上世紀(jì)90年代初，“微流控芯片”概念被首次提出，經(jīng)過不到三十年時間的發(fā)展，已躍居成為當(dāng)前的科技前沿領(lǐng)域之一，被列入21世紀(jì)最為重要的前沿技術(shù)行列。所謂“微流控芯片”，又稱芯片實驗室(Lab-on-a-Chip)，是一種以在微納米尺度空間中對流體進(jìn)行操控為主要特征的科學(xué)技術(shù)，具有將生物、化學(xué)等實驗室的基本功能諸如樣品制備、反應(yīng)、分離和檢測等縮微到一個幾平方厘米芯片上的能力，可實現(xiàn)多種單元技術(shù)在整體可控的微小平臺上的靈活組合、規(guī)模集成，被廣泛應(yīng)用于基因分析、蛋白分析、天然產(chǎn)物活性成分的篩選及食品安全分析等領(lǐng)域。

微流控芯片是注定要被深度產(chǎn)業(yè)化的科學(xué)技術(shù)，生物醫(yī)藥領(lǐng)域新近發(fā)展起來的器官芯片及液滴微流控芯片技術(shù)正有望在涉及研發(fā)及倫理的問題上實現(xiàn)重大突破，具有極其巨大的潛在市場價值。多年來，清華大學(xué)化學(xué)系的梁瓊麟老師一直致力于針對生物復(fù)雜系統(tǒng)體外研究需求，開辟基于微流控等新技術(shù)構(gòu)建模擬體內(nèi)微環(huán)境和生物過程的體外研究平臺。近日，記者有幸采訪到梁瓊麟老師，就仿生微流控芯片技術(shù)的研究現(xiàn)狀、成果進(jìn)展、標(biāo)準(zhǔn)化及產(chǎn)業(yè)化問題展開交流。

清華大學(xué)梁瓊麟老師

揭開生物微流控芯片神秘一角

此前，在分析化學(xué)與生命科學(xué)的交叉領(lǐng)域，梁瓊麟老師一直致力于發(fā)展創(chuàng)新的分析原理、試驗方法及儀器裝置，并參與生命科學(xué)前沿基礎(chǔ)研究，服務(wù)于藥物研發(fā)、臨床檢測等國家重大需求。用梁老師的話說：“我的主要研究方向是以生物微流控以及色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)為基礎(chǔ)的生物醫(yī)學(xué)分析與藥物篩選新方法研究?！?/p>

隨著微流控芯片技術(shù)不斷走向成熟，梁老師也逐漸將研究重點轉(zhuǎn)向探索基于仿生微流控芯片構(gòu)建類器官模型，模擬血管、心肌和腫瘤等組織器官中細(xì)胞所處的微生理環(huán)境，為病理生理研究及藥物篩選提供更合理的新模型和新方法。在微流控芯片領(lǐng)域，梁老師發(fā)展了微流體操控、芯片微系統(tǒng)集成化的相關(guān)新原理、新技術(shù)，并首次報道了磁功能化液滴的生成及磁操控的原理和技術(shù)，從而進(jìn)行系統(tǒng)的研究， 收獲業(yè)內(nèi)同行的高度肯定：N. Pamme教授在Curr. Opin. Chem. Bio.發(fā)表的綜述中明確肯定梁老師及團隊的研究工作系“首次實現(xiàn)了磁功能化液滴的生成和操控”，劍橋大學(xué)化學(xué)系Huck 教授在Angew.Chem. Int. Ed.綜述中認(rèn)為該技術(shù)為操控液滴的分選提供了重要模式。

另外，梁老師與團隊發(fā)明的基于“液體掩膜法”的微通道和微結(jié)構(gòu)加工及選擇性修飾的新技術(shù)，被Nature Materials以“On the edge”為題進(jìn)行Highlight報道，認(rèn)為“該方法的簡便性和低成本使其成為微芯片制作一種有吸引力的選項”。而通過新的光源材料和成像掃描方式的引入促進(jìn)了芯片熒光成像檢測系統(tǒng)的微型化、集成化這一成果也被RSC Chemical Technology以“better microchips”為題Highlight：“通過發(fā)展了一種新穎的系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用一種有機光電二極管陣列作為光源取代常規(guī)的激光，有助于克服微芯片裝置中激光誘導(dǎo)熒光檢測器有待解決的某些難點問題”

基于所構(gòu)建的微流控平臺，梁老師還開展了單細(xì)胞及模式生物分析、組學(xué)分析及芯片仿生微組織研究等生物醫(yī)學(xué)分析新方法，基于仿生微流控芯片構(gòu)建血管、心肌和腫瘤等類器官模型，并應(yīng)用于疾病生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)和藥物篩選。梁老師介紹說：“包括Nature、Science、Cell、PNAS 、Chemical Review等頂級期刊多次引用和肯定我們發(fā)展的分析方法在生物醫(yī)藥研究方面的價值?！?/p>

方興未艾、潛力無限的微流控領(lǐng)域

作為負(fù)責(zé)人，梁瓊麟老師曾聯(lián)合七家合作單位承擔(dān)了國家重大科技專項支持的第一個微流控藥學(xué)關(guān)鍵技術(shù)課題，主持完成國家自然科學(xué)基金項目2項、國家973子課題1項、北京市重點項目1項以及教育部新世紀(jì)人才計劃、北京高校青年英才計劃等資助項目，合作完成國家級科研項目十余項。研究成果已在包括Lab on a chip、Analytical Chemistry、PNAS、Cell等國際期刊上發(fā)表SCI論文101余篇， SCI他引 1831次，H因子22。獲得中國發(fā)明專利11項(授權(quán))，申請歐洲發(fā)明專利2項，曾合作獲得國家科技進(jìn)步二等獎2項和省部級科技進(jìn)步獎多項。據(jù)梁老師透露，微流控芯片的部分成果已在制藥企業(yè)、醫(yī)療機構(gòu)廣泛應(yīng)用并產(chǎn)生顯著效益。

微流控芯片研究方向經(jīng)過國內(nèi)外科研工作者近二十年的積累，目前正處于一個醞釀重大技術(shù)突破并走向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵時期，同時也面臨許多亟待解決的關(guān)鍵性問題。作為微流控應(yīng)用的基礎(chǔ)，集成化芯片系統(tǒng)的構(gòu)建以及微流體操控原理與技術(shù)仍然需要不斷地創(chuàng)新，解決標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化的瓶頸問題。另外，微流控技術(shù)亟需找到具有重大需求的應(yīng)用出口以解決其可持續(xù)發(fā)展的問題。對此梁老師認(rèn)為，微流控芯片在單細(xì)胞分析、類器官組織的藥物篩選等研究方面具有獨特的優(yōu)勢，應(yīng)成為下一階段的重點發(fā)展方向。

微流控研究方向涉及到化學(xué)、生物、物理、材料、電子、機械、控制等多學(xué)科領(lǐng)域，而微流控芯片系統(tǒng)的研究更涉及科學(xué)與工程(技術(shù))的結(jié)合、基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究的結(jié)合，一個人的學(xué)術(shù)知識背景畢竟有限，因此建立多學(xué)科交叉的團隊，培養(yǎng)有坐冷板凳、堅持不懈的團隊協(xié)作精神顯得尤為重要。梁老師滿懷期待：“我認(rèn)為這一個方興未艾、充滿機會的研究領(lǐng)域，我國在這個領(lǐng)域與國際具備同步競爭的潛力，希望更多的青年科技工作者關(guān)注并參與進(jìn)來?！?/p>

埋頭苦干 人無我有

北京理化分析測試技術(shù)學(xué)會青年委員會后，梁瓊麟老師被推舉為首任主任委員，對此，梁老師深感任重而道遠(yuǎn)：“青委會的宗旨就是為北京青年分析測試科技工作者提供服務(wù)，青年科學(xué)家、青年技術(shù)專家、企業(yè)技術(shù)骨干在各自的職業(yè)發(fā)展上各有所長，需求不一，今后我將會和各位副主任委員、秘書長一道努力，為北京青年分析測試科技工作者做好服務(wù)工作，針對不同的人群開展訂制化的服務(wù)活動，為首都青年科技工作者的發(fā)展?fàn)幦≠Y源、創(chuàng)造條件、帶來便利、提供助力?！?/p>

清華大學(xué)分析中心儀器設(shè)備齊全，色譜、光譜、質(zhì)譜、波譜、能譜、電化學(xué)樣樣俱全，儀器設(shè)備資產(chǎn)總價值達(dá)8000余萬元，但其中國產(chǎn)儀器的占比卻非常低。針對這一情況，梁老師他們申請建立了微量分析方法與儀器研制北京市重點實驗室，希望能為國產(chǎn)化儀器的發(fā)展做出更多工作。梁老師坦言：“當(dāng)前國產(chǎn)化儀器大部分還處于跟蹤階段，屬于人有我隨，真正人無我有的東西十分少見。近年來我國分析化學(xué)工作者儲備了一定的分析技術(shù)，在核心期刊上發(fā)表了大量的學(xué)術(shù)論文，但是很少實現(xiàn)技術(shù)的轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化。過去的激勵機制和導(dǎo)向不利于產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，不利于基礎(chǔ)研究、應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)化的全線貫通，現(xiàn)在國家提出改革科研管理體制，希望能夠有所改觀?！?/p>

作為一名青年分析測試科技工作者，梁老師表示將在振興國產(chǎn)儀器方面努力貢獻(xiàn)自己的力量，在政策層面積極呼吁支持國產(chǎn)儀器、推廣國產(chǎn)儀器，在國產(chǎn)儀器的研制方面扎扎實實工作，少一點浮躁和急功近利，在自己認(rèn)準(zhǔn)的方向上埋頭苦干，努力做出人無我有的國產(chǎn)儀器。

梁瓊麟老師簡介：

梁瓊麟，清華大學(xué)副教授、博士生導(dǎo)師，現(xiàn)任清華大學(xué)化學(xué)系黨委書記、國家中醫(yī)藥管理局中藥化學(xué)實驗室主任，入選教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃”、北京高等學(xué)校青年英才計劃、清華大學(xué)“221”基礎(chǔ)研究人才計劃。近五年作為負(fù)責(zé)人主持“重大新藥創(chuàng)制”國家重大科技專項、國家973及國家自然科學(xué)基金等多項課題(項目)。發(fā)表SCI論文101篇， SCI總引用超過1800余次，被包括Nature Material等期刊Research Highlight欄目作為亮點報道。還擔(dān)任了北京理化分析測試技術(shù)學(xué)會青年委員會主任委員、中國分析測試協(xié)會青年學(xué)術(shù)委員會副主任委員、中國化學(xué)會青年化學(xué)工作者委員會委員、中國醫(yī)藥生物技術(shù)協(xié)會制藥技術(shù)分會常務(wù)委員兼秘書長、全國藥物分析理事會副秘書長兼藥物分析創(chuàng)新方法專業(yè)委員會副主任委員等學(xué)術(shù)兼職。