对话BOSCA2021获奖者刘畅：掀起一场高通量检测革命

　　分析测试百科网讯 近日，Bioanalysis Zone宣布将2021年生物分析杰出贡献奖（BOSCA）颁发给在声波激发耦合质谱技术(AEMS) 研究中做出重要贡献的SCIEX科学家刘畅博士，以表彰他在生物分析领域杰出的研究、影响力和参与。分析测试百科网近日采访了SCIEX青年科学家刘畅博士，通过他回溯自己开发AEMS中激动人心的经历，让我们了解创新如何变成现实，如何改变未来。

　　生物分析杰出贡献奖（Bioanalysis Outstanding Contribution Award, BOSCA）始于2014年，旨在表彰对于该领域有杰出贡献和创新引领意义的科学家。BOSCA奖接受来自世界各地的科学家的申报，而最终获胜者则是由生物分析界领军人物组成的评委团评审，业界将BOSCA称为生物分析界的奥斯卡奖。以往的获奖者包括Kevin Bateman (Merck), Jack Henion (Advion)等，刘畅博士是首位华人获奖者，目前也是该奖项历史上最年轻获奖者。

SCIEX青年科学家 刘畅博士

　　刘畅 博士在北京大学获得化学理学学士、在加拿大温哥华不列颠哥伦比亚大学获得分析化学博士学位后，刘畅于2013年加SCIEX。主要研究方向为基于质谱的自动化样品处理技术，质谱接口的研发，及其在高通量药物研发中的应用。其领导的团队成功开发出超高通量的分析平台——声波激发耦合质谱技术(AEMS)，并于2020年商品化（Echo™ MS系统）。刘畅曾获得丹纳赫杰出创新奖，美国化学会分析化学研究生奖，加拿大化学会Ryan-Harris奖等奖项，也是Pittcon高通量质谱会议（2018年2月26日至3月1日；佛罗里达州，美国）和亲和选择质谱会议（2019年3月16日至21日；宾夕法尼亚州，美国）的组织者。

2021 BOSCA获奖者官方祝贺视频，引用自官方发布新闻

　　视频中默克的执行总监Dave McLaren和助理副总裁Kevin Bateman(2019年 BOSCA 获奖者)、辉瑞的副研究员Hui Zhang以及SCIEX首席科学家Tom Covey对刘畅博士表示了衷心祝贺。

　　BOSCA的评审团一致认为，刘畅（SCIEX，Vaughan，Canada）因其杰出的研究、影响力和在生物分析领域的参与度，是今年BOSCA奖最值得称道的一位。

　　百时美施贵宝的Wilson Shou评价说：“作为早期的合作者之一，我们见证了刘畅在设计、改进和优化AEMS技术方面持续投入的科学创新和创造力，同时也体验到该技术为百时美施贵宝和其它众多生物制药公司加速药物发现产生的巨大推动。”

　　辉瑞的Zhang Hui博士评价说：“我真的相信，如果没有刘畅，这项突破性的技术将不会产生成果，整个生物分析界将错过一个巨大的发展机会。”

　　SCIEX首席科学家Thomas Covey评价说：“刘畅是声波激发与质谱耦合系统（AEMS，Acoustic Ejection Mass Spectrometry）研发的核心，从早期理念到原型设计及构建，到在辉瑞、默克、百时美施贵宝和勃林格殷格翰 （Boehringer Ingelheim，德国）等8个非常早期合作者处成功的安装培训，刘畅的工作为SCIEX在2020年成功推出商品化AEMS奠定了重要基础。”

　　★缘起

　　2013年博士毕业后，刘畅就加入SCIEX全球研发团队。那时，SCIEX已在质谱技术领域拥有超过40年的创新经验。作为一名专注于硬件创新的科学家，刘畅的工作是找到改进液相色谱质谱仪的方法，而这些仪器被用于从事临床到药物的各种化学分析研究工作。

　　在过去的几十年中，SCIEX研发团队一直致力于相关技术的创新，不断提高样品检测的灵敏度。这时，团队已经清醒的认识到通过不断的技术优化，已经非常接近于理论上的极限水平。于是，团队把下一个技术创新的重点放在了质谱的前端，也就是如何进一步优化样品的前处理和进样系统，来解决现今生物分析领域，尤其是在高通量药物研发领域中的诸多技术瓶颈，包括样品的分析速度，样品间的交叉污染，样品前处理的要求等等。

　　★基石

　　SCIEX作为全球生命科学和技术创新者的丹纳赫集团一员，在质谱技术领域拥有50年的创新经验。从1981年成功推出第一台SCIEX的商业化三重四极杆质谱系统开始，1989年推出第一台SCIEX的商品化液相色谱-质谱联用系统。多年来，SCIEX一直致力于开发突破性的技术和解决方案，不断提高样品检测的灵敏度和检测通量。这些光荣历史和技术传承为AEMS研发打下了第一块奠基石。

　　在高通量分析领域，大家往往在分析技术的选择上面临一个两难选择。基于光学性质的检测虽然能供提供非常快速的样品读取速度，但是标记物的引入经常会造成低特异性的问题，产生假阴性或假阳性的结果。质谱作为一种高灵敏度和特异性的检测技术，能够提供高精度的检测结果，但是质谱的分析速度往往受其进样手段的限制，例如目前最快的液相色谱-质谱（LC-MS）平台仅能达到约每10秒钟一个样品，无法在高通量分析领域进行大规模的应用。

　　针对这一问题，近年来各制药企业和仪器研发团队合作，对各种不同的新型质谱离子化技术进行了尝试，包括葛兰素史克使用的基质辅助激光解吸电离(MALDI)技术、默沙东尝试过高速激光热解析化学电离(LDTD)技术、艾伯维报道的解吸电喷雾电离质谱技术(DESI)技术以及近期阿斯利康使用的声波喷雾电离技术(AMI)。这些新型的电离进样方式虽可达到比传统LC-MS更快的分析速度（每秒一个样品），但对于样品的预处理过程提出了更高的要求。并且，快速的进样速度有时牺牲了离子化的效率和稳定性，对一些复杂样品的分析无法达到与传统电喷雾（ESI）电离方法相匹配的数据质量。

　　为了解决这些问题，我的团队从2015 年起，开始致力于开发声波激发耦合质谱技术(AEMS)。这一革命性的创新科技通过开放式端口接口（Open Port Interface, OPI）将高速声波移液技术与经典的ESI电离方法有机的结合在一起，实现了零交叉污染，高定量分析精确度的高通量分析平台。

　　★问道

　　突破性的创新技术是从一个简单的问题和一次仅有1天的加州之旅开始。十多年来，SCIEX质谱仪一直使用一种叫做开放端口接口（OPI）的智能技术，这项技术是由美国橡树岭实验室开发。但是，我们对一种叫做声波液滴激发技术（Acoustic Droplet Ejection, ADE)的技术感兴趣，这种技术使用声波来分配样本液滴。ADE已上市多年，但它主要用于化合物管理，将样品在不同样品盘间进行转移。但是，我们想知道，如果ADE与OPI相结合，会发生什么？

　　2015年，刘畅飞到位于加州Redwood City的SCIEX实验室，会见了Labcyte的两位科学家， Labcyte负责生产ADE转换器，后来也成为丹纳赫运营公司。这是一个完全创新的尝试，一切实验结果都是未知数，刘畅计划用1个星期进行测试。但仅仅用了1天，就获得满意的数据结果，SCIEX的科学家们相信这两种技术可以协同工作。

　　于是，刘畅和同事们在辉瑞、勃林格翰、百时美施贵宝和默克的科学家帮助下，开始AEMS联合研发。同时为了加速AEMS技术面世，让更多客户获益。SCIEX研发团队也从一个两人团队（首席科学家Tom Covey和刘畅）扩大到包括数十名为开发过程做出贡献的工程师，负责软件研发团队也加入致力于设计更快的解决方案，以处理新技术如此迅速产生的大量数据。感谢SCIEX团队和客户的紧密合作和坚定的信念，Echo™ MS系统将在未来岁月里改变人们的生活。

声波激发耦合质谱技术(AEMS)研发历程

（2015-2020）

　　这些仅仅是一个开始，对于该项技术也改进和优化还在进行中，尝试与其他SCIEX创新技术相结合。比如，通过将Echo™ MS系统与我们的高分辨率的四极杆飞行时间技术（QTOF）平台的联用，将会扩展更多的探索性有研究工作流程。

　　★精进

刘畅博士手记

　　分析化学被誉为现代科学技术的“眼睛”，为生物，化学，制药，材料，环境，临床诊断等各个领域提供快速准确的指导数据。而这双“眼睛”的“视力”情况往往是由分析技术的性能决定的。通过技术创新来为大家提供更加快速，精确，稳定的检测结果，一直以来是我的职业兴趣所在。

　　非常幸运的是我有机会加入了SCIEX科研团队，和一群非常优秀的科学家们一起共事。在这里，大家都抱有非常可贵的对于科学技术的强烈热情和对未知领域的的好奇心。这些特质使得我们在创新的道路上一直探索，为质谱分析领域带来新的革命性的技术。

　　Tom Covey博士就是其中非常有代表性的一位。Tom在1980年代领导了SCIEX的第一台液相色谱-质谱联用系统的开发和商品化，并在过去的几十年中一直致力于这一技术的不断创新。然而他并没有安于呆在这一舒适区，而是非常敏锐的捕捉到了LC-MS在现今分析领域中的问题，以超前的眼光力主我们在其他领域中的大胆突破，从而催生了AEMS以及其他革命性技术的发展。我非常幸运能够和Tom这样的科学家在一起共事。对于刚刚进入这一领域的青年学者，我想分享的是希望大家可以一直保有对于未知领域的好奇心，并一直探索下去。

　　刘畅博士自加入SCIEX以来已发表论文30余篇，以下是他近两年（2020-2021）在Echo™ MS系统相关领域发表的代表性论文：

　　1. Acoustic ejection mass spectrometry for high-throughput analysis, Analytical Chemistry, 2021, 93(31), 10850-10861.

　　2. Fluid dynamics of the open port interface for high-speed nanoliter volume sampling mass spectrometry, Analytical Chemistry, 2021, 93(24), 8559-8567.

　　3. Direct analysis from phase-separated liquid samples using ADE-OPI-MS: applicability to high-throughput screening for inhibitors of diacylglycerol acyltransferase 2, Analytical Chemistry, 2021, 93(15), 6071-6079.

　　4. High-throughput mass spectrometry for hit identification: current landscape and future perspectives, SLAS Discovery, 2021, 26(2), 168-191.

　　5. Acoustic ejection/full-scan mass spectrometry analysis for high-throughput compound quality control, SLAS Technology, 2021, 26(2), 178-188.

　　6. Operational modes and speed considerations of an acoustic droplet dispenser for mass spectrometry, Analytical Chemistry, 2020, 92(24), 13525-13531.

　　7. Ultrahigh-throughput and chromatography-free bioanalysis of polar analytes with acoustic ejection mass spectrometry, Analytical Chemistry, 2020, 92(19), 13525-13531.

　　8. Ultrahigh-throughput ESI-MS: sampling pushed to six samples per second by acoustic ejection mass spectrometry, Analytical Chemistry, 2020, 92(18), 12242-12249.

　　9. Ultra-high-throughput acoustic droplet ejection-open port interface-mass spectrometry for parallel medicinal chemistry” ACS Medicinal Chemistry Letters, 2020, 11(6), 1101-1110.

　　AEMS与OPI联用技术一经报道，即被各大制药公司采用（辉瑞、默沙东、百时美施贵宝、勃林格殷格翰等），在药物研发过程中的各个阶段均有成功应用案例。基于这一技术商业化产品——Echo™ MS系统，也于2020年推出。这个专为高通量定量研究流程而设计的里程碑式的产品，就是SCIEX在2020年美国质谱年会上“云”直播(ASMS Reboot 2020)发布的Echo™ MS系统。该系统是基于专有的开放端口接口(Open Port Interface,OPI)的声波激发与质谱耦合系统 (Acoustic Ejection Mass Spectrometry , AEMS)技术。