导语

2026年5月，特朗普访华名单公布，一个显著变化是科技与健康企业取代传统能源巨头成为随行主力。因美纳（Illumina）CEO出现在名单中，将生命科学仪器推至中美技术博弈的前台。与此同时，高参数流式细胞仪与质谱设备的出口管制持续收紧，跨国品牌在华发展的不确定性倒逼国产高端生命科学仪器加速自主可控。正是在这一背景下，凯来仪器医学事业部正式推出头发元素组学分析方案，面向临床机构开放合作，将国产飞秒激光剥蚀技术推向精准医学前线。

01

国际验证

一根头发丝的诊断价值已被FDA认可：

头发是人体元素代谢的天然时间轴，以每月约一厘米的速度生长，将数月甚至数年的微量元素摄取、分布与排泄信息固化于角蛋白基质中。传统批量消解方式将这根时间轴碾碎为单一平均浓度，无法区分内源性代谢与表面污染，更无法揭示动态节律。激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）技术的引入彻底改变了这一局面，通过沿单根头发纵向连续微区剥蚀，每毫米对应约三天的代谢历史，可重建元素代谢的动态图谱。

这一技术路线的临床价值已在国际范围内获得高度认可。美国LinusBiotechnology公司基于同类平台开发的自闭症辅助诊断产品ClearStrand-ASD，于2021年获得美国FDA突破性设备认定，成为首个获此资质的自闭症分子诊断辅助工具，可在婴儿出生一个月后通过单根头发评估自闭症风险。该公司累计完成超三千万美元融资，产品已以LDT形式在美国44个州实现商业化落地，标志着头发元素组学从科研概念正式迈入临床市场。

• 在学术研究层面，相关临床证据同样扎实。一项覆盖日本、瑞典、美国三国的多中心研究纳入486名儿童，对出生后一个月采集的头发进行逐段剥蚀分析，提取铜、锌、铅等元素的动态时序特征，结合机器学习模型成功预测儿童四岁时自闭症谱系障碍的确诊结果，模型AUC达到0.92，灵敏度96%，总准确率81%，且在跨性别与跨年龄段亚组中均保持稳定。研究核心发现在于，自闭症患儿并非单一元素浓度异常，而是锌、铜等必需元素的周期性代谢节律出现系统性失调。

• 在神经退行性疾病领域，西奈山伊坎医学院团队近期纳入391名受试者（295例ALS确诊患者，96例健康对照），利用LA-ICP-MS沿单根头发纵向逐段剥蚀，测量铜、锌、镁、铅等17种元素的时序分布。通过网络分析发现，ALS患者头发中铜基元素网络的协调性显著低于对照组，铜锌同步性失步，提示ALS存在系统性铜代谢失调。考虑到ALS从症状出现到确诊平均需要十至十六个月，且现有生物标志物多依赖脑脊液穿刺等侵入性手段，基于单根头发的无创元素组学检测具有明确的临床转化价值。

• 此外，复旦大学公共卫生学院联合香港浸会大学及安利科创中心于2025年发表的前瞻性巢式病例对照研究，首次将LA-ICP-MS头发时序分析应用于妊娠甲状腺功能减退的早期预警。研究纳入118例确诊妊娠甲减孕妇及118例匹配对照，采集产前2厘米头发段进行纵向剥蚀，发现在临床确诊前两个月，病例组即已表现出砷、锶、钡持续升高及锌持续降低的时序特征，四元素联合模型的AUC达到0.80，证明头发元素时序分析可在临床症状出现前捕捉代谢异常。

除上述疾病方向外，该技术在重金属中毒筛查、营养状态纵向评估、法医毒理学重建等场景中同样具有应用前景。其技术本质在于将元素代谢视为动态系统而非静态浓度集合，通过时间序列分析捕捉传统批量消解方法完全丢失的节律信息。

其他应用场景

从FDA突破性设备认定到多中心临床验证，从自闭症早期筛查到神经退行性疾病监测，头发元素组学的商业前景与临床价值已无需论证，关键在于分析平台的技术上限能否支撑临床级别的数据质量。

02

技术底座：为什么必须是点阵飞秒

与目前临床及科研领域普遍采用的纳秒激光剥蚀系统相比，凯来GenesisBIO点阵飞秒激光剥蚀系统采用的飞秒量级超短脉冲激光在物理机制上存在本质差异。纳秒激光依赖热烧蚀，热扩散效应会在剥蚀坑周围形成明显热影响区，导致元素分馏、碳化物沉积及样本局部变性，对于头发这类细软生物样本，热损伤会直接扭曲微量元素的真实信号。飞秒激光则通过多光子电离实现冷剥蚀，热影响区被压缩至极小范围，剥蚀坑边缘锐利、底部平坦，气溶胶粒径分布均匀且传输效率高，ICP-MS信号稳定性显著增强。

更关键的是，搭载的点阵飞秒技术组合突破了传统单点扫描的通量瓶颈。系统可在单根头发上实现高密度、高均匀性的连续微区剥蚀采样，每个采样点的元素信息都能被完整捕获并精确定位到时间轴。配合亚微米级空间分辨率与ppb级检出限，最终输出的元素时序数据不仅通量高，更重要的是基体效应低、信号漂移小、定量偏差可控，为临床级别的头发元素代谢档案建立提供了可靠的分析基础。

此外，双体积样品仓支持多类型临床样本的批量处理，并配备温控附件保障生物样本稳定性，可兼容头发、血斑、生物芯片等多种样本类型。

从样本前处理、激光剥蚀、质谱调试、数据处理到报告出具，凯来分析测试实验室已完成全流程方法学开发与验证，具备对外提供标准化头发元素组学分析服务的能力，分析流程涵盖26种以上元素的同步检测，采用元素与硫比值归一化策略控制头发密度变异，输出元素代谢动态节律报告。

GenesisBIO系统进行头发剥蚀

【合作邀请】

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上海凯来谱科技有限公司为上海凯来仪器有限公司旗下全资子公司，成立于2020年4月，专注提供激光相关联用技术的应用开发和分析测试服务。

凯来谱围绕点阵⻜秒激光剥蚀相关联用技术，积极参与业内重点实验室合作开发，持续引领激光剥蚀在各行业的应用。

特色服务项目：

参考文献：

[1] CURTIN P, GORA R, GOMEZ L, et al. Elemental dynamics in hair accurately predict future autism spectrum disorder diagnosis: an international multi-center study[J]. Journal of Clinical Medicine, 2022, 11(23): 7154.

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