微流控芯片技(ji)術(shu)是(shi)生(sheng)物(wu)醫(yi)學(xue)領域(yu)的(de)重要(yao)前沿方向,具(ju)有(you)高(gao)通(tong)量(liang)、多(duo)靶點、快速(su)、精(jing)準(zhun)、操作(zuo)簡便(bian)等(deng)特(te)點,可廣(guang)泛應(ying)用於分子(zi)生(sheng)物(wu)學(xue)、醫(yi)藥、免(mian)疫(yi)等(deng)領域(yu).近(jin)日(ri),復旦(dan)大學(xue)孔(kong)繼(ji)烈教授就(jiu)微(wei)流控技術以(yi)及(ji)其(qi)團隊(dui)在微(wei)流控技術產業(ye)化(hua)方面的(de)進展(zhan)做了詳(xiang)細(xi)報(bao)告.

 

        孔繼烈教授簡介(jie):

 

        男(nan), 1964年(nian)生(sheng),1983-1993年(nian)分別獲(huo)復旦(dan)大學(xue)學(xue)士、碩士和博士,1996-1998年(nian)分別在美(mei)國肯塔基州(zhou)路(lu)易威爾(er)大學(xue)和康(kang)州(zhou)州(zhou)立(li)大學(xue)做博士後.

 

        復(fu)旦(dan)大學(xue)教授、博士生(sheng)導(dao)師,國家傑(jie)出(chu)青年(nian)科(ke)學(xue)基金獲(huo)得(de)者(zhe),復(fu)旦大學(xue)生(sheng)物(wu)醫(yi)學(xue)研究院(yuan)PI,教育部(bu)創新科學(xue)儀(yi)器工(gong)程(cheng)研究中心主(zhu)任(ren).在化(hua)學(xue)/生(sheng)物(wu)傳感器及(ji)微(wei)流控芯片分析(xi)系統(tong)、熒光檢測儀器研制(zhi)等(deng)領域(yu)取(qu)得(de)有(you)影(ying)響(xiang)的(de)成果,先(xian)後主(zhu)持(chi)基金委(wei)重點/面上(shang)項目(mu)、"973"子(zi)課題(ti)、"863"項(xiang)目(mu)等(deng).已在包(bao)括J.Am.Chem.Soc.,Angew.Chem. Int. Ed. Anal.Chem. ACS Nano等(deng)知名(ming)學(xue)術(shu)刊(kan)物(wu)發(fa)表SCI論文330余篇(pian),被(bei)同行(xing)引用12500余次(ci),獲(huo)得(de)國家發(fa)明(ming)專(zhuan)利40余(yu)項(xiang).任(ren)《Am. J. Anal.Chem.》、《分析(xi)化(hua)學(xue)》、《分析(xi)科(ke)學(xue)學(xue)報(bao)》、《分析(xi)儀(yi)器》、《電化(hua)學(xue)》等(deng)刊(kan)物(wu)編委,中國儀器儀(yi)表學(xue)會電分析(xi)化(hua)學(xue)專(zhuan)業(ye)委(wei)員(yuan)會副(fu)主(zhu)任(ren)、化(hua)學(xue)傳(chuan)感器專(zhuan)業(ye)委(wei)員(yuan)會委(wei)員(yuan).

 

從(cong)"廟(miao)堂(tang)之高(gao)"的(de)基礎(chu)研究到(dao)"江(jiang)湖(hu)之遠(yuan)"的(de)技術(shu)發(fa)明(ming)

 

        科(ke)學(xue)儀(yi)器的(de)源(yuan)頭是分析(xi)化(hua)學(xue)專(zhuan)業(ye),但(dan)其(qi)更多(duo)的(de)應(ying)用在生(sheng)物(wu)醫(yi)藥以(yi)及(ji)診(zhen)療等(deng)領域(yu).近(jin)年(nian)來(lai),"精準(zhun)醫(yi)學(xue)"概(gai)念的(de)出現(xian),更(geng)是(shi)急切(qie)呼(hu)喚創新分析(xi)測(ce)量(liang)技術(shu)與儀器."精(jing)準(zhun)醫(yi)學(xue)"的(de)最(zui)核心(xin)的(de)部(bu)分是"精(jing)準(zhun)的(de)診斷(duan)",這也是(shi)新藥研發(fa)及提(ti)出(chu)新興治(zhi)療(liao)方案(an)的(de)前提(ti).作(zuo)為(wei)生(sheng)物(wu)醫(yi)療領域(yu)的(de)前端(duan),像現(xian)在非(fei)常(chang)熱(re)門(men)的(de)靶向(xiang)診(zhen)療(liao)(診(zhen)療(liao)壹(yi)體(ti)化(hua)),要(yao)求(qiu)首先在診(zhen)斷(duan)層(ceng)面(mian)明(ming)確(que)知(zhi)道(dao)是什(shen)麽原(yuan)因導(dao)致(zhi)疾病(bing)的(de)發(fa)生(sheng).無(wu)論是常(chang)見病(bing)癥(zheng)還是(shi)癌癥(zheng),都需(xu)要(yao)微(wei)流控這樣的(de)技術(shu)出(chu)現(xian).

 

        從(cong)宏觀(guan)的(de)層(ceng)面(mian)來(lai)講,無(wu)論是蛋白質水平(ping)相關(guan)儀器,還(hai)是(shi)核酸水平(ping)相關(guan)儀器,國產醫(yi)療器械市(shi)場(chang)占(zhan)有(you)率(lv)還很低(di).上(shang)海三甲醫(yi)院(yuan),很多(duo)都在使用羅(luo)氏、雅培(pei)、西門(men)子(zi)的(de)設(she)備(bei).即便在生(sheng)化(hua)水平(ping),即小分子(zi)的(de)診斷(duan)設(she)備(bei),國內雖(sui)有(you)很多(duo)公司在做,但是與世界上(shang)先進設(she)備(bei)相比(bi),仍(reng)有(you)很大的(de)差距(ju).

 

        從(cong)學(xue)科(ke)角(jiao)度(du)來講,微(wei)流控技術衍(yan)生(sheng)於(yu)分析(xi)化(hua)學(xue),而(er)無(wu)論從(cong)學(xue)科(ke)知(zhi)識(shi)的(de)構成,還是(shi)人才培(pei)養(yang),都是多(duo)種相關(guan)學(xue)科(ke)交(jiao)叉(cha)的(de)結果(guo).儀(yi)器的(de)產業(ye)化(hua)是(shi)壹(yi)個系統(tong)工程,要集聚非(fei)常(chang)多(duo)的(de)交叉(cha)學(xue)科(ke)的(de)人才,單純依(yi)靠分析(xi)化(hua)學(xue)或(huo)者(zhe)微(wei)流控技術,都不能(neng)完(wan)成壹臺(tai)整體的(de)集成化(hua)設(she)備(bei)的(de)制(zhi)造(zao).因為(wei)這還(hai)涉(she)及(ji)到(dao)軟(ruan)、硬(ying)件支持(chi),材(cai)料(liao)學(xue),多(duo)種加工工(gong)藝(yi),以(yi)及(ji)越來越多(duo)的(de)新技術(如3D打(da)印(yin)等(deng)技術(shu)).此(ci)外,還要(yao)有(you)生(sheng)物(wu)醫(yi)學(xue)、創新診斷(duan)方法學(xue)等(deng)多(duo)方面的(de)共同(tong)結合(he).

 

        作(zuo)為(wei)高(gao)校(xiao),要(yao)集聚這麽(me)多(duo)人才進行(xing)同(tong)壹個項(xiang)目,非(fei)常(chang)困(kun)難(nan).因此(ci),國家也在鼓(gu)勵(li)創業(ye)平(ping)臺(tai),將不同(tong)領域(yu)的(de)專業(ye)人才聚集起來,共同(tong)進行(xing)儀(yi)器的(de)研發(fa)生(sheng)產.目前,孔繼烈教授與他(ta)之前指導(dao)畢(bi)業(ye)的(de)博士們正在做這件事.

 

        微(wei)流控領域(yu)存(cun)在的(de)"多(duo)、少"問題

 

        目前,微流控技術,尤(you)其(qi)是微(wei)流控領域(yu)的(de)產業(ye)化(hua)還(hai)有(you)很多(duo)問題,主(zhu)要(yao)包(bao)括(kuo)以(yi)下(xia)幾個方面:

 

1、進口(kou)多(duo),國產少.

 

        首先涉(she)及到(dao)的(de)很多(duo)器件,如光學(xue)器件、光電轉(zhuan)換(huan)器件等(deng),大部(bu)分性能(neng)很好(hao)的(de)器件多(duo)來自(zi)美(mei)國、日(ri)本等(deng)國家.因此(ci)不單是整機的(de)技術(shu)缺乏(fa),上(shang)遊的(de)零部(bu)件技術(shu)也很缺乏(fa).從(cong)整體來講,現(xian)狀是蛋白質、核酸檢(jian)測(ce)的(de)二(er)類(lei)醫(yi)療器械,無(wu)論是化(hua)學(xue)發(fa)光還是電化(hua)學(xue)發(fa)光設(she)備(bei),大部(bu)分是羅(luo)氏、梅(mei)裏埃(ai)等(deng)公司的(de).

 

2、上(shang)遊多(duo),下(xia)遊少

 

        "上(shang)遊多(duo),下(xia)遊少"是指在研究過(guo)程(cheng)中,大部(bu)分研究者(zhe)做的(de)是上(shang)遊方法學(xue)的(de)研究,雖(sui)然(ran)很前沿,反(fan)映了(le)這個學(xue)科(ke)發(fa)展最(zui)新的(de)聚焦(jiao)點,但是(shi)往(wang)下(xia)延(yan)伸(shen)的(de)比(bi)較(jiao)少(shao).很多(duo)微流控方向的(de)研究生(sheng),發(fa)了很多(duo)SCI文章,之後(hou)就不了(le)了之了(le).

 

3、前端(duan)多(duo),後端(duan)少(shao)

 

        研究人員(yuan)可以(yi)做方法,做技術,甚至(zhi)可以(yi)搭(da)壹(yi)個裝(zhuang)置(zhi),但是沒有(you)辦(ban)法定(ding)型,也沒有(you)辦(ban)法做質控的(de)標準(zhun).比(bi)如從(cong)計(ji)量(liang)的(de)角度(du),這個產品怎(zen)麽(me)檢(jian)驗(yan)?怎(zen)麽(me)能(neng)達(da)標(biao)?企業(ye)標(biao)準(zhun),行(xing)業(ye)標(biao)準(zhun),甚至(zhi)國家標(biao)準(zhun),這些(xie)標(biao)準(zhun)全(quan)面(mian)缺乏(fa).當然(ran)這不是(shi)壹家(jia)單位就(jiu)能做的(de),需(xu)要(yao)行(xing)業(ye)內多(duo)家單位協(xie)同完(wan)成.

 

4、器件多(duo),集成少

 

        早(zao)些(xie)時(shi)候(hou),很多(duo)實驗(yan)室(shi)可以(yi)自(zi)行(xing)搭(da)壹(yi)臺(tai)裝(zhuang)置(zhi).例如最(zui)早(zao)在實(shi)驗室(shi)做微流控,用數字(zi)化(hua)的(de)光譜(pu)儀(yi)、光纖和光電檢(jian)測(ce)器件組(zu)裝(zhuang)而(er)成.但是(shi),這不是(shi)壹臺(tai)完(wan)整的(de)儀器,因為(wei)無(wu)法(fa)在同(tong)壹個軟(ruan)件中發(fa)送指(zhi)令進行(xing)信(xin)號(hao)提(ti)取(qu)、信(xin)號(hao)處(chu)理和出(chu)具結果等(deng)等(deng),這和儀(yi)器是(shi)有(you)距(ju)離(li)的(de).

 

離(li)心式微流控芯片核酸檢(jian)測(ce)儀的(de)技術(shu)及(ji)應(ying)用

 

        離(li)心式微流控芯片核酸檢(jian)測(ce)儀(原(yuan)型機)是(shi)孔(kong)繼烈教授團(tuan)隊(dui)研制(zhi)的(de)第壹(yi)代(dai)微(wei)流控設(she)備(bei),包括(kuo)芯(xin)片系統(tong)、溫度(du)控(kong)制(zhi)系統(tong)、高(gao)速(su)旋(xuan)轉系統(tong)、光電檢(jian)測(ce)系統(tong)等(deng)模塊(kuai).研發(fa)目標(biao)是實現核酸的(de)提(ti)取(qu)和擴(kuo)增放(fang)在同(tong)壹個芯(xin)片中完(wan)成,這在第(di)壹代(dai)原型機還(hai)無(wu)法(fa)實現(xian).

 

        2017年(nian),孔(kong)教授團(tuan)隊(dui)開(kai)始(shi)第二(er)代產品開(kai)發(fa),在光路(lu)、電路(lu)、信號(hao)放(fang)大、離(li)心盤的(de)可控(kong)性等(deng)方面進行(xing)了(le)優(you)化(hua),可實(shi)現在同(tong)壹個檢(jian)測平(ping)臺(tai)上(shang)做多(duo)種需(xu)求(qiu)的(de)靶點數、樣本(ben)數的(de)檢測(ce),如8個靶(ba)點4個通(tong)道(dao)或4個靶(ba)點8個通(tong)道(dao)或2個靶(ba)點16個通(tong)道(dao)的(de)盤.

 

        第(di)二(er)代設(she)備(bei)叫(jiao)做核酸檢(jian)測(ce)壹體(ti)機,孔教授團(tuan)隊(dui)正在將(jiang)壹體(ti)機做成三類(lei)醫(yi)療器械——將(jiang)來(lai)可以(yi)和醫(yi)院(yuan)檢驗(yan)科對(dui)接的(de)設(she)備(bei),在30分鐘內完(wan)成樣本(ben)前處(chu)理,包(bao)括細(xi)胞(bao)的(de)破碎(sui),DNA的(de)釋放(fang),原(yuan)位(wei)擴(kuo)增及(ji)檢測(ce).對(dui)於傳統PCR 檢測(ce)是革命性的(de)突破(po).

 

        從(cong)方法學(xue)的(de)角度(du)來(lai)講,該(gai)設(she)備(bei)融合(he)了(le)很多(duo)基礎(chu)研究的(de)成果,包(bao)括蛋白質、DNA的(de)納(na)米分子(zi)診斷(duan)技(ji)術、微(wei)流控驅動技術(shu)、集成技術(shu)、區(qu)域(yu)精準(zhun)控(kong)溫技(ji)術(shu)、高(gao)敏熒光檢測技術(shu)、微(wei)流控盤快(kuai)/慢速(su)切(qie)換(huan)技(ji)術(shu),可實(shi)現多(duo)模塊(kuai)集成工作(zuo).

 

        該設(she)備(bei)的(de)應(ying)用方向十(shi)分廣泛(fan),包(bao)括(kuo)公(gong)共衛(wei)生(sheng)、食品安(an)全(quan)、檢驗檢疫、以(yi)及(ji)基於(yu)微流控的(de)免疫(yi)抗(kang)原(yuan)抗(kang)體(ti)反(fan)應(ying)等(deng)等(deng).已開(kai)發(fa)的(de)典(dian)型的(de)應(ying)用案(an)例如下(xia):

 

        1、8種不同(tong)種屬肉(rou)的(de)同時(shi)溯(su)源(yuan),特(te)異(yi)性(xing)和靈敏度非(fei)常(chang)高(gao).

     

        2、非(fei)洲(zhou)豬瘟(wen)特(te)異(yi)性(xing)檢測(ce),可做到(dao)高(gao)通(tong)量(liang)現場(chang)快(kuai)速(su)篩(shai)查(zha),靈敏度達(da)到(dao)10個拷(kao)貝.

 

        3、轉基因大豆檢測,可以(yi)很快(kuai)完(wan)成多(duo)種轉基因亞(ya)型的(de)溯(su)源(yuan).

 

        4、降(jiang)鈣素(su)原(PCT)微流控免疫檢(jian)測(ce),是(shi)針對(dui)臨床感染的(de)蛋白質指標(biao)的(de)新型檢測(ce)方式,目前檢測靈敏度顯著高(gao)於(yu)傳(chuan)統同類(lei)儀(yi)器.