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杭州梓铭:芯片上的分子实验室——核酸检测实现POCT化

2020-5-13| 编辑: 小桔灯网| 查看: 7491| 评论: 0|来源: 杭州梓铭

摘要: 本报记者 张娜5月7日,中央应对新冠肺炎疫情工作领导小组会议要求加快提升快速检测能力,尤其是推进检测时间短且无需实验室的核酸快速检测设备生产扩能。中国经济时报记者获悉,疫情之下,杭州梓铭基因科技有限公司 ...

本报记者 张娜

5月7日,中央应对新冠肺炎疫情工作领导小组会议要求加快提升快速检测能力,尤其是推进检测时间短且无需实验室的核酸快速检测设备生产扩能。

中国经济时报记者获悉,疫情之下,杭州梓铭基因科技有限公司(以下简称“杭州梓铭”)的开发团队,连续奋战,开发全集成核酸分析仪,将新冠检测实现POCT化(pointof-car e testing的缩写,意即在病人旁边进行的临床检验),将微流控芯片技术所能实现的“生物芯片上的新冠检测”进行了工业化落地。

一项科研技术如何走出实验室实现产业化?全集成核酸分析仪将对新冠肺炎防疫产生怎样的影响?微流控芯片技术产业化对中国分级医疗、精准医疗等一系列国策带来怎样的技术支撑?

中国经济时报记者于近日采访了杭州梓铭微流控技术的源头、清华大学医学院生物医学工程系研究员、博导刘鹏博士。

历时五年的产学研之旅

微流控芯片(亦称芯片实验室)技术,是指在方寸大小的微芯片上加工微通道网络,通过对通道内微流体的操纵和控制,实现化学和生物实验室的功能。自上世纪90年代兴起以来,微流控芯片技术研究取得了快速发展,被列为21世纪最为重要的前沿技术之一,被认为有可能为生命科学的基础和应用研究带来颠覆性改变。

“多学科协同”,是刘鹏对微流控芯片技术的切身感受,他本人就是多个专业叠加:清华本科读环境系,硕士读了生物,博士在美国加州大学伯克利分校化学学院学化学。

大部分科学技术的发展应用,最终指向是集成和微缩——终端设备做小,集成各种功能,实现自动化、智能化,可以傻瓜化操作。

刘鹏坦承,微流控芯片技术,由于近年的追赶,中国目前在学术层面,与欧美差距已然缩小,但在成果转化、工业化实现方面,与欧美尚有很大差距。

刘鹏以其博士生导师加州大学伯克利分校化学学院原院长Rich? ar dMathi es教授为例,他的原创技术实现成果转化时,风投、人员、配套技术等产业化要素非常完善,技术转化路径清晰。

五年前,刘鹏也是抱着试试看的心思,在实验室手工搭建了一台“丑陋的”微流控检测系统。然后“幸运地”遇上了杭州梓铭,由梓铭接手开始了漫长的探索之旅。

“从实验室到工业化,每一步都是坑,而且往往需要对实验室技术进行二次创新。”时至今日,刘鹏都有点不相信杭州梓铭的技术团队凭借着信念,真的坚持下来,将设备做了出来。

“光是芯片材料,梓铭的团队就筛选了两年。”刘鹏说,微流控芯片技术一旦走向工业化、产业化,除多学科协同之外,更需要产业链配合,考量的指标更为复杂:能实现规模化连续生产、产品质量稳定、无批次差异、成本有竞争力……

总结五年来杭州梓铭的艰苦努力,刘鹏概括为“微流控芯片技术落地的探索之旅”:通过构建有效的激励机制和利益分享机制,组建了围绕科学家原创技术的多区域、多领域、多学科工艺技术专家的协同创新团队,对供应链进行发现、甄选、梳理、补缺、整合,在产业化过程中走过了从僵化接收到固化掌握,再到优化提高的转化路径,解决了芯片、试剂、设备开发过程各个环节中存在的问题和三者间协同性、适配性难题,完成了工艺技术的积累、沉淀、提炼,构建了相应的外部技术合作体系并逐步培养出了内部开发承接团队,奠定了工业化大生产的坚实基础。

刘鹏表示,杭州梓铭的五年探索之路,是微流控技术产业发展进程中一个非常好的可资借鉴的注解和成功的范例式样本。

样品进,结果出,移动的“分子实验室”

“样品进,结果出,可同时检测10个样本,最快40分钟出结果。”以新冠肺炎核酸检测为例,杭州梓铭历经五年的“产学研之旅”最终成果,可描述为“可移动的分子实验室”——即将本需在三间独立实验室中,通过专业人员操作众多设备的检测流程,浓缩在一个全集成、全封闭的微流控芯片上,通过一台小型设备来完成。检测的场所要求降低,时间大大缩短,解决了当下国内新冠肺炎病毒核酸检测的痛点。

当前核酸诊断主要面临三大问题:一是场地要求严格,试剂准备、核酸提取和扩增需要分别在独立房间内进行;二是操作复杂,可变因素较多,受试剂交叉污染及人为因素影响较为明显;三是以荧光定量PCR为主的产品检测时间长,灵敏度还有待进一步提高。

刘鹏说,全集成核酸分析仪将核酸提取、扩增和检测集成于同一装置,因而摆脱了繁琐操作以及对专业实验室的依赖。

“目前该设备已初步完成临床样本验证,技术相对成熟。”刘鹏介绍,杭州梓铭的全集成核酸分析仪成本控制、样本通量等方面甚至优于美国同类产品。

刘鹏强调,类似新冠肺炎病毒等病原体微生物的核酸检测只是微流控芯片在医疗领域的应用之一,除此之外,国防、环境检测、动物检验检疫、食品安全等领域,也有诸多应用场景。

打通科技成果转化通道

5月7日,中央应对新冠肺炎疫情工作领导小组会议要求,加快提升快速检测能力,尤其是推进检测时间短且无需实验室的核酸快速检测设备生产扩能。

此前的5月1日,国家卫健委医政医管局在《关于落实常态化疫情防控要求进一步加强医疗机构感染防控工作的通知》中提到,“各地应当加强医疗机构实验室建设,对所有三级医院以及县医院开展建设,使其迅速达到新冠肺炎病毒核酸检测条件;对其他二级以上医院也应当同时加强建设,使其逐步达到新冠肺炎病毒核酸检测条件”。

刘鹏表示,当前核酸检测成刚需,成为其技术团队与梓铭5年合作成果迅速产业化的巨大推动力。

刘鹏介绍,目前市场上即时检测(POCT)平台还很少,ID NOW(雅培)等虽成功将分子诊断与POCT相结合,但却未完全解决POCT通量小的问题,这与高通量的产品(PCR)对比劣势明显。而将两者优势相结合的技术门槛高,使得很多企业望而却步。

五年来,杭州梓铭围绕独具特色的自有微流控芯片技术,整合全球资源,攻关研发的全集成核酸分析仪目前已经进展到工业化样机阶段。此设备依托于三维微流控芯片平台,在完全密闭的芯片结构中做到微型化、自动化并高度集成及检测,满足了POCT检测的优点:检测过程安全、快速、高效;设备集成化、成本低。

当前我国进入疫情防控常态化阶段,针对目前新冠肺炎病毒核酸检测,我国大型三甲医院往往配备了专业PCR实验室以集中处理有核酸检测需求的样本。然而,在三级以下尤其是基层医疗卫生机构,受制于资金和专业受训人员的缺乏以及样本量的不足,缺乏合适的检测手段。

在此背景下,以分子诊断为技术基础的POCT解决方案直击问题要害:设备操作者只需经简单培训,便可自行将检测样本加入测试盒内,再将测试盒放入全集成核酸分析仪相应位置,剩下的工作由仪器全自动完成。反应流程结束后,操作者可通过仪器附带的专业操作软件进行结果判读及报告输出。

基于上述优势,杭州梓铭微流控芯片平台若能尽快产业化,投入应用,可大大改善三级医疗机构的空间资源(PCR实验室的建设)和人力资源的不足;对于三级以下尤其是基层医疗卫生机构,则可实现以低成本、低要求(人员)为起点,迅速落地核酸检测。

“基于微流控技术的全集成核酸检测系统若能迅速产业化,对我国诸如分级诊疗、强基层、普惠医疗、精准医疗等一系列国策将给予巨大的技术支撑。”

刘鹏由此呼吁:当下,科学技术迅猛发展,医疗领域的政策审批、监管需与时俱进,做适当突破;在物价、医保等政策方面,需做调整,助推医疗行业技术创新成果的应用;在经济政策和产业政策上,应尽快打通技术成果转化通道,支持企业将科技成果工业化、产业化;投资机构和相关企业,则要耐得住寂寞,沉下心来踏实工作,回馈社会,造福于民。

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