18年磨一劍！交大突圍三大技術難題，自研量子點液態芯片大幅提高體外診斷技術水平

近日，上海交通大學宣布，該校材料科學與工程學院、張江高等研究院研究員李萬萬領銜的團隊與企業開展合作，歷時 18 年，最終實現完整全鏈條技術突破，研發出量子點液態生物芯片多指標體外檢測系統，創建了具有自主知識產權的量子點液態生物芯片技術平臺。

官方介紹稱，液態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水平，還打破了國際壟斷。


18年磨一劍打破壟斷

液態生物芯片技術是一種新型檢測技術，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十種目標物，顯著提升檢測效率。該技術核心為特殊的熒光聚合物微球及相應的信號解析，其技術壁壘高、制造難度大、長期被國外壟斷，是體外診斷領域典型的“卡脖子”問題。

據介紹，此次成功自主研發出的目前國際上唯一采用單激光技術的全自動液態生物芯片系統具有體積小、全自動、通量高、樣本量少、準確性高、重復性好、線性范圍寬、成本低等優點，同時已經基于該檢測系統進行了癌癥、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。

李萬萬團隊歷經18年，實現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突破，成功創建了具有自主知識產權的量子點液態生物芯片技術平臺。

據悉，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突破后，基于可通過同一激發光激發量子點熒光編碼信號的特點，團隊聯合企業，成功自主研發出目前國際上唯一采用單激光技術的全自動液態生物芯片系統。該系統具有體積小、全自動、通量高、樣本量少、準確性高、重復性好、線性范圍寬、成本低等優點。

同時，研究團隊基于該檢測系統進行了癌癥、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。


“突圍”三大技術難題

液態生物芯片技術核心在于特殊的熒光聚合物微球，以及相應的信號解析。該技術多年來一直被國外壟斷，技術壁壘高，制造難度大。國內當前的液態芯片平臺使用的微球制備方法，存在編碼受限、補償繁瑣、制備復雜、多激光設備昂貴等問題。

李萬萬團隊遇到的第一個技術難點便是如何制備出編碼微球。考慮到國外對編碼微球技術的壟斷和封鎖，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，對儀器的生產轉化創造了條件，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來說，儀器制備和試劑制備的成本都會降低?！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納米的半導體發光材料。2023年，美國三位科學家就因“發現和合成量子點”獲得諾貝爾化學獎，量子點也因此成為明星發光材料。其光學調節能力強，發光顏色純、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。

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

第三個技術難點是試劑盒的研發。李萬萬團隊與東方基因合作，基于上述檢測系統進行了癌癥、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。目前，系列檢測儀和配套檢測試劑盒已經獲得歐盟CE認證和中國NMPA醫療器械注冊證15項，還有更多的系列聯檢試劑也處于申請或審批的進程中，已形成了與國外同類高端技術裝備競爭的能力，并在全球范圍全面實施推廣，打破了國際大公司的壟斷。


“產學研用”深度融合

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

液態生物芯片，被我國列入“十三五”國家科技創新規劃中須重點突破的體外診斷技術。由上海交通大學材料科學與工程學院、張江高等研究院李萬萬研究員領銜，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的量子點液態生物芯片多指標體外檢測系統，為在我國普及應用液態生物芯片技術，進一步提高我國的體外診斷技術水平，發展具有我國自主知識產權的液態生物芯片技術做出了重要的貢獻。

近年來，上海交通大學積極響應政府號召，面向市場導向的應用研究“融合區”，聚焦重點產業和新興產業升級發展中的前瞻性、先導性、探索性的技術問題，關注基礎科研和技術創新的能力提升，打造高水平國際合作、多學科交叉、產學研用協同的開放創新合作模式，加強產學研深度融合，推動中長期前沿科技研究和“卡脖子”技術基礎科研攻關，促進科技成果轉化，以求盡快形成新質生產力。

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研發中心”，依托轉化醫學國家重大科技基礎設施(上海)和金屬基復合材料國家重點實驗室，上海交大團隊負責基礎理論研究和關鍵技術攻關，浙江東方基因負責產品化研發、生產及產業推廣。

同時，為了保障高校原創技術的產業落地，專門建設了占地面積超過10000平方米的上海嘉定工廠，投入量子點液態生物芯片系列產品的生產。 在多年攻關過程中，李萬萬研究員領銜的科研團隊，充分體現了上海交大敢為人先的創新精神和堅韌踏實的科研作風，以解決實際問題為導向，以及探索以高新技術為基礎的產、學、研、用模式，有力地促進了我國體外診斷行業高端技術國產化的跨越式發展以及自主創新能力的提高。