一、“揭榜挂帅”攻关任务

1.攻关任务名称

面向重大疾病的时空多组学检测与分析技术

2.攻关任务背景和意义

肿瘤、心血管及神经退行性疾病等重大疾病具有高度异质性，其发生发展受细胞谱系、微环境与时间动态共同驱动。现有检测多以“单时间点、单组学、低空间分辨率”手段为主，难以在组织切片尺度上同时解析基因、蛋白、代谢物的时空分布特征，限制了精准分型与疗效预测。特别是在临床常规石蜡或冰冻标本上，尚缺乏空间分辨率优于50μm、可直接对接病理流程的质谱成像与多组学联合分析平台。

因此，有必要围绕“细胞尺度时空解析—多模态组学融合—重大疾病精准诊疗”，突破质谱成像、高通量组织处理与智能分析算法等关键技术，构建可在真实临床样本上运行的时空多组学检测体系，为重大疾病早诊分型、微小残留病灶识别和用药指导提供新工具。

二、技术方案

（1）单细胞打印与数字微流控技术：建立单细胞精确定位与分配的方法，研究细胞异质性在单细胞层面的动态行为与功能差异。结合数字微流控子系统，构建可编程电极阵列与多层介质堆叠结构，实现亚纳升级液滴的二维平面精确分配与多次复用，显著降低样本死体积与交叉污染风险。通过单细胞打印与数字微流控的协同工作，在肿瘤细胞亚群分离、干细胞克隆培养、药物单细胞响应筛查等方向展开研究，为疾病机制解析、靶向治疗及再生医学提供强有力的单细胞操作与分析平台。

（2）MS-Bowl细胞多重检测质谱芯片：针对痕量小分子质谱信号弱、难以同时检测众多细胞代谢物的技术难点，开发基于微碗结构的多重检测新方案。利用重力与液体表面张力作用，实现细胞分泌样本在微碗内的自定位、富集与结晶优化，显著提升信噪比。所研制的高密度微碗芯片可使细胞代谢物质谱信号强度提升2倍以上。该技术已获得工信部国家重点研发计划支持，为细胞代谢组学、药物筛选与临床诊断提供高通量、高灵敏度的国产化检测平台。

（3）微液滴单细胞分选-质谱检测一体化技术方案：针对荧光标记难以检测小分子代谢产物的技术瓶颈，构建基于微流控的单细胞包裹、液滴分选与质谱检测一体化系统。通过微液滴封装实现单细胞水平的高通量筛选，结合单细胞打印与定位技术完成目标液滴的精准捕获与转移，并开发微液滴-质谱联用接口，实现无标记、原位代谢物检测。在软件层面，建立高噪声、海量质谱数据的深度挖掘算法，提升小分子代谢产物的识别效率与可信度，形成“单细胞操控-代谢检测-数据智能解析”全流程技术闭环。

多维细胞分析平台

三、团队概况

面向重大疾病时空多组学检测团队由许林峰教授牵头，现有教授1人，专职科研人员及博士后3人，涵盖微流控芯片与仪器工程、质谱分析与化学、生物信息学与人工智能、临床病理学等多学科背景。团队在液滴微流控、质谱成像与单细胞多组学分析方面具有扎实基础，与多家三甲医院和生物医药企业建立紧密合作，形成“工程技术—组学分析—临床应用”全链条创新体系。

四、近三年（平台成立起）攻关领域科研情况

近三年承担攻关领域横纵向项目5项，其中省部级项目2项，国家级项目3项。成果获专利4项，其中申请专利3项，授权专利1项。主办及参与学术活动11场次，邀请企业及行业专家来校授课及讲座1场次。

邀请张帅龙教授来校举办讲座

五、团队人才培养情况

2023至2025年，共招收本科生3人，硕士生4人，博士生2人。其中3人国家级竞赛获奖，1人获得个人荣誉。

六、合作开展情况

1.合作企业、医院共5家。

七、转化成果

1.已转化成果社会经济效益

高通量细胞分选的集成电路芯片：与芜湖迪钛飞光电科技有限公司合作开发的高通量细胞分选电极芯片，实现对荧光/图像阳性液滴的在线识别与10 kHz级分选，显著降低了设备成本和实验门槛，成为其重点推广的微流控芯片产品，预计带来经济效益约200万元，并为下游国产细胞分析仪器提供关键部件。

生物微机电检测芯片：与北京维科托科技有限公司联合研制的生物微机电检测芯片，将乘积电路与微电极阵列集成，实现对细胞群体的高精度、多参数时空检测，细胞筛选准确率和通量大幅提升，已应用于肿瘤和免疫疾病等医学检测设备，预计新增产值约500万元，带动高端医疗器械的本土化升级。

MS-Bowl细胞多重检测质谱芯片：面向质谱成像应用，与北京某生物科技公司合作开发MS-Bowl细胞多重检测质谱芯片，显著提高痕量小分子和核酸检测灵敏度与通量，单芯片可完成数千单细胞样本分析，已用于疾病早筛和新药评价服务，预计经济效益约325万元。整体来看，相关成果累计形成直接经济效益逾千万元，同时在重大疾病早诊和精准用药等方面产生显著社会效益。

八、创新创业

1.核心技术支撑企业发展

2.孵化企业

九、潜在可转化技术

（1）单细胞原位分配与处理技术

团队在单细胞识别打印、数字微流控芯片设计与系统集成方面已形成自主技术积累，具备光学识别、液滴操控与自动化样品处理的研发能力。目前已完成单细胞定位打印原理验证，实现了基于数字微流控的高稳定性纳升级液滴分配，细胞活性保持良好，初步具备与下游质谱、测序平台的对接条件。未来将重点推进一体化样机开发，实现从单细胞分选到多组学前处理的全流程覆盖，目标在科研机构、生物制药企业与临床检测中心实现示范应用。该系统有望以开放兼容、成本可控、服务本地化的优势，打破进口设备在单细胞分析领域的垄断局面，具备明确的国产替代与产业化前景。

（2）MS-Bowl细胞多重检测质谱芯片

针对痕量小分子质谱信号弱、难以同时检测多种细胞代谢物的技术瓶颈，开发基于微碗结构的多重检测新方法。利用重力与液体表面张力实现样本在微碗内的自定位、富集与结晶优化，显著提升信噪比。所研制的高密度微碗芯片（75mm×25mm单片集成10万样本单元）可有效增强细胞代谢物质谱信号强度2倍以上，实现高通量、高灵敏度检测。该技术已获得工信部国家重点研发计划2200万元支持，计划于2027年实现产品就绪度9级并开展市场推广，为细胞代谢组学、药物筛选与临床诊断提供国产化先进平台。

（3）微液滴单细胞分选-质谱联用系统

团队在微流控芯片设计、单细胞打印与质谱前处理方面已具备自主研发能力，掌握液滴生成、分选与质谱检测联用的关键技术。目前已完成原理样机搭建，实现单细菌级包裹与液滴精准分选，初步建立质谱大数据噪声抑制与代谢物解析算法。未来将推进系统集成与自动化水平提升，实现与主流质谱平台兼容，目标应用于微生物代谢工程、药物高通量筛选、临床单细胞代谢表型分析等领域。该系统有望以“软硬一体、无标记检测、数据驱动”的优势，填补国内在该领域的装备空白，具备良好的技术转化与产业应用前景。