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□本報記者王瀟雨通訊員周蕾□

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,。稀土元素獨特的原子結(jié)構(gòu)使其可以合成具有獨一無二光學特性的上轉(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,、食品安全篩查,、生物反恐,、毒品篩檢等多個生物檢測領(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)的即時檢測系統(tǒng)創(chuàng)建及多領(lǐng)域應(yīng)用》項目，近日獲2015年國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎,。
把論文變成產(chǎn)品困擾科學家
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,。項目負責人之一,、軍事醫(yī)學科學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,，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,。
機會留給有心人
我國很多現(xiàn)場快速檢測試劑曾一度依賴進口,。“這些試劑價格昂貴，且無法很好地實現(xiàn)多種有害物質(zhì)同時定量檢測,。加速研發(fā)擁有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的監(jiān)測試劑,，一直是我們惦記的事。”楊瑞馥回憶項目起源仍難掩激動的心情,。那是2000年的一天,，軍事醫(yī)學科學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。他們認為這個材料一定還有更有價值的用途,，正在尋求技術(shù)支持,。
看到這封信，楊瑞馥立即與對方聯(lián)系,。當時,，對方經(jīng)理正好在北京出差，兩人一拍即合,，當場簽下合作協(xié)議,。“我們約定，他們做材料,，我們做生物學領(lǐng)域研發(fā),。”于是,，軍事醫(yī)學科學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（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)的團隊,。這是因為團隊吸納了納米材料、生物技術(shù),、光機電,、計算機軟件、流體動力學等多學科的人才,，大家協(xié)同創(chuàng)新。”楊瑞馥歷數(shù)了研發(fā)團隊的壯大過程：2003年,，中國科學院上海光學精密機械研究所加入,，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，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)的專利保護群。2007年,，北京熱景生物技術(shù)有限公司加盟,，推動產(chǎn)業(yè)化進程。2011年,，研究團隊獲得第一個醫(yī)療器械注冊證書,，成為國內(nèi)第一個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的定量即時檢驗技術(shù)平臺。
合理破解層析動力學之謎
面對心臟病突發(fā)的急診患者,，3分鐘和15分鐘出結(jié)果,，救治效果會大不一樣。楊瑞馥告訴記者,，團隊的另一個重大突破就是摸清了免疫層析檢測的動力學之謎,，大大縮短了檢測時間，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,，就可以根據(jù)影響因素和過程有針對性地設(shè)計試紙，而這個規(guī)律一直鮮為人知,。2012年,，研究團隊獲得中國科學院力學所專家鼎力相助,，找到了免疫層析的動力學規(guī)律。“我們知道了液體流動是如何受顆粒濃度,、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個月～3個月提高到目前的2周～3周,，層析檢測時間由原來的10分鐘～15分鐘縮短到3分鐘～5分鐘。楊瑞馥表示,，現(xiàn)有免疫層析的弱點是液體和固體間的反應(yīng),，單條檢測只能檢測一個靶標。“我們希望做多靶標的檢測,，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)團隊使稀土資源由低端礦石出口產(chǎn)業(yè)升級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,，一張試紙條1000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)療機構(gòu)、100余個疾控系統(tǒng)廣泛應(yīng)用,，并為重大活動提供了生物安全保障,。研究團隊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臺的3條生產(chǎn)線，獲醫(yī)療器械注冊證書15項,。

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