药物分析“芯”方法 发掘微流控芯片在生物医药领域的独特价值

上世纪90年代初，“微流控芯片”概念被首次提出，经过不到三十年时间的发展，已跃居成为当前的科技前沿领域之一，被列入21世纪最为重要的前沿技术行列。所谓“微流控芯片”，又称芯片实验室(Lab-on-a-Chip)，是一种以在微纳米尺度空间中对流体进行操控为主要特征的科学技术，具有将生物、化学等实验室的基本功能诸如样品制备、反应、分离和检测等缩微到一个几平方厘米芯片上的能力，可实现多种单元技术在整体可控的微小平台上的灵活组合、规模集成，被广泛应用于基因分析、蛋白分析、天然产物活性成分的筛选及食品安全分析等领域。

微流控芯片是注定要被深度产业化的科学技术，生物医药领域新近发展起来的器官芯片及液滴微流控芯片技术正有望在涉及研发及伦理的问题上实现重大突破，具有极其巨大的潜在市场价值。多年来，清华大学化学系的梁琼麟老师一直致力于针对生物复杂系统体外研究需求，开辟基于微流控等新技术构建模拟体内微环境和生物过程的体外研究平台。近日，记者有幸采访到梁琼麟老师，就仿生微流控芯片技术的研究现状、成果进展、标准化及产业化问题展开交流。

揭开生物微流控芯片神秘一角

此前，在分析化学与生命科学的交叉领域，梁琼麟老师一直致力于发展创新的分析原理、试验方法及仪器装置，并参与生命科学前沿基础研究，服务于药物研发、临床检测等国家重大需求。用梁老师的话说：“我的主要研究方向是以生物微流控以及色谱-质谱联用技术为基础的生物医学分析与药物筛选新方法研究。”

随着微流控芯片技术不断走向成熟，梁老师也逐渐将研究重点转向探索基于仿生微流控芯片构建类器官模型，模拟血管、心肌和肿瘤等组织器官中细胞所处的微生理环境，为病理生理研究及药物筛选提供更合理的新模型和新方法。在微流控芯片领域，梁老师发展了微流体操控、芯片微系统集成化的相关新原理、新技术，并首次报道了磁功能化液滴的生成及磁操控的原理和技术，从而进行系统的研究， 收获业内同行的高度肯定：N. Pamme教授在Curr. Opin. Chem. Bio.发表的综述中明确肯定梁老师及团队的研究工作系“首次实现了磁功能化液滴的生成和操控”，剑桥大学化学系Huck 教授在Angew.Chem. Int. Ed.综述中认为该技术为操控液滴的分选提供了重要模式。

另外，梁老师与团队发明的基于“液体掩膜法”的微通道和微结构加工及选择性修饰的新技术，被Nature Materials以“On the edge”为题进行Highlight报道，认为“该方法的简便性和低成本使其成为微芯片制作一种有吸引力的选项”。而通过新的光源材料和成像扫描方式的引入促进了芯片荧光成像检测系统的微型化、集成化这一成果也被RSC Chemical Technology以“better microchips”为题Highlight：“通过发展了一种新颖的系统，该系统采用一种有机光电二极管阵列作为光源取代常规的激光，有助于克服微芯片装置中激光诱导荧光检测器有待解决的某些难点问题”

基于所构建的微流控平台，梁老师还开展了单细胞及模式生物分析、组学分析及芯片仿生微组织研究等生物医学分析新方法，基于仿生微流控芯片构建血管、心肌和肿瘤等类器官模型，并应用于疾病生物标志物发现和药物筛选。梁老师介绍说：“包括Nature、Science、Cell、PNAS 、Chemical Review等顶级期刊多次引用和肯定我们发展的分析方法在生物医药研究方面的价值。”

方兴未艾、潜力无限的微流控领域

作为负责人，梁琼麟老师曾联合七家合作单位承担了国家重大科技专项支持的第一个微流控药学关键技术课题，主持完成国家自然科学基金项目2项、国家973子课题1项、北京市重点项目1项以及教育部新世纪人才计划、北京高校青年英才计划等资助项目，合作完成国家级科研项目十余项。研究成果已在包括Lab on a chip、Analytical Chemistry、PNAS、Cell等国际期刊上发表SCI论文101余篇， SCI他引 1831次，H因子22。获得中国发明专利11项(授权)，申请欧洲发明专利2项，曾合作获得国家科技进步二等奖2项和省部级科技进步奖多项。据梁老师透露，微流控芯片的部分成果已在制药企业、医疗机构广泛应用并产生显著效益。

微流控芯片研究方向经过国内外科研工作者近二十年的积累，目前正处于一个酝酿重大技术突破并走向产业化应用的关键时期，同时也面临许多亟待解决的关键性问题。作为微流控应用的基础，集成化芯片系统的构建以及微流体操控原理与技术仍然需要不断地创新，解决标准化和产业化的瓶颈问题。另外，微流控技术亟需找到具有重大需求的应用出口以解决其可持续发展的问题。对此梁老师认为，微流控芯片在单细胞分析、类器官组织的药物筛选等研究方面具有独特的优势，应成为下一阶段的重点发展方向。

微流控研究方向涉及到化学、生物、物理、材料、电子、机械、控制等多学科领域，而微流控芯片系统的研究更涉及科学与工程(技术)的结合、基础研究与应用研究的结合，一个人的学术知识背景毕竟有限，因此建立多学科交叉的团队，培养有坐冷板凳、坚持不懈的团队协作精神显得尤为重要。梁老师满怀期待：“我认为这一个方兴未艾、充满机会的研究领域，我国在这个领域与国际具备同步竞争的潜力，希望更多的青年科技工作者关注并参与进来。”

埋头苦干 人无我有

北京理化分析测试技术学会青年委员会后，梁琼麟老师被推举为首任主任委员，对此，梁老师深感任重而道远：“青委会的宗旨就是为北京青年分析测试科技工作者提供服务，青年科学家、青年技术专家、企业技术骨干在各自的职业发展上各有所长，需求不一，今后我将会和各位副主任委员、秘书长一道努力，为北京青年分析测试科技工作者做好服务工作，针对不同的人群开展订制化的服务活动，为首都青年科技工作者的发展争取资源、创造条件、带来便利、提供助力。”

清华大学分析中心仪器设备齐全，色谱、光谱、质谱、波谱、能谱、电化学样样俱全，仪器设备资产总价值达8000余万元，但其中国产仪器的占比却非常低。针对这一情况，梁老师他们申请建立了微量分析方法与仪器研制北京市重点实验室，希望能为国产化仪器的发展做出更多工作。梁老师坦言：“当前国产化仪器大部分还处于跟踪阶段，属于人有我随，真正人无我有的东西十分少见。近年来我国分析化学工作者储备了一定的分析技术，在核心期刊上发表了大量的学术论文，但是很少实现技术的转化和产业化。过去的激励机制和导向不利于产学研结合，不利于基础研究、应用、产业化的全线贯通，现在国家提出改革科研管理体制，希望能够有所改观。”

作为一名青年分析测试科技工作者，梁老师表示将在振兴国产仪器方面努力贡献自己的力量，在政策层面积极呼吁支持国产仪器、推广国产仪器，在国产仪器的研制方面扎扎实实工作，少一点浮躁和急功近利，在自己认准的方向上埋头苦干，努力做出人无我有的国产仪器。

　梁琼麟老师简介：

梁琼麟，清华大学副教授、博士生导师，现任清华大学化学系党委书记、国家中医药管理局中药化学实验室主任，入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”、北京高等学校青年英才计划、清华大学“221”基础研究人才计划。近五年作为负责人主持“重大新药创制”国家重大科技专项、国家973及国家自然科学基金等多项课题(项目)。发表SCI论文101篇， SCI总引用超过1800余次，被包括Nature Material等期刊Research Highlight栏目作为亮点报道。还担任了北京理化分析测试技术学会青年委员会主任委员、中国分析测试协会青年学术委员会副主任委员、中国化学会青年化学工作者委员会委员、中国医药生物技术协会制药技术分会常务委员兼秘书长、全国药物分析理事会副秘书长兼药物分析创新方法专业委员会副主任委员等学术兼职。

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