成果簡介
生物芯片技術是“健康中國2030”國家發展戰略的重要部分，是人民生命健康的重要保障。高端生物芯片是生物醫藥的利器，是生命健康產業鏈各個環節的“感知器”，在整個產業鏈條中發揮著重要作用，預計2025年全球生物芯片市場將達到1800余億元。中國生物芯片芯片市場潛力巨大，但在全球生物芯片市場中僅占5%左右，我國正面臨著美西方“小院高墻”式的封鎖和遏制。當前，形成了伊魯米那、賽默飛、羅氏、安捷倫等公司為主的全球生物芯片市場格局，市場集中度較高。在國際貿易戰中，生物芯片和相關產品的嚴格禁運，將嚴重威脅到我國生命科學和臨床醫學研究、生命健康監測、精準診療、藥物研發等技術與產業的發展。高端生物芯片的核心基礎問題包括分子之間的光電響應信號弱、易受干擾、基底均勻性等，限制了生物芯片的檢測靈敏度與精度。另外，芯片涉及從納米材料到微米流體控制的多尺度復雜微納結構的批量化制備技術，其納米材料自組裝均勻性差、探針分子微印刷精度難控、標準化的量產設備缺乏限制了芯片批量化制備的一致性，影響其臨床應用與市場推廣。項目針對這些關鍵技術進行攻關，取得了一系列重大成果及關鍵技術創新：
創新點一、首次開發了氧化石墨烯量子點自組裝的生物傳感基底，利用氧化石墨烯量子點對抗體蛋白具有強吸附作用的原理，高效固載抗體分子，解決了生物芯片基底均勻性和穩定性問題，為高性能生物分子檢測提供了重要保障。
創新點二、發明了基于微流控精準控制的探針分子定域組裝條形碼技術，將檢測樣本所需的多種捕獲抗體在芯片基底表面印刷，形成固載密度高且均勻的微米級平行條帶陣列，克服了點陣式生物芯片探針固定均勻性的局限，集成微流控芯片，通過設計檢測單元覆蓋一個完整的條形碼陣列，實現了小樣本量的高重復性和高一致性的多種標志物同時檢測。
創新點三、提出了固相平面熒光信號掃描新模式，目標檢測分子被捕獲后，生物信號通過熒光分子轉換成熒光信號，芯片經過清洗除去其他物質，干燥之后在激光平面掃描模式下獲取芯片表面的熒光信號，解決了檢測試劑和樣本對檢測信號的干擾問題，而且基底自組裝的氧化石墨烯量子點能量共振轉移特性消除了非特異性吸附熒光分子的噪聲信號，實現了高信噪比的檢測。
該技術成果顯著提高了生物芯片的檢測性能，檢測通量、均一性、靈敏性和重復性等關鍵指標均優于目前主流進口產品，填補了國內空白，打破了該技術領域的國外技術壟斷，推動了國內生物檢測分析行業的產品升級和技術革新，提升了我國生物芯片領域的國際競爭力和影響力具有深遠的社會經濟效益，將為我國的生命健康戰略發展提供重要技術支撐。
該技術成果形成了具有自主知識產權的技術體系，目前，已獲授權發明專利5件，實用新型專利7件，發表高水平論文14篇，于2021年實現了技術成果轉化（腫瘤十二項標記物檢測技術：1000萬元），已在濟南磐升生物集團公司進行了推廣及應用，產生了較高的經濟效益。
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