據(jù)麥姆斯咨詢報道，為聚合合成生物、分子診斷、免疫治療、硅光芯片、DPU等前沿科技領(lǐng)域的頂尖人才、創(chuàng)新企業(yè)、產(chǎn)業(yè)、資本及政府資源，DeepTech于6月23-26日舉辦“DeepTech創(chuàng)新周2022”系列論壇，聚焦最前沿的技術(shù)賽道，近百位科學家和科技商業(yè)領(lǐng)袖共同參加，通過本次活動進一步打通從科研到產(chǎn)業(yè)應用、從實驗室到臨床的通路。

在6月24日的分子診斷論壇上，達普生物創(chuàng)始人許瀟楠做了題為《大海尋針：液滴微流控如何引領(lǐng)下一代生物產(chǎn)業(yè)》的分享。

許博士詳細介紹了液滴微流控技術(shù)對基因檢測、分子診斷領(lǐng)域的重塑，并分享了達普生物構(gòu)建的液滴微流控技術(shù)平臺底層邏輯及相關(guān)產(chǎn)品應用。

所謂的液滴微流控技術(shù)，指的是在封閉的微通道網(wǎng)絡中生成和操控上百萬個納升至皮升級液滴的一種尖端技術(shù)，可以顯著加快生物、醫(yī)學研究速度，降低樣本消耗，為生物和醫(yī)學研究搭建了全新的平臺。

液滴微流控技術(shù)的發(fā)展與挑戰(zhàn)

上個世紀90年代，微流控技術(shù)因其精準的樣本處理和加速生化反應能力，被廣泛應用于生物、化學和醫(yī)學研究領(lǐng)域。微流控是指在微尺度空間對流體進行操控的一種技術(shù)，該技術(shù)可以將化學、生物等實驗室的基本功能微縮到一個幾平方厘米芯片上，因此又被稱為芯片上的實驗室（Lab on Chip）。

相比于傳統(tǒng)的檢測技術(shù)，微流控技術(shù)把樣品反應、制備、分離、檢測等生化實驗的基本操作集成到很小的芯片上，以可控流體由微通道形成網(wǎng)絡貫穿于微流控系統(tǒng)，在更小的尺度內(nèi)實現(xiàn)了常規(guī)生化實驗室各項功能的同時，降低了分析檢測的試劑消耗量，加快了反應速度，提高了反應效率，使得實驗可控性更強。

近年來，隨著傳統(tǒng)微流控技術(shù)的積累，利用互不相溶的兩液相產(chǎn)生分散的微液滴進行實驗操作的液滴微流控技術(shù)快速發(fā)展了起來。微液滴，也稱為“微型反應器”，可在納升至皮升級的微液滴中進行生化反應。

通過將微流控技術(shù)與微液滴技術(shù)相結(jié)合，液滴微流控技術(shù)在提高了檢測靈敏度的同時，大大提高了反應的通量，實現(xiàn)了反應通量從1到10?的變革，為生物檢測及新藥研發(fā)提供了全新的平臺。液滴微流控技術(shù)具有諸多技術(shù)優(yōu)勢，包括體積微小、生成速度快、通量高、大小均勻、體系封閉、單分散性良好等。

以生物醫(yī)藥領(lǐng)域常用的生物標志物檢測為例：人體組織或生物體液中的核酸、蛋白質(zhì)、單細胞或小分子等的可靠檢測可用于確認或預測疾病和疾病狀態(tài)。因此，高靈敏的生物標志物檢測在疾病診斷、治療和藥物篩選等在內(nèi)的各種應用中至關(guān)重要。不幸的是，對于許多疾病，人類樣本中的生物標志物豐度較低，傳統(tǒng)檢測方法無法進行精準的檢測和篩查。

而液滴微流控裝置可以將大體積樣品離散成數(shù)千到數(shù)百萬個微液滴——每個微液滴都用作一個隔離的反應室，將靶標分子隔離在每個反應室中獨立進行反應——因此具有實現(xiàn)高靈敏度檢測的潛力。畢竟，體積的顯著減少有助于背景的等效減少和目標生物標志物的濃度的急劇增加，這反過來又增加了每個分離反應的信號與背景比，同時，獨立的反應單元，也避免了反應之間的互相干擾，從而增加了測定的整體靈敏度。這種量變而帶來的質(zhì)變，正是液滴微流控技術(shù)將會帶領(lǐng)生物產(chǎn)業(yè)升級的原因。

除此之外，液滴微流控技術(shù)在醫(yī)藥研發(fā)領(lǐng)域也具有廣泛的應用前景。首先可用于快速單克隆抗體篩選，將傳統(tǒng)單克隆抗體篩選時間從3個月縮短到一天內(nèi)完成：傳統(tǒng)的雜交瘤及單B細胞、納米抗體篩選技術(shù)不但工作量大、周期長，且成本高。

液滴微流控技術(shù)可快速將10?-10?細胞包裹成納升級的反應檢測體系，以Droplet ELISA方式在細胞包裹后幾個小時內(nèi)快速篩選出高表達細胞株，替代傳統(tǒng)微孔板ELISA 的單克隆篩選，將之前幾周的篩選工作壓縮到一天內(nèi)完成，并能更精準、高效地篩選出分泌目標抗體分子的雜交瘤細胞、單B細胞或噬菌體。

其次可用于優(yōu)化細胞治療的靶點，例如在TCR-T療法中，在TCR轉(zhuǎn)錄之后，需要對大量的T細胞進行篩選以尋找正確的TCR-T細胞克隆，傳統(tǒng)的方法不但繁瑣、耗時且昂貴。

基于微流控液滴分選技術(shù)，在T細胞工程改造時引入報告基因，之后和靶標腫瘤細胞同時包裹到微液滴中，之后即可根據(jù)報告基因熒光信號實時監(jiān)測單個TCR-T細胞在識別靶腫瘤細胞后的激活情況并篩選出功能性TCR-T細胞，基于微流控液滴分選技術(shù)的TCR篩選原型為促進免疫治療篩選和T細胞治療的發(fā)展提供了一個革新性的工具。

另外還可為藥物的遞送和釋放搭建全新平臺，提供新的研究方向：例如，使用液滴微流控技術(shù)來評估細胞中的藥物攝取、消逝與細胞毒性，并在單細胞和多細胞的相互作用中建立了適合藥物篩選的液滴微流控平臺。

當然，液滴微流控技術(shù)目前也存在諸多挑戰(zhàn)。首先，作為液滴微流控技術(shù)的核心元器件之一，微流控芯片的設計與制作非常關(guān)鍵，目前聚二甲基硅氧烷（PDMS）和軟光刻技術(shù)被廣泛應用于微流控芯片的制備，但是為了進一步實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)和臨床應用，更低廉、穩(wěn)定的芯片制作材料，以及更簡單便捷的芯片加工工藝也需要進一步的研究和探索。

其次，液滴微流控產(chǎn)生的液滴體積非常小、速度快、數(shù)量多，如何實現(xiàn)對大量微液滴進行快速檢測分析也是一個難點。

最后，大規(guī)模集成是微流控芯片的一個顯著優(yōu)勢，但是如何將模塊化的液滴微流控單元與上下游功能單元大規(guī)模集成于一個多功能的微流控平臺并實現(xiàn)自動化智能操作，仍然需要進一步的努力和研究。

打造生物制藥的工業(yè)級解決方案

2018年，達普生物孵化于美麗的清水灣之畔——香港科技大學。作為達普生物的創(chuàng)始人，畢業(yè)于香港科技大學的許瀟楠博士深耕于液滴微流控領(lǐng)域近十年，在液滴微流控技術(shù)、芯片設計、生物化學、計算機、機械和光學等高度學科交叉的領(lǐng)域有豐富的產(chǎn)學研經(jīng)驗，曾發(fā)表過數(shù)十篇相關(guān)論文，擁有數(shù)十項相關(guān)專利。

不同于大多數(shù)初創(chuàng)企業(yè)專注于應用層面，達普生物在創(chuàng)立之初就選擇了一條艱難的道路，致力于成為一家掌握底層核心技術(shù)的上游公司，通過整合生物、化學、計算機、光學、自動化等領(lǐng)域的人才，從液滴微流控的底層技術(shù)出發(fā)構(gòu)建生物制藥的工業(yè)級解決方案。

首先是微液滴的操縱模塊。不同于實驗室中使用移液槍對樣本進行混合和分析，微流控技術(shù)生成的液滴多達上百萬個，如何在上百萬個液滴中實現(xiàn)一對一的精準控制，背后涉及非常復雜的流體控制和光機電自動化的配合。早期，許瀟楠博士所在的團隊在香港科技大學做了大量的工作，發(fā)表了一系列學術(shù)論文和專利，奠定了堅實的基礎(chǔ)。

其次是微流控芯片的設計與規(guī)?；慨a(chǎn)。過去三年，達普生物成功解決了芯片的設計和量產(chǎn)問題，擁有自主的微流控芯片生產(chǎn)線，打通了從原型設計、開模、復制成型、后期處理以及質(zhì)控等各環(huán)節(jié)。這也是達普生物的核心競爭力，可以快速高效地進行產(chǎn)品迭代、控制成本、嚴格把控質(zhì)量。

基于已構(gòu)建的底層技術(shù)，達普生物開發(fā)了三大工業(yè)級的技術(shù)平臺。

第一個是單細胞高通量篩選平臺。其原理是對微液滴的熒光信號進行預判，可識別包裹在微液滴中細胞的基因組或者蛋白組信息或者細胞分泌的分子信息，然后通過介電泳的作用，將某個分群的功能性細胞挑選出來，單次可實現(xiàn)10?量級的微液滴分選。這一系統(tǒng)在單克隆抗體篩選、細胞治療靶點優(yōu)化等領(lǐng)域具有廣泛的應用，可以顯著縮短篩選流程。

第二個是單細胞測序建庫平臺。達普生物自主研發(fā)的星海單細胞建庫平臺，基于專利的壓力不敏感液滴生成與水凝膠編碼微球技術(shù)，可快速實現(xiàn)1-4樣本的單細胞測序文庫構(gòu)建。

其原理是通過給每一個微液滴打上編碼，當細胞在微液滴中裂解時，編碼微球上的核酸序列引入到cDNA序列中，直接給每個細胞的基因組加上分子標簽，在分析測序數(shù)據(jù)時，根據(jù)分子標簽信息將基因回歸到單個細胞，實現(xiàn)單細胞水平精度的基因信息分析。

第三個是數(shù)字PCR平臺。達普生物自主研發(fā)的第三代數(shù)字PCR技術(shù)，相比于實時熒光定量PCR具有更高的精密度、靈敏度與抗干擾性，并可以對核酸分子進行精準定量，特別適合基質(zhì)復雜樣品的檢測，例如生物藥生產(chǎn)與質(zhì)檢環(huán)節(jié)中對殘留DNA的檢測。

在細胞和基因療法、生物類似藥、疫苗類藥物的生產(chǎn)或質(zhì)檢環(huán)節(jié)中，現(xiàn)行各國藥典中對于制劑的殘留DNA檢測方法主要有4種：雜交法、閾值法、熒光染料法和PCR法。數(shù)字PCR法因為極高的靈敏度、特異性和準確性，可為生物制藥工業(yè)在工藝研究和成品質(zhì)量控制方面提供更精準、可靠的檢測手段，現(xiàn)也已經(jīng)逐漸成為各生物制品廠家首選的檢測方法。

原文標題：基于液滴微流控底層技術(shù)，達普生物打造生物制藥的工業(yè)級解決方案

文章出處：【微信公眾號：微流控】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。