全职归国加盟清华，他的目标是织出分子诊断“天网”。2013年夏，意大利南部小城加利亚托（Gagliato）。
一场医学技术临床转化研讨会接近尾声时，会场来了一群特殊的“客人”。主办方邀请十几名4到9岁的小孩，将她们亲手制作的礼物——折纸、明信片和手绘作品送给每位报告人。
尽管主办方提前打过招呼，但当一名感染艾滋病病毒的小女孩怯生生地把画着金色太阳和绿色草坪的绘画送到胡晔手中时，她那无助的眼神还是深深“刺中”了这位深耕生物医学工程多年的学者。
“我们称自己为生物医学工程专家，读了很多书、发过很多文章，但有多少能切实帮助眼前这些小孩儿？好像什么都没有。”谈及先后跨界物理化学、生物医学工程，最终深耕分子诊断领域的初心，清华大学生物医学工程学院院长胡晔告诉《中国科学报》，“从那时起，我彻底推翻了此前‘拿着技术找疾病’的科研思路，开始以‘问题为导向’，做和临床密切相关的研究。希望能为那些被传统医疗技术遗忘的人编织一张捉住人体‘坏鱼’的无形之网。”
网住“坏鱼”的分泌物
“如果把健康人体比作池塘生态系统。那么，导致疾病的病原体就是入侵生态系统的‘坏鱼’。”胡晔说，“我们编织了微纳级别的细网，它能捕捉坏鱼的排泄物（疾病在人体血液中留下的特异性标志物）。通过分析排泄物，最终能追踪到这条鱼，同时分析出它处于什么状态，以及如何影响正常鱼和整个池塘生态系统的。”
这种研究思路结合智能微纳技术，不断为诊断技术带来颠覆式改变。
与传统生物标志物研究不同，胡晔团队利用纳米材料的特性，大幅提升检测方法的性能和可重复性。相关技术不仅能用于传染病和恶性疾病的诊断、预后和治疗评估，更将长期目标定为重新定义分子检测区分疾病阶段的标准。
比如，传统上结核病诊断以呼吸道样本（痰液、唾液）为标志物。但从本质上说，痰液是人体免疫系统对抗病原体的免疫产物，只有当病原体在体内聚集到一定程度，引发人体免疫反应时才会出现。这就意味着，很多病人在确诊时，病情已经发展到了中晚期。
艾滋病感染者和部分儿童的免疫系统不健全，会出现少痰或无痰情况。此外，肺外结核（结核菌侵入后转移到其他器官）患者也无法找到呼吸道提取物。这类病人数量庞大，约占患者总数的35%。
因此，胡晔将目光聚焦到血液样本上，开始在血液中寻找表达活动性结核的标志物。
“一旦出现结核菌，它和宿主细胞就相互作用，会出现这些‘坏鱼的排泄物’。”胡晔解释说，“用微纳技术捕获到这些排泄物，就能在疾病早期发出预警。”
然而，血液检测难度极大，为编织这张足够精密的“微纳之网”，胡晔团队在过去十几年里，搭建多个技术平台并不断迭代技术：他带领团队借助赛默飞质谱技术检测结核抗原多肽；用纳米材料探针和CRISPR技术搭建研究平台，识别和验证外泌体（EV）携带的疾病相关蛋白质和核酸靶标变化；又尝试用cell-freeDNA（存在于细胞外、未包裹在细胞内的片段化DNA分子）技术进行诊断。
每次突破，这张网都会变得更细密、更灵敏，能捕捉到更微弱的疾病信号。
清华大学质谱分析实验室 
部分仪器 比传统技术早发现60周
结核病是被称为“白色瘟疫”的古老传染病。世界卫生组织发布的《2025年全球结核病报告》显示，2024年全球有1070万新发结核病患者，发病率为131/10万。由于结核病存在大量潜伏感染，世界卫生组织估计全球近20亿人曾感染结核分枝杆菌，处于潜伏感染状态。
2024年1月，《自然》发表一篇展望文章，同时列举7项最有希望改变结核病诊断蓝图的技术，其中3项出自胡晔课题组。
“约20亿人曾感染结核分枝杆菌，其中相当一部分会转化成活动性结核（可以传染人），这对人类健康是个大威胁。”胡晔说，“用血液精准检测活动性结核标志物，就不用考虑病人的结核在什么位置或处于怎样的病理状态。无论儿童、老人、艾滋病感染者或其他免疫缺陷患者，只要有活动性结核都可诊断出来。”
值得一提的是，这项技术的早期预警能力非常惊人。
几年前，胡晔团队在BMCMedicine上发表的一项队列研究显示，他们的诊断方法和痰液标志物检测相比，能提前60周检测到活动性结核标志物。
“在那项队列研究中，我们看到很多小患者直到病死，用传统检测方法都检测不出结核。如果当时能用我们的技术，其实完全可以挽救很多生命。”胡晔说。
更让胡晔自豪的是，他们的技术在最严苛的临床环境中经受住了考验。在肯尼亚进行的一项儿童队列研究中，传统“金标准”在152个疑似结核病患者中只测出13个。而胡晔团队对这152个样本进行双盲测试时，检出率达84%。
与结核病患者相比，结核感染群体是个更大的“池子”。胡晔认为，如果能把结核感染者筛查出来，就能未病先治，人类过去1000多年对抗结核的斗争就会“从被动变为主动”。
但传统检测方法筛查感染非常麻烦，也很昂贵，通常需要在专门的实验室完成检测。为此，胡晔团队针对结核感染的潜伏性，研发出一种信用卡大小的自驱动芯片。它不需要任何电源，能带到任何地方检测。这不但大大降低成本，还将检测时间从两天出结果缩短到4个小时。前段时间，该技术也被《自然-生物医学工程》列为2025年度重点技术之一。
胡晔团队合影 
部分封面文章和获奖证书 编织覆盖全生命周期的“天网”
结核病诊断只是胡晔团队工作的一部分。他们的目标是打造一张能够覆盖全生命周期、捕捉各种“坏鱼”的分子诊断“天网”。
新生儿有机酸代谢病是一类罕见病，但它有几十种之多，加在一起其实并不罕见。在发达国家，新生儿有机酸代谢病筛查已经成为常规项目，但由于检测成本高、周期长，在发展中国家难以普及。目前我国新生儿有机酸代谢病筛查还未能实现全面普检。
为让我国儿童获得更好的诊断，胡晔团队开发出AI赋能的分子光谱便携检测平台。该平台将拉曼光谱、人工智能和纳米衬底技术结合，实现了高通量、低成本、全覆盖三大突破。
该技术可方便地携带、检测，能让偏远地区的人享受同等的医疗服务。更重要的是，传统方法需要两周才能拿到结果，该平台在１小时之内能处理96份样本，通过人工智能算法，可以一次性识别50多种有机酸代谢疾病。这让检测费用降到原来的百分之一。
“成本降下来，就能纳入我们的医保体系，让所有的新生儿都能享受到这项筛查服务。”胡晔说。
去年９月，胡晔全职回国，出任清华大学生物医学工程学院院长。这让他有了更大的平台，去实现自己编织“天网”的梦想。
胡晔
“以前认为医工交叉是工程学和临床医学的结合，现在我们意识到，它需要更多学科的融入。”胡晔说，“我们需要公卫专家来推算，这项技术进入市场后，能对医保和全民健康产生怎样的影响；需要法学院的同仁帮我们解决专利和审批的问题；需要经管学院的老师来指导我们如何构建市场运作体系。清华大学提供了这样一个完整的创新系统，我们可以去做更大规模的有组织科研，把这件事真正做起来。”
胡晔担任一本国际医学期刊副主编，他目睹很多亮眼的成果发表后未能转化。这让他认识到，将创新研究转化落地仍面临不小的挑战。
“很多成果折戟沉沙并非技术缺陷，转化过程中监管、报证、定价等任何环节出问题，都会影响技术落地。在大健康成为‘十五五’重点发展方向的大背景下，如果我们足够重视惠民技术开发，能在监管和规范方面进一步优化，相信我们一定会摘掉缺乏创新的帽子。”胡晔说，“希望科研工作者都能保持初心，把才华和能量用在临床最需要的地方。”
作者：张双虎 来源：科学网微信公众号