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这颗精准医疗“中国芯”来自肇庆
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记者 林琳

近日,第十四届中国创新创业大赛(广东赛区)暨第十三届“珠江天使杯”科技创新创业大赛评审结果公布,肇庆市华师大光电产业研究院微流控小组凭借“高性能微流控靶板芯片的研发及产业化”项目,获得团队组二等奖。这支仅6人、只有1名博士的小型团队,成为聚光灯下的一匹黑马。

微流控小组负责人张华站在光刻机前,小心翼翼地从设备中取出一片巴掌大的透明晶圆,对着灯光端详——上面布满肉眼难以辨识的微米级图形,如同星辰密布于方寸之间。“这就是我们的靶板芯片。”他的语气里透着科研人特有的审慎,“每一个小点,都是一个亲水点位,半径只有200到250微米。”

国内第一

“我们是国内第一个真正做出靶板芯片的团队。”谈及项目的突破意义,张华话语简洁,却字字笃定。

时间拨回2019年。当时,国内一家知名生物医药企业找到研究院,提出合作开发用于核酸质谱检测的靶板芯片。这类芯片是高端医疗检测设备的核心耗材,主要应用于药物基因组学等精准医疗领域,能将微升级别的生物样本精准固定于特定位点,供质谱仪进行分析。

“那时国内机构没法自主生产靶板芯片,全靠进口,价格昂贵。”张华回忆道,美国公司生产的384点阵芯片售价约1万元人民币,而国内仪器厂商与检测机构苦寻国产替代多年未果。

研究院接下了这项挑战,从零起步,踏上自主研发之路。

微流控,顾名思义,是在微米尺度上操控流体的技术。“这就像用注射器推液,但我们要控制的是微升乃至纳升级的液体,让它形成特定大小的液滴,并精确停留在芯片的特定位置。”张华尝试用最通俗的语言解释生物医疗与精准检测领域的前沿技术。

从图纸变成产品,道路漫长而曲折。最大的技术壁垒,藏在芯片表面那层肉眼看不见的涂层里。“芯片上既有疏水区防止样本扩散,也有亲水点精准吸附样本。”张华拿起一片成品芯片说,“最难的是疏水涂层必须极其稳定、持久、纯净。质谱仪非常敏感,涂层若有任何瑕疵或杂质,都会导致检测失败。”

国外产品工艺严格保密,国内毫无经验可循,一切全靠自己摸索。微流控小组尝试了无数种材料与配方,反复测试涂层的耐候性、生物兼容性与机械强度。

“我们要求涂层性能保持两年以上,指甲刮不破,能耐受强酸清洗,且不引入任何干扰检测的杂质。”张华列举了几近苛刻的指标。

2023年,微流控小组实现从“0”到“1”的突破,成功制备出性能达标、可批量生产的靶板芯片样品,宣告国内首个真正掌握靶板芯片核心制造技术的团队在肇诞生。

耐心投入

走进微流控小组的专用实验室,显影台、光刻机、点样机等设备井然陈列。张华演示着芯片的制作流程:在硅片或玻璃基材上,经光刻技术进行微米级图形加工,通过多次涂层、清洗与光刻的复杂工序,精确构筑疏水区与亲水点阵列,最后切割为独立芯片。

“流程听起来清晰,实际却充满未知。”张华坦言,“你要问我最难的是哪一关,我有点记不清了。好几年了,我们一直在试错。”

事实上,芯片原型在项目立项三个月后便已诞生。但要从原型变成可商用、高可靠的产品,还有漫漫长路要走。合作方的检测仪器价值几百万元,芯片必须完美匹配。

“我们与客户联调,他们反馈问题,我们改进芯片。仪器有调整,我们继续适配。这是一个持续‘反馈—改进’的循环。”张华说,从2019年到2023年,微流控小组几乎没有产出,只有持续投入。

其间,研究人员也曾流动。“早期团队变动比较大,我和院长是始终留下的。”张华语气平静,“我好像没刻意想过坚持,只是觉得这件事必须做,就尽力去做。没做成之前,没想过放弃。”

支撑这份“固执”的力量来自多方。张华是肇庆市2018年第二批引进人才,享受落户补贴、生活补助、购房优惠等一系列政策。“这让我能更安心地在此工作和生活。”他说。

研究院与地方政府则提供“耐心资本”。“前期没有产出,研发投入和人员工资都来自研究院经费,这背后是肇庆市人民政府和肇庆高新区的持续资金与政策支持。”张华强调,从“0”到“1”的突破,离不开这种对基础研发的长期投入与包容。

未来可期

突破技术壁垒后,最直接的成果是成本大幅降低与供应链自主可控。

“我们的产品售价可控制在几百元。”张华说,这不仅意味着下游检测成本大幅降低,让更多患者受益,也标志着我国在该高端耗材领域突破了“卡脖子”困境。

目前,靶板芯片主要应用于药物基因组学检测。“例如癫痫、癌症或慢性病用药,患者因基因差异,对药物代谢与耐受不同。通过芯片检测,可精准指导用药种类与剂量,避免吃错药带来的风险或疗效不佳。”张华介绍,当前国内该检测市场容量约为每年500万人次。

在张华看来,靶板芯片的未来远不止于此。“最大的增长点可能在体检业务,用于预测癌症风险。”他分析道,伴随老龄化趋势,癌症早筛市场也将稳步增长。目前,该项技术已与国内三四家仪器厂商达成合作并开始供货。

技术的延展性同样可观。“微流控本质上是一种平台型技术。”张华指向实验室的其他设备,“除了生物医疗,它在化妆品领域可用于制造均匀微米级保湿液滴,在高端电子领域可用于芯片微通道散热,我们已经给华为开展过相关散热技术的研发。”

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