“微流控技術(shù)作為一種重要的技術(shù)輔助手段，能夠與許多學(xué)科領(lǐng)域進(jìn)行交叉融合，潛力很大，其未來能夠發(fā)揮的作用可能遠(yuǎn)超我們目前對它的認(rèn)知?！鄙綎|科訊生物芯片技術(shù)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(shí)驗(yàn)室”內(nèi)容專題，認(rèn)為微流控技術(shù)可能會成為“這一世紀(jì)的技術(shù)”。微流控技術(shù)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(diǎn)，已經(jīng)被逐漸推廣應(yīng)用到生物醫(yī)藥、POCT、單細(xì)胞測序等領(lǐng)域，正作為一種工具類技術(shù)創(chuàng)造出潛在的顛覆性應(yīng)用。

據(jù)2022年國際MEMS專業(yè)咨詢公司Yole發(fā)表的研究報(bào)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(yù)計(jì)到2027年全球微流控芯片市場份額將達(dá)到323億美元，2021-2027年復(fù)合年增長率達(dá)到10.1%。

微流控技術(shù)的無限潛力推動著無數(shù)初創(chuàng)公司涉足該領(lǐng)域，2020年，由磐升集團(tuán)創(chuàng)始人邢志青創(chuàng)辦、山東大學(xué)教授韓琳擔(dān)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(biāo)志物檢測芯片和設(shè)備，為腫瘤早期輔助篩查、精準(zhǔn)醫(yī)療和預(yù)后跟蹤提供快速低成本的檢測方案。

承接國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目，

獲多個雙創(chuàng)大賽一等獎

微流控技術(shù)（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(xué)和技術(shù)，是一門涉及化學(xué)、流體物理、微電子、新材料、生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程等學(xué)科的新興交叉學(xué)科。在該尺度下，流體運(yùn)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(dǎo)。

“多學(xué)科交叉推動了微流控技術(shù)的迅速發(fā)展。”韓琳教授說。交叉融合正在成為科學(xué)研究的重要時代特征，交叉學(xué)科也正在成為科技創(chuàng)新的重要來源。“不同學(xué)科之間的交叉融合最有可能產(chǎn)生重大突破，使科學(xué)研究或技術(shù)應(yīng)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(xué)科發(fā)展，而且，國內(nèi)對多學(xué)科交叉的熱情可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于海外?！表n琳教授補(bǔ)充。

韓琳教授的學(xué)術(shù)經(jīng)歷就是多學(xué)科交叉的典型案例。2003年韓琳在山東大學(xué)物理學(xué)院本科畢業(yè)，2006年和2011年分別在清華大學(xué)微電子所和普林斯頓大學(xué)電子工程系獲得電子科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的碩士和博士學(xué)位，之后在耶魯大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系開始博士后研究。從基礎(chǔ)物理電子科學(xué)與技術(shù)再到生物醫(yī)學(xué)工程，在生物微電子的交叉學(xué)科方向深耕十余年，又在美國前沿的單細(xì)胞蛋白組學(xué)領(lǐng)域新興公司Isoplexis擔(dān)任首席科學(xué)家。針對國家在生命健康和海洋安全及資源開發(fā)等領(lǐng)域?qū)π滦蜕餀z測技術(shù)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(quán)的生物芯片與檢測系統(tǒng)。

在山東大學(xué)，韓琳教授主持近10項(xiàng)包括國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、國家自然基金項(xiàng)目、山東省杰出青年基金、山東省重大科技創(chuàng)新項(xiàng)目的國家和省部級項(xiàng)目。韓琳教授作為課題負(fù)責(zé)人承擔(dān)了十三五國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)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(xiàng)目“高通量腫瘤標(biāo)記物檢測芯片與自動化設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)”，并斬獲了中國·濟(jì)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(xué)研究領(lǐng)域還是生命健康產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，生物分子檢測產(chǎn)品海外壟斷情況尤其嚴(yán)重，幾乎95%以上的生物芯片依賴國外進(jìn)口，特別缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。微流控技術(shù)作為一種新興的交叉學(xué)科技術(shù)，在我國大力推動交叉學(xué)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(guān)領(lǐng)域?！表n琳教授表示。

基于無機(jī)納米材料的抗體條形碼微陣列芯片技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速、精準(zhǔn)、高靈敏的疾病標(biāo)志物定量檢測

微流控技術(shù)被廣泛應(yīng)用在IVD領(lǐng)域。“在核酸檢測過程中，行業(yè)內(nèi)大多將微流控技術(shù)用以PCR擴(kuò)增的處理，進(jìn)行一些改進(jìn)，由于PCR技術(shù)本身的限制，基于PCR擴(kuò)增的生物芯片只能實(shí)現(xiàn)半定量檢測。這對于微流控技術(shù)來說，其潛力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有被開發(fā)出來?！表n琳教授說。

更準(zhǔn)確、更快速、更簡單、更廉價、更便攜，一直都是醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)創(chuàng)新趨勢。“從應(yīng)用深度來看，微流控技術(shù)能夠?yàn)閺V泛應(yīng)用的核酸檢測提供更加精細(xì)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(yīng)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(bǔ)充。

目前，對于疾病標(biāo)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(xué)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(biāo)記以及許多洗脫的步驟，操作繁瑣，難以達(dá)到快速、簡便的檢測，并且難以在空間和設(shè)備有限的條件下進(jìn)行檢測。

基于此種現(xiàn)狀，韓琳教授帶領(lǐng)科訊生物團(tuán)隊(duì)，利用微流控芯片技術(shù)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(shù)和給予熒光快速掃描的多通道微流控傳感系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了極微量樣本高通量、高靈敏、高重復(fù)、高可靠的多種疾病標(biāo)志物的同時檢測。“利用抗體微印刷技術(shù)，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(biāo)記物的同時檢測，比常規(guī)的檢測設(shè)備提高生產(chǎn)效率達(dá)10多倍?！?/p>

在芯片原材料上，科訊生物采用了新型無機(jī)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在檢測靈敏度上的大幅度提升，在重復(fù)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(shí)現(xiàn)了抗體的高密度固載和均一性。

此外，科訊生物還結(jié)合了微陣列條形碼固載技術(shù)。“其流道在微米級別，可以根據(jù)測定指標(biāo)需求，設(shè)計(jì)不同流道數(shù)量，單個反應(yīng)單元測定多個指標(biāo)項(xiàng)目；與普通的化學(xué)免疫發(fā)光方法相比，由于所有的反應(yīng)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(zhǔn)組合多指標(biāo)蛋白芯片與多通道微流控芯片，打造多款高精度腫瘤標(biāo)記物、細(xì)菌、病毒等檢測產(chǎn)品

基于抗體微印刷技術(shù)、微陣列條形碼固載技術(shù)等，科訊生物首先開發(fā)了腫瘤十二項(xiàng)標(biāo)志物檢測芯片和設(shè)備。

在芯片上，科訊生物采用新型無機(jī)納米材料基底，結(jié)合微流控技術(shù)，其樣本所需血量?。?μL~ 10 μL），兼具高靈敏性（檢測極限可達(dá)10 pg/ml）、高特異性（同樣濃度腫瘤標(biāo)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(xiàng)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(zhǔn)預(yù)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(fèi)用，力圖打造普通大眾都用得起的腫瘤早篩項(xiàng)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(xiàng)標(biāo)志物檢測芯片

腫瘤標(biāo)志物檢測流程

科訊生物腫瘤標(biāo)志物檢測試劑盒

在設(shè)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(shí)現(xiàn)對芯片的掃描，具有通量高、靈敏度高、一致性高等特點(diǎn)，同時采用了包括光學(xué)、信號處理和運(yùn)動控制系統(tǒng)在內(nèi)的十余項(xiàng)獨(dú)特技術(shù)，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(shè)備可自動化運(yùn)行管理，并根據(jù)需求實(shí)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(jié)束等工作，減少實(shí)驗(yàn)人員與樣品的直接接觸，降低感染風(fēng)險(xiǎn)?！叭詣游㈥嚵行酒瑱z測系統(tǒng)的適用范圍也廣，能夠適用于基因組學(xué)和粗蛋白質(zhì)組學(xué)、免疫學(xué)、細(xì)胞學(xué)、微生物學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域。”韓琳教授補(bǔ)充。

作為引領(lǐng)醫(yī)學(xué)進(jìn)入一個新的、快節(jié)奏的、負(fù)擔(dān)得起的時代的關(guān)鍵技術(shù)，微流控芯片技術(shù)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(shè)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(wù)，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(shù)，多層柔性微流道的設(shè)計(jì)以及檢測芯片批量生產(chǎn)技術(shù)壁壘，實(shí)現(xiàn)了微流控芯片、基底、配套試劑盒以及相關(guān)設(shè)備的批量制備，并有能力對外提供CDMO服務(wù)。

審核編輯：劉清