上世紀90年代初，“微流控芯片”概念被首次提出，經過不到三十年時間的發(fā)展，已躍居成為當前的科技前沿領域之一，被列入21世紀最為重要的前沿技術行列。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行操控為主要特征的科學技術，具有將生物、化學等實驗室的基本功能諸如樣品制備、反應、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，被廣泛應用于基因分析、蛋白分析、天然產物活性成分的篩選及食品安全分析等領域。

微流控芯片是注定要被深度產業(yè)化的科學技術，生物醫(yī)藥領域新近發(fā)展起來的器官芯片及液滴微流控芯片技術正有望在涉及研發(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，清華大學化學系的梁瓊麟老師一直致力于針對生物復雜系統(tǒng)體外研究需求，開辟基于微流控等新技術構建模擬體內微環(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的研究現(xiàn)狀、成果進展、標準化及產業(yè)化問題展開交流。

揭開生物微流控芯片神秘一角

此前，在分析化學與生命科學的交叉領域，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，并參與生命科學前沿基礎研究，服務于藥物研發(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-質譜聯(lián)用技術為基礎的生物醫(yī)學分析與藥物篩選新方法研究。”

隨著微流控芯片技術不斷走向成熟，梁老師也逐漸將研究重點轉向探索基于仿生微流控芯片構建類器官模型，模擬血管、心肌和腫瘤等組織器官中細胞所處的微生理環(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)集成化的相關新原理、新技術，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，從而進行系統(tǒng)的研究， 收獲業(yè)內同行的高度肯定：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”，劍橋大學化學系Huck 教授在Angew.Chem. Int. Ed.綜述中認為該技術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”的微通道和微結構加工及選擇性修飾的新技術，被Nature Materials以“On the edge”為題進行Highlight報道，認為“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熒光檢測器有待解決的某些難點問題”

基于所構建的微流控平臺，梁老師還開展了單細胞及模式生物分析、組學分析及芯片仿生微組織研究等生物醫(yī)學分析新方法，基于仿生微流控芯片構建血管、心肌和腫瘤等類器官模型，并應用于疾病生物標志物發(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?！?/span>

方興未艾、潛力無限的微流控領域

作為負責人，梁瓊麟老師曾聯(lián)合七家合作單位承擔了國家重大科技專項支持的第一個微流控藥學關鍵技術課題，主持完成國家自然科學基金項目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)，申請歐洲發(fā)明專利2項，曾合作獲得國家科技進步二等獎2項和省部級科技進步獎多項。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)療機構廣泛應用并產生顯著效益。

微流控芯片研究方向經過國內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突破并走向產業(yè)化應用的關鍵時期，同時也面臨許多亟待解決的關鍵性問題。作為微流控應用的基礎，集成化芯片系統(tǒng)的構建以及微流體操控原理與技術仍然需要不斷地創(chuàng)新，解決標準化和產業(yè)化的瓶頸問題。另外，微流控技術亟需找到具有重大需求的應用出口以解決其可持續(xù)發(fā)展的問題。對此梁老師認為，微流控芯片在單細胞分析、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、生物、物理、材料、電子、機械、控制等多學科領域，而微流控芯片系統(tǒng)的研究更涉及科學與工程(技術)的結合、基礎研究與應用研究的結合，一個人的學術知識背景畢竟有限，因此建立多學科交叉的團隊，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：“我認為這一個方興未艾、充滿機會的研究領域，我國在這個領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注并參與進來?！?/span>

埋頭苦干 人無我有

北京理化分析測試技術學會青年委員會后，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：“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，青年科學家、青年技術專家、企業(yè)技術骨干在各自的職業(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工作，針對不同的人群開展訂制化的服務活動，為首都青年科技工作者的發(fā)展爭取資源、創(chuàng)造條件、帶來便利、提供助力?！?/span>

清華大學分析中心儀器設備齊全，色譜、光譜、質譜、波譜、能譜、電化學樣樣俱全，儀器設備資產總價值達8000余萬元，但其中國產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，希望能為國產化儀器的發(fā)展做出更多工作。梁老師坦言：“當前國產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工作者儲備了一定的分析技術，在核心期刊上發(fā)表了大量的學術論文，但是很少實現(xiàn)技術的轉化和產業(yè)化。過去的激勵機制和導向不利于產學研結合，不利于基礎研究、應用、產業(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。”

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儀器方面努力貢獻自己的力量，在政策層面積極呼吁支持國產儀器、推廣國產儀器，在國產儀器的研制方面扎扎實實工作，少一點浮躁和急功近利，在自己認準的方向上埋頭苦干，努力做出人無我有的國產儀器。

　梁瓊麟老師簡介：

梁瓊麟，清華大學副教授、博士生導師，現(xiàn)任清華大學化學系黨委書記、國家中醫(yī)藥管理局中藥化學實驗室主任，入選教育部“新世紀優(yōu)秀人才支持計劃”、北京高等學校青年英才計劃、清華大學“221”基礎研究人才計劃。近五年作為負責人主持“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。還擔任了北京理化分析測試技術學會青年委員會主任委員、中國分析測試協(xié)會青年學術委員會副主任委員、中國化學會青年化學工作者委員會委員、中國醫(yī)藥生物技術協(xié)會制藥技術分會常務委員兼秘書長、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術兼職。

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