編者按：目前，世界各國正競相在合成生物學領域制定發(fā)展路線圖。在該領域中，DNA合成技術有著極其廣泛且重要的應用，且建立面向不同應用市場的快寫入、高通量、長片段、低成本的DNA合成技術成為未來重要發(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，填補了國內相關領域的空白。芯宿科技近日完成了由啟明創(chuàng)投領投的數(shù)千萬元天使+輪融資。目前，該公司正重點研發(fā)新一代的DNA合成技術，降低長鏈DNA合成的成本，同時開發(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代的重要性、芯宿科技目前的核心管線、國內DNA合成的市場規(guī)模等。啟明創(chuàng)投微信公眾號經授權轉載。
芯宿科技聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO趙昕
合成生物學，被認為是21世紀最重要的生物技術之一。早在2004年，《麻省理工科技評論》便將合成生物學評為改變世界的“十大新技術”之一。如今，中國也早已將合成生物學列為戰(zhàn)略性、前瞻性的重點發(fā)展方向，并且設立了國家重點研發(fā)計劃“合成生物學”專項。
在合成生物學領域，DNA合成技術有著極其廣泛且重要的應用。傳統(tǒng)的DNA合成方式為化學合成，通過控制堿基的添加順序生產不同的DNA單鏈，然后將其通過酶法連接形成DNA雙鏈。這種合成方式經過數(shù)十年的發(fā)展，雖然經歷了各種改進優(yōu)化，但仍存在DNA寫入成本較高、合成速度緩慢、包含隨機錯誤、無法合成所有序列等問題。
建立面向不同應用市場的快寫入、高通量、長片段、低成本的DNA合成技術是未來DNA合成領域的重要發(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）、微機電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS）與微流控開發(fā)第三代DNA合成技術。硅芯片與微流控技術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，滿足合成生物學發(fā)展需求?！壁w昕告訴生輝。芯宿科技也是國內首家開發(fā)第三代DNA合成技術的企業(yè)。
芯宿科技成立于2021年，是一家專注于開發(fā)分子芯片驅動生物技術半導體化的公司，通過設計和制造IC、MEMS和微流控芯片賦能新一代生物技術。目前，該公司正重點研發(fā)新一代的DNA合成技術，降低長鏈DNA合成的成本，滿足日益增長的市場需求，同時，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)落地的一個起點。”趙昕表示，“首先，我們在國內落了戶，完成核心團隊的搭建；其次，也是至關重要的一點，我們確定了今后的戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃?！?strong>日前，芯宿科技已經完成了啟明創(chuàng)投領投的天使+輪，趙昕還表示，近期將啟動新一輪的融資。
芯宿科技的業(yè)務模式是開發(fā)以芯片為基礎的硬件設備（如耗材、試劑）與軟件，并提供各種高附加值的服務。短期內的發(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，把公司打造成為分子生物時代的‘賽默飛’‘美敦力’。”趙昕說道。
DNA合成技術是一個學科高度交叉的領域。芯宿科技的創(chuàng)始人團隊在領域內擁有豐富的多學科交叉研發(fā)背景。在北京大學物理系畢業(yè)之后，趙昕進入MIT攻讀博士，從事半導體工藝與器件的研發(fā)。期間他設計并制備出全球尺寸最小、跨導最高的垂直結構場效應管（MOSFET），2017年曾被國際元件與系統(tǒng)藍圖評選為“產業(yè)界未來二十年內最理想的場效應管”。
另一位創(chuàng)始人吳丹畢業(yè)于MIT機械系，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、細胞操控與微流控技術等多方面有超過10年的科研與產業(yè)經驗。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)學研究中心應用于監(jiān)測CAR-T Therapy病人的細胞因子釋放綜合癥。
目前芯宿科技的研發(fā)團隊規(guī)模已達30人，成員研究方向涵蓋十余種，如設備端的機械電子、嵌入式軟/硬件，集成電路端的數(shù)字/模擬芯片設計，另外還有分子生物、有機化學、表面化學等諸多學科領域。
01/
集成電路開啟分子生物時代大門
半導體技術在生物醫(yī)藥領域的應用已有數(shù)十年的歷史，最早的一批應用可追溯到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，設備笨重且使用不便，美敦力借助半導體技術為醫(yī)療產業(yè)做出突破。
自此之后，半導體開始滲透到生物醫(yī)藥領域的方方面面，以心臟起搏器為代表的植入型設備體積越來越小，功能越來越強。如今，包括智能手表等在內的一些可穿戴設備能夠進行心率、脈搏、血氧等一系列生物體征監(jiān)測，究其本質依然歸功于半導體技術微型化的特點。
現(xiàn)階段，IC的制程工藝已經發(fā)展到5納米乃至3納米，“目前半導體技術的控制尺度非常小，而且還可以在這個尺度上實現(xiàn)力、熱、光、電等多種功能。半導體制程工藝的進步打開了分子生物時代的大門?！壁w昕指出。
21世紀是生物的世紀，更確切地說，是分子生物的世紀?！叭缃窦呻娐分瞥坦に嚨淖钚〕叨葍H為數(shù)個納米，已經和DNA、RNA、蛋白質等這些生物分子在同一個量級上，半導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，可以和生物分子進行直接的相互作用。”趙昕表示，“所以集成電路將會是分子生物時代重要的基礎設施?！?/strong>
從2015年開始，趙昕便開始專注于將半導體芯片應用于生物技術領域?！?strong>當時，從事該領域的公司主要集中在美國，并且很多公司已經上市，而國內這一塊處于空白狀態(tài)，沒有生物技術公司側重于集成電路的研究和應用，這對于我們來說恰恰是一個很好的契機?！壁w昕說道。
02/
實現(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合成技術處于生物技術產業(yè)的上游端，應用場景非常廣闊，“DNA合成可應用于合成生物學、NGS測序、DNA信息存儲、抗體藥物篩選等諸多領域。此外，DNA合成技術在免疫檢測市場也擁有巨大拓展?jié)摿?。?/strong>他總結說。例如，合成生物公司需要用各種DNA片段進行底盤改造，基因測序/基因編輯公司有各種引物的需求等。
從長遠來看DNA合成還擁有很多高附加值的應用。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，而且保存的時間非常長久。
芯宿科技研發(fā)實驗室
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，相較于經典合成技術，其特點主要體現(xiàn)在三個方面：
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)個量級，這將會對制藥以及DNA信息存儲等應用層面帶來質的變化。
第二，可以對每個位點進行單獨控制。能夠在納米尺度上對空間內的生物、化學，或者是光學、力學信號進行讀取?！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行原位操作，甚至有可能直接在原位進行純化、拼接等，大幅降低合成成本?！壁w昕表示。
第三，適合開發(fā)小型便攜式設備。
單分子檢測方面，趙昕介紹說：“現(xiàn)階段的檢測技術靈敏度不足，限制了多組學的發(fā)展，我們要開發(fā)‘下一代’技術，基于我們核心的分子芯片平臺，實現(xiàn)單分子級別的多組學研究。”
03/
另辟蹊徑，走“集成電路”技術路線
目前，全球層面DNA合成技術主要被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，從有機化學，到分子生物，以及機械電子、軟件等各個方面，芯宿科技創(chuàng)始團隊兼具‘深度’與‘廣度’的綜合能力。這在國內的同類型企業(yè)中是少有的，是核心競爭優(yōu)勢的體現(xiàn)?！?/strong>
以Twist Bioscience為例，其核心技術是高通量噴頭以及對于噴頭的控制。如何設計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險。
“面對這一現(xiàn)狀，我們選擇‘轉變思路’，轉向硬件層面，通過芯片的方式來合成DNA。這樣的好處是，集成電路的設計以及工藝制造的核心能力都可以掌握在自己手里?！壁w昕指出。
現(xiàn)階段，DNA合成技術的研究前沿主要集中在酶促合成的開發(fā)。同時，國際上也有少數(shù)公司嘗試采用半導體技術的方式進行DNA合成。具體到芯宿科技，“從工程化的角度來說，半導體要比生物產業(yè)積累更加深厚，因此現(xiàn)階段的生產也無需采用最先進的3納米或5納米半導體制程工藝，國內成熟工藝制程就能夠實現(xiàn)合成通量密度數(shù)個量級的提升。因此，我們所采取這個技術路線是有希望、且有能力做到世界領先的?！?/strong>趙昕表示。
市場規(guī)模方面，在趙昕看來，“目前，全球DNA合成領域大約有30億美元的市場規(guī)模?！迸c此同時，伴隨著合成生物學相關技術的發(fā)展，DNA合成的市場規(guī)模也處于急速擴張過程中，所以市場規(guī)模的體量還是比較可觀的，是一個高速增長的市場。“對于國內而言，現(xiàn)階段正處于一個發(fā)展的黃金時期。近幾年，國內對DNA合成有了井噴式的需求，國內的市場規(guī)模約為全球市場規(guī)模的五分之一，甚至可能會達到三分之一?！彼偨Y說。
來源 | 生輝
