十八年磨一剑：交大自主研发液态芯片，打破国外企业体外诊断技术垄断

HPV16/18/31/33/35/39/45/51……只要一小管宫颈脱落细胞的样本，就能在几十分钟内检测人乳头瘤病毒（HPV）的29个核酸分型，精准鉴别属于高危型、中危型还是低危型的宫颈癌。比起一次只能检一种或几种的传统分型检测，这种液态生物芯片的新方法不需反复采样检测，就能对肿瘤等疾病的各种标志物进行多指标、高通量的快速联检。可以说，一样的费用，数倍的收效。

一次检测十余种疾病分子分型。

25日，18年磨一剑的量子点液态芯片新成果，在位于上海交通大学的转化医学国家重大科技基础设施（上海）发布。由此，这一被我国列入“十三五”国家科技创新规划中须重点突破的体外诊断技术，一举打破了美国等极少数企业的液态生物芯片垄断，为临床实验室检测带来革命性推动作用。

量子点液态生物芯片新材料新原理。

液态生物芯片技术的“核芯”，就是试剂中特殊材料制成的荧光编码微球。它们只有6到8微米的尺度，球体表面可偶联“插入”大量的蛋白或核酸探针，在微观形态上好似一个个会“感光”的小刺球。在液体状态下，微球们通过与受测样本发生细胞分子层面的“反应”，并在光源“刺激”下形成特异的荧光信号；再通过液态芯片相关检测分析仪，就能解码出相应的疾病信号。

工作人员演示液态荧光效果。

中国人的“大健康”，对于癌症、自身免疫疾病、心血管疾病等重大疾病精准诊断，对于多种疾病相关标志物联合检测是迫切需求。而同类技术十多年来一直被国外垄断，技术壁垒高，制造难度大，是体外诊断领域典型的“卡脖子”问题。初创公司luminex近年来以18亿美元的高价值，被跨国巨头收购。

量子点液态生物芯片技术转化成果。

考虑到国外对编码微球技术的垄断和封锁，上海交大材料科学与工程学院、张江高等研究院李万万团队改变有机荧光材料的国外路径，在国际上率先提出量子点荧光编码微球的膜乳化法制备策略。而“量子点”正是2023年获得诺贝尔化学奖的明星发光材料，这种小于10纳米的“荧光点”，光学调节能力强，发光颜色纯、效率高，可显著提升荧光微球的编码能力，获得超过100种的编码信号。同时，通过膜乳化制备策略得到的荧光微球，粒径均一且可控，表面可连接多种疾病相关的生物分子，为高通量的多指标检测奠定坚实基础。

解放日报·上观新闻记者了解到，在核心编码微球的制备得到突破后，上海交大团队联合东方基因，成功自主研发出目前国际上唯一采用单激光技术的全自动液态生物芯片系统，具有体积小、通量高、样本量少、准确性高、重复性好、线性范围宽、综合成本低等优点。

校企合作促进成果转化落地。

为了保障高校原创技术的产业落地，专门建设了占地面积超过1万平方米的上海嘉定工厂，投入量子点液态生物芯片系列产品的生产。目前，系列检测仪和配套试剂盒已获得欧盟CE认证和中国NMPA医疗器械注册证15项，更多的系列联检试剂也处于申请或审批的进程中，形成了与国外同类高端技术装备竞争的能力。

这一“中国智造”在科技部重点研发计划、国家自然科学基金和上海市科委生物医药支撑计划等项目的支持下，由上海交大李万万研究员领衔，浙江东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万子健生物科技有限公司共同研发，实现了从量子点荧光微球、检测分析仪到配套检验试剂的全链条技术突破，形成量子点液态生物芯片多指标体外检测系统，为发展具有自主知识产权的液态生物芯片技术并普及应用做出重要贡献。

图片来源：内文照片 均 徐瑞哲 摄

来源：作者：徐瑞哲

国产量子点液态芯片实现“突围”，上海交大发布最新成果

界面新闻记者 | 刘素楠

界面新闻编辑 | 彭朋

历经10年基础研究、8年转化，上海交通大学团队与上市公司合作，实现了从量子点荧光微球、检测分析仪到配套检验试剂的完整全链条技术突破，成功创建了具有自主知识产权的量子点液态生物芯片技术平台，打破了国际垄断。

2024年3月25日，上海交大发布了上述最新校企合作科技转化成果。

据上海交大材料科学与工程学院研究员李万万介绍，液态生物芯片技术是一种新型体外检测技术，对核酸和蛋白类标志物均适用，其检测通量大，检测灵敏高，可同时分析单管样本中的数十种目标物，检测效率显著提升，对临床实验室检测具有革命性推动作用。

液态生物芯片作为未来检测技术的发展方向，被我国列入“十三五”国家科技创新规划中须重点突破的体外诊断技术。

液态生物芯片技术核心在于特殊的荧光聚合物微球，以及相应的信号解析。该技术多年来一直被国外垄断，技术壁垒高，制造难度大。国内当前的液态芯片平台使用的微球制备方法，存在编码受限、补偿繁琐、制备复杂、多激光设备昂贵等问题。

李万万团队遇到的第一个技术难点便是如何制备出编码微球。考虑到国外对编码微球技术的垄断和封锁，李万万团队在国际上率先提出量子点荧光编码微球的膜乳化法制备策略。

“从有机荧光变成量子点，对仪器的生产转化创造了条件，量子点可以让微球编码更清晰、更精准，对整个体外诊断行业来说，仪器制备和试剂制备的成本都会降低。”浙江东方基因生物制品股份有限公司（下称“东方基因”）首席科学家方炳良向界面新闻解释。

量子点（Quantum dots， QDs）通常指直径小于10纳米的半导体发光材料。2023年，美国三位科学家就因“发现和合成量子点”获得诺贝尔化学奖，量子点也因此成为明星发光材料。其光学调节能力强，发光颜色纯、效率高，可显著提升荧光微球的编码能力，获得超过100种的编码信号；同时，通过膜乳化制备策略得到的荧光微球，粒径均一、可控，表面可连接多种生物分子，为高通量的多指标检测奠定基础。

第二个技术难点是检测系统的研发。

核心编码微球的制备得到突破后，基于可通过同一激发光激发量子点荧光编码信号的特点，李万万团队联合东方基因，成功自主研发出目前国际上唯一采用单激光技术的全自动液态生物芯片系统。该系统具有体积小、全自动、通量高、样本量少、准确性高、重复性好、线性范围宽、成本低等优点。

第三个技术难点是试剂盒的研发。

李万万团队与东方基因合作，基于上述检测系统进行了癌症、自身免疫疾病、心血管疾病和感染性疾病等系列蛋白/核酸的多指标检测试剂的开发。

目前，系列检测仪和配套检测试剂盒已经获得欧盟CE认证和中国NMPA医疗器械注册证15项，还有更多的系列联检试剂也处于申请或审批的进程中，已形成了与国外同类高端技术装备竞争的能力，并在全球范围全面实施推广，打破了国际大公司的垄断。

“以往去做体检要抽很多血，现在只要50-100微升的血清就可以做十几个指标的检测，检测成本能压缩至原来的1/10。”李万万解释。

此次李万万团队与东方基因的合作也成为上海交大校企合作的又一经典案例。

据上海交通大学党委常委、副校长介绍，近年来，上海交通大学围绕战略导向、前沿导向、市场导向，创立了独具特色的集中区、自由区和融合区的“三区模式”。

其中，上海交大“融合区”聚焦重点产业和新兴产业升级发展中的前瞻性、先导性、探索性的技术问题，关注基础科研和技术创新的能力提升，打造高水平国际合作、多学科交叉、产学研用协同的开放创新合作模式，加强产学研深度融合，推动中长期前沿科技研究和“卡脖子”技术基础科研攻关，促进科技成果转化，以求尽快形成新质生产力。

东方基因成立于2005年，于2020年在科创板上市。2016年，东方基因与上海交大签约，建立紧密合作关系。2018年，东方基因将液态芯片确定为公司重点发展方向，成立杭州液态生物芯片项目公司，专门支持液态芯片研发。2019年，东方基因转让微球制备技术，成立上海研发中心。

2020年，“东方基因-上海交大体外诊断新材料与技术研发中心”，依托转化医学国家重大科技基础设施（上海）和金属基复合材料国家重点实验室，上海交大团队负责基础理论研究和关键技术攻关，浙江东方基因负责产品化研发、生产及产业推广。

同时，为了保障高校原创技术的产业落地，东方基因专门建设了占地面积超过10000平方米的上海嘉定工厂，投入量子点液态生物芯片系列产品的生产。2023年，液态芯片系统实现全面产品化。方炳良透露，东方基因张江项目正式落户张江，总投资15亿元，将打造为东方基因全球化数字研发创新总部。

“诊断是医疗的一方面，治疗是另外一方面，我们现在做的纳米光响应材料也可以用来做治疗。”李万万透露，其团队正在和仁济医院泌尿科合作，探索X射线光动力治疗癌症。

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