2021年CAIA獎一等獎：新型功能磁珠的構建及在復雜低濃度體系快速精準提取中的應用
完成單位：中國科學院過程工程研究所
完成人：楊良嶸，邢慧芳，于杰淼，王麗，屈虹男，吳霞，戎猛，孟啟宇，郭晨，劉會洲
成果簡介：
針對低濃度復雜體系目標物難以快速高效精準可控提取分離的問題，項目組圍繞磁性提取技術從功能磁珠結構設計、界面調控、低濃度目標物提取方法等方面開展了創新研究工作。從界面分子水平相互作用機制研究出發，揭示了載體表面傳質強化的結構基團調控機理；制備了磁響應快、兼具吸附容量大和吸附速率高的納微米磁珠；提出了環境響應均一化載體制備策略，構建了核酸適配體耦合環境響應載體強化提取分離過程；開發了高效精準的痕量目標物提取分離技術和產品，建立了快速高效的蛋白分離方法，實現了低濃度復雜體系目標物高效精準可控分離。在CEJ、Talanta、Analyst等期刊發表論文87篇(SCI 62篇)，他引1470次，單篇最高他引223次；授權37項發明專利(1項國際專利)，撰寫專著2章。獲省部級獎勵4項。
創新點及科學價值：
從分子水平揭示了界面基團與目標物離子相互作用機制，獲得了結構界面對介質吸附容量及速率的影響規律，通過磁珠結構設計優化，強化界面傳質，制備了磁響應快、具有大容量、高速率性能的納微米磁珠；揭示了環境因素對環境響應高分子相變行為的作用機理，提出將環境響應分子修飾于界面，通過改變外界環境如溫度、光、pH等條件調節磁珠界面基團構象變化，進一步控制目標物吸附分離的方法，實現了目標物無污染可控特異性提取分離。基于此開發了一系列磁珠提取試劑盒，實現了痕量低拷貝質粒和微孢子蟲DNA等難提取樣本的快速精準提取，解決了目前國內外市場產品無法穩定提取用戶樣本的難題；實現了血液、細菌質粒和基因組的快速準確提取，產品純度和得率優于國際同行產品；建立了快速高效的蛋白分離方法，實現了復雜母液納豆激酶的快速、簡便的高選擇性規模分離。
社會經濟效益：
規模制備了磁響應性強、性能穩定、核酸蛋白等分離提取性能好的磁性分離載體，降低了制備成本，在此基礎上開發了快速高效精準提取試劑盒以及蛋白規模提取分離技術，應用于全血基因組、痕量低拷貝質粒和微孢子蟲DNA等難提取分析的痕量核酸樣本提取以及蛋白（納豆激酶）的規模化高效分離純化，成果已實施推廣到12家企業及研究單位。相關技術成果推廣應用在三年內為企業創造利稅14,941萬元，節支1536萬元。
應用前景：
該應用基礎研究為化學、材料、生物的前沿基礎研究提供了高效的分離檢測基礎，也為醫藥領域的規模化檢測工作提供了簡便高通量的技術方案，更為大健康領域的規模化生產過程設計和實施提供科學理論和方法。
