微纳医学与组织工程

程京

清华大学医学院讲席教授

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从事医学生物物理研究30余年,开创中国生物“芯”纪元

从事医学生物物理研究30余年,开创中国生物“芯”纪元 程京,清华大学医学院生物医学工程系讲席教授、博士生导师。国家自然科学基金杰出青年科学基金获得者,1999年度教育部长江学者特聘教授,2009年当选中国工程院院士,2015年当选国际欧亚科学院院士。 1983年毕业于上海铁道大学(现同济大学)电气工程系获工学士学位,1989-1992年就读于英国史查克莱大学,获司法生物学博士学位,之后在英国阿伯丁大学、美国宾夕法尼亚大学从事分子生物学和生物芯片相关博士后研究。1996-2000年先后任美国宾夕法尼亚大学研究助理教授、Nanogen公司首席科学家和AVIVA Biosciences公司技术总监。1999年清华大学“百人计划”第一人受聘回国,先后任教于清华大学生物科学与技术系、医学系统生物学研究中心、医学院生物医学工程系。2000年至今任生物芯片北京国家研究中心主任。现为中国医学科学院学部委员、中国中医科学院学部委员、兼任全国生物芯片标准化技术委员会主任委员、中国生物医学工程学会副理事长、中国仪器仪表学会医疗仪器专业委员会主任委员和发改委国家生物产业发展咨询委员会专家,Human Mutation 杂志通讯编辑、IET Nanobiotechnology 杂志编委等。 程京教授长期从事基础医学、预防医学和临床医学相关生物技术研究,尤其在生物芯片的研究中有重要建树和创新。回国前他关于"芯片实验室"的研究成果发表在1998年的Nature Biotechnology上,并以标题"Lab on a chip"成为该期封面故事,被当年Science评出的世界科技十大突破Biochip一项所引用。回国后,站在国际生物芯片研究前沿并结合国情,主持建立了国内急需的疾病预防、诊断和预后分子分型芯片技术体系,领导研制了基因、蛋白和细胞分析所需的多种生物芯片,其中部分芯片已通过国家药品监督管理局认证、进入临床应用,实现了生物芯片所需全线配套仪器的国产化,并打造了以中医智能诊疗装备、分子本草和情志调理等中医现代化为核心的大健康管理平台。牵头制定的临床诊断类生物芯片行业标准8项、国家标准15项获得颁布。获国内外发明专利330余项。主持研制了生物芯片类产品及配套仪器共70余项;获医疗器械注册证56项,欧盟CE认证证书45个;产品批量出口欧美二十多个国家数百家医院和科研机构,累计实现销售收入近100亿元。回国后出版中英文专著8部,在Nature Biotechnology、Nature Communications等杂志发表SCI论文170余篇,SCI他引9800余次。 曾两次以第一完成人荣获国家技术发明奖二等奖(2007年、2018年)、留学回国人员成就奖(2003年)、求是杰出青年成果转化奖(2004年)、中国青年科技奖(2004年)、谈家桢生命科学创新奖(2008年)、何梁何利科学与技术创新奖(2008年)、推动“北京创造”的十大科技人物(2012年)、中国工程院光华工程科技奖(2014年)、中国首届杰出工程师奖(2014年)、全国妇幼健康科学技术奖一等奖(2015年)、谈家桢生命科学成就奖(2016年)、黄家驷生物医学工程奖一等奖(2017年)、树兰医学奖(2018年)、首届转化医学杰出贡献奖(2018年)、全国创新争先奖(2020年)以及北京市抗击新冠肺炎疫情先进个人(2020年)、CAETS(国际工程院理事会)颁发的Communications Prize 2021(工程成就传播奖)等奖项和荣誉;享受国务院特殊津贴。

站在国际生物芯片研究前沿,用系统性创新攻克生物芯片设计制作中长期面临的难题

程京教授从事医学生物物理研究30余年,在芯片设计原理、制作工艺、芯片实验室系统集成和配套仪器方面,为攻克生物芯片设计制作中对检测精度、重复性、通量及价格三高一低要求长期面临的难题,深入研究了芯片亲和反应新机制、表面化学、微加工及微样印制均一性等关键技术,建立了6类共性创新技术:①基于寡核苷酸芯片的蛋白活性检测技术;②检测小分子药物的蛋白芯片竞争免疫分析技术;③提高芯片检测精度和重复性的杂交盖片和特殊点样液技术;④等位基因特异性PCR通用微阵列芯片(ASPUA) 技术;⑤全集成微流控芯片实验室技术;⑥体外诊断微流控芯片工业化生产工艺技术。

基于这六类技术主持建立了包括出生缺陷干预、重大慢病防控、感染性疾病诊治和其他疾病个体化诊治在内的用于疾病预防、诊断及个体化用药的快速、高通量分子分型芯片技术体系。

抗击新冠肺炎疫情,程京教授受清华委派迅速牵头组建病毒核酸快捷检验技术团队开展科研攻关,成功研发了“呼吸道多病毒核酸检测芯片系统”、“全集成芯片实验室系统”、“车载新冠病毒核酸检测移动实验室”等多项抗疫科研成果。2020年3月2日,习近平总书记来清华考察新冠肺炎防控科研攻关工作,参观程京团队实验室并详细了解抗疫科研成果;其中全球首款“呼吸道多病毒核酸检测芯片系统”可在1.5小时内同时检测19种病毒(含新冠病毒),实现了对患者的鉴别诊断、有效分流;全球首个获批用于临床的“全集成新冠病毒核酸检测芯片系统”可在45分钟内以150拷贝/毫升灵敏度完成“样本入-结果出”、35分钟报告阳性结果,以及全球第一个无空间隔离要求的“车载新冠病毒核酸检测移动实验室”,整体将国内病原微生物检测提升到了一个全新的水准。

坚持“中西医并重”理念,程京教授团队基于高通量测序技术构建了大规模中药分子功能数据库,结合人工智能等方法开发治疗肿瘤、感染性疾病、心血管疾病、代谢性疾病、免疫性疾病的中药智善方,为中医药现代化研究提供了新思路和新策略。抗击新冠肺炎疫情,程京教授团队基于分子版《本草纲目》对公开来源的125首抗新冠肺炎中药方剂进行了评价,发现以清肺排毒汤为首的98首方剂抑制病毒信号通路,有抑制细胞因子风暴的潜力;以生脉饮为首的26首方剂激活病毒信号通路,有激活免疫、缓解免疫抑制的潜力。同时,临床疗效显著的国药三药三方在此评价系统中名列前茅。相关成果在国际知名期刊Signal Transduction and Targeted Therapy(IF=18.187)发表,对于中医药科学内涵解析、国际化和守正创新具有重要意义。

1. "A highly automated mobile laboratory for on-site molecular diagnostics in the COVID-19 pandemic "

Xing, W., Wang, J., Zhao, C., Wang, H., Bai, L., Pan, L., Li, H., Wang, H., Zhang, Z., Lu, Y., Chen, X., Shan, S., Wang, D., Pan, Y., Weng, D., Zhou, X., Huang, R., He, J., Jin, R., Li, W., Shang, H., Zhong, N. and Cheng, J.

Clinical Chemistry, 2021, 67(4): 672-683.

2. "Evaluation of the immunomodulatory effects of anti-COVID-19 TCM formulae by multiple virus-related pathways "

Qiao, L., Huang, W., Zhang X., Guo, H., Wang, D., Feng Q., Jin, R., Xie, L., Li, W. and Cheng, J.

Signal Transduction and Targeted Therapy, 2021, 6(1): 577-579.

3. "Concurrent hearing and genetic screening of 180,469 neonates with follow-up in Beijing, China"

Dai, P., Huang, L., Wang, J., Gao, X., Qu, C., Chen, X., Ma, F., Zhang, J., Xing, W., Xi, S., Ma, B., Pan, Y., Cheng, X., Duan, H., Yuan, Y., Zhao, L., Chang, L., Gao, R., Liu, H., Zhang, W., Huang, S., Kang, D., Liang, W., Zhang, K., Jiang, H., Guo, L., Zhou, Y., Zhang, W., Lyu, F., JIn, Y., Zhou, Z., Lu, H., Zhang, X., Liu, P., Ke, J., Hao, J., Huang, H., Jiang, D., Ni, X., Long, M., Zhang, L., Qiao, J., Morton, C., Liu, X., Cheng, J., Han, D.

The American Journal of Human Genetics, 2019, 105(4): 803-812.

4. "A review of impedance measurements of whole cells"

Xu, Y., Xie, X., Duan, Y., Wang, L., Cheng, Z., Cheng, J.

Biosensors and Bioelectronics, 2016, 77:824-836.

5. "Genome-wide association study identifies a new susceptibility locus for cleft lip with or without a cleft palate"

Sun, Y., Huang, Y., Yin, A., Pan, Y., Wang, Y., Wang, C., Du, Y., Wang, M., Lan, F., Hu, Z., Wang, G., Jiang, M., Ma, J., Zhang, X., Ma, H., Ma, J., Zhang, W., Huang, Q., Zhou, Z., Ma, L., Li, Y., Jiang, H., Xie, L., Jiang, Y., Shi, B., Cheng, J., Shen, H., Wang, L. and Yang, Y.

Nature Communications, 2015, 6: 6414.

6. "MicroRNAs-372/373 promote the expression of hepatitis B virus through the targeting of nuclear factor I/B"

Guo, H., Liu, H., Mitchelson, K., Rao, H., Luo, M., Xie, L., Sun, Y., Zhang, L., Lu, Ying., Liu, R., Ren, A., Liu, S., Zhou, S., Zhu, J., Zhou, Y., Huang, A., Wei, L., Guo, Y. and Cheng, J.

Hepetology, 2011, 54 (3): 808–819.

7. "An automatic and quantitative on-chip cell migration assay using self-assembled monolayers combined with real-time cellular impedance sensing"

Wang, L., Zhu, J., Deng, C., Xing, W. and Cheng, J.

Lab on a Chip, 2008, 8(6): 872-878.(封面文章)

8. "Novel high-throughput profiling of human transcription factors and its use for systematic pathway mapping"

Qiao, J., Shao, W., Wei, H., Sun, Y., Zhao, Y., Xing, W., Zhang, L., Mitchelson, K. and Cheng, J.

Journal of Proteome Research, 2008, 7(7): 2769-2779.

9. "Construction of a multiplex allele-specific PCR-based universal array(ASPUA) and its application to hearing loss screening"

Li, C., Pan, Q., Guo, Y., Li, Y., Gao, H., Zhang, D., Hu, H., Xing, W., Mitchelson, K., Xia, K., Dai, P. and Cheng, J.

Human Mutation, 2008, 29(2): 306-314.

10. "Preparation and hybridization analysis of DNA/RNA from E. coli on microfabricated bioelectronic chips"

Cheng, J., Sheldon, E.L., Wu, L., Uribe, A., Gerrue, L.O., Heller, M.J., Carrino, J. and O Connell, J.P.

Nature Biotechnology, 1998, 16(6): 541-546.(封面文章)


1. Biochip Technology

Harwood Academic Publishers 2001 美国

2. Capillary Electrophoresis of Nucleic Acids

Humana Press 2001 美国

3. 生物芯片技术

清华大学出版社 2004 中国

4. The Frontiers of Biochip Technology

Kluwer Academic Publishers 2005 美国

5. 生物芯片技术实验室教程

清华大学出版社 2006 中国


学术荣誉与奖励

2007/2018  两次获国家技术发明奖二等奖(第一完成人)

2021       CAETS Communications Prize for Engineering Success Stories(工程成就传播奖)

2020       全国创新争先奖

2018       树兰医学奖

2018       首届转化医学杰出贡献奖

2017       黄家驷生物医学工程奖一等奖

2016       谈家桢生命科学成就奖

2014       中国工程院光华工程科技奖

2008       何梁何利科学与技术创新奖

2004       中国青年科技奖

2004       求是杰出青年成果转化奖


开设课程

转化医学工程


其他社会职务

2009.12-至今       中国工程院,院士

2015.04-至今      国际欧亚科学院,院士

2019.08-至今      中国医学科学院学部,委员

2020.12-至今      中国中医科学院学部,委员

2015.12-至今      中国生物医学工程学会,副理事长

2008.09-至今      全国生物芯片标准化技术委员会,主任委员

2006.10-至今      中国医药生物技术协会生物芯片分会,主任委员

2005.10-至今      Human Mutation, Communicating Editor

2005.01-至今      IET-Nanobiotechnology, Editorial Member


专利技术

截至2022年5月,程京教授已获国内外发明专利授权330余项,其中成果转化率达68%,以下列举几项主要专利:

1. 一种磁珠与发光体共标记以检测遗传性耳聋的试剂盒,ZL201010527681.9,发明人:高华方,项光新,蒋迪,邢婉丽,程京。

2. Luminophore-labeled molecules coupled with particles for microarray-based assays,US9310375B2,发明人:高华方,项光新,蒋迪,邢婉丽,程京。

3. 一种液体存储控释装置以及生物检测芯片,ZL202010308399.5,发明人:周鑫颖,王磊,白亮,郭腾飞,李烁,李宝连,庄斌,陈翔,郭洪菊,赵晓磊,邢婉丽,程京。

4. Multi-index detection microfluidic chip and methods of use,US10300483B2,发明人:王磊,张国豪,周鑫颖,辛娟,张瑶,林明仙,黄国亮,王璨,邢婉丽,程京。

5. 基于白睛无影成像的人体健康状况在体分析系统,ZL201510904265.9,发明人:黄国亮,王文君,曹宏梅,张丽丽,马丽,张诚金,孙义民,王东,程京。