編者按：目前，世界各國正競相在合成生物學(xué)領(lǐng)域制定發(fā)展路線圖。在該領(lǐng)域中，DNA合成技術(shù)有著極其廣泛且重要的應(yīng)用，且建立面向不同應(yīng)用市場的快寫入、高通量、長片段、低成本的DNA合成技術(shù)成為未來重要發(fā)展趨勢。
啟明創(chuàng)投投資企業(yè)芯宿科技利用集成電路、微機(jī)電系統(tǒng)與微流控打造出的世界頂級水平的第三代DNA合成技術(shù)，填補(bǔ)了國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的空白。芯宿科技近日完成了由啟明創(chuàng)投領(lǐng)投的數(shù)千萬元天使+輪融資。目前，該公司正重點(diǎn)研發(fā)新一代的DNA合成技術(shù)，降低長鏈DNA合成的成本，同時(shí)開發(fā)靈敏度更高的單分子檢測系統(tǒng)，滿足科研與臨床研究中對基因、蛋白的測序需求。
日前，芯宿科技聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO趙昕接受了生輝的采訪，介紹了集成電路在分子生物時(shí)代的重要性、芯宿科技目前的核心管線、國內(nèi)DNA合成的市場規(guī)模等。啟明創(chuàng)投微信公眾號經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載。
芯宿科技聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO趙昕
合成生物學(xué)，被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的生物技術(shù)之一。早在2004年，《麻省理工科技評論》便將合成生物學(xué)評為改變世界的“十大新技術(shù)”之一。如今，中國也早已將合成生物學(xué)列為戰(zhàn)略性、前瞻性的重點(diǎn)發(fā)展方向，并且設(shè)立了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“合成生物學(xué)”專項(xiàng)。
在合成生物學(xué)領(lǐng)域，DNA合成技術(shù)有著極其廣泛且重要的應(yīng)用。傳統(tǒng)的DNA合成方式為化學(xué)合成，通過控制堿基的添加順序生產(chǎn)不同的DNA單鏈，然后將其通過酶法連接形成DNA雙鏈。這種合成方式經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，雖然經(jīng)歷了各種改進(jìn)優(yōu)化，但仍存在DNA寫入成本較高、合成速度緩慢、包含隨機(jī)錯誤、無法合成所有序列等問題。
建立面向不同應(yīng)用市場的快寫入、高通量、長片段、低成本的DNA合成技術(shù)是未來DNA合成領(lǐng)域的重要發(fā)展趨勢。因此，如何大規(guī)模、低成本地獲得高保真DNA序列成為各國競相研究的重要課題。
“我們利用集成電路（Integrated Circuits, IC）、微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS）與微流控開發(fā)第三代DNA合成技術(shù)。硅芯片與微流控技術(shù)具有小型化與高集成的特性，能夠提供超高通量與超高靈敏度，加速推動長鏈DNA合成并降低成本，滿足合成生物學(xué)發(fā)展需求。”趙昕告訴生輝。芯宿科技也是國內(nèi)首家開發(fā)第三代DNA合成技術(shù)的企業(yè)。
芯宿科技成立于2021年，是一家專注于開發(fā)分子芯片驅(qū)動生物技術(shù)半導(dǎo)體化的公司，通過設(shè)計(jì)和制造IC、MEMS和微流控芯片賦能新一代生物技術(shù)。目前，該公司正重點(diǎn)研發(fā)新一代的DNA合成技術(shù)，降低長鏈DNA合成的成本，滿足日益增長的市場需求，同時(shí)，開發(fā)靈敏度更高的單分子檢測系統(tǒng)，滿足科研與臨床研究中對基因、蛋白的測序需求。
去年7月，芯宿科技完成了數(shù)千萬元的天使輪融資。“天使輪融資是我們回國創(chuàng)業(yè)落地的一個(gè)起點(diǎn)?！壁w昕表示，“首先，我們在國內(nèi)落了戶，完成核心團(tuán)隊(duì)的搭建；其次，也是至關(guān)重要的一點(diǎn)，我們確定了今后的戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃?！?strong>日前，芯宿科技已經(jīng)完成了啟明創(chuàng)投領(lǐng)投的天使+輪，趙昕還表示，近期將啟動新一輪的融資。
芯宿科技的業(yè)務(wù)模式是開發(fā)以芯片為基礎(chǔ)的硬件設(shè)備（如耗材、試劑）與軟件，并提供各種高附加值的服務(wù)。短期內(nèi)的發(fā)展規(guī)劃是開發(fā)一種有別于傳統(tǒng)生物芯片（MEMS與微流控）、基于集成電路的“分子芯片”。“中長期規(guī)劃圍繞我們的核心技術(shù)，把公司打造成為分子生物時(shí)代的‘賽默飛’‘美敦力’?！壁w昕說道。
DNA合成技術(shù)是一個(gè)學(xué)科高度交叉的領(lǐng)域。芯宿科技的創(chuàng)始人團(tuán)隊(duì)在領(lǐng)域內(nèi)擁有豐富的多學(xué)科交叉研發(fā)背景。在北京大學(xué)物理系畢業(yè)之后，趙昕進(jìn)入MIT攻讀博士，從事半導(dǎo)體工藝與器件的研發(fā)。期間他設(shè)計(jì)并制備出全球尺寸最小、跨導(dǎo)最高的垂直結(jié)構(gòu)場效應(yīng)管（MOSFET），2017年曾被國際元件與系統(tǒng)藍(lán)圖評選為“產(chǎn)業(yè)界未來二十年內(nèi)最理想的場效應(yīng)管”。
另一位創(chuàng)始人吳丹畢業(yè)于MIT機(jī)械系，專注于生物醫(yī)療系統(tǒng)研究和開發(fā)，在生化、超聲影像、生物傳感、細(xì)胞操控與微流控技術(shù)等多方面有超過10年的科研與產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)。博士期間他研發(fā)出用于檢測膿毒癥高通量、高靈敏度的POC免疫檢測平臺，該平臺已被諾華生物醫(yī)學(xué)研究中心應(yīng)用于監(jiān)測CAR-T Therapy病人的細(xì)胞因子釋放綜合癥。
目前芯宿科技的研發(fā)團(tuán)隊(duì)規(guī)模已達(dá)30人，成員研究方向涵蓋十余種，如設(shè)備端的機(jī)械電子、嵌入式軟/硬件，集成電路端的數(shù)字/模擬芯片設(shè)計(jì)，另外還有分子生物、有機(jī)化學(xué)、表面化學(xué)等諸多學(xué)科領(lǐng)域。
01/
集成電路開啟分子生物時(shí)代大門
半導(dǎo)體技術(shù)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用已有數(shù)十年的歷史，最早的一批應(yīng)用可追溯到1950年前后。以美敦力為例，其自主研發(fā)的首款產(chǎn)品是基于晶體管的植入式心臟起搏器，而在此之前的心臟起搏器皆為有線連接，設(shè)備笨重且使用不便，美敦力借助半導(dǎo)體技術(shù)為醫(yī)療產(chǎn)業(yè)做出突破。
自此之后，半導(dǎo)體開始滲透到生物醫(yī)藥領(lǐng)域的方方面面，以心臟起搏器為代表的植入型設(shè)備體積越來越小，功能越來越強(qiáng)。如今，包括智能手表等在內(nèi)的一些可穿戴設(shè)備能夠進(jìn)行心率、脈搏、血氧等一系列生物體征監(jiān)測，究其本質(zhì)依然歸功于半導(dǎo)體技術(shù)微型化的特點(diǎn)。
現(xiàn)階段，IC的制程工藝已經(jīng)發(fā)展到5納米乃至3納米，“目前半導(dǎo)體技術(shù)的控制尺度非常小，而且還可以在這個(gè)尺度上實(shí)現(xiàn)力、熱、光、電等多種功能。半導(dǎo)體制程工藝的進(jìn)步打開了分子生物時(shí)代的大門?！壁w昕指出。
21世紀(jì)是生物的世紀(jì)，更確切地說，是分子生物的世紀(jì)?！叭缃窦呻娐分瞥坦に嚨淖钚〕叨葍H為數(shù)個(gè)納米，已經(jīng)和DNA、RNA、蛋白質(zhì)等這些生物分子在同一個(gè)量級上，半導(dǎo)體芯片是人類能控制的最小尺度、最大規(guī)模、功能最多元化的一種底層技術(shù)，可以和生物分子進(jìn)行直接的相互作用?！?strong>趙昕表示，“所以集成電路將會是分子生物時(shí)代重要的基礎(chǔ)設(shè)施?！?/strong>
從2015年開始，趙昕便開始專注于將半導(dǎo)體芯片應(yīng)用于生物技術(shù)領(lǐng)域。“當(dāng)時(shí)，從事該領(lǐng)域的公司主要集中在美國，并且很多公司已經(jīng)上市，而國內(nèi)這一塊處于空白狀態(tài)，沒有生物技術(shù)公司側(cè)重于集成電路的研究和應(yīng)用，這對于我們來說恰恰是一個(gè)很好的契機(jī)?！壁w昕說道。
02/
實(shí)現(xiàn)高通量、低成本的DNA合成
芯宿科技目前核心的管線，一是DNA、RNA、蛋白的合成；二是對于這些生物大分子在單分子層面檢測的探索。
其中，DNA合成技術(shù)處于生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的上游端，應(yīng)用場景非常廣闊，“DNA合成可應(yīng)用于合成生物學(xué)、NGS測序、DNA信息存儲、抗體藥物篩選等諸多領(lǐng)域。此外，DNA合成技術(shù)在免疫檢測市場也擁有巨大拓展?jié)摿??！?/strong>他總結(jié)說。例如，合成生物公司需要用各種DNA片段進(jìn)行底盤改造，基因測序/基因編輯公司有各種引物的需求等。
從長遠(yuǎn)來看DNA合成還擁有很多高附加值的應(yīng)用。比如，抗體藥物研發(fā)公司可以通過高通量DNA合成的方式發(fā)現(xiàn)更好的抗體分子；用DNA來存儲數(shù)據(jù)和信息，不但密度非常高，而且保存的時(shí)間非常長久。
芯宿科技研發(fā)實(shí)驗(yàn)室
芯宿科技采用集成電路、MEMS與微流控開發(fā)第三代DNA合成技術(shù)，相較于經(jīng)典合成技術(shù)，其特點(diǎn)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：
第一，能夠在短鏈DNA合成上做到較高的通量密度。單位面積芯片上合成不同種類DNA序列的數(shù)目要高出數(shù)個(gè)量級，這將會對制藥以及DNA信息存儲等應(yīng)用層面帶來質(zhì)的變化。
第二，可以對每個(gè)位點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)控制。能夠在納米尺度上對空間內(nèi)的生物、化學(xué)，或者是光學(xué)、力學(xué)信號進(jìn)行讀取?！斑@就意味著可以在非常小的尺度上對合成或檢測的生物分子進(jìn)行原位操作，甚至有可能直接在原位進(jìn)行純化、拼接等，大幅降低合成成本?！壁w昕表示。
第三，適合開發(fā)小型便攜式設(shè)備。
單分子檢測方面，趙昕介紹說：“現(xiàn)階段的檢測技術(shù)靈敏度不足，限制了多組學(xué)的發(fā)展，我們要開發(fā)‘下一代’技術(shù)，基于我們核心的分子芯片平臺，實(shí)現(xiàn)單分子級別的多組學(xué)研究。”
03/
另辟蹊徑，走“集成電路”技術(shù)路線
目前，全球?qū)用鍰NA合成技術(shù)主要被Twist Bioscience等公司掌握。作為一家初創(chuàng)企業(yè)，在趙昕看來，“從IC，到MEMS與微流控，從有機(jī)化學(xué)，到分子生物，以及機(jī)械電子、軟件等各個(gè)方面，芯宿科技創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)兼具‘深度’與‘廣度’的綜合能力。這在國內(nèi)的同類型企業(yè)中是少有的，是核心競爭優(yōu)勢的體現(xiàn)。”
以Twist Bioscience為例，其核心技術(shù)是高通量噴頭以及對于噴頭的控制。如何設(shè)計(jì)和制造噴頭掌握在國外企業(yè)手中，這就意味著，同行企業(yè)在追趕Twist Bioscience過程中，可能會面臨著被卡脖子的風(fēng)險(xiǎn)。
“面對這一現(xiàn)狀，我們選擇‘轉(zhuǎn)變思路’，轉(zhuǎn)向硬件層面，通過芯片的方式來合成DNA。這樣的好處是，集成電路的設(shè)計(jì)以及工藝制造的核心能力都可以掌握在自己手里。”趙昕指出。
現(xiàn)階段，DNA合成技術(shù)的研究前沿主要集中在酶促合成的開發(fā)。同時(shí)，國際上也有少數(shù)公司嘗試采用半導(dǎo)體技術(shù)的方式進(jìn)行DNA合成。具體到芯宿科技，“從工程化的角度來說，半導(dǎo)體要比生物產(chǎn)業(yè)積累更加深厚，因此現(xiàn)階段的生產(chǎn)也無需采用最先進(jìn)的3納米或5納米半導(dǎo)體制程工藝，國內(nèi)成熟工藝制程就能夠?qū)崿F(xiàn)合成通量密度數(shù)個(gè)量級的提升。因此，我們所采取這個(gè)技術(shù)路線是有希望、且有能力做到世界領(lǐng)先的?！?/strong>趙昕表示。
市場規(guī)模方面，在趙昕看來，“目前，全球DNA合成領(lǐng)域大約有30億美元的市場規(guī)模?！迸c此同時(shí)，伴隨著合成生物學(xué)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，DNA合成的市場規(guī)模也處于急速擴(kuò)張過程中，所以市場規(guī)模的體量還是比較可觀的，是一個(gè)高速增長的市場?！皩τ趪鴥?nèi)而言，現(xiàn)階段正處于一個(gè)發(fā)展的黃金時(shí)期。近幾年，國內(nèi)對DNA合成有了井噴式的需求，國內(nèi)的市場規(guī)模約為全球市場規(guī)模的五分之一，甚至可能會達(dá)到三分之一。”他總結(jié)說。
來源 | 生輝
