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萬萬領(lǐng)銜的團隊與企業(yè)開展合作，歷時 18 年，最終實現(xiàn)完整全鏈條技術(shù)突破，研發(fā)出量子點液態(tài)生物芯片多指標體外檢測系統(tǒng)，創(chuàng)建了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的量子點液態(tài)生物芯片技術(shù)平臺。

官方介紹稱，液態(tài)生物芯片對核酸和蛋白類標志物均適用，其檢測通量大，檢測靈敏高，可同時分析單管樣本中的數(shù)十種目標物，檢測效率顯著提升，對臨床實驗室檢測具有革命性推動作用。該成果不僅有利于提高中國的體外診斷技術(shù)水平，還打破了國際壟斷。


18年磨一劍打破壟斷

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

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

李萬萬團隊歷經(jīng)18年，實現(xiàn)了從量子點熒光微球、檢測分析儀到配套檢測試劑的全鏈條技術(shù)突破，成功創(chuàng)建了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的量子點液態(tài)生物芯片技術(shù)平臺。

據(jù)悉，李萬萬團隊在國際上率先提出量子點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現(xiàn)突破后，基于可通過同一激發(fā)光激發(fā)量子點熒光編碼信號的特點，團隊聯(lián)合企業(yè)，成功自主研發(fā)出目前國際上唯一采用單激光技術(shù)的全自動液態(tài)生物芯片系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有體積小、全自動、通量高、樣本量少、準確性高、重復(fù)性好、線性范圍寬、成本低等優(yōu)點。

同時，研究團隊基于該檢測系統(tǒng)進行了癌癥、自身免疫疾病、心血管疾病和感染性疾病等系列蛋白/核酸的多指標檢測試劑的開發(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)的信號解析。該技術(shù)多年來一直被國外壟斷，技術(shù)壁壘高，制造難度大。國內(nèi)當前的液態(tài)芯片平臺使用的微球制備方法，存在編碼受限、補償繁瑣、制備復(fù)雜、多激光設(shè)備昂貴等問題。

李萬萬團隊遇到的第一個技術(shù)難點便是如何制備出編碼微球?？紤]到國外對編碼微球技術(shù)的壟斷和封鎖，李萬萬團隊在國際上率先提出量子點熒光編碼微球的膜乳化法制備策略。

“從有機熒光變成量子點，對儀器的生產(chǎn)轉(zhuǎn)化創(chuàng)造了條件，量子點可以讓微球編碼更清晰、更精準，對整個體外診斷行業(yè)來說，儀器制備和試劑制備的成本都會降低。”浙江東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（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，美國三位科學(xué)家就因“發(fā)現(xiàn)和合成量子點”獲得諾貝爾化學(xué)獎，量子點也因此成為明星發(fā)光材料。其光學(xué)調(diào)節(jié)能力強，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100種的編碼信號；同時，通過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，為高通量的多指標檢測奠定基礎(chǔ)。

第二個技術(shù)難點是檢測系統(tǒng)的研發(fā)。核心編碼微球的制備得到突破后，基于可通過同一激發(fā)光激發(fā)量子點熒光編碼信號的特點，李萬萬團隊聯(lián)合東方基因，成功自主研發(fā)出目前國際上唯一采用單激光技術(shù)的全自動液態(tài)生物芯片系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有體積小、全自動、通量高、樣本量少、準確性高、重復(fù)性好、線性范圍寬、成本低等優(yōu)點。

第三個技術(shù)難點是試劑盒的研發(fā)。李萬萬團隊與東方基因合作，基于上述檢測系統(tǒng)進行了癌癥、自身免疫疾病、心血管疾病和感染性疾病等系列蛋白/核酸的多指標檢測試劑的開發(fā)。目前，系列檢測儀和配套檢測試劑盒已經(jīng)獲得歐盟CE認證和中國NMPA醫(yī)療器械注冊證15項，還有更多的系列聯(lián)檢試劑也處于申請或?qū)徟倪M程中，已形成了與國外同類高端技術(shù)裝備競爭的能力，并在全球范圍全面實施推廣，打破了國際大公司的壟斷。


“產(chǎn)學(xué)研用”深度融合

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

液態(tài)生物芯片，被我國列入“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃中須重點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、張江高等研究院李萬萬研究員領(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子健生物科技有限公司共同成功研發(fā)的量子點液態(tài)生物芯片多指標體外檢測系統(tǒng)，為在我國普及應(yīng)用液態(tài)生物芯片技術(shù)，進一步提高我國的體外診斷技術(shù)水平，發(fā)展具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的液態(tài)生物芯片技術(shù)做出了重要的貢獻。

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

上海交大李萬萬研究員團隊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)國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施(上海)和金屬基復(fù)合材料國家重點實驗室，上海交大團隊負責基礎(chǔ)理論研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，浙江東方基因負責產(chǎn)品化研發(fā)、生產(chǎn)及產(chǎn)業(yè)推廣。

同時，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10000平方米的上海嘉定工廠，投入量子點液態(tài)生物芯片系列產(chǎn)品的生產(chǎn)。 在多年攻關(guān)過程中，李萬萬研究員領(lǐng)銜的科研團隊，充分體現(xiàn)了上海交大敢為人先的創(chuàng)新精神和堅韌踏實的科研作風，以解決實際問題為導(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，有力地促進了我國體外診斷行業(yè)高端技術(shù)國產(chǎn)化的跨越式發(fā)展以及自主創(chuàng)新能力的提高。