仪器研发：核心创新和系统集成缺一不可——访“朱良漪奖”获得者清华大学周小红

2020年11月13日，2020年“朱良漪分析仪器创新奖”颁布，3项分析仪器获得“创新成果奖”，5名青年学者获得“青年创新奖”，清华大学环境学院副教授周小红凭借“基于界面调控的高灵敏可再生倏逝波生物传感器”等研究荣获“青年创新奖”。

近期，仪器信息网特别采访了清华大学环境学院副教授周小红，请她谈谈获奖经历，以及她对新冠病毒现场快速检测领域的看法。

清华大学环境学院 副教授 周小红

周小红毕业于清华大学，曾在加拿大阿尔伯塔大学、英国南安普顿大学访问，并于2009年入职清华大学环境学院任教，在水环境监测的生物传感分析技术相关领域具有十余年的研究经验。

“在选择研究方向的过程中，我也曾经有过很多迷茫。”周小红说。

周小红在博士期间的研究方向是“基于微电极的生物膜同步硝化反硝化研究”，并希望通过微电极来解析污水处理生物膜的内部特性。入职任教后的前几年，她仍然在重复之前的研究模式，解析不同来源的生物膜，但研究的“瓶颈”也随之出现。“当时就觉得很迷茫，感觉到这种重复类似的研究越来越缺乏创新性。”

迷茫的时候，找到对的人为你指点迷津很重要。周小红就找到了对的人，这就是她的博士导师、团队负责人施汉昌教授。“我把我的困惑告诉了施汉昌教授。”周小红说：他也认为只用微电极来测试不同的生物膜或其他对象，研究只停留在了“平面”，无法成为体系，需要在之前研究的基础上，加强深度和广度。“施汉昌教授的研究兴趣比较广泛，在污水处理高效厌氧反应器、污水处理厂优化运行控制到新型水质监测生物传感器等多个领域都有很深的造诣。我就是在这样一个学科交叉氛围浓郁的课题组中成长起来的。”结合自己的兴趣爱好和导师的建议，周小红最终选择在微电极的基础上进行创新，并慢慢将研究方向聚焦到水质监测的新型生物传感技术上。

最近5年，周小红课题组的工作进展可以归纳为三个方向：开发了一系列主要以功能核酸为基点的微量有毒污染物新型识别材料；发明了基于界面调控的高灵敏可再生倏逝波核酸传感芯片；参与研制形成了污染物浓度快速检测与风险筛查的倏逝波生物传感器。

倏逝波生物传感器及其配套的生物传感芯片

周小红特别介绍了，她们最近成功制备了“针对微囊藻毒素的广谱特异性单克隆抗体”，能够对超过12种微囊藻毒素变异体产生交叉响应；她们还刚刚研发出了小型化SPR原型机，为后续发展非标记污染物检测技术打下了基础；此外，她们已经实现小批量量产的移动式水质分析仪，重量仅2kg，可以实现水中氨氮、浊度、正磷酸盐、氟化物和余氯等的比色检测，检测方法符合国标。同时，周小红也在寻找科研和产业化合作对象，欢迎更多感兴趣的专家参与进来。

移动式水质分析仪

研制一项新技术并非易事，过程中一定会遇到诸多困难。谈到这次获奖的“基于界面调控的高灵敏可再生倏逝波生物传感器”的研究历程，周小红也是颇有感触：“我感觉我遇到最大的难点就是学科交叉带来的知识屏障。”

“基于界面调控的高灵敏可再生倏逝波生物传感器研发过程涉及环境分析化学、生物、光学、机械、自动化、电子、软件等多个学科的交叉知识，要面面俱到几乎不可能。”周小红说。因此，她们课题组根据团队特点，将仪器的创新点放在微量污染物的新型生物识别材料的制备和可再生光学生物传感芯片的研制两个方面。同时她们与企业合作，开展了仪器集成和推广应用等工作。

周小红觉得：仪器研发是一个系统工程，既要挖掘点上的创新，也要关注整体的集成，用创新带动仪器核心性能提升，用集成化零为整，两者缺一不可。

今年新冠病毒席卷全球，在庞大待测群体面前，PCR检测显得力不从心，新型病毒现场快速检测技术也被备受重视且发展起来。据了解，在新冠疫情爆发期间，周小红所在的清华大学环境学院承担了中国工程院的重大应急攻关专项——“新型冠状病毒传播与环境的关系及风险防控”，周小红课题组也参与了相关研究，对新冠病毒现场快速检测领域也有一定的见解。

周小红表示：“我们此前特别关注了国内外关于新冠病毒现场快速检测技术的相关工作，这类技术如果能够有所突破，就有可能快速缓解集中检测造成的资源透支和交叉感染问题。譬如美国雅培推出的ID NOWTM技术，运用了切口酶驱动恒温核酸扩增反应，5分钟检测出病毒核酸阳性，而且仪器小型化程度很高。

今年2月份，疫情还处在爆发初期，科技部就已经开始呼吁加快推进新冠病毒现场快速检测产品的研发和应用，并支持了相关应急攻关专项。国家药监局也紧急审批了几家新冠病毒核酸快检类产品的上市申请，将检测时间缩短至30分钟到1小时不等。此外，随着新冠病毒抗体开发日益完善，基于抗体的病毒抗原的快速检测技术和产品也越来越多。如何做到更快、更准、更少污染一直是病毒快检技术的发展趋势。

周小红说：“我们课题组利用计算生物学方法筛选出了3条新冠病毒亲和短肽，其中两条是亲和肽对，可以用于发展病毒抗原的夹心检测技术，同样也很希望寻找科研和产业化合作对象，研制出更为快速、便利的病毒快检方案。”

对于未来自己的方向，她说：“我未来的目标是做出一些有核心技术突破同时又服务于国家需求的环境监测仪器设备。”

周小红，清华大学环境学院副教授、博导。致力于水环境安全监测的生物传感基础理论、技术与装备产学研一体化研究。开发了环境微量有毒污染物新型识别材料，发明了基于界面调控的高灵敏可再生倏逝波生物传感芯片，参与研制形成了污染物浓度快速检测的新型生物传感器。近五年以第一/通讯作者发表SCI文章35篇，含1篇Advanced Functional Materials(IF 15.6)、2篇Analytical Chemistry、9篇Biosensors & Bioelectronics。论文被国内外同行引用1000余次，H-index为19，曾获教育部技术发明一等奖(6/6)，国家生态环境保护专业青年拔尖人才等奖励。