中國粉體網(wǎng)訊 在門捷列夫元素周期表里，有一片由17種金屬元素組成的區(qū)域，它們在自然界中含量稀少，又常以氧化物的“土”顆粒狀態(tài)存在，因而被稱為稀土。稀土元素獨(dú)特的原子結(jié)構(gòu)使其可以合成具有獨(dú)一無二光學(xué)特性的上轉(zhuǎn)發(fā)光材料（UCP）。在我國科研工作者的努力下，這種材料被廣泛應(yīng)用于傳染病防控、臨床急診檢驗(yàn)、食品安全篩查、生物反恐、毒品篩檢等多個(gè)生物檢測領(lǐng)域，為眾多應(yīng)急行業(yè)解了燃眉之急�！痘谙⊥良{米上轉(zhuǎn)發(fā)光技術(shù)的即時(shí)檢測系統(tǒng)創(chuàng)建及多領(lǐng)域應(yīng)用》項(xiàng)目，近日獲2015年國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
把論文變成產(chǎn)品困擾科學(xué)家
稀土納米上轉(zhuǎn)發(fā)光材料的制作方法與我國的陶瓷制作工藝類似，即把幾種稀土元素混合起來，在1000多攝氏度高溫爐子里燒制而成。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人之一、軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院微生物流行病研究所楊瑞馥教授告訴記者：“自然界中普遍存在的發(fā)光現(xiàn)象都是‘下轉(zhuǎn)發(fā)光’，由高能量光激發(fā)，發(fā)射光按能量遞減規(guī)律向外發(fā)射。而上轉(zhuǎn)發(fā)光材料剛好相反，由于其內(nèi)部發(fā)生能量躍遷，所以可使低能量的激發(fā)光上轉(zhuǎn)為高能量的發(fā)射光。這種人造的發(fā)光現(xiàn)象在自然界中是不存在的�！�
稀土納米上轉(zhuǎn)發(fā)光材料在生物檢測中可以表現(xiàn)出更高的敏感性和特異性。楊瑞馥介紹，常用的免疫檢測試劑（如綠色熒光蛋白等）都是下轉(zhuǎn)發(fā)光，它們的本底熒光很高，需要借助專門儀器設(shè)備才能看到。而上轉(zhuǎn)發(fā)光材料沒有本底熒光，不用借助任何儀器就可以看得非常清楚，因此檢測的敏感性要比普通的下轉(zhuǎn)熒光高很多。
其實(shí)，科研工作者已經(jīng)看到了稀土納米上轉(zhuǎn)發(fā)光材料的神奇之處，在國際上發(fā)表過相關(guān)科研論文的機(jī)構(gòu)約有10家。但如何把論文變成產(chǎn)品，真正發(fā)揮這種材料的優(yōu)勢，一直是困擾各國科研工作者的難題。
機(jī)會(huì)留給有心人
我國很多現(xiàn)場快速檢測試劑曾一度依賴進(jìn)口。“這些試劑價(jià)格昂貴，且無法很好地實(shí)現(xiàn)多種有害物質(zhì)同時(shí)定量檢測。加速研發(fā)擁有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的監(jiān)測試劑，一直是我們惦記的事�！睏钊痧セ貞涰�(xiàng)目起源仍難掩激動(dòng)的心情。那是2000年的一天，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院接到上海一家公司的來信，信上描述了稀土納米上轉(zhuǎn)發(fā)光材料，并稱他們正用這種材料生產(chǎn)消防和水下救援中指引道路用的發(fā)光繩，以及圣誕裝飾用的發(fā)光小禮品。他們認(rèn)為這個(gè)材料一定還有更有價(jià)值的用途，正在尋求技術(shù)支持。
看到這封信，楊瑞馥立即與對(duì)方聯(lián)系。當(dāng)時(shí)，對(duì)方經(jīng)理正好在北京出差，兩人一拍即合，當(dāng)場簽下合作協(xié)議�！拔覀兗s定，他們做材料，我們做生物學(xué)領(lǐng)域研發(fā)。”于是，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院微生物流行病研究所和上海科炎光電技術(shù)有限公司開展合作，并在2002年成功建立以稀土納米上轉(zhuǎn)發(fā)光材料作為生物示蹤物的免疫層析技術(shù)平臺(tái)（UPT-LF）。
“從基礎(chǔ)研發(fā)到批量生產(chǎn)，最后形成銷售體系，我們是國際上唯一完成全部環(huán)節(jié)的團(tuán)隊(duì)。這是因?yàn)閳F(tuán)隊(duì)吸納了納米材料、生物技術(shù)、光機(jī)電、計(jì)算機(jī)軟件、流體動(dòng)力學(xué)等多學(xué)科的人才，大家協(xié)同創(chuàng)新�！睏钊痧v數(shù)了研發(fā)團(tuán)隊(duì)的壯大過程：2003年，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所加入，并成功研制定量分析免疫層析技術(shù)結(jié)果的UPT生物傳感器。2005年，完善形成UPT生物應(yīng)急檢測系統(tǒng)，申請專利51項(xiàng)，建立涵蓋納米材料、生物檢測、智能傳感全技術(shù)環(huán)節(jié)在內(nèi)的專利保護(hù)群。2007年，北京熱景生物技術(shù)有限公司加盟，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。2011年，研究團(tuán)隊(duì)獲得第一個(gè)醫(yī)療器械注冊證書，成為國內(nèi)第一個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的定量即時(shí)檢驗(yàn)技術(shù)平臺(tái)。
合理破解層析動(dòng)力學(xué)之謎
面對(duì)心臟病突發(fā)的急診患者，3分鐘和15分鐘出結(jié)果，救治效果會(huì)大不一樣。楊瑞馥告訴記者，團(tuán)隊(duì)的另一個(gè)重大突破就是摸清了免疫層析檢測的動(dòng)力學(xué)之謎，大大縮短了檢測時(shí)間，并提高了試劑研發(fā)速度。
如果得知液體在試紙條上如何流動(dòng)，就可以根據(jù)影響因素和過程有針對(duì)性地設(shè)計(jì)試紙，而這個(gè)規(guī)律一直鮮為人知。2012年，研究團(tuán)隊(duì)獲得中國科學(xué)院力學(xué)所專家鼎力相助，找到了免疫層析的動(dòng)力學(xué)規(guī)律。“我們知道了液體流動(dòng)是如何受顆粒濃度、蛋白濃度、添加劑等因素的影響，就可以有選擇地調(diào)整條件，這使得試劑研發(fā)速度從過去的2個(gè)月～3個(gè)月提高到目前的2周～3周，層析檢測時(shí)間由原來的10分鐘～15分鐘縮短到3分鐘～5分鐘。楊瑞馥表示，現(xiàn)有免疫層析的弱點(diǎn)是液體和固體間的反應(yīng)，單條檢測只能檢測一個(gè)靶標(biāo)�！拔覀兿Ｍ龆喟袠�(biāo)的檢測，并研究液相的反應(yīng)，試劑的穩(wěn)定性、速度效率、敏感性都會(huì)更快。”
打破國際壟斷，保障生物安全
我國稀土礦石約占世界總儲(chǔ)量的43%，占世界稀土市場98%的份額，但長期以來始終局限于低端原料出口。研發(fā)團(tuán)隊(duì)使稀土資源由低端礦石出口產(chǎn)業(yè)升級(jí)為具有國際競爭力的高新生物醫(yī)藥技術(shù)產(chǎn)業(yè)，開拓了稀土資源高附加值利用的新領(lǐng)域。
“我們的最大社會(huì)效益就是打破了國外產(chǎn)品的壟斷，過去國外相關(guān)儀器在中國賣16萬元，一張?jiān)嚰垪l1000元，現(xiàn)在我們的儀器賣幾萬元，試紙幾十元。”楊瑞馥說。稀土納米上轉(zhuǎn)發(fā)光技術(shù)的核心產(chǎn)品已在700余家醫(yī)療機(jī)構(gòu)、100余個(gè)疾控系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，并為重大活動(dòng)提供了生物安全保障。研究團(tuán)隊(duì)的全部成果在北京落地轉(zhuǎn)化，建立了日產(chǎn)稀土納米上轉(zhuǎn)發(fā)光材料1000克、試劑2萬份、生物傳感器10臺(tái)的3條生產(chǎn)線，獲醫(yī)療器械注冊證書15項(xiàng)。
把論文變成產(chǎn)品困擾科學(xué)家
稀土納米上轉(zhuǎn)發(fā)光材料的制作方法與我國的陶瓷制作工藝類似，即把幾種稀土元素混合起來，在1000多攝氏度高溫爐子里燒制而成。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人之一、軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院微生物流行病研究所楊瑞馥教授告訴記者：“自然界中普遍存在的發(fā)光現(xiàn)象都是‘下轉(zhuǎn)發(fā)光’，由高能量光激發(fā)，發(fā)射光按能量遞減規(guī)律向外發(fā)射。而上轉(zhuǎn)發(fā)光材料剛好相反，由于其內(nèi)部發(fā)生能量躍遷，所以可使低能量的激發(fā)光上轉(zhuǎn)為高能量的發(fā)射光。這種人造的發(fā)光現(xiàn)象在自然界中是不存在的�！�
稀土納米上轉(zhuǎn)發(fā)光材料在生物檢測中可以表現(xiàn)出更高的敏感性和特異性。楊瑞馥介紹，常用的免疫檢測試劑（如綠色熒光蛋白等）都是下轉(zhuǎn)發(fā)光，它們的本底熒光很高，需要借助專門儀器設(shè)備才能看到。而上轉(zhuǎn)發(fā)光材料沒有本底熒光，不用借助任何儀器就可以看得非常清楚，因此檢測的敏感性要比普通的下轉(zhuǎn)熒光高很多。
其實(shí)，科研工作者已經(jīng)看到了稀土納米上轉(zhuǎn)發(fā)光材料的神奇之處，在國際上發(fā)表過相關(guān)科研論文的機(jī)構(gòu)約有10家。但如何把論文變成產(chǎn)品，真正發(fā)揮這種材料的優(yōu)勢，一直是困擾各國科研工作者的難題。
機(jī)會(huì)留給有心人
我國很多現(xiàn)場快速檢測試劑曾一度依賴進(jìn)口。“這些試劑價(jià)格昂貴，且無法很好地實(shí)現(xiàn)多種有害物質(zhì)同時(shí)定量檢測。加速研發(fā)擁有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的監(jiān)測試劑，一直是我們惦記的事�！睏钊痧セ貞涰�(xiàng)目起源仍難掩激動(dòng)的心情。那是2000年的一天，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院接到上海一家公司的來信，信上描述了稀土納米上轉(zhuǎn)發(fā)光材料，并稱他們正用這種材料生產(chǎn)消防和水下救援中指引道路用的發(fā)光繩，以及圣誕裝飾用的發(fā)光小禮品。他們認(rèn)為這個(gè)材料一定還有更有價(jià)值的用途，正在尋求技術(shù)支持。
看到這封信，楊瑞馥立即與對(duì)方聯(lián)系。當(dāng)時(shí)，對(duì)方經(jīng)理正好在北京出差，兩人一拍即合，當(dāng)場簽下合作協(xié)議�！拔覀兗s定，他們做材料，我們做生物學(xué)領(lǐng)域研發(fā)。”于是，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院微生物流行病研究所和上海科炎光電技術(shù)有限公司開展合作，并在2002年成功建立以稀土納米上轉(zhuǎn)發(fā)光材料作為生物示蹤物的免疫層析技術(shù)平臺(tái)（UPT-LF）。
“從基礎(chǔ)研發(fā)到批量生產(chǎn)，最后形成銷售體系，我們是國際上唯一完成全部環(huán)節(jié)的團(tuán)隊(duì)。這是因?yàn)閳F(tuán)隊(duì)吸納了納米材料、生物技術(shù)、光機(jī)電、計(jì)算機(jī)軟件、流體動(dòng)力學(xué)等多學(xué)科的人才，大家協(xié)同創(chuàng)新�！睏钊痧v數(shù)了研發(fā)團(tuán)隊(duì)的壯大過程：2003年，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所加入，并成功研制定量分析免疫層析技術(shù)結(jié)果的UPT生物傳感器。2005年，完善形成UPT生物應(yīng)急檢測系統(tǒng)，申請專利51項(xiàng)，建立涵蓋納米材料、生物檢測、智能傳感全技術(shù)環(huán)節(jié)在內(nèi)的專利保護(hù)群。2007年，北京熱景生物技術(shù)有限公司加盟，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。2011年，研究團(tuán)隊(duì)獲得第一個(gè)醫(yī)療器械注冊證書，成為國內(nèi)第一個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的定量即時(shí)檢驗(yàn)技術(shù)平臺(tái)。
合理破解層析動(dòng)力學(xué)之謎
面對(duì)心臟病突發(fā)的急診患者，3分鐘和15分鐘出結(jié)果，救治效果會(huì)大不一樣。楊瑞馥告訴記者，團(tuán)隊(duì)的另一個(gè)重大突破就是摸清了免疫層析檢測的動(dòng)力學(xué)之謎，大大縮短了檢測時(shí)間，并提高了試劑研發(fā)速度。
如果得知液體在試紙條上如何流動(dòng)，就可以根據(jù)影響因素和過程有針對(duì)性地設(shè)計(jì)試紙，而這個(gè)規(guī)律一直鮮為人知。2012年，研究團(tuán)隊(duì)獲得中國科學(xué)院力學(xué)所專家鼎力相助，找到了免疫層析的動(dòng)力學(xué)規(guī)律。“我們知道了液體流動(dòng)是如何受顆粒濃度、蛋白濃度、添加劑等因素的影響，就可以有選擇地調(diào)整條件，這使得試劑研發(fā)速度從過去的2個(gè)月～3個(gè)月提高到目前的2周～3周，層析檢測時(shí)間由原來的10分鐘～15分鐘縮短到3分鐘～5分鐘。楊瑞馥表示，現(xiàn)有免疫層析的弱點(diǎn)是液體和固體間的反應(yīng)，單條檢測只能檢測一個(gè)靶標(biāo)�！拔覀兿Ｍ龆喟袠�(biāo)的檢測，并研究液相的反應(yīng)，試劑的穩(wěn)定性、速度效率、敏感性都會(huì)更快。”
打破國際壟斷，保障生物安全
我國稀土礦石約占世界總儲(chǔ)量的43%，占世界稀土市場98%的份額，但長期以來始終局限于低端原料出口。研發(fā)團(tuán)隊(duì)使稀土資源由低端礦石出口產(chǎn)業(yè)升級(jí)為具有國際競爭力的高新生物醫(yī)藥技術(shù)產(chǎn)業(yè)，開拓了稀土資源高附加值利用的新領(lǐng)域。
“我們的最大社會(huì)效益就是打破了國外產(chǎn)品的壟斷，過去國外相關(guān)儀器在中國賣16萬元，一張?jiān)嚰垪l1000元，現(xiàn)在我們的儀器賣幾萬元，試紙幾十元。”楊瑞馥說。稀土納米上轉(zhuǎn)發(fā)光技術(shù)的核心產(chǎn)品已在700余家醫(yī)療機(jī)構(gòu)、100余個(gè)疾控系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，并為重大活動(dòng)提供了生物安全保障。研究團(tuán)隊(duì)的全部成果在北京落地轉(zhuǎn)化，建立了日產(chǎn)稀土納米上轉(zhuǎn)發(fā)光材料1000克、試劑2萬份、生物傳感器10臺(tái)的3條生產(chǎn)線，獲醫(yī)療器械注冊證書15項(xiàng)。
