——记浙江大学分析仪器研究中心研究员朱强远博士团队

21世纪被称为生命科学的世纪，基因编辑、精准医疗、细胞治疗……这些曾经的概念技术正逐渐走进现实。这一切的底层支撑，是一项被誉为“生命科学终极利器”的技术——单细胞测序。它让科学家得以在单个细胞的尺度上，窥探基因表达的全景图，解读生命异质性的奥秘，单细胞测序与分子诊断技术可谓是解析生命微观奥秘、攻克疑难疾病的核心钥匙。然而，长期以来，我国高端生命科学检测仪器、核心测序芯片与配套技术高度依赖进口，这一领域的核心技术与高端仪器几乎被欧美巨头垄断，高灵敏度、高通量、高精度的生物检测技术壁垒被国外长期垄断，制约我国精准医疗落地、生命科学产业高质量发展的核心瓶颈。

浙江大学分析仪器研究中心、控制科学与工程学院智能系统与控制研究所、工业控制技术全国重点实验室的朱强远研究员团队，作为国内最早投身微流控数字PCR技术研发的科研团队，长期致力于高通量单细胞测序和分子诊断微流控芯片技术研发及其应用研究，依托国家重点研发计划、国家自然科学基金等多项国家级科研项目支撑，取得了系列突破性成果，大力推动数字PCR技术与仪器的发展。团队近十年重点从事单细胞测序技术及其应用研发，研发的单细胞全基因组、全转录组测序等多项技术处于国际领先水平，有效推动了我国高端生命科学仪器国产化，大幅提升我国生命科学领域的国际核心竞争力。

攻坚微流控前沿 颠覆技术破局突围

微观生命检测的精度与通量，决定了精准医疗的深度与广度。生物大分子高灵敏精准检测、单细胞高通量测序、核心分析仪器国产化，是困扰生命科学界的三大技术难题，也是我国实现行业自主可控的关键突破口。朱强远团队从芯片结构创新、检测方法革新、成套仪器研发、测序技术迭代四大维度持续攻坚，建立完整的自主技术体系，多项成果实现颠覆性跨越，为国产技术突围筑牢核心根基。

作为国内首批开展数字PCR技术攻关的团队，朱强远团队国际首创自吸分液式数字核酸扩增微流控芯片，跳出传统外力驱动分液的技术思路，创新性利用聚合物纳米孔储气特性产生负压动力，实现数万微室试剂的精准自动分配，一举攻克数字PCR核酸分子“0或1”随机分配的行业共性难题，为精准核酸检测奠定技术基础。

针对传统技术样本残留、损耗过高、定量精准度不足的短板，团队创新研发出可扩展自吸分支网状数字PCR芯片。该芯片借鉴自然界树状分支结构，通过等分等距分支网状微通道设计，依托自吸驱动模式实现样本100%数字化分配，彻底解决样本损失导致的检测误差问题，同时为微流控检测设备的自动化、小型化发展提供了全新解决方案。在检测方法层面，团队实现多维度技术突破，研发的单细胞数字PCR技术可精准定量单细胞内多基因，为肿瘤干细胞鉴定、肿瘤异质性研究提供全新科研工具;数字LAMP、数字RPA、数字CRISPR等等温核酸扩增技术，可快速完成病原微生物检测，适配基层快速诊断场景。尤为亮眼的是团队自主研发的数字邻位连接技术，将单分子蛋白最低检测浓度降至9.125阿摩尔每升(aM/L)，攻克极低丰度蛋白质精准定量的世界性难题。

技术突破同步赋能仪器革新，团队聚焦集成化、自动化、便携化需求，研发多款国产化检测设备。掌上即时型数字等温核酸扩增检测仪依托智能手机图像算法，摆脱大型设备依赖，可满足偏远地区、户外现场的精准检测需求;集成样品前处理的一体化实时荧光数字PCR仪，打通核酸前处理与检测全流程，实现“样品进-结果出”全自动检测。此外，团队联合研发的全自动分子诊断微流控芯片系统，精准攻克后疫情时代多病原菌共感染诊断难题，20分钟即可完成全程检测判读，且具备极致性价比，单枚芯片成本仅5-6元，配套设备不足2万元，检测灵敏度与准确率可媲美进口qPCR设备，可广泛适配医院、海关、疾控中心等多场景，具备极高的产业价值。

在单细胞全基因组测序领域，单细胞DNA扩增不均一、基因组覆盖度低、扩增误差大，是长期制约单细胞全基因组测序精准度的核心瓶颈。朱强远团队研发的线性拷贝均分扩增单细胞全基因组扩增测序方法(LCS-WGA)，从扩增方法与底层算法上实现革新，将单细胞DNA扩增误差从十万分之一大幅降至十亿分之一，彻底解决传统技术假阳性高、准确度差的问题，实现单细胞单核苷酸变异的精准检测。该技术不仅成功检测衰老神经细胞DNA损伤与突变，更在国际上首次构建神经单细胞DNA损伤图谱，精准搭建胰腺癌肿瘤演化发生树，为肿瘤早筛、病变机制研究提供核心支撑。

在高通量单细胞转录组测序赛道，朱强远团队实力领跑全球。自主研发的dropTotal高通量单细胞转录组测序技术及配套微流控液滴芯片，突破传统技术检测灵敏度低的短板。传统高通量单细胞RNA测序仅能检测1000-3000个基因，检测灵敏度不足30%，而该技术可实现单细胞核6500余个基因的精准检测，覆盖各类编码与非编码RNA。团队持续迭代升级，进一步优化技术体系，将单细胞基因检测数提升至14,000个，实现mRNA、非编码RNA、小RNA等全品类RNA全覆盖，成为当前国际检测灵敏度顶尖的单细胞转录组测序技术，更助力国际首个单个神经突触细胞图谱的成功构建，为神经科学、肿瘤生物学研究开辟全新路径。

为打通技术落地最后一环，朱强远团队全力攻坚生物大分子片段分析仪器核心技术，破解高端仪器国产化难题。针对微流控芯片操控复杂、集成难度大、检测效率低的行业痛点，团队依托国家重点研发计划支持，创新建立U型管油相置换新方法，成功研制16通道快速PCR芯片，将35个PCR循环检测时间压缩至40分钟以内。配套研发的16通道快速核酸电泳微流控芯片，实现200 nL超小电泳通道体积、3 μL超低样本消耗，1分钟即可输出检测结果，多项核心参数对标甚至超越进口设备，为国产高通量核酸片段分析仪全集成系统研发提供了核心技术支撑与理论基础，彻底打破国外在生物大分子分析仪器领域的技术垄断。

深耕产学研融合 产业落地弯道超车

科研的价值在于成果落地和转化，朱强远团队始终坚持产学研深度融合，推动原创性微流控、单细胞测序技术成果转化为产品，以技术产业化实现我国高端生命科学仪器领域的弯道超车，创造经济效益，实现社会价值。

依托一系列颠覆性自主创新成果，团队成功实现多项核心技术的产业转化，助力国产生物医药设备产业提质增效。其中，与宁波海尔施基因联合研发的基于毛细管电泳芯片生物大分子片段分析全集成系统落地后，预计每年可为企业新增1亿元以上营收;迭代优化的高通量核酸片段分析仪技术赋能深圳真迈，同样有望实现年均亿元级产值增长。目前，团队多项发明专利转让费已达200万元，打破了高端测序与诊断技术“进口垄断、高价刚需”的行业格局。

相较于进口设备，团队产业化成果具备高精度、低成本、小型化、全自动的综合优势，完美适配国内各级医疗机构、科研院所、疾控部门的差异化需求。以往高端单细胞测序、分子诊断设备依赖进口，不仅采购与维护成本高昂，设备适配性差，还存在核心数据安全隐患。朱强远团队的国产化技术与设备，在检测精度、灵敏度、通量上对标国际顶尖水平，同时大幅降低设备采购、检测耗材成本，让高端精准医疗技术走出高端实验室、三甲医院，向基层医疗、公共卫生检测、科研创新等多场景普及，真正实现高端技术普惠。

在技术赋能产业升级的同时，团队始终坚守科研初心，聚焦精准医疗核心应用场景。其研发的单细胞测序与分子诊断技术，为肿瘤早期筛查、疾病机制解析、个性化治疗方案制定提供了精准高效的技术工具，有效助力重大疾病早诊早治，提升临床诊疗精准度。相较于传统检测技术，国产自研技术的普及，大幅降低了精准医疗的落地门槛，为健康中国战略落地提供了坚实的技术支撑。

迄今为止，朱强远研究员主持及参与国家重点研发计划、国家自然科学基金等多项国家和省级科研项目，并以第一或通讯作者已在Nature Biotechnology、Science Advances、Lab on a Chip等国际顶级期刊发表SCI论文30余篇，申请发明专利15项。立足现有成果，他将带领团队持续布局长远发展，全力推动技术标准化、规模化、产业化升级。未来团队将持续扎根领域，持续迭代颠覆性技术，进一步拓宽技术应用场景，深化产学研协同创新，补齐我国生命科学仪器产业链、供应链短板，提升国产技术的国际话语权，推动我国成为全球生命科学技术前沿领域引领者。

科技自立自强是国家发展的战略支撑，核心技术自主可控是产业突围的根本底气。朱强远团队以十余年深耕坚守，用一次次颠覆创新打破国外技术壁垒，用扎实的产业转化成果彰显中国科研力量。在生命科学飞速发展的新时代，他们将继续坚持科研创新，攻坚前沿难题，赋能医疗产业升级，守护全民健康，助力我国生命科学领域高质量发展，书写国产科创突围的新篇章。(文/张丽丽)

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