科訊生物利用微流控技術布局腫瘤標志物檢測賽道

“微流控技術作為一種重要的技術輔助手段，能夠與許多學科領域進行交叉融合，潛力很大，其未來能夠發(fā)揮的作用可能遠超我們目前對它的認知?！鄙綎|科訊生物芯片技術有限公司（以下簡稱“科訊生物”）CTO韓琳教授表示。

2006年，Nature期刊發(fā)表“芯片實驗室”內(nèi)容專題，認為微流控技術可能會成為“這一世紀的技術”。微流控技術因集成小型化與自動化、高通量、樣本量需求少、污染少等優(yōu)點，已經(jīng)被逐漸推廣應用到生物醫(yī)藥、POCT、單細胞測序等領域，正作為一種工具類技術創(chuàng)造出潛在的顛覆性應用。

據(jù)2022年國際MEMS專業(yè)咨詢公司Yole發(fā)表的研究報告顯示，2021年全球微流控芯片產(chǎn)業(yè)的總規(guī)模為181億美元，預計到2027年全球微流控芯片市場份額將達到323億美元，2021-2027年復合年增長率達到10.1%。

微流控技術的無限潛力推動著無數(shù)初創(chuàng)公司涉足該領域，2020年，由磐升集團創(chuàng)始人邢志青創(chuàng)辦、山東大學教授韓琳擔任CTO的科訊生物落地山東，致力于開發(fā)出高靈敏性、高特異性、快速、高通量腫瘤標志物檢測芯片和設備，為腫瘤早期輔助篩查、精準醫(yī)療和預后跟蹤提供快速低成本的檢測方案。

承接國家重點研發(fā)項目，

獲多個雙創(chuàng)大賽一等獎

微流控技術（Microfluidics）指的是使用微管道（尺寸為數(shù)十到數(shù)百微米）處理或操縱微小流體（體積為微升、納升甚至阿升）的系統(tǒng)所涉及的科學和技術，是一門涉及化學、流體物理、微電子、新材料、生物學和生物醫(yī)學工程等學科的新興交叉學科。在該尺度下，流體運動的典型特征是受表面力（表面張力、流體阻力）而非體積力（重力、慣性）主導。

“多學科交叉推動了微流控技術的迅速發(fā)展。”韓琳教授說。交叉融合正在成為科學研究的重要時代特征，交叉學科也正在成為科技創(chuàng)新的重要來源?！安煌瑢W科之間的交叉融合最有可能產(chǎn)生重大突破，使科學研究或技術應用發(fā)生革命性變化。近年來，從國家、社會到高校各層面都在大力推動交叉學科發(fā)展，而且，國內(nèi)對多學科交叉的熱情可能遠遠大于海外?！表n琳教授補充。

韓琳教授的學術經(jīng)歷就是多學科交叉的典型案例。2003年韓琳在山東大學物理學院本科畢業(yè)，2006年和2011年分別在清華大學微電子所和普林斯頓大學電子工程系獲得電子科學與技術領域的碩士和博士學位，之后在耶魯大學生物醫(yī)學工程系開始博士后研究。從基礎物理電子科學與技術再到生物醫(yī)學工程，在生物微電子的交叉學科方向深耕十余年，又在美國前沿的單細胞蛋白組學領域新興公司Isoplexis擔任首席科學家。針對國家在生命健康和海洋安全及資源開發(fā)等領域?qū)π滦蜕餀z測技術的重大需求，韓琳教授開發(fā)了一系列具有自主知識產(chǎn)權的生物芯片與檢測系統(tǒng)。

在山東大學，韓琳教授主持近10項包括國家重點研發(fā)計劃課題、國家自然基金項目、山東省杰出青年基金、山東省重大科技創(chuàng)新項目的國家和省部級項目。韓琳教授作為課題負責人承擔了十三五國家重點研發(fā)項目“微納生化傳感材料與器件（2017YFB0405400）”課題、2021年山東省重大創(chuàng)新工程項目“高通量腫瘤標記物檢測芯片與自動化設備的關鍵技術”，并斬獲了中國·濟南新動能國際高層次人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、生物醫(yī)藥與大健康/第四屆雙創(chuàng)大賽等多個一等獎。

“從市場層面來看，無論是科學研究領域還是生命健康產(chǎn)業(yè)應用領域，生物分子檢測產(chǎn)品海外壟斷情況尤其嚴重，幾乎95%以上的生物芯片依賴國外進口，特別缺乏自主知識產(chǎn)權的產(chǎn)品。微流控技術作為一種新興的交叉學科技術，在我國大力推動交叉學科發(fā)展、‘四個面向’等的政策背景下，能夠?qū)崿F(xiàn)‘彎道超車’打入生命健康相關領域?！表n琳教授表示。

基于無機納米材料的抗體條形碼微陣列芯片技術，實現(xiàn)快速、精準、高靈敏的疾病標志物定量檢測

微流控技術被廣泛應用在IVD領域?！霸诤怂釞z測過程中，行業(yè)內(nèi)大多將微流控技術用以PCR擴增的處理，進行一些改進，由于PCR技術本身的限制，基于PCR擴增的生物芯片只能實現(xiàn)半定量檢測。這對于微流控技術來說，其潛力還遠遠沒有被開發(fā)出來?！表n琳教授說。

更準確、更快速、更簡單、更廉價、更便攜，一直都是醫(yī)療領域內(nèi)的技術創(chuàng)新趨勢。“從應用深度來看，微流控技術能夠為廣泛應用的核酸檢測提供更加精細的解決方案，針對不同核酸的類別如短鏈RNA等開發(fā)更優(yōu)的解決方案；從橫向來看，除了核酸檢測之外，我們還應該開發(fā)更多的生物分子的檢測，例如蛋白分子等。”韓琳教授補充。

目前，對于疾病標志物蛋白分子的檢測方法主要有ELISA、免疫熒光檢測、免疫電化學檢測、表面等離子共振等，這些方法均涉及抗體孵育、樣品孵育、標記以及許多洗脫的步驟，操作繁瑣，難以達到快速、簡便的檢測，并且難以在空間和設備有限的條件下進行檢測。

基于此種現(xiàn)狀，韓琳教授帶領科訊生物團隊，利用微流控芯片技術的優(yōu)勢，開發(fā)了基于微流道內(nèi)新型納米材料大面積組裝與捕獲抗體條形碼陣列均勻固載技術和給予熒光快速掃描的多通道微流控傳感系統(tǒng)，實現(xiàn)了極微量樣本高通量、高靈敏、高重復、高可靠的多種疾病標志物的同時檢測。“利用抗體微印刷技術，每一個載玻片大小的微流控芯片，能夠同時完成60人份的多種標記物的同時檢測，比常規(guī)的檢測設備提高生產(chǎn)效率達10多倍?！?/p>

在芯片原材料上，科訊生物采用了新型無機納米材料，不僅成本低廉且對環(huán)境條件要求較低，能屏蔽非特異性信號從而將背景噪音降到很低，實現(xiàn)產(chǎn)品在檢測靈敏度上的大幅度提升，在重復性及穩(wěn)定性上均優(yōu)于市面上的大多數(shù)產(chǎn)品。搭配上流動式的抗體固載，更實現(xiàn)了抗體的高密度固載和均一性。

此外，科訊生物還結合了微陣列條形碼固載技術。“其流道在微米級別，可以根據(jù)測定指標需求，設計不同流道數(shù)量，單個反應單元測定多個指標項目；與普通的化學免疫發(fā)光方法相比，由于所有的反應都被局限到直徑微米級的流道中，其單個測試數(shù)據(jù)的試劑耗材是一般測試方法的1/300 ~1/200，可以大幅度降低檢測成本?！表n琳教授介紹。

精準組合多指標蛋白芯片與多通道微流控芯片，打造多款高精度腫瘤標記物、細菌、病毒等檢測產(chǎn)品

基于抗體微印刷技術、微陣列條形碼固載技術等，科訊生物首先開發(fā)了腫瘤十二項標志物檢測芯片和設備。

在芯片上，科訊生物采用新型無機納米材料基底，結合微流控技術，其樣本所需血量小（2μL~ 10 μL），兼具高靈敏性（檢測極限可達10 pg/ml）、高特異性（同樣濃度腫瘤標志物，特異性檢測信號相差100倍以上）、高通量（每個芯片可同時檢測1000個以上的項目）和快速（40分鐘/40 ~ 100人）檢測特性，為腫瘤早期輔助篩查、療效評估和精準預后提供了快速、低成本檢測的解決方案?！按蟠蠊?jié)約了檢測成本及降低了篩查費用，力圖打造普通大眾都用得起的腫瘤早篩項目，真正改善腫瘤治療發(fā)現(xiàn)晚、治療難的困境。”

科訊生物腫瘤十二項標志物檢測芯片

腫瘤標志物檢測流程

科訊生物腫瘤標志物檢測試劑盒

在設備上，目前科訊生物開發(fā)了全自動微流控芯片掃描儀和全自動微陣列芯片檢測系統(tǒng)。全自動微流控芯片掃描儀采用532 nm和635 nm兩種激光波長，配合高靈敏度光電倍增管實現(xiàn)對芯片的掃描，具有通量高、靈敏度高、一致性高等特點，同時采用了包括光學、信號處理和運動控制系統(tǒng)在內(nèi)的十余項獨特技術，具有雙通道檢測功能。

全自動微陣列芯片檢測系統(tǒng)適用于樣品量大、高傳染性、污染性的樣本前處理，設備可自動化運行管理，并根據(jù)需求實現(xiàn)生物芯片檢測中樣本信息掃描登記、取樣、加樣、直至檢測流程結束等工作，減少實驗人員與樣品的直接接觸，降低感染風險。“全自動微陣列芯片檢測系統(tǒng)的適用范圍也廣，能夠適用于基因組學和粗蛋白質(zhì)組學、免疫學、細胞學、微生物學等相關領域。”韓琳教授補充。

作為引領醫(yī)學進入一個新的、快節(jié)奏的、負擔得起的時代的關鍵技術，微流控芯片技術上游配套還不成熟。據(jù)透露，已經(jīng)具備全產(chǎn)業(yè)鏈路開發(fā)能力的科訊生物，正建設全自動芯片基底生產(chǎn)線以更好提升產(chǎn)品質(zhì)控、良品率和生產(chǎn)效率，同時布局CDMO服務，為微流控上游提供創(chuàng)新性解決方案。目前，科訊生物通過自主突破大面積、低成本、批量化微納加工技術，多層柔性微流道的設計以及檢測芯片批量生產(chǎn)技術壁壘，實現(xiàn)了微流控芯片、基底、配套試劑盒以及相關設備的批量制備，并有能力對外提供CDMO服務。

審核編輯：劉清