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我国食品安全芯片检测系统填补国际空白

  “中国应加大在生物芯片研发方面的投资力度,实现强强结合,尽快建立国家级生物芯片工程研究中心,迅速研究开发出一批具有我国自主知识产权的专门技术,积极参与到国际竞争的行列中去。”2000年2月29日,程京在为国务院及有关部委领导作报告时如此呼吁。

  他的建议引起了国家对生物芯片技术的高度重视。2000年9月30日,北京博奥生物芯片有限责任公司正式成立,并承担起生物芯片北京国家工程研究中心的投资建设和运营管理任务。

  作为博奥生物总裁兼技术总监、生物芯片北京国家工程研究中心主任,程京没有辜负期望。自2002年1月承担了国家“863”功能基因组和生物芯片重大专项生物芯片的研究与开发课题后,他带领课题组成员经过三年研发,终于圆满完成规定任务,建立了与我国生命科学研究、医药研究及生物技术发展密切相关的生物芯片系统技术平台,为我国的生命科学基础研究、新药开发、医学诊断和生物检测等行业提供了有力的核心技术支撑和产品服务,为我国生物芯片制作装备及检测仪器的产业化打下了基础,实现了我国生物芯片从无到有,从弱到强的飞跃。

  5项产品将实现规模化出口

  “生物芯片技术是在后基因组和蛋白质组学时代的一个关键性技术,在未来的生物医学和生物检测应用方面都有广泛的前景。生物芯片平台是一套综合的技术和知识体系,它除了生物芯片本身以外,还需要配套的生物材料、仪器设备、生物信息学软件系统等的支持。这包括分子生物学、光机电和力学、材料学、医学等各种相关学科的知识,是目前生物学研究中最复杂的一项。”程京介绍说。他表示,博奥生物经过6年来的努力,已经建成了“生物芯片,生命科学仪器,软件与数据库,生物试剂与耗材”四大系列共计100多项产品和服务。截至2005年9月,博奥生物已经有5项产品开始进入美国、欧洲、日本和韩国等生命科学主要市场,并在2006年实现规模化的出口。博奥生物应用自有技术和知识,正与国际最大的基因芯片公司Affymetrix合作,研制和生产下一代基因芯片扫描仪。

  经过几年的努力,博奥生物已经开发出了包括基因分型芯片、表达谱芯片、蛋白芯片和细胞芯片的一系列具有自主知识产权的微阵列核心技术。博奥生物构建了各种cDNA和寡核苷酸文库及预制芯片以及按照基因功能分类的6类微阵列生物芯片产品,其中包括世界唯一的HLA基因分型芯片;家蚕寡核苷酸微阵列芯片;可用于多种自身免疫性疾病的快速鉴别检测、为临床医生提供更丰富的辅助诊断信息的自身免疫疾病检测芯片;用于细胞电生理检测的细胞电旋转检测芯片和神经细胞网络电生理监测芯片等多种芯片产品、覆盖临床绝大多数革兰氏阳性细菌及其重要的耐药基因;可同时进行细菌鉴定与耐药基因检测的细菌鉴定与耐药检测基因芯片以及可检测近20种重要致病性分枝杆菌和针对5种抗结核“一线药物”的42种常见耐药基因类型的分枝杆菌菌种鉴定和结核耐药性检测基因芯片。

  食品安全芯片检测系统填补国际空白

  除研发以外,程京还非常注重让产品更好地服务于市场。

  “我们通过自己的研发,结合客户的市场需求,开发出系统解决方案。”他说,“比如专门针对食品安全检测开发的兽药残留检测蛋白芯片和人体内兴奋剂检测蛋白芯片,从样品处理、芯片设计、检测仪器到检测软件,整套系统都是我们自己开发的,分别获得了专利保护,并填补了国际芯片检测领域的空白。”

  据他介绍,兽药残留检测蛋白芯片第一代产品已通过了国家质检总局组织的专家鉴定和验收,该试剂盒可在三小时内对待检样品中多种兽药同时进行残留检测,是一种高效的兽药残留初筛分析工具。目前已经研制出能够检测磺胺类、喹诺酮类等9种兽药残留的第二代蛋白芯片,每套试剂盒可检测24个样品。通过对大量实际样品的检测表明,兽药残留蛋白芯片检测平台系统操作简单、检测速度快、检测通量高,能在同一张芯片上并行检测多份样品中的多种兽药残留,且检测灵敏度达到了欧盟和国家最高残留限量的要求,检测结果与确证方法相比有很好的符合率。

  中国成功申办2008年北京奥运会后,时任国务院副总理的李岚清于2001年9月先后两次就国产化兴奋剂检测生物芯片装置的开发工作做出了专门批示。2001年11月,博奥生物联合清华大学、国家体育总局兴奋剂检测中心等机构,在程京博士的带领下,正式启动了高通量兴奋剂检测蛋白芯片项目的研发工作。博奥生物基于芯片平台的兴奋剂检测技术可在一片芯片上同时对16种违禁药物进行检测,具有通量高、速度快、成本低和操作简单的优势,解决了现有方法检测费用过于昂贵、检测人力需求巨大等问题,可以最终实现运动员大规模的筛查。2005年3月,英国NatureMethods杂志在其科研亮点专栏名为《生物芯片——奥林匹克的希望》的文章中指出,“生物芯片北京国家工程研究中心(暨博奥生物)研制的新型、高通量兴奋剂检测蛋白芯片正在成为反兴奋剂斗争中的有力武器。”

  此外,博奥生物还在临床检测、芯片教学等诸多应用领域开发出了相应的整体解决方案,他们都可以与自主研制的激光共焦扫描仪相结合,从芯片荧光扫描图像直接给出检测结果并生成报表,无需人为统计数据和计算。

  程京表示:“这样的整体系统,充分考虑到了顾客的需求和便捷,同时在技术上有很大提高。与传统设备相比,我们的检测速度可提高5倍。”

  中国应发展自己的生命科学仪器工业

  谈及我国今后生物芯片领域的发展,程京认为:“中国是时候,也有能力发展自己的生命科学仪器工业。”他说:“以前我们在仪器设备方面做的很少,主要是小打小闹做点试剂盒什么的。863实施过程中很大一部分经费,都用来购买了国外的设备,这对中国来讲是个很危险的信号。一旦受到国外的限制,将给我国带来很大的威胁,因此很多东西都应该自己做。”

  说到自己的产品,他显得信心十足:“其实现在我国已经具备了做这些仪器和设备的能力,而且做的时候完全可以有一些创新。我们已经出口的产品,如激光扫描仪,在同类产品中,我们是相当优秀的。跟同一档次的产品比,我们绝对是数一数二,即便跟价格超过我们数倍的高档产品比,我们在性能上也不比他们差,因此我们现在很有信心。”但他认为,政府还应加大支持力度:“要逐步树立消费者对国产品牌的信心,政府应该加大力度进行引导。如果自己的政府都不通过政府采购这样的手段来扶持民族工业,我们用几年时间跟人家几十年的基础竞争,谈何容易?”

  程京:从“四不像”到高精尖人才

  正是这位44岁的年轻学者,在司法鉴定、分析化学、医学分子生物学等领域作出了大量开拓性的研究工作,曾发明两种分别用于动、植物DNA快速萃取的方法,开发出了用缠结溶液毛细管电泳对基因突变进行检测的多种方法,完成了生物芯片中细胞的过滤分离与介电电泳分离、芯片核酸扩增反应、芯片毛细管电泳、芯片电子杂交、细胞芯片及芯片实验室等多项前沿性研究项目,目前正在生物芯片领域中承担国家自然科学重点基金、863高技术项目、国家重大基础研究项目(973)以及科技部功能基因组与生物芯片重大专项各一项。

  谈及当初如何走进生物芯片领域,程京表示:“是偶然向必然的过渡。”

  1983年,20岁的程京从上海铁道大学电气工程系拿到了工学学士学位,进入一家生产内燃机车的国营工厂。没过几年,他放弃了稳定的工作赴英国深造,成为我国派出留学生中的第一个司法生物学博士。随后,又完成了细胞及分子生物学博士后研究。“当时感觉自己‘四不像’,什么都学了一点,但是都不精。”为了将来的发展,他开始寻找一个能把自己所学知识融会贯通的领域。

  一个偶然的机会,他看到美国宾夕法尼亚大学刊登的一则招人广告,内容很玄,要求本科学工程,研究生学生物学,分子生物学更好,并愿意从事生物芯片研究。能符合如此“怪异”要求的人不多,程京却恰巧是其中之一,于是,1994年,他来到美国宾夕法尼亚大学,从此迈入生物芯片领域。

  1999年3月,已在美国某公司任首席科学家的程京回到祖国,受聘于清华大学生命科学与工程研究院任教授、博导、生物芯片研究开发中心主任。当时,我国在生物芯片领域的研究刚刚从零开始,与国外差距非常大。

  经过几年的研究,他的才华得到了证实。他带领研究人员开发的细胞膜片钳芯片技术获得了美国生物工业大会颁发的“科学突破发明奖”,同时跟美国一家公司签订了合约,“对方拿350万美金来换回在全球对我们芯片的销售权,芯片利润的70%归我们。”

  如今,我国的生物芯片研究已取得令人满意的成绩,他说:“有些芯片技术我国已占据世界领先位置,相当一部分技术与国外处于同一水平,还有一小部分存在一些差距。”

  据了解,程京除了搞科研外,对商业操作也颇有研究,曾专门花时间强化学习企业经营,他表示对学生的要求也是如此。“我希望培养两栖人才,在科研、商务两方面都对学生进行专门培训,现在毕业的学生有三分之一都留在我的公司从事科研管理工作。”

  

  程京简介

  男,1963年7月生。教授、博士生导师。长江学者计划特聘教授。

  1983年毕业于上海铁道大学(现同济大学)电气工程系,获学士学位。

  1992年在英国史查克莱大学获司法生物学博士学位。先后在英国史查克莱大学、阿伯丁大学细胞及分子生物学系、美国宾夕法尼亚大学病理及实验室医学系作博士后研究。

  1996年后曾任美国宾夕法尼亚大学病理及实验室助理教授;美国Nanogen公司资深科学家/资深工程师、首席科学家/首席工程师以及首席研究员;美国AVIVA Biosciences公司技术总监。

  1999年3月受聘于清华大学生命科学与工程研究院任教授、博士生导师、生物芯片研究开发中心主任、教育部“长江学者计划特聘教授”。

  2000年9月起至今任生物芯片北京国家工程研究中心主任。主要从事DNA芯片、细胞芯片和芯片缩微实验室的研究开发。在生物芯片领域中目前承担国家自然科学重点基金、863高技术项目、国家重大基础研究项目(973)以及科技部功能基因组与生物芯片重大专项各一项。

  其在司法鉴定、分析化学、医学分子生物学等领域作了许多开拓性的研究工作,曾发明了两种分别用于动、植物DNA快速萃取的方法;完成了生物芯片中细胞的过滤分离与介电电泳分离、细胞芯片及芯片实验室等多项前沿性研究项目。

  现已获得7项欧美专利,正在国外申请的专利50项,发表在书、刊上的论文有70多篇,有关生物芯片的论文44篇,其中1998年在Nature Biotechnology上所报道的缩微芯片实验室为世界首创,被1998年Science评选出的十大科技突破所引用。

  曾获得国家杰出青年基金,并曾获Nanogen公司颁发的杰出成就奖NanoAward、首都防治非典型肺炎工作先进个人奖和回国留学人员成就奖。在美国出版了世界上第一本关于生物芯片的专著《Biochip Technology》。

(责任编辑:王乐羊)
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