心主要开展质谱技术在神经生物学和生物医学领域的应用研究，主要工作包括使用高分辨质谱研究脑瘤、阿尔茨海默病等脑病患者血浆和组织的蛋白变化，并分析不同疾病模型动物组织的蛋白表达情况，为疾病的早期诊断和治疗提供支撑。同时，生物质谱中心还使用高灵敏度串联四极杆质谱仪开展神经递质，内源代谢物和药物代谢物的高灵敏度定量分析等研究工作。 科研的突破往往依赖于技术的创新与支撑，北脑所井淼老师课题的研究便是一个典型案例。据了解，课题组开发了一种研究蛋白相互作用的化学探针，其技术原理是通过光交联化学探针将G蛋白偶联受体与其潜在的未知配体进行偶联，再使用高分辨质谱和蛋白质组学技术对这些未知受体进行检测。“可以简单理解为利用粘毛器的滚刷，精准筛选出所需要的那根毛发”。中心负责人用一个生动的比喻向我们解释。 在寻找配体的过程中，井淼老师课题组成员尝试了多种样品制备和富集方法，质谱中心也尝试了多种数据采集和分析方法，最终成功发现了一个未知GPCR的配体。“这背后离不开平台的技术支撑。”中心负责人坦言，生物质谱中心长期积累的低丰度样本处理经验、高分辨质谱的精准检测能力为这项成果提供了关键保障。 而这项技术的意义远不止于此：目前还有近500种G蛋白偶联受体的配体尚未明确，而这些受体与肿瘤、神经系统疾病密等切相关。这项技术为GPCR的功能研究提供了一个强有力的工具，也展示了高分辨质谱和蛋白质组学技术的广泛应用前景。 当前受体发现属于“大海捞针”式工作，单个目标筛选需处理数千种候选分子，效率瓶颈显著，这也让近500种G蛋白偶联受体的配体探索之路充满挑战。 工欲善其事，必先利其器。在基于质谱开展的一系列精准研究工作中，“器”不仅代表核心质谱仪本身，更包括决定数据“出生质量”的样品前处理环节。 一项针对全球100多个实验室的统计研究显示，样品前处理所花费的时间占整个分析过程的61%，分析过程中样品前处理产生的误差最大，高达30%。 可以说，样品前处理的质量不仅直接影响最终分析结果，还会影响仪器的使用寿命。而做好样品前处理，能够有效缩短整个实验周期、提升研究效率。可就是这样一个如此耗时却至关重要的环节，却常常被实验人员所忽视。 在走访过程中我们了解到，样本预处理是整个蛋白质组学实验流程的第一环，重现性、处理低丰度样本时的稳定性和回收率是实验人员面临的最大挑战。在日常工作中，研究人员往往需要同时处理数十乃至上百份样品，样品制备的重现性是决定实验成败的关键因素之一。此外，在分析临床样本时，能够获取的样品量往往也十分有限，组织样品通常只有几个毫克，体液或者血浆样品只有几十甚至十几微升。处理这些微量样本，不仅对实验技术人员的要求很高，对前处理设备的性能也是很大的考验。 在众多前处理设备中，真空离心浓缩仪作为实验室使用频率最高的“刚需设备”，几乎每天都在不间断运行。其应用场景贯穿多项关键实验：处理蛋白质组学样品时，脱盐后需利用真空离心浓缩仪将含有乙腈的洗脱液抽干；开展定量分析时，固相萃取净化后仍需它处理洗脱液；为提升分析灵敏度，对样品进行浓缩也离不开它。可以说，真空离心浓缩仪的稳定性与效率，直接影响整个实验的进度与质量。 在生物质谱中心的实验室里，这台正在高速运转的真空离心浓缩仪，正是科研人员日常工作中的得力助手。“当初选择吉艾姆的这台真空离心浓缩仪，其实源于一次‘拆机维修’。”中心负责人笑着回忆起合作的起点。2017年前后，实验室使用的进口真空离心浓缩仪出现速度慢、轴承异响等问题，吉艾姆的齐总亲自带队上门拆机维修，不仅深入掌握设备结构、顺利解决故障，还为中心省下了上万元的维修费用。“那次之后，我们就记住了这个扎实做事的国产品牌。” 后来，在做了大量调研且采购经费支持的情况下，中心最终采购了吉艾姆CV600冷冻离心浓缩仪。“使用后的感觉，就像是一下子从诺基亚升级到了智能手机。”中心负责人这样形容设备带来的改变。 从日常实用场景来看，相较此前的离心浓缩仪，这款设备更加贴合实验人员的实际需求：样品浓缩速度明显加快，能大幅缩短处理时间；同时，样品回收率高，减少了珍贵样本浪费；样品室的制冷功能可保护热不稳定样品，避免其在处理过程中失效；加热功能则进一步提高了浓缩效率。更为实用的是，零下60℃的废液收集冷阱能够高效回收废溶剂，不仅减少了实验人员的风险，还降低了对真空泵的污染，提高仪器整体的运行效率。 更让实验室人员印象深刻的，则是吉艾姆产品设计中的“用户思维”。一是“0培训”理念的设计巧思。“可以看到，现在正在闪烁的就是用于观察样品状态的频闪LED灯，我们在日常工作中，无需开盖即可观察到高速旋转样品管中样品的蒸发情况，这是一种非常创新且实用的设计，也是其他同类设备所不具备的。” 据了解，这种设计灵感源于印刷行业，其原理是当转速与灯光闪烁频率同步时，样品管在视觉上呈现“静止”状态，使操作者无需停机即可实时观察样本状态，避免了频繁开盖及开关仪器造成的样品污染和时间延误。“这种设计看似简单，却实实在在解决了实验室日常的痛点。新来的实验员甚至不用培训，也可直接上手操作。” 二是“不请自来”的售后工程师。除服务响应及时外，吉艾姆的工程师无需用户主动联系，就会不定期主动上门维护，免费更换配件（如密封圈、泵油等）。 同时，吉艾姆也高度重视用户的反馈。根据用户的反馈持续对产品进行优化迭代。以密封圈为例，某进口品牌的真空离心浓缩仪用户需要用胳膊肘按压才能确保密封，但吉艾姆经过六代迭代，目前已升级至单层高可靠性密封圈，实现了“一按即合”的便捷操作，避免了因密封不严导致的样品真空失效、交叉污染等风险。 谈及分析仪器的未来发展时，中心负责人明确表示：“未来国产分析仪器一定是用户的主流选择，而自动化则是让科研人员‘松绑’的关键。”国产仪器近年来的进步有目共睹，不仅在性能上追赶进口设备，更能精准捕捉用户需求，像吉艾姆这样从维修细节、功能设计到售后服务都“以用户为中心”的国产品牌，正在获得越来越多科研机构的认可。 随着样品通量和复杂度的增加，自动化是必然趋势。井淼老师团队就有一个非常典型的例子：发现一个蛋白受体往往需要3-5年的“持久战”。2020级的一位博士，今年总算顺利毕业，说是“喜提延毕”，实则是硬生生熬到找到了目标蛋白受体。如果有更加高效的自动化仪器辅助，相信这类关键实验的周期将有望显著缩短，研究人员也能从部分重复性操作中解放出来。 科研进步从来不是单打独斗，设备与研究的紧密结合才是关键。未来生物质谱中心将持续探索质谱技术在脑科学中的应用，而可靠的国产设备也将成为团队在“数据海洋”中继续打捞生命信号的重要伙伴。 以金刚1000为代表的系列离心浓缩仪配备高功率红外灯，利用红外辐射效应，红外线以电磁波形式从热源直接照射到转子底部，使热量直接作用于样品适配器，从而实现样品温度的加热。这一技术创新打破了传统侧壁传热的效率瓶颈，有效解决了实验室用户在处理DMF（N,N-二甲基甲酰胺）、DMSO（二甲基亚砜）、NMP（N-甲基吡咯烷酮）等高沸点溶剂时“蒸发慢、耗时长”的难题，真正实现了“安全不降速、高效不损样”。在实际应用中，其浓缩效率较传统侧壁传热方式提升数倍，且能灵活处理小体积样品或沸点低于水的溶剂，适配分子生物学、药物研发等多领域实验需求。
