近期，DeepTech 舉辦了「DeepTech 創新周 2022」系列論壇。本次活動共有六個分論壇組成，包括五個「前沿技術論壇」——合成生物學論壇、先進分子診斷論壇、細胞與免疫治療論壇、先進計算論壇和智能計算論壇和一個「特別論壇」- 【MEET35 創新者說】暨"Bio-X"新冠診治前沿研討會。聚焦最前沿的技術賽道，共邀請了近百位科學家和科技商業領袖共同參加。通過本次活動，也進一步打通了從科研到產業應用、從實驗室到臨床的通路。
在 6 月 24 日的分子診斷論壇上，達普生物創始人許瀟楠做了題為《大海尋針：液滴微流控如何引領下一代生物產業》的分享。
許博士詳細介紹了液滴微流控技術對基因檢測、分子診斷領域的重塑，並分享了達普生物構建的液滴微流控技術平台底層邏輯及相關產品應用。
所謂的液滴微流控技術，指的是在封閉的微通道網路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，可以顯著加快生物、醫學研究速度，降低樣本消耗，為生物和醫學研究搭建了全新的平台。
液滴微流控技術的發展與挑戰
上個世紀 90 年代，微流控技術因其精準的樣本處理和加速生化反應能力，被廣泛應用於生物、化學和醫學研究領域。微流控是指在微米尺度空間對流體進行操控的一種技術，該技術可以將化學、生物等實驗室的基本功能微縮到一個幾平方厘米晶元上，因此又被稱為晶元上的實驗室（Lab on Chip）。
相比於傳統的檢測技術，微流控技術把樣品反應、製備、分離、檢測等生化實驗的基本操作集成到很小的晶元上，以可控流體由微通道形成網路貫穿於微流控系統，在更小的尺度內實現了常規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，隨著傳統微流控技術的積累，利用互不相溶的兩液相產生分散的微液滴進行實驗操作的液滴微流控技術快速發展了起來。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。
通過將微流控技術與微液滴技術相結合，液滴微流控技術在提高了檢測靈敏度的同時，大大提高了反應的通量，實現了反應通量從 1 到 107 的變革，為生物檢測及新葯研發提供了全新的平台。液滴微流控技術具有諸多技術優勢，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。
圖丨微流控技術發展（來源：達普生物）
以生物醫藥領域常用的生物標誌物檢測為例：人體組織或生物體液中的核酸、蛋白質、單細胞或小分子等的可靠檢測可用於確認或預測疾病和疾病狀態。因此，高靈敏的生物標誌物檢測在疾病診斷、治療和藥物篩選等在內的各種應用中至關重要。不幸的是，對於許多疾病，人類樣本中的生物標誌物丰度較低，傳統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千到數百萬個微液滴——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——因此具有實現高靈敏度檢測的潛力。
畢竟，體積的顯著減少有助於背景的等效減少和目標生物標誌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變，正是液滴微流控技術將會帶領生物產業升級的原因。
除此之外，液滴微流控技術在醫藥研發領域也具有廣泛的應用前景。首先可用於快速單克隆抗體篩選，將傳統單克隆抗體篩選時間從 3 個月縮短到一天內完成：傳統的雜交瘤及單 B 細胞、納米抗體篩選技術不但工作量大，周期長且成本高。
液滴微流控技術可快速將 105-106 細胞包裹成納升級的反應檢測體系，以 Droplet ELISA 方式在細胞包裹後幾個小時內快速篩選出高表達細胞株，替代傳統微孔板 ELISA 的單克隆篩選，將之前幾周的篩選工作壓縮到一天內完成，並能更精準、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。
其次可用於優化細胞治療的靶點，例如在 TCR-T 療法中，在 TCR 轉錄之後，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，傳統的方法不但繁瑣、耗時且昂貴。
基於微流控液滴分選技術，在 T 細胞工程改造時引入報告基因，之後和靶標腫瘤細胞同時包裹到微液滴中， 之後即可根據報告基因熒光信號實時監測單個 TCR-T 細胞在識別靶腫瘤細胞後的激活情況並篩選出功能性 TCR-T 細胞，基於微流控液滴分選技術的 TCR 篩選原型為促進免疫治療篩選和 T 細胞治療的發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台，提供新的研究方向：例如，使用液滴微流控技術來評估細胞中的藥物攝取、消逝與細胞毒性，並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台。
當然，液滴微流控技術目前也存在諸多挑戰。首先，作為液滴微流控技術的核心元器件之一，微流控晶元的設計與製作非常關鍵。目前聚二甲基硅氧烷（PDMS）和軟光刻技術被廣泛應用於微流控晶元的製備，但是為了進一步實現商業化生產和臨床應用，更低廉，穩定的晶元製作材料，以及更簡單便捷的晶元加工工藝也需要進一步的研究和探索。
其次，液滴微流控產生的液滴體積非常小，速度快，數量多，如何實現對大量微液滴進行快速檢測分析也是一個難點。
最後，大規模集成是微流控晶元的一個顯著優勢。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模集成於一個多功能的微流控平台並實現自動化智能操作，仍然需要進一步的努力和研究。
打造生物製藥的工業級解決方案
2018 年，達普生物孵化於美麗的清水灣之畔——香港科技大學。作為達普生物的創始人，畢業於香港科技大學的許瀟楠博士深耕於液滴微流控領域近十年，在液滴微流控技術、晶元設計、生物化學、計算機、機械和光學等高度學科交叉的領域有豐富的產學研經驗，曾發表過數十篇相關論文，擁有數十項相關專利。
不同於大多數初創企業專註於應用層面，達普生物在創立之初就選擇了一條艱難的道路，致力於成為一家掌握底層核心技術的上游公司，通過整合生物、化學、計算機、光學、自動化等領域的人才， 從液滴微流控的底層技術出發構建生物製藥的工業級解決方案。
圖丨達普生物創始人許瀟楠（來源：達普生物）
首先是微液滴的操縱模塊。不同於實驗室中使用移液槍對樣本進行混合和分析，微流控技術生成的液滴多達上百萬個，如何在上百萬個液滴中實現一對一的精準控制，背後涉及非常複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，發表了一系列學術論文和專利，奠定了堅實的基礎。
其次是微流控晶元的設計與規模化量產。過去三年，達普生物成功解決了晶元的設計和量產問題，擁有自主的微流控晶元生產線，打通了從原型設計、開模、複製成型、後期處理以及質控等各環節。這也是達普生物的核心競爭力，可以快速高效地進行產品迭代，控制成本，嚴格把控質量。
（來源：達普生物）
基於已構建的底層技術，達普生物開發了三大工業級的技術平台。
第一個是單細胞高通量篩選平台。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，然後通過介電泳的作用，將某個分群的功能性細胞挑選出來，單次可實現 107 量級的微液滴分選。這一系統在單克隆抗體篩選、細胞治療靶點優化等領域具有廣泛的應用，可以顯著縮短篩選流程。
第二個是單細胞測序建庫平台。達普生物自主研發的星海單細胞建庫平台，基於專利的壓力不敏感液滴生成與水凝膠編碼微球技術，可快速實現 1-4 樣本的單細胞測序文庫構建。
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籤，在分析測序數據時，根據分子標籤信息將基因回歸到單個細胞，實現單細胞水平精度的基因信息分析。
第三個是數字 PCR 平台。達普生物自主研發的第三代數字 PCR 技術，相比於實時熒光定量 PCR 具有更高的精密度、靈敏度與抗干擾性，並可以對核酸分子進行精準定量，特別適合基質複雜樣品的檢測，例如生物葯生產與質檢環節中對殘留 DNA 的檢測。
在細胞和基因療法，生物類似葯，疫苗類藥物的生產或質檢環節中，現行各國藥典中對於製劑的殘留 DNA 檢測方法主要有 4 種：雜交法、閾值法、熒光染料法和PCR法。數字 PCR 法因為極高的靈敏度、特異性和準確性，可為生物製藥工業在工藝研究和成品質量控制方面提供更精準、可靠的檢測手段，現也已經逐漸成為各生物製品廠家首選的檢測方法。
（來源：達普生物）
關於達普
達普生物科技有限公司孵化於香港科技大學，於 2018 年由多位海歸博士共同創立。在深圳、嘉興、香港三地設有研發中心，研發團隊近 100 人，建立了集微流控晶元、儀器及試劑生產為一體的 GMP 廠房。
公司專註於將液滴微流控技術應用於精準醫學領域，致力於成為集微流控晶元、儀器、試劑的研發和生產於一體的完整解決方案提供商。公司自主研發、生產兩大技術平台：數字 PCR 系統和單細胞組學系統，應用於癌症研究、癌症早期篩查、靶向治療、無創產前診斷、病毒定量檢測、高通量藥物和抗體篩選等領域。
