微流(liu)控芯片(pian)技術是生物醫學領域的重(zhong)要前沿(yan)方(fang)向,具(ju)有(you)高(gao)通(tong)量(liang)、多(duo)靶(ba)點、快速、精(jing)準、操作簡(jian)便等特(te)點(dian),可(ke)廣(guang)泛(fan)應用(yong)於分(fen)子生物學、醫藥(yao)、免(mian)疫等領域.近日,復(fu)旦大(da)學孔繼烈教(jiao)授(shou)就微流(liu)控技(ji)術以及(ji)其(qi)團(tuan)隊在(zai)微流(liu)控技(ji)術產業化(hua)方(fang)面的(de)進(jin)展做了(le)詳細(xi)報告(gao).

        科(ke)學儀(yi)器(qi)的(de)源頭(tou)是分(fen)析(xi)化學(xue)專業,但(dan)其(qi)更多(duo)的(de)應用在(zai)生物醫藥(yao)以及(ji)診(zhen)療(liao)等領域.近年來(lai),"精(jing)準醫學(xue)"概念(nian)的(de)出現,更是急(ji)切(qie)呼喚創(chuang)新(xin)分(fen)析(xi)測量(liang)技(ji)術與儀器(qi)."精(jing)準醫學(xue)"的最(zui)核(he)心的(de)部(bu)分(fen)是"精(jing)準的診(zhen)斷",這也是新(xin)藥(yao)研(yan)發及(ji)提出(chu)新興治(zhi)療方(fang)案的(de)前提.作為生物醫療領域的前(qian)端,像(xiang)現在(zai)非(fei)常熱門的靶向(xiang)診(zhen)療(liao)(診(zhen)療(liao)壹體(ti)化),要求首(shou)先在(zai)診(zhen)斷層面明確知道是什(shen)麽原因(yin)導(dao)致(zhi)疾(ji)病(bing)的(de)發生.無論(lun)是常(chang)見病癥(zheng)還(hai)是癌(ai)癥(zheng),都需(xu)要微流(liu)控這(zhe)樣(yang)的技術出現.

        從(cong)宏(hong)觀(guan)的(de)層面來(lai)講(jiang),無(wu)論(lun)是蛋(dan)白(bai)質水(shui)平(ping)相(xiang)關儀(yi)器(qi),還(hai)是核(he)酸水(shui)平(ping)相(xiang)關儀(yi)器(qi),國(guo)產(chan)醫(yi)療(liao)器(qi)械(xie)市場占有(you)率(lv)還(hai)很低(di).上海(hai)三甲(jia)醫(yi)院,很多(duo)都在(zai)使用(yong)羅氏(shi)、雅(ya)培(pei)、西門子的(de)設備(bei).即(ji)便在(zai)生化水(shui)平(ping),即小(xiao)分(fen)子的(de)診(zhen)斷設備,國(guo)內雖(sui)有(you)很多(duo)公(gong)司在(zai)做,但(dan)是與(yu)世界上(shang)先(xian)進(jin)設備相(xiang)比,仍有(you)很大(da)的差(cha)距.

        從(cong)學(xue)科(ke)角度(du)來(lai)講(jiang),微流(liu)控技(ji)術衍(yan)生於分(fen)析(xi)化學(xue),而(er)無論(lun)從(cong)學(xue)科(ke)知識(shi)的構(gou)成,還(hai)是人才(cai)培(pei)養(yang),都是多(duo)種(zhong)相(xiang)關學(xue)科(ke)交叉(cha)的結果(guo).儀(yi)器(qi)的(de)產業化(hua)是壹個(ge)系統(tong)工(gong)程(cheng),要集(ji)聚非(fei)常多(duo)的(de)交叉(cha)學科(ke)的人才(cai),單純依靠分(fen)析(xi)化學(xue)或者微流(liu)控技(ji)術,都不(bu)能(neng)完成壹臺(tai)整(zheng)體(ti)的(de)集(ji)成化(hua)設備的(de)制(zhi)造(zao).因(yin)為這(zhe)還(hai)涉及到(dao)軟(ruan)、硬件支持,材料學,多(duo)種(zhong)加工(gong)工(gong)藝(yi),以及(ji)越(yue)來(lai)越多(duo)的(de)新技術(如3D打印等(deng)技術).此外,還(hai)要有(you)生物醫學、創(chuang)新(xin)診(zhen)斷方(fang)法學(xue)等多(duo)方(fang)面的(de)共(gong)同結合(he).

        作為高(gao)校(xiao),要集(ji)聚這麽多(duo)人才(cai)進行同壹個(ge)項目(mu),非(fei)常困難.因(yin)此(ci),國(guo)家(jia)也(ye)在(zai)鼓勵(li)創(chuang)業平(ping)臺,將不(bu)同領域的專業人才(cai)聚集(ji)起(qi)來(lai),共同(tong)進(jin)行儀器(qi)的(de)研發生產.目前,孔繼烈教(jiao)授(shou)與他(ta)之(zhi)前(qian)指(zhi)導(dao)畢(bi)業的(de)博(bo)士(shi)們(men)正(zheng)在(zai)做這(zhe)件事(shi).

        目前,微流(liu)控技(ji)術,尤(you)其(qi)是微流(liu)控領域的產(chan)業化(hua)還(hai)有(you)很多(duo)問(wen)題,主要包括以下(xia)幾個方(fang)面:

 

        1、進(jin)口(kou)多(duo),國(guo)產(chan)少(shao).

        首(shou)先(xian)涉及到(dao)的(de)很多(duo)器(qi)件(jian),如光(guang)學器(qi)件(jian)、光(guang)電(dian)轉(zhuan)換(huan)器(qi)件(jian)等,大(da)部(bu)分(fen)性能(neng)很好(hao)的器(qi)件(jian)多(duo)來(lai)自美(mei)國(guo)、日(ri)本等國(guo)家(jia).因(yin)此(ci)不(bu)單是整(zheng)機(ji)的技(ji)術缺乏(fa),上遊的(de)零部(bu)件技(ji)術也很缺(que)乏(fa).從(cong)整(zheng)體(ti)來(lai)講(jiang),現(xian)狀是蛋(dan)白(bai)質、核酸檢(jian)測的(de)二(er)類醫(yi)療器(qi)械(xie),無(wu)論(lun)是化(hua)學發光(guang)還(hai)是電(dian)化(hua)學(xue)發光(guang)設備(bei),大(da)部(bu)分(fen)是羅氏(shi)、梅(mei)裏(li)埃等公(gong)司(si)的.

 

        2、上遊多(duo),下(xia)遊少(shao)

        "上遊多(duo),下(xia)遊少(shao)"是指(zhi)在(zai)研究過(guo)程(cheng)中,大(da)部(bu)分(fen)研究者(zhe)做(zuo)的是上(shang)遊方(fang)法學(xue)的研究,雖(sui)然很前(qian)沿,反映(ying)了(le)這個(ge)學科(ke)發展最新(xin)的聚焦點(dian),但(dan)是往(wang)下延伸的比較少(shao).很多(duo)微流(liu)控方(fang)向的(de)研究生,發了(le)很多(duo)SCI文(wen)章,之後(hou)就不(bu)了(le)了(le)之了(le).

 

        3、前端(duan)多(duo),後(hou)端少

        研究人員(yuan)可以做(zuo)方(fang)法,做(zuo)技術,甚至可以搭壹個(ge)裝置(zhi),但(dan)是沒(mei)有(you)辦(ban)法定型,也(ye)沒(mei)有(you)辦(ban)法做(zuo)質控的(de)標(biao)準.比如從(cong)計(ji)量(liang)的(de)角度(du),這(zhe)個(ge)產品(pin)怎(zen)麽檢驗(yan)?怎(zen)麽能(neng)達(da)標(biao)?企(qi)業標(biao)準,行業標(biao)準,甚至(zhi)國(guo)家(jia)標(biao)準,這些(xie)標(biao)準全面缺(que)乏(fa).當(dang)然這(zhe)不(bu)是壹家(jia)單位就能(neng)做(zuo)的,需要行業內多(duo)家(jia)單位協同完成.

 

        4、器(qi)件(jian)多(duo),集(ji)成少(shao)

        早些(xie)時候(hou),很多(duo)實驗室可以自行搭壹臺(tai)裝置(zhi).例(li)如最早在(zai)實驗室做微流(liu)控,用(yong)數(shu)字(zi)化(hua)的(de)光(guang)譜(pu)儀、光(guang)纖和(he)光(guang)電(dian)檢(jian)測(ce)器(qi)件(jian)組裝而成.但(dan)是,這(zhe)不(bu)是壹臺(tai)完整(zheng)的(de)儀(yi)器(qi),因(yin)為無(wu)法在(zai)同壹個(ge)軟件(jian)中發送(song)指(zhi)令(ling)進(jin)行信(xin)號提取(qu)、信(xin)號處理(li)和出(chu)具結果(guo)等(deng)等,這和儀器(qi)是有(you)距離(li)的.

        離心式微流(liu)控芯片(pian)核酸檢(jian)測儀(yi)(原型機(ji))是孔繼烈教(jiao)授(shou)團隊研制(zhi)的(de)第(di)壹代(dai)微流(liu)控設(she)備(bei),包(bao)括芯片(pian)系統(tong)、溫(wen)度(du)控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)、高(gao)速(su)旋(xuan)轉(zhuan)系統(tong)、光(guang)電(dian)檢(jian)測(ce)系(xi)統(tong)等(deng)模塊.研(yan)發目(mu)標(biao)是實現核酸的(de)提取(qu)和擴(kuo)增(zeng)放(fang)在(zai)同壹個(ge)芯片(pian)中完成,這(zhe)在(zai)第(di)壹代(dai)原型機(ji)還(hai)無法實現.

        2017年,孔教授(shou)團隊開始第(di)二(er)代產(chan)品開發,在(zai)光(guang)路(lu)、電(dian)路(lu)、信(xin)號放(fang)大(da)、離心盤(pan)的(de)可控性(xing)等方(fang)面進(jin)行了(le)優化(hua),可實現在(zai)同壹個(ge)檢測(ce)平(ping)臺上(shang)做(zuo)多(duo)種(zhong)需(xu)求(qiu)的(de)靶(ba)點數(shu)、樣(yang)本數(shu)的檢(jian)測,如8個靶點4個(ge)通(tong)道或4個靶點8個(ge)通(tong)道或2個靶點16個(ge)通(tong)道的(de)盤(pan).

        第(di)二(er)代設(she)備叫做(zuo)核酸檢(jian)測壹體(ti)機(ji),孔教授(shou)團隊正在(zai)將壹體(ti)機(ji)做成三類(lei)醫(yi)療器(qi)械(xie)——將來可(ke)以和(he)醫(yi)院(yuan)檢驗科(ke)對接(jie)的設(she)備(bei),在(zai)30分(fen)鐘內完成樣(yang)本前處理(li),包括細(xi)胞的(de)破碎,DNA的釋(shi)放,原位擴增(zeng)及(ji)檢測.對(dui)於傳(chuan)統(tong)PCR 檢(jian)測(ce)是革(ge)命(ming)性的突(tu)破.

        從(cong)方(fang)法學(xue)的角度(du)來(lai)講(jiang),該(gai)設(she)備融合(he)了(le)很多(duo)基(ji)礎研究的(de)成果(guo),包括蛋(dan)白(bai)質、DNA的納米分(fen)子診(zhen)斷技術、微流(liu)控驅(qu)動(dong)技(ji)術、集(ji)成技(ji)術、區域精準控溫(wen)技術、高(gao)敏(min)熒光(guang)檢測(ce)技術、微流(liu)控盤(pan)快(kuai)/慢速切(qie)換(huan)技(ji)術,可實現多(duo)模塊集(ji)成工(gong)作.

        該(gai)設(she)備的應用(yong)方(fang)向十分(fen)廣(guang)泛(fan),包括公共(gong)衛生、食(shi)品(pin)安(an)全、檢驗檢疫(yi)、以及(ji)基(ji)於微流(liu)控的(de)免(mian)疫(yi)抗原抗體(ti)反應等(deng)等(deng).已開發的(de)典(dian)型的(de)應(ying)用案(an)例(li)如下:

        1、8種(zhong)不(bu)同種(zhong)屬(shu)肉(rou)的(de)同時溯(su)源,特(te)異(yi)性(xing)和(he)靈(ling)敏(min)度(du)非(fei)常高(gao).

        2、非(fei)洲豬(zhu)瘟特(te)異(yi)性(xing)檢(jian)測,可做到高(gao)通(tong)量(liang)現場快(kuai)速(su)篩(shai)查(zha),靈(ling)敏(min)度(du)達(da)到10個(ge)拷(kao)貝(bei).

        3、轉(zhuan)基(ji)因(yin)大(da)豆檢(jian)測,可以很快(kuai)完成多(duo)種(zhong)轉(zhuan)基(ji)因(yin)亞(ya)型的(de)溯(su)源.

        4、降(jiang)鈣素原(yuan)(PCT)微流(liu)控免(mian)疫(yi)檢(jian)測,是針(zhen)對臨床感染(ran)的蛋(dan)白(bai)質指(zhi)標(biao)的(de)新型檢(jian)測(ce)方(fang)式,目前檢測(ce)靈(ling)敏(min)度(du)顯著高(gao)於傳(chuan)統(tong)同(tong)類(lei)儀(yi)器(qi).