新型超高通量悬浮芯片的设计构建获得突破性进展

　　近日，上海交通大学生物医学工程学院古宏晨-徐宏研究团队在新型超高通量悬浮芯片的设计构建及用于单反应多指标生物检测技术方面取得突破性进展，研究成果“Precisely Encoded Barcodes through the Structure-Fluorescence Combinational Strategy: A Flexible, Robust, and Versatile Multiplexed Biodetection Platform with Ultrahigh Encoding Capacities”以封面论文发表在微纳米材料领域权威期刊《Small》上。

　　随着人类对生命现象认识的深入，利用多种生物标志物的组合可以对疾病的发生、发展及预后进行更加精准的检测、诊断以及治疗指导。悬浮芯片以其灵敏而准确的光学编码鉴别、快速的反应动力学、灵活的检测项目组合、可实现定量分析以及同时适用于蛋白与核酸分子检测等特点而成为最理想的多重指标联合检测的技术平台，并被列入“十三五”国家科技创新规划。编码微球是悬浮芯片技术的核心，也是中国体外诊断领域中上游核心原材料所面临的“卡脖子技术”之一。但目前国际上主流的基于多色荧光染料的编码策略存在染料分子间相互干扰从而影响编码的准确性与可控性，同时该策略对微球基质的选择亦不灵活，使得悬浮芯片在面临超高通量多指标检测时仍有较大挑战。

　　为解决本领域的上述重要问题，该团队在国际上首次发现了通过改变介孔微球的孔隙率和基质成分等微球内部的精密结构，可在流式细胞仪上产生特殊的散射光信息，每类微球独特且有规律的散射光信息具有分群特征，从而提出了微球结构可作为一种全新维度的光学编码元素的假设。在此基础上，研究者创新性地提出了“结构-荧光”联合编码策略，即通过发展可对无机和有机微球均具有普适性的聚合物介导的染料掺杂法（该方法近期发表在Chem. Commun., 2021, DOI: 10.1039/d0cc08202c）在介孔微球的孔道内装载荧光染料分子，再在微球的外表面利用层层自组装法依次装载磁性纳米颗粒和荧光量子点纳米晶，成功建立了集三种编码元素（结构和双色荧光）、以及超顺磁特性的超高通量悬浮芯片系统。再利用流式细胞仪作为解码系统，成功实现了单色激光在单个反应管中一次激发与鉴别出300重编码微球，这是目前已有报道的最高记录，取得了本领域的突破。

　　同时，利用该悬浮芯片系统还进一步实现了单管10重肿瘤标志物的联合检测，展现了多重指标联合检测的实际应用潜力。相关研究成果发表于《Small》（2021, 17, 2100315.），论文的第一作者为青年教师王耀助理研究员，通讯作者为徐宏研究员。此工作还得到了上海交通大学生物医学工程学院叶坚教授、邬崇朝长聘教轨副教授等团队的大力支持。该研究得到了国家自然科学基金（重大仪器专项、面上项目、青年项目）、上海市自然科学基金、上海市科委扬帆计划、上海市高峰高原学科建设、上海交通大学医工交叉等基金项目的资助。

　　上述研究成果是古宏晨教授和徐宏研究员领导的科研大团队在高通量悬浮芯片及多指标生物检测领域取得的又一创新性突破。该团队近年来已陆续发展了四代具有不同精密微纳结构的悬浮芯片系统，并在微纳米材料领域权威期刊上连续以封面论文的形式进行报道，包括第一代主-客体组装结构的二维荧光编码平台（Adv. Funct. Mater., 2016, 26, 6146.）、第二代具有主-客体结构的尺寸-荧光联合的三维编码技术（Chem. Mater., 2017, 29, 10398.）、第三代基于光激化学发光的多重检测免洗式悬浮芯片（Small, 2020, 16, 1907521.）、以及此次报道的第四代基于分区设计的结构-荧光联合编码技术（Small, 2021, 17, 2100315.），在本领域产生了持续性的重要影响力。