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微纳医学与组织工程

黄国亮

清华大学亚博全站手机网页登录研究员

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研究精准医学创新技术,开发先进科学仪器与创新医疗装备

黄国亮于1995年3月获得清华大学精仪系光学仪器专业博士学位,毕业后留校任教,1995年3月—1999年10月在精仪系工作,1999年11月—2003年12月在生物系工作,2004年1月—至今在亚博全站手机网页登录工作。现为亚博全站手机网页登录生物医学工程系研究员,博士生导师,教育部“长江学者”特聘教授。荣获国家技术发明二等奖、北京市科学技术奖二等奖、教育部科技成果奖二等奖、中国仪器仪表学会科学技术奖一等奖、全国妇幼健康科学技术奖一等奖、国际工业设计大奖、中国专利优秀奖、北京发明创新大赛金奖、华夏医学科技奖等荣誉20余项。黄国亮博士长期从事精准化的生物医学检测技术创新和先进科学仪器、创新医疗器械的开发,在微流控芯片分子诊断、生物传感、痕量分析、超分辨测量、可穿戴式生理测量、中医精准化技术等方面取得了突出的成绩,发表100多篇高水平的科研论文,多个创新技术成果已经实现了产业化,在国内大面积推广示范应用,并出口创汇。

从事精准化的生物医学检测技术创新和先进科学仪器、创新医疗器械的开发

黄国亮研究团队致力于利用微流控芯片、生物传感器、光学测量、人工智能和大数据等先进技术手段,最大限度从分子、细胞、组织、器官、小动物和人体在体水平等多层次,获取精准化的特异基因蛋白信息、结构和功能变化信息,并使之可视化和多模态联合应征。同时通过深度挖掘生理病理特征规律和医学名家先验知识大数据,建立西医的分子、组织细胞、影像、生理生化的检测信息与中医的面相、舌相、眼象、脉相、手相之间的关联机制,为人体健康监护与相关疾病的早期发现、预测预警等提供先进检测方法与创新科学/医疗仪器工具。

· 在卫生防疫领域

积极投身抗击新型冠状病毒感染的卫生防疫战役中,负责研制了恒温扩增核酸分析仪(RTisochipTM-W)和恒温扩增微流控芯片核酸分析仪(RTisochipTM-A),并参与包括新型冠状病毒在内的6种呼吸道高发病毒微流控芯片试剂盒开发, 通过CFDA抗击新冠病毒感染卫生防疫绿色通道,在2020年2月22日全部获得CFDA国家Ⅲ类医疗器械产品注册证书,只需要一次加样,在45分钟内即可完成对包括新型冠状病毒在内的6种呼吸道高发病毒的核酸恒温扩增快速筛查和精准医学分子诊断,已经直接应用于临床抗击新冠病毒感染的卫生防疫战役中。此外,还积极参加了2003年的抗击SARS病毒感染卫生防疫战役,并于2003年3月份负责研制了SARS病毒快速检测微阵列芯片扫描仪,该仪器与配套SARS病毒检测芯片试剂盒一起,在抗击“非典”期间为北京地区40多家医院,完成2000多份临床实际样本的检测验证,盲测结果直接报送卫生部,被卫生部评价为最准确的SARS病毒快检方法,在抗击SARS病毒感染的卫生防疫中发挥了重要作用。

· 在生物芯片检测领域

发明了大数值孔径长工作距离共焦光学测量、柱面整形暗场照明成像、千万级分辨率数字化快速测厚、中孔反射高效分光等创新技术,研制10余种关键部件,如高品质物镜NA=0.72、工作距离>3mm(常规物镜NA0.6,工作距离<1mm),中孔反射分光结构在可见光全波段的透射-反射联合效率>97%(常规宽波段分束镜联合效率<25%,窄带二向色镜联合效率70%)。完成4款科学/医疗仪器研制与产业化,解决了数值孔径与工作距离、分光效率与波长范围、分辨率与成像区域等相互制约的显微技术难题,使荧光检测效率达到光学衍射极限,仪器成本不到进口设备1/10。教育部组织专家技术鉴定结论“光学设计与仪器性能处于国际领先水平,填补了国内生物芯片检测仪器空白”;目前占有国内生物芯片检测仪器70%市场,销售收入>2.5亿元;并首次实现国产生物芯片检测仪器出口欧美国际市场(用户>300家),创汇>600万美元;为国内生物芯片发展处于世界领先行列及推广应用提供了平台仪器保障。

· 在微纳生物医学检测领域

发明微纳体系恒温扩增分子诊断技术与系统,包括微流控芯片恒温扩增、超疏水惰性处理、离心进样空气隔离微流控芯片、双焦面空间滤波光学检测结构和亚mm空气浴加热控温等创新技术,解决了低成本精准医疗8项瓶颈技术难题。完成5款科学/医疗仪器研制与产业化,样品试剂消耗0.94 µL、灵敏度10copies、45min出结果(常规PCR需要25 µL、1000 copies、120min)。教育部组织专家技术鉴定结论“项目技术达到国际领先水平,填补了国内微纳生物医学检测科学仪器和医疗仪器的空白”;获得1项CFDA国家创新医疗器械批准、2项Ⅲ类医疗器械产品注册证和1项CE证书;在国内400多家医院示范应用,还获得了泰国医疗器械产品注册证,为出口一带一路国家起到示范作用;该仪器2015年上市至今与配套试剂盒一起销售收入>3亿元,为个性化低成本精准医疗奠定了平台技术基础。

· 在分子—细胞—器官—小动物—人体的多层面原位测量领域

发明了白光干涉高光谱超分辨率成像、蒸汽浴暗相衬基因点突变裸眼可视化、芯片卵细胞体外受精原位检测、白睛无影成像AI中医眼象健康精准分析、单一探测器的光学-X射线双模共轴在体成像等创新技术,其中AI中医眼象健康分析仪器已经在国内200多家单位开展示范应用,取得直接经济效益>1亿元,解决了包括光学测量存在衍射极限与超分辨检测依赖荧光标记、辅助生殖操控困难且缺少评价手段、X射线与光学双模成像需要分空间用2种不同探测器、眼球宽场成像反射光干扰严重而裂隙灯只能看窄带区域等多项共性瓶颈技术难题,实现分子—人体多层面、多模式在体原位测量,将为生命科学、医学、临床医疗等提供覆盖分子—人体的多层面创新测量方法与先进仪器。

1.Ruliang Wang, Han Yang, Rongxin Fu , Ya Su, Xue Lin, Xiangyu Jin, Wenli Du,Xiaohui Shan and Guoliang Huang*(通讯作者), Biomimetic Upconversion Nanoparticles and Gold Nanoparticles for Novel Simultaneous Dual-Modal Imaging-Guided Photothermal Therapy of Cancer, Cancers 2020, 12, 3136.

2.Guoliang Huang#,*(第一作者和通讯作者), Qin Huang#, Lan Xie#, Guangxin Xiang, Lei Wang,Hui Xu, Li Ma, Xianbo Luo, Juan Xin, Xinying Zhou, Xiangyu Jin, and Lei Zhang,A rapid, low-cost, and microfluidic chip-based system for parallel identification of multiple clinical pneumonia-related pathogens,Scientific Reports,7 (1) :6441(1-10), 2017。

3.Qi Li#,Rongxin Fu#,Junqi Zhang, Ruliang Wang, Jiancheng Ye, Ning Xue, Xue Lin, Ya Su, Wupeng Gan, Ying Lu, and Guoliang Huang*(通讯作者),A label-free method using weighted-phase algorithm to quantitate nanoscale interactions between molecules on DNA microarray,Analytical Chemistry, 89(6),3501–3507, 2017。

4.Rongxin Fu#, Qi Li#, Ruliang Wang, Ning Xue, Xue Lin, Ya Su, Kai Jiang, Xiangyu Jin, Rongzan Lin, Wupeng Gan,Ying Lu and Guoliang Huang*(通讯作者),An interferometric imaging biosensor using weighted spectrum analysis to confirm DNA monolayer films with attogram sensitivity,Talanta,https://doi.org/10.1016/j.talanta.2017.12.066。

5.Junqi Zhang#, Rongxin Fu#, Liping Xie, Qi Li, Wenhan Zhou, Ruliang Wang, Jiancheng Ye, Dong Wang, Ning Xue, Xue Lin, Ying Lu and Guoliang Huang*(通讯作者),A smart device for label-free and real-time detection of gene point mutations based on the high dark phase contrast of vapor condensation,Lab on a Chip, 15: 3891–3896, 2015。

6.Guoliang Huang*(第一作者和通讯作者), Can Wang, Li Ma, Xu Yang, Xiaoyong Yang, Guoqing Wang, Sensitive sequence-specific molecular identification system comprising an aluminum micro-nanofluidic chip and associated real-time confocal detector, Analytica Chimica Acta, 695:1-10, 2011。

7.Qiang Li, Kaihuan Zhang, Tongzhou Wang, Xinying Zhou, Jia Wang, Chen Wang, Haixiao Lin,Xin Li, Ying Lu and Guoliang Huang* (通讯作者),Color-encoded microcarriers based on nano-silicon dioxide film for multiplexed immunoassays,Analyst, 137:3760–3766, 2012。

8.Lan Xie, Rui Ma, Chao Han, Kai Su, Qiufang Zhang, Tian Qiu, Lei Wang, Guoliang Huang, Jie Qiao, Jundong Wang, and Jing Cheng*, Integration of Sperm Motility and chemotaxis Screening with a Microchannel-Based Device,Clinical Chemistry, 56:1270–1278, 2010。

9.Chao Han, Qiufang Zhang, Rui Ma, Lan Xie, Tian Qiu, Lei Wang, Keith Mitchelson,Jundong Wang, Guoliang Huang*(通讯作者), Jie Qiao* (通讯作者)and Jing Cheng,Integration of single oocyte trapping, in vitro fertilization and embryo culture in a microwell-structured microfluidic device, Lab on a Chip, 20:2848-2854, 2010。

10.Jiang Zhu, Ying Lu, Cheng Deng, Guoliang Huang*(通讯作者), Shengyi Chen,Shukuan Xu, Yi Lv, Keith Mitchelson, and Jing Cheng*(通讯作者),Assessment of Fluorescence Resonance Energy Transfer for Two-Color DNA Microarray Platforms, Analytical Chemistry, 82:5304–5312,2010。

学术荣誉与奖励

2017 多指标呼吸道病原菌微流控芯片检测系统的研发及应用,北京市人民政府,北京市科学技术奖,二等奖

2016 一种微纳升体系流体芯片的检测系统及检测方法,北京发明协会,北京发明创新大赛,金奖

2016 一种多指标检测的微流控芯片,中华人民共和国国家知识产权局,中国专利优秀奖

2015 恒温扩增微流控芯片核酸分析仪研究,中国仪器仪表学会,中国仪器仪表学会科学技术奖,一等奖

2013 一种激光微阵列芯片扫描仪,中华人民共和国国家知识产权局,中国专利优秀奖

2008 《生物芯片:生命信息CPU》,吴大猷科学普及著作奖评选委员会,第四届“吴大猷科学普及著作奖”创作类奖,金签奖

2008 系统化生物芯片和相关仪器设备的研制及应用,北京市人民政府,北京市科学技术奖,二等奖

2007 系统化生物芯片和相关仪器设备的研制及应用,中华人民共和国国务院,国家技术发明奖,二等奖

2006 生物芯片扫描检测系统的镜头,中华人民共和国国家知识产权局,中国专利优秀奖

2005 微阵列芯片扫描仪的研制,北京市人民政府,北京市科学技术奖,二等奖

开设课程

生物医学测量原理与传感技术

其他社会职务

1.全国专业标准化技术委员会医疗仪器分技委成员;

2.中国光学学会高级会员,生物医学光子学分会副主委;

3.国家自然科学基金、科技部重点研发计划、北京市和山东省等多个省市基金的评审专家;

4.Analytical Methods、Analytica Chimica Acta、Science China Chemistry、光学学报、光电子激光杂志、生物医学工程杂志、生物物理学报、北京理工大学学报等。

技术专利

1.黄国亮、程京、周玉祥、冯继宏、杨蓉、刘诚迅、李林,生物芯片扫描检测系统的镜头,授权时间2004.12.22,中国,发明专利,专利号ZL01115426.8;

2.黄国亮、程京、王宪华、宋小波、陈任远、肖明、朱疆、杨阳、董中华,微阵列芯片检测系统,授权时间2008.9.10,中国,发明专利,专利号ZL2005100632089;

3.黄国亮、白净、单保慈、董洪莹,旋转平台式小动物在体多模成像检测系统,授权时间2009.1.14,中国,发明专利,专利号ZL200610144284.7;

4.黄国亮、阳小勇、张荣、周骋、胡玉明、李冠兴、杜桂彬、黄明贤、程京,一种微纳升体系流体芯片的检测系统及检测方法,授权时间2009.9.2,中国,发明专利,专利号ZL200710122151.4;

5.丘天、黄国亮、程京,一种光纤反射式微纳体系分光光度计及其应用,授权时间2013.3.27,中国,发明专利,专利号ZL200910236148.4;

6.王同舟、黄国亮、马丽、罗贤波、田浩、黄杰、黎新,微流控芯片检测的数字信号处理方法及应用的检测装置,授权时间2013.4.24,中国,发明专利,专利号ZL201110113608.1;

7.寒超、黄国亮、程京,一种集成式微流控芯片装置及其使用方法,授权时间2012.7.4,中国,发明专利,专利号ZL201010218520.1,国际PCT/CN2011/001013;

8.张国豪、黄国亮、王璨、郭素、王磊、邢婉丽、程京,一种微流控芯片及其应用,授权时间2014.6.11,中国,发明专利,专利号ZL201210311357.2; 国际专利,专利号PCT/CN2013/001004;

9.李强、黄国亮、王同舟、黎新、赵松敏,一种微载体生物芯片及其应用,授权时间2016.2.24,中国发明专利,专利号ZL201210166887.2;

10.黄国亮、白净、赵松敏、王同舟、黎新,分辨率至少为50μm在体多模成像检测系统,授权时间2014.3.5,中国,发明专利,专利号ZL 201210353038.8;

11.黄国亮、王同舟、李强、黎新、赵松敏、马丽、罗贤波、庞彪,全光谱超分辨率测量方法及非标记生物分子测量系统,授权时间2015.6.3,中国,发明专利,专利号ZL201310043661.8。

12.黄国亮、汪汝亮、林雪、薛宁、白净,双模同轴在体成像方法与系统,授权时间2018.2.2,中国,发明专利,专利号ZL201510165665.2。中华人民共和国国家知识产权局

13.黄国亮、王同舟、张俊琪、黎琦、符荣鑫、黄琴、汪汝亮、黄世光、张梓宁,一种横向分辨率达到1nm的干涉旋转映射检测方法,授权时间2016.8.24,中国,发明专利,专利号ZL201410277169.1。

14.黄国亮、林雪、薛宁、马丽、罗贤波等,一种高通量微流控芯片核酸扩增分析检测系统,授权2018.06.29,中国,发明专利,专利号ZL201610429432.3。

15.黄国亮、符荣鑫、苏雅、靳翔宇、杨晗,高光谱干涉非标记成像方法及活细胞定量断层成像系统,授权2020.6.2,中国,发明专利,专利号ZL201910387744.6。