近日，上海交通大學(xué)宣布，該校材料科學(xué)與工程學(xué)院、張江高等研究院研究員李萬(wàn)萬(wàn)領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)與企業(yè)開(kāi)展合作，歷時(shí) 18 年，最終實(shí)現(xiàn)完整全鏈條技術(shù)突破，研發(fā)出量子點(diǎn)液態(tài)生物芯片多指標(biāo)體外檢測(cè)系統(tǒng)，創(chuàng)建了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的量子點(diǎn)液態(tài)生物芯片技術(shù)平臺(tái)。

官方介紹稱，液態(tài)生物芯片對(duì)核酸和蛋白類標(biāo)志物均適用，其檢測(cè)通量大，檢測(cè)靈敏高，可同時(shí)分析單管樣本中的數(shù)十種目標(biāo)物，檢測(cè)效率顯著提升，對(duì)臨床實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)具有革命性推動(dòng)作用。該成果不僅有利于提高中國(guó)的體外診斷技術(shù)水平，還打破了國(guó)際壟斷。


18年磨一劍打破壟斷

液態(tài)生物芯片技術(shù)是一種新型檢測(cè)技術(shù)，適用于核酸和蛋白類標(biāo)志物，檢測(cè)通量和靈敏度高，可同時(shí)分析單管樣本中的數(shù)十種目標(biāo)物，顯著提升檢測(cè)效率。該技術(shù)核心為特殊的熒光聚合物微球及相應(yīng)的信號(hào)解析，其技術(shù)壁壘高、制造難度大、長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷，是體外診斷領(lǐng)域典型的“卡脖子”問(wèn)題。

據(jù)介紹，此次成功自主研發(fā)出的目前國(guó)際上唯一采用單激光技術(shù)的全自動(dòng)液態(tài)生物芯片系統(tǒng)具有體積小、全自動(dòng)、通量高、樣本量少、準(zhǔn)確性高、重復(fù)性好、線性范圍寬、成本低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)已經(jīng)基于該檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了癌癥、自身免疫疾病、心血管疾病和感染性疾病等系列蛋白 / 核酸的多指標(biāo)檢測(cè)試劑的開(kāi)發(fā)。

李萬(wàn)萬(wàn)團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)18年，實(shí)現(xiàn)了從量子點(diǎn)熒光微球、檢測(cè)分析儀到配套檢測(cè)試劑的全鏈條技術(shù)突破，成功創(chuàng)建了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的量子點(diǎn)液態(tài)生物芯片技術(shù)平臺(tái)。

據(jù)悉，李萬(wàn)萬(wàn)團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上率先提出量子點(diǎn)熒光編碼微球的膜乳化法制備策略。核心編碼微球的制備實(shí)現(xiàn)突破后，基于可通過(guò)同一激發(fā)光激發(fā)量子點(diǎn)熒光編碼信號(hào)的特點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)聯(lián)合企業(yè)，成功自主研發(fā)出目前國(guó)際上唯一采用單激光技術(shù)的全自動(dòng)液態(tài)生物芯片系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有體積小、全自動(dòng)、通量高、樣本量少、準(zhǔn)確性高、重復(fù)性好、線性范圍寬、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)基于該檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了癌癥、自身免疫疾病、心血管疾病和感染性疾病等系列蛋白/核酸的多指標(biāo)檢測(cè)試劑的開(kāi)發(fā)。


“突圍”三大技術(shù)難題

液態(tài)生物芯片技術(shù)核心在于特殊的熒光聚合物微球，以及相應(yīng)的信號(hào)解析。該技術(shù)多年來(lái)一直被國(guó)外壟斷，技術(shù)壁壘高，制造難度大。國(guó)內(nèi)當(dāng)前的液態(tài)芯片平臺(tái)使用的微球制備方法，存在編碼受限、補(bǔ)償繁瑣、制備復(fù)雜、多激光設(shè)備昂貴等問(wèn)題。

李萬(wàn)萬(wàn)團(tuán)隊(duì)遇到的第一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)便是如何制備出編碼微球。考慮到國(guó)外對(duì)編碼微球技術(shù)的壟斷和封鎖，李萬(wàn)萬(wàn)團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上率先提出量子點(diǎn)熒光編碼微球的膜乳化法制備策略。

“從有機(jī)熒光變成量子點(diǎn)，對(duì)儀器的生產(chǎn)轉(zhuǎn)化創(chuàng)造了條件，量子點(diǎn)可以讓微球編碼更清晰、更精準(zhǔn)，對(duì)整個(gè)體外診斷行業(yè)來(lái)說(shuō)，儀器制備和試劑制備的成本都會(huì)降低?！闭憬瓥|方基因生物制品股份有限公司（下稱“東方基因”）首席科學(xué)家方炳良向界面新聞解釋。

量子點(diǎn)（Quantum dots， QDs）通常指直徑小于10納米的半導(dǎo)體發(fā)光材料。2023年，美國(guó)三位科學(xué)家就因“發(fā)現(xiàn)和合成量子點(diǎn)”獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，量子點(diǎn)也因此成為明星發(fā)光材料。其光學(xué)調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，發(fā)光顏色純、效率高，可顯著提升熒光微球的編碼能力，獲得超過(guò)100種的編碼信號(hào)；同時(shí)，通過(guò)膜乳化制備策略得到的熒光微球，粒徑均一、可控，表面可連接多種生物分子，為高通量的多指標(biāo)檢測(cè)奠定基礎(chǔ)。

第二個(gè)技術(shù)難點(diǎn)是檢測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)。核心編碼微球的制備得到突破后，基于可通過(guò)同一激發(fā)光激發(fā)量子點(diǎn)熒光編碼信號(hào)的特點(diǎn)，李萬(wàn)萬(wàn)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合東方基因，成功自主研發(fā)出目前國(guó)際上唯一采用單激光技術(shù)的全自動(dòng)液態(tài)生物芯片系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有體積小、全自動(dòng)、通量高、樣本量少、準(zhǔn)確性高、重復(fù)性好、線性范圍寬、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

第三個(gè)技術(shù)難點(diǎn)是試劑盒的研發(fā)。李萬(wàn)萬(wàn)團(tuán)隊(duì)與東方基因合作，基于上述檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了癌癥、自身免疫疾病、心血管疾病和感染性疾病等系列蛋白/核酸的多指標(biāo)檢測(cè)試劑的開(kāi)發(fā)。目前，系列檢測(cè)儀和配套檢測(cè)試劑盒已經(jīng)獲得歐盟CE認(rèn)證和中國(guó)NMPA醫(yī)療器械注冊(cè)證15項(xiàng)，還有更多的系列聯(lián)檢試劑也處于申請(qǐng)或?qū)徟倪M(jìn)程中，已形成了與國(guó)外同類高端技術(shù)裝備競(jìng)爭(zhēng)的能力，并在全球范圍全面實(shí)施推廣，打破了國(guó)際大公司的壟斷。


“產(chǎn)學(xué)研用”深度融合

黨的二十大報(bào)告提出,把保障人民健康放在優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略位置。精準(zhǔn)診斷是實(shí)現(xiàn)人民健康的關(guān)鍵，對(duì)于癌癥、自身免疫疾病、心血管疾病等重大疾病精準(zhǔn)診斷、對(duì)于多種疾病相關(guān)標(biāo)志物聯(lián)合檢測(cè)是迫切需求。

液態(tài)生物芯片，被我國(guó)列入“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃中須重點(diǎn)突破的體外診斷技術(shù)。由上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院、張江高等研究院李萬(wàn)萬(wàn)研究員領(lǐng)銜，浙江東方基因生物制品股份有限公司、杭州深度生物科技有限公司和上海萬(wàn)子健生物科技有限公司共同成功研發(fā)的量子點(diǎn)液態(tài)生物芯片多指標(biāo)體外檢測(cè)系統(tǒng)，為在我國(guó)普及應(yīng)用液態(tài)生物芯片技術(shù)，進(jìn)一步提高我國(guó)的體外診斷技術(shù)水平，發(fā)展具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的液態(tài)生物芯片技術(shù)做出了重要的貢獻(xiàn)。

近年來(lái)，上海交通大學(xué)積極響應(yīng)政府號(hào)召，面向市場(chǎng)導(dǎo)向的應(yīng)用研究“融合區(qū)”，聚焦重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)升級(jí)發(fā)展中的前瞻性、先導(dǎo)性、探索性的技術(shù)問(wèn)題，關(guān)注基礎(chǔ)科研和技術(shù)創(chuàng)新的能力提升，打造高水平國(guó)際合作、多學(xué)科交叉、產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同的開(kāi)放創(chuàng)新合作模式，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研深度融合，推動(dòng)中長(zhǎng)期前沿科技研究和“卡脖子”技術(shù)基礎(chǔ)科研攻關(guān)，促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化，以求盡快形成新質(zhì)生產(chǎn)力。

上海交大李萬(wàn)萬(wàn)研究員團(tuán)隊(duì)與浙江東方基因生物制品股份有限公司一直保持密切的科研合作，成立了“東方基因-上海交大體外診斷新材料與技術(shù)研發(fā)中心”，依托轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施(上海)和金屬基復(fù)合材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海交大團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)基礎(chǔ)理論研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，浙江東方基因負(fù)責(zé)產(chǎn)品化研發(fā)、生產(chǎn)及產(chǎn)業(yè)推廣。

同時(shí)，為了保障高校原創(chuàng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)落地，專門建設(shè)了占地面積超過(guò)10000平方米的上海嘉定工廠，投入量子點(diǎn)液態(tài)生物芯片系列產(chǎn)品的生產(chǎn)。 在多年攻關(guān)過(guò)程中，李萬(wàn)萬(wàn)研究員領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)，充分體現(xiàn)了上海交大敢為人先的創(chuàng)新精神和堅(jiān)韌踏實(shí)的科研作風(fēng)，以解決實(shí)際問(wèn)題為導(dǎo)向，以及探索以高新技術(shù)為基礎(chǔ)的產(chǎn)、學(xué)、研、用模式，有力地促進(jìn)了我國(guó)體外診斷行業(yè)高端技術(shù)國(guó)產(chǎn)化的跨越式發(fā)展以及自主創(chuàng)新能力的提高。