携手破解“两虫”检测难题,树产研合作典范

2020年9月14日 09:57:54 来源: 分析测试百科
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  分析测试百科网讯 水是生命的源泉,但是说起饮用水的检测,人们往往想到的只有物理、化学以及细菌等指标,却忽略了被认为世界上很容易导致人体腹泻的水源性原生动物寄生虫——隐孢子虫(Cryptosporidium) 和贾第鞭毛虫(Giardia),简称“两虫”。

  贾第鞭毛虫和隐孢子虫是两种严重危害水质安全的、人畜共患的人畜共患的原生寄生虫,主要通过饮用水和食品等途径传播疾病。由于它们的孢囊和卵囊的表面包裹着一层较厚的囊壁,因此具有非常强的环境抗性,因为“两虫”的孢囊直径大小只有几个微米,不易为常规的沉淀、过滤等处理方法去除,而且孢囊和卵囊对氯消毒剂的抵抗力远大于大肠杆菌和脊髓灰质炎病毒。

  自1976年以来,世界各地相继发生了多起因“两虫”造成的大规模感染,如1993年美国威斯康星州 “两虫”污染事件导致了约40万人受到感染,全世界至今累计约3.5亿人感染。而在我国大部分地区也多次发现“两虫”病例。例如,1987年在南京市区首次发现了人体感染隐孢子虫病的案例,随后江苏、重庆、安徽、内蒙、福建、山东和湖南也曾有相关病例报道,其中存在河网和畜牧业发达的地区是人群“两虫”感染的热区。

  在北京华科仪科技股份有限公司与中国科学院生态环境研究中心联合举办的“多通道两虫检测一体化预处理设备及辅助自动识别系统”的产品发布会上,小编采访了北京华科仪科技股份有限公司董事长兼总经理边宝丽和中国科学院生态环境研究中心副主任杨敏研究员,请他们就“两虫”的危害与检测等方面进行深入交流。

北京华科仪科技股份有限公司董事长兼总经理 边宝丽

小众不“小重”的“两虫”检测产品

  不同于其他水质检测仪器市场,“两虫”产品市场相对小众,目前中国市场上主要美国爱德士和优百达公司生产、销售检测产品,还没有国产产品销售。这种现象造成了市场垄断,致使检测成本居高不下。随着华科仪与中国科学院生态环境研究中心成功合作,具有自主知识产权的国产“两虫”检测产品成功诞生。边宝丽介绍到,“与国外产品相比,华科仪此次发布的HK-8610多通道‘两虫’检测一体化预处理设备及辅助自动识别系统不仅打破垄断,还有以下几点优势:1. 检测成本低(但样品检测成本仅为现有方法的20%);2. 高效(六通道检测);3. 自动识别。HK-8610是基于‘滤膜浓缩/密度梯度分离荧光抗体法’和人工智能技术的多通道‘两虫’检测一体化预处理设备及辅助自动识别系统,彻底解决了我国饮用水“两虫”检测过程中检测成本高昂、依赖进口技术和设备、检测结果主观性强等诸多问题”。

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HK-8610多通道“两虫”检测一体化预处理设备及辅助自动识别系统

  不同于美国EPA 1623检测方法,用户使用这套系统不仅降低了检测人员学习难度,提高检测效率,同时也大幅降低了后期费用。“经过我们在用户中的实测,这款产品一天最多可以完成20个样品的检测,而人工识别只能查看2、3个样品,效率大幅提升。不仅如此,人工智能的引入也降低了人员培训和学习的成本。”边宝丽说到,“EPA的检测方法成本极高,单是一个水样:过滤用的滤囊(一次性)近1000元,免疫磁分离试剂每次950元左右,荧光染色剂每次达到200元左右。‘两虫’标准溶液每批次3千多元等,因此“两虫”的综合成本就要近5000元。除了耗材成本外,每次检测需要配大大小小十几台仪器,并且都需手工操作,操作过程极其繁锁,同时要求操作人员十分细心。而HK-8610采用的滤膜浓缩/密度梯度分离荧光抗体法后期成本最多500元,只有EPA方法的十分之一,无论对于客户或者检测方来说,成本压力大幅下降。此外配合自动化和AI识别技术,对人员经验的要求也有显著降低”。

  从成本上看,优百达和爱德士两家公司产品市场价最基础配置也超过120万,HK-8610售价不到100万,从整机购买上就具有价格优势;同时后期运营成本相差巨大。此外,进口产品使用过程繁琐,还需人工观测显微镜,HK-8610可配置辅助自动识别系统,检测变得非常容易,检测效率大幅提高。

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中国科学院生态环境研究中心副主任 杨敏研究员

无药可治的“两虫”

  杨敏研究员从技术角度阐述了推出“多通道两虫检测一体化预处理设备及辅助自动识别系统”的意义。在我国现行的《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)检测中有106项指标,而106项指标里唯一能直接造成人体危害的就是“两虫”。其他指标,例如大肠杆菌等是指示性指标,并不一定会引起疾病。但“两虫”不同,它是耐氯、人畜共患的微生物,可以在人和动物如牛等之间传播。人体感染“两虫”后可能出现恶心、厌食、全身不适、腹胀、腹泻、低热甚至死亡等临床症状,目前没有有效的药物用于两虫感染治疗,主要依赖于人体自身产生抗体。

   “一般的病原微生物分几大类:病毒、细菌、原虫。常见的细菌和病毒可以通过消毒进行杀灭,细菌进入人体后也可以通过抗生素进行控制,但水厂常用的氯消毒剂对隐孢子虫和贾第鞭毛虫杀无效,进入人体后更是没有特效药。因此,其危害远高于其他104项指标”杨敏说到。虽然截至目前中国还没有大规模爆发“两虫”感染事件,但在中国很多牧区医院中都会见到感染患者。他们主要通过引用受污染水源、食物等途径感染。

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中国科学院生态环境研究中心 安伟副研究员

  安伟副研究员在该项目中负责技术评估,他曾常年参与国家饮用水水质调查和风险评估。根据研究结果显示,近10年的流行病调查,中国“两虫”感染人口大约有2000万,感染率在1%~7%之间,美国为1%~3%,非洲感染率则超过8%。而在中国牧区,感染率将近30%”。研究表明,老人、小孩及HIV患者是感染的敏感人群,4岁以下儿童易感性相比成人高约11~18倍,HIV患者为正常成人7倍,同时它也可以引起多种疾病的并发症,对人体危害极大。

  虽然常见的杀灭微生物的手段不能消灭“两虫”,但高温、臭氧、紫外线可有效杀死它们。鉴于臭氧、紫外使用成本过高,各大水厂可通过提高颗粒物去除来加强“两虫”防控。此外,国人饮用开水的习惯可凭借高温将“两虫”杀死,但平时用水,例如刷牙、洗碗、游泳却存在感染途径,因此我国在2006年新修订的国标中增补了“两虫”新的检测方法。

“两虫”检测新方法:另辟蹊径,物美价廉

  为应对“两虫”造成潜在的健康危机,我国在2006版《生活饮用水卫生标准》中直接引用了美国EPA 1623方法,导致此后的检测所用的方法、设备、器材、耗材、药剂等依赖于美国进口,造成检测成本居高不下。此外,EPA 1623方法流程包括过滤采样——淘洗浓缩——IMS磁分离——IFA染色——显微镜检,不仅费时费力,而且检测效率极低——平均每天检测2个样品。

  对于“两虫”检测方法更新问题,杨敏表示,在水专项的支持下,生态中心从2008年开始着手研究新的检测方法,目前已经完成《生活饮用水检测方法标准》(GB 5750)中“两虫”检测方法的验证和标准修订。“我们在制定新的检测方法时,汲取了引用EPA标准的教训,通过对比全球“两虫”检测方法后,决定在日本“两虫”检测方法基础上,开发出适合我国国情的新版‘两虫’检测标准”。相比于美国专利的前处理、浓缩、纯化分离过程,日本所用方法均为通用产品,避免了高额的专利费用。对于日本方法中存在的一些问题,生态中心联合其他标准定制单位对其进行修改,开发了基于“滤膜浓缩/密度梯度分离荧光抗体法”的“两虫”检测技术,不仅成功打破国外技术垄断,同时也降低了对人员的要求和检测费用。

  在2013年到2018年,团队花费5年时间,完成了行标的方法验证与标准修订,成功的将其收录到《城镇供水水质标准检验方法》(CJ/T 141-2018)中。在2018年-2020年,团队又完成了新国标(GB 5750)的方法验证。在不久的将来,中国能用上自己开发出“两虫”检测方法和设备,同时检测效率更高。

有待开发的亿元级检测市场

  我国饮用水标准(GB 5749-85)自发布以来,已不能满足保障人民群众健康的需要。在2007年,卫生部和国家标准化管理委员会对原有标准进行了修订,并联合发布新的《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)。在GB 5749-2006中,我国首次增加了“两虫”检测指标,并且这项检测必须半年一测,因此有实力检测方,比如第三方检测、自来水公司、地方疾控等单位会购买一台进行检测。对于实力较弱的检测方,由于进口产品自身价格及后期运营成本高,没能实现产品普及,导致这些单位无法实现“两虫”自检,需要委托第三方机构进行检测。随着新版《生活饮用水卫生标准》(GB 5750)即将发布,要求地方疾控中心、自来水厂、监测总站、第三方检测机构配备“两虫”检测仪器。“我相信,随着人们对水质要求越来越高,法规越来越严格,全国地方检测机构会根据法规和自身能力选择‘两虫‘的产品,虽然仪器前期有一定的投入,但随着使用时间的推移,我相信我们的产品在国内市场有极大的发展空间,未来可期”边宝丽说到。

  据统计,中国“两虫”检测市场饱和率不到20%,市场发展前景巨大,同时每年采购进口耗材超过约上亿元。如果能发展我国自己的检测方法和设备,可以节省大量外汇。不仅如此,为了满足人们对中低端产品的需求,华科仪将在不久将来推出价格更低的“两虫”检测产品,满足预算紧张用户的需求,彻底普及“两虫”检测,让人们用上放心水。

各有所需,一拍即合

  若想将行标升级为国标,除了需要有配套检测方法外,还需要配备相应的分析仪器,因此科技成果转化势在必行。对于双方的合作,杨敏认为科技成果转化是接力棒,科研团队前期构思方法,同时将方法标准化,随后企业实现产品化并将其变为商品。

  对于如此庞大的市场,杨敏表示,“商业推广是企业自身行为,但后续如何完善产品则是双方共同完成的任务。我希望通过第一代产品打开国内市场,在后续的使用中不断收集用户反馈,与企业共同改善产品,最终为中国“两虫”检测单位提供最优异的产品”。随着人工智能技术和计算机辅助技术的快速发展,团队希望与企业共同申请相关项目,提高现有产品的识别水平,进一步提升识别能力和准确率,降低对人的依赖,实现真正的自动化。同时希望利用不断完善的智能化技术,拓展产品的检测范围,从“两虫”单一检测目标拓展为病原微生物,拓展仪器分析能力。

华科仪:所有部件全部实现自主研发

  在进入环保领域之前,华科仪主要深耕电力行业。电力行业有条不成文的“潜规则”,大机组所用检测产品全部来自哈希、ABB、SWAN等进口品牌,国产品牌主要集中小机组自备电厂。然而随着中美贸易战打响,国产化替代趋势以及政府支持国产产品力度越来越明显,很多电厂超过30万的大机组都主动选择了华科仪的产品,一个新建电厂全部安装华科仪产品后,将带来数百万的销售额。2020年上半年,华科仪在电力行业收入1.47亿,去年同期为1.1亿,同比增长33.6%。

  即便业务发展前景良好,但为避免贸易战所带来的相关问题,华科仪也做了充足准备。边宝丽表示,“原来我们进口的芯片基本上都来自美国,从去年开始,转向国产自研芯片,尤其在军工相关行业更为明显。目前,华科仪所有电力行业检测设备全部实现国产化。核心部件探头方面,华科仪从十五年前开始,PH电极、钠电极,溶解性有机物电极等产品,已经全部实现自主研发、生产,摆脱了国外依赖,不受制于人”。

3年实现10位数营收

  谈到未来的发展规划,边宝丽为我们描绘了这样一幅画面:我们一定要始终保持在电力、水分析行业的领军地位,同时扩展新业务,3年实现10位数收入。

  对于一家曾经注重自我营销的分析仪器公司,针对此次发布的“两虫”检测新品,华科仪将采取不同于以往的推广方式:

  1.由自我营销转为渠道营销,在最短时间内将产品推向地方市场。

  2.线上线下共同发力,通过与各方媒体合作,加大线上宣传,同时借助线下会议、展会介绍产品。

  3.用户免费试用。在重点用户单位投放一定数量试用仪器,让他们有最直观的使用感受。同时树立标杆用户,打下良好口碑。

  访谈最后,边宝丽表示,未来华科仪希望继续与中国科学院生态环境研究中心合作,改进现有“两虫”检测产品,让它更智能、更强大,最终完全替代进口产品,让国人用上放心水。