近日，中國環(huán)境APP產(chǎn)經(jīng)頻道特開設(shè)《突破“卡脖子”系列》，北京蘭友科技有限公司創(chuàng)始人、總經(jīng)理馬放均接受專訪，分享關(guān)鍵核心技術(shù)突破過程中的心得體會(huì)。

以下為采訪正文，一起來看看吧~

一家專精特新企業(yè)，歷經(jīng)7年成功研發(fā)出國際首臺(tái)套全自動(dòng)土壤、沉積物樣品制備系統(tǒng)，與傳統(tǒng)手工制樣方式相比，原來5~10個(gè)人需要10多天才能完成制備的樣品，現(xiàn)在一個(gè)人操作一臺(tái)設(shè)備即可在兩個(gè)多小時(shí)內(nèi)完成；原來只能靠人手工記錄數(shù)據(jù)，攝像頭輔助質(zhì)控，現(xiàn)在可以一鍵導(dǎo)出全部原始數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全流程可追溯。企業(yè)為何要選這個(gè)方向研發(fā)，中國環(huán)境報(bào)記者為此前往北京蘭友科技有限公司，進(jìn)行深入采訪。

土壤樣品制備過程既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，70%的時(shí)間、60%的成本以及80%以上的誤差都源于此

記者了解到，土壤生態(tài)環(huán)境監(jiān)測工作是摸清我國土壤質(zhì)量基本狀況的重要依據(jù)。土壤監(jiān)測包括土壤樣品采集、制備流轉(zhuǎn)與保存、檢測分析三個(gè)環(huán)節(jié)，其中60%成本、70%時(shí)間和80%誤差來自采樣及制樣環(huán)節(jié)。通俗的說，就是土壤樣品的制備過程既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，誤差概率也大。

目前土壤樣品的制備工作主要還是依靠人工。人工制樣怎么做，為什么難？記者了解到，土壤樣品采集之后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，會(huì)經(jīng)歷這樣的一個(gè)過程：一間大的自然風(fēng)干室擺滿了待干燥的樣品，每個(gè)樣品攤開，不能加風(fēng)扇吹，更不能加熱鼓風(fēng)，操作人員必須經(jīng)常翻拌樣品，把下面濕的樣品翻上來，大塊的樣品掰成小的，把葉子、植物根莖、砂石等非土壤物質(zhì)挑揀并收集起來。樣品全部干了之后，被轉(zhuǎn)移至制樣實(shí)驗(yàn)室，5—10個(gè)人進(jìn)行研磨、篩分、四分、裝瓶、塑封、稱量、記錄、清潔等，這些工序或是流水線式作業(yè)，或是兩人一組負(fù)責(zé)一個(gè)樣品。一個(gè)流程下來，大致需要10天半個(gè)月的時(shí)間，如果在南方梅雨季節(jié)，時(shí)間會(huì)更長。

北京蘭友科技有限公司創(chuàng)始人、總經(jīng)理馬放均介紹說，人工制樣的痛點(diǎn)是，我磨的土你磨的土，沒法驗(yàn)證、沒法溯源；做完了，好不好，不知道，也不可比。此外，樣品的一致性比較差，制樣效率非常低，如果嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)去做，一個(gè)人一天最多做3-5個(gè)樣品，而且交叉污染嚴(yán)重，綜合成本高，有損害制樣人員健康的風(fēng)險(xiǎn)。

這種落后的工作方式，嚴(yán)重制約了國家對(duì)土壤環(huán)境監(jiān)測的迫切需求，急需用標(biāo)準(zhǔn)化的智能制樣設(shè)備來代替，確保樣品制備在冬天、夏天一個(gè)樣，海南、東北一個(gè)樣——這正是馬放均帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)7年前開始創(chuàng)業(yè)的背景。

我國對(duì)樣品制備的標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范要求非常嚴(yán)格，但手工制樣過程中很難得到貫徹實(shí)施

土壤樣品制備環(huán)節(jié)直接決定著土壤環(huán)境監(jiān)測的準(zhǔn)確性和可靠性。但是，馬放均及其團(tuán)隊(duì)在大量走訪和調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，由于土壤樣品制備環(huán)節(jié)不直接出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果，耗費(fèi)大量時(shí)間和人力，因此經(jīng)常被忽略，有些實(shí)驗(yàn)室甚至發(fā)生跳過樣品制備環(huán)節(jié)，在樣品采集回來之后，直接抓取部分顆粒進(jìn)行消解的嚴(yán)重違規(guī)現(xiàn)象；很多實(shí)驗(yàn)室缺乏專業(yè)的樣品制備部門，人員和場地也很難滿足要求。

馬放均介紹說，各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中關(guān)于制樣的描述并不多，但是他們的團(tuán)隊(duì)拜訪了多位行業(yè)內(nèi)知名專家，對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范逐字逐句進(jìn)行剖析和解讀，發(fā)現(xiàn)每一個(gè)字的背后都有大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證作為支撐。例如關(guān)于樣品粗磨，對(duì)兩公斤左右的鮮樣，標(biāo)準(zhǔn)要求先用圓棍輕輕搟一遍，不能搟太細(xì)，搟完了再過2mm（10目）的篩子，一直重復(fù)這一動(dòng)作直至樣品全部過篩。理想的10目樣品是類似板藍(lán)根顆粒那樣粗的顆粒度，研磨的過程應(yīng)該保持土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)而不被破壞，這時(shí)候做陽離子交換、pH值、有效態(tài)等指標(biāo)的檢測才準(zhǔn)確。有些實(shí)驗(yàn)室老師甚至對(duì)研磨工具使用桃木還是楊木，都非常嚴(yán)謹(jǐn)，就是為了找到軟硬度適中，既能破碎土塊，又不過度破壞土壤晶格結(jié)構(gòu)；10目樣品留樣后，把剩下的樣品再用同樣的方法研磨至全部過0.25mm（60目）、0.15mm（100目），甚至有的還要到0.075mm（200目），為不同的指標(biāo)分析提供相應(yīng)粒度的樣品。

粗磨成品樣（完美的板藍(lán)根顆粒）

可見，我國對(duì)樣品制備的標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范等要求非?？茖W(xué)，但這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范在手工制樣過程中很難得到貫徹實(shí)施，迫切需要通過智能化、全自動(dòng)化的制樣設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。

下決心做土壤檢測智能實(shí)驗(yàn)室，在中國科學(xué)儀器領(lǐng)域開創(chuàng)了一個(gè)全新的品類

2017年，馬放均首次提出“土壤環(huán)境智能監(jiān)測”，下決心做土壤檢測智能實(shí)驗(yàn)室，希望用智能化設(shè)備跟現(xiàn)有的儀器形成聯(lián)用，真正解放實(shí)驗(yàn)室分析工作人員。馬放均接受中國環(huán)境報(bào)記者采訪時(shí)說，7年前提出這個(gè)想法時(shí)沒人信，但團(tuán)隊(duì)愣是摸著石頭過河，做正向研發(fā)。

2019年，蘭友科技全自動(dòng)土壤樣品制備系統(tǒng)正式商業(yè)化發(fā)布，在中國科學(xué)儀器領(lǐng)域開創(chuàng)了一個(gè)全新的品類，引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注。環(huán)境樣品采樣、制樣、前處理的規(guī)范性很重要，目前這方面存在的問題也是確保數(shù)據(jù)質(zhì)量的最大瓶頸，蘭友科技在這方面取得了重大突破。

圖為蘭友科技研發(fā)生產(chǎn)的全自動(dòng)土壤/沉積物樣品制備系統(tǒng)在北京市地質(zhì)工程設(shè)計(jì)研究院/北京市土壤樣品庫密云分站投入使用。

馬放均介紹說：“這套全自動(dòng)制樣系統(tǒng)，不僅模擬人手實(shí)現(xiàn)了土壤樣品制備全流程中的十多個(gè)步驟的自動(dòng)化集成，還建立了可追溯的質(zhì)量控制體系，解決了傳統(tǒng)人工制樣方法只能靠攝像頭記錄的質(zhì)控問題?！?br/>

土壤樣品制備是復(fù)雜的系統(tǒng)性工作，涉及到十多個(gè)步驟，每個(gè)步驟都有不同的精細(xì)化要求。馬放均介紹說，他們在研發(fā)設(shè)備過程中總共整理研究了105個(gè)涉及土壤、固廢、森林土壤、底泥沉積物等相關(guān)的國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，解決一個(gè)又一個(gè)棘手的問題。比如針對(duì)土壤三普的粗磨要求，蘭友科技研發(fā)的自動(dòng)粗磨專用制備儀能在10分鐘內(nèi)完成一個(gè)3公斤土壤干樣的自動(dòng)粗磨、篩分、稱重、裝樣和清潔，制備出來的樣品形似板藍(lán)根顆粒，制樣效率比人工提高數(shù)倍，且不會(huì)研磨過細(xì)，保留了10目樣品應(yīng)有的顆粒度，確保陽離子交換、速效養(yǎng)分等指標(biāo)檢測結(jié)果的真實(shí)性。

現(xiàn)在，蘭友科技的一臺(tái)全自動(dòng)樣品制備系統(tǒng)可以替代5-10個(gè)人工，實(shí)現(xiàn)全流程智能化、自動(dòng)化完成掃碼、干燥、粗磨、精磨、混勻、篩分、稱量、四分分樣、裝樣、清潔等10個(gè)步驟，可視化、溫度、濕度、壓力、重量、時(shí)間、操作人等實(shí)驗(yàn)條件都能數(shù)字化記錄，結(jié)合視頻監(jiān)控全流程可追溯，報(bào)表自動(dòng)生成，避免人工造假干燥及混勻期間硬件隔離，順序制樣徹底清潔，解決交叉污染，保證制樣質(zhì)量；全流程制備不接觸任何待測金屬元素，杜絕制樣過程外源性污染；研磨采用懸浮敲擊，避免摩擦生熱；低溫制備，防止樣品損失改善實(shí)驗(yàn)室環(huán)境；無接觸樣品，避免操作人員受到粉塵、有害物質(zhì)的傷害。蘭友科技這些獨(dú)創(chuàng)的核心技術(shù)，首次為土壤樣品制備提供了科學(xué)的質(zhì)量控制方法。

目前，該系統(tǒng)獲得科學(xué)儀器行業(yè)的最高獎(jiǎng)BCEIA金獎(jiǎng)（全球四大科學(xué)儀器博覽會(huì)獎(jiǎng)項(xiàng)之一）、朱良漪創(chuàng)新成果獎(jiǎng)、中國優(yōu)秀工業(yè)設(shè)計(jì)獎(jiǎng)等多項(xiàng)大獎(jiǎng)；成功獲得“北京市、浙江省首臺(tái)（套）產(chǎn)品證書”，產(chǎn)品的創(chuàng)新性和先進(jìn)性得到行業(yè)的高度認(rèn)可，目前這套制備系統(tǒng)已經(jīng)成功裝備至全國22個(gè)省、市、自治區(qū)的環(huán)境監(jiān)測、地礦、農(nóng)業(yè)農(nóng)村等政府單位和檢測機(jī)構(gòu)。

業(yè)內(nèi)人士評(píng)價(jià)說，國家急需集干燥-研磨-稱量-分樣-質(zhì)控于一體的自動(dòng)化檢測設(shè)備，蘭友科技彌補(bǔ)了這個(gè)空白。

“這個(gè)領(lǐng)域沒有前人，你是開拓者”，一個(gè)一個(gè)解決困擾行業(yè)的大問題

土壤中混雜的石子、雜質(zhì)怎么挑選出來？記者了解到，這么不起眼的小問題卻是困擾行業(yè)的大問題。馬放均介紹說，關(guān)鍵是要把國家標(biāo)準(zhǔn)吃透，蘭友科技在干燥罐、研磨、篩分等各個(gè)部件上都有巧妙的構(gòu)思，能自動(dòng)挑揀出石子等雜質(zhì)，而且分揀得很干凈。有專家用戶看到蘭友科技做完的實(shí)際樣品之后評(píng)價(jià)說，“這是我們目前看到的最好的方式?！?br/>

自動(dòng)篩選出的雜質(zhì)

 “手工制樣中10多個(gè)類似這樣困擾行業(yè)檢測的問題，我們一個(gè)一個(gè)全都解決了。比如如何解決交叉污染問題，在干燥的時(shí)候，一個(gè)樣品一個(gè)罐子，樣品跑不出來它就不會(huì)交叉污染；制樣的過程中，上一個(gè)樣品制完，系統(tǒng)徹底清潔，掃-吹-吸三步法解決交叉污染問題；如何解決外源性污染問題、干燥溫度問題等，類似這些問題都是靠自動(dòng)化設(shè)備、用流程保證，而不是靠人，這樣就能保證制樣的質(zhì)量和效率”。

“如何研磨土壤？我們選用了氧化鋯這種硬度僅次于金剛石的材料，使用了好幾年，仍然光潔如玉，一點(diǎn)劃痕和殘留都沒有。此外，包括如何篩分、如何稱量、如何裝瓶、如何清潔等都一一解決?！?br/>

“類似這樣的故事太多，這個(gè)領(lǐng)域沒人，你就得做開拓者，這是我們做創(chuàng)新的艱難?！瘪R放均如是說。

推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室智能化，擴(kuò)展到礦樣、中藥、水泥等諸多領(lǐng)域

全自動(dòng)制樣的應(yīng)用場景是怎樣的？把土壤樣品往里面一塞，幾分鐘后全部指標(biāo)就都出來了。裝備了這套系統(tǒng)后，實(shí)現(xiàn)全鏈條、全流程、全自動(dòng)制樣，所有的動(dòng)作人都不用干預(yù)，直接裝進(jìn)去，等制樣完成拿出來即可。

國家環(huán)境分析測試中心主任、《水和廢水分析方法》標(biāo)準(zhǔn)制定者董亮主任專程考察蘭友時(shí)評(píng)價(jià)說，土壤（底泥沉積物）污染普查中周期最長、最費(fèi)人工的工作就是樣品制備，蘭友科技做了開創(chuàng)性的工作，解決了行業(yè)難題。

北京礦冶研究總院檢測中心主任馮先進(jìn)老師認(rèn)為，國外有獨(dú)立的采制樣標(biāo)準(zhǔn)化體系，與檢測標(biāo)準(zhǔn)并存，而我國引進(jìn)時(shí)把它們混在一起了。土壤（底泥沉積物）制樣自動(dòng)化、智能化是未來趨勢，蘭友產(chǎn)品固體制樣平臺(tái)完全能擴(kuò)展到礦樣、中藥、水泥等諸多領(lǐng)域。

智能實(shí)驗(yàn)室是未來的發(fā)展的趨勢，這是馬放均一直堅(jiān)持的判斷，他認(rèn)為，儀器設(shè)備終歸會(huì)替代實(shí)驗(yàn)室手工操作，把人從繁復(fù)的勞動(dòng)中解放出來，讓人工作得更加安全、體面。蘭友科技致力于深耕樣品前處理領(lǐng)域，研發(fā)智能化實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，跟現(xiàn)有常規(guī)儀器形成聯(lián)用，形成完整的智能實(shí)驗(yàn)室解決方案。7年前他們創(chuàng)業(yè)時(shí)就這么想，7年來從沒變過。