在即將舉行的第18屆中國國際工業博覽會上，丁傳凡團隊將展出包括印刷線路板（PCB）離子阱、柵網電極離子阱、PCB陣列離子阱分析器在內的核心技術成果。該成果已于2015年7月11日通過技術鑒定并獲得2015年度的中國儀器儀表學會科學技術獎一等獎。

    作為現代科學儀器的一種，質譜儀主要用于檢測樣本中的化學成分種類和含量。如同對學生進行科目考試，得到對應學科成績，便知道該學生有學習哪門科目的潛質、哪門科目成績處于中等水平。質量分析器是質譜儀的重要部分，其作用相當于考試過程；而離子阱則是質量分析器的一種，兩者的關系就像線上考試之于考試。丁傳凡團隊的研發成果，即打造離子阱的核心技術。

    丁傳凡團隊創新研發的多項核心技術，不僅提高了離子阱的工作性能，還可以*大程度降低制作離子阱的成本，為實現質譜儀全國產化提供支持。這些技術擁有自主知識產權，已獲得數項包括美國，歐洲，日本和中國的專利保護。

     “質譜儀器荷技術擁有非常大的市場，各行各業都可以嘗試質譜思維。”目前，質譜的運用已涉及到食品安全，航天航空、科學研究、環境監測與精準醫療等領域，并成放射狀向各領域擴散。

    厚積薄發的智慧：用更便宜的材料研發更精致的儀器

    作為質量分析器的一種，離子阱是通過電磁場作用，將離子限定在有限空間內，即“阱”內。離子在電場或磁場中運動，由于質量、大小、種類的不同，離子的運動軌道也有所差異，而此差異可以通過物理方程表達式呈現出來。離子阱將被電離后的離子“收入囊中”，進行質量分析，通過測算的質量能夠推導出此前檢測的樣品中含有哪些成分、每種成分的含量是多少等。

    在此之前，離子阱內的電場分布是通過雙曲面電極實現的，其形狀類似于“掐腰”的圓柱筒。電極產生的電場作用于離子，使不同質量的離子“描繪”出相應的運動軌跡。由于中國在質譜領域起步較晚，無法制作出高精度的雙曲面電極的離子阱，只能花費巨額經費去國外購買，甚至在初期，西方發達國家以高技術產品為借口拒*中國售賣，極大影響了國內科學研究和實際應用。于是，丁傳凡團隊想到用簡單，便宜的印刷線路板代替雙曲面，以簡化制造工藝荷降低成本。

    如同臺式電腦內的主機板，印刷線路板（簡稱PCB）以平面的電極取代雙曲面電極產生高精度的電場分布，就像在白紙上繪制藏寶圖，每個部分由線路相連接。以印刷線路板制作電極的印刷線路板離子阱分析器（簡稱PCB離子阱），相比于以往以十萬元人民幣進口的雙曲面電極離子阱，價格更便宜、加工更簡單、性能更好。

    在此基礎上，丁傳凡團隊還發明了印刷線路板陣列離子阱分析器（簡稱PCB陣列離子阱）。PCB陣列離子阱與普通PCB離子阱同屬于質量分析器類別，兩者結構復雜性相當，在效用上前者是許多個后者的結合體，類似于排炮與單筒炮。后者一次只能對一個樣本內的離子進行質量分析，但前者可以檢測10個、甚至100個樣本，且擁有更快速的分析速度與更顯著的靈敏度，成本也并未顯著增加。

    除離子阱外，質量分析器還有磁分析器、飛行時間分析器、四極桿分析器、傅里葉離子回旋共振等種類。相比于其他種類，離子阱具有選擇性存儲和逐出功能，即選擇離子并穩定存儲在阱內，或者將離子逐出阱外。

    位于離子阱電極平面的小孔，是選擇儲存或逐出的離子的“必經之路”。但這些小孔對于電極中電場的分布會造成影響，以致影響離子阱的性能。丁傳凡團隊由此發明了鋪在上面的柵網電極，消除對電場分布的影響，提高離子透過率與質量分辨能力，并降低了對離子阱離子狹縫口的加工精度要求。丁傳凡團隊獲得了該發明的知識產權。

    目標掌握核心技術：“希望將質譜儀做成家家戶戶都能擁有的東西”

    丁傳凡認為，質譜技術的市場需求將會越來越大。

    比如，質譜儀可用于分析大米成分，用餐者并不知道大米中的重金屬含量是否超標，而質譜儀則能夠通過對大米的取樣分析，得知其中含有多少重金屬元素，以及是否達到對人體有害的程度。同樣運用于生活的質譜儀能夠對蔬果上的農藥殘留進行測量。

    近年來，精準醫學的概念盛行，質譜成像技術和疾病標志物分析能夠發揮作用。通過對人體器官拍攝化學照片，得知體內的生物、化學成分的區別。做腫瘤切除手術時，醫生會遇到無法徹底切除的情況，通過質譜成像檢測人體肌肉組織，能夠通過相應分子清晰得知腫瘤切除的邊界，提高手術成功率。質譜儀在醫學上的應用還處于起步階段，英國、美國、加拿大等國家已開始嘗試。

    然而，對專利保護的突破依舊是國內研究面臨的問題之一，質譜領域的知識產權絕大多數依舊被國外研究者掌握，完全掌握核心技術依舊是國內學者的目標。

    2004年回國后，丁傳凡即在復旦大學開設質譜學理論和應用的課程至今，在中國高校中獨樹一幟。他認為，研究質譜對于跨學科知識的掌握要求很高。“只要有人類，就會有環境，健康、衣食住行等問題，而質譜儀能夠幫助我們了解這些。我們希望將質譜儀做成家家戶戶都能擁有的東西”。丁傳凡非常看好質譜儀的未來。