麗納芯自研國內(nèi)首個(gè)固態(tài)納米孔基因檢測儀Lsmart-SP1有望顛覆基因檢測格局
據(jù)麗納芯創(chuàng)始人譚生偉博士介紹：Lsmart-sp1? 是由朱博士命名， 釋義是L代表麗納芯的首字母，s是single, m是molecular, a是analysis, r是real-time, t是test 而且整個(gè)smart 又是智能的意思，sp1是型號(hào)：s是solid, p是pore,1是第一代。
Lsmart-SP1? 即將亮相于上海世博展覽館舉辦的2023上海國際檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)及體外診斷試劑展覽會(huì)（CEIVD，展位號(hào)H045，2023年6月28日-30日）
單分子檢測設(shè)備主要依賴于高度復(fù)雜的光學(xué)檢測系統(tǒng)，對標(biāo)記分析物（核酸、蛋白質(zhì)、細(xì)胞等）產(chǎn)生的光學(xué)變化信號(hào)進(jìn)行檢測，在IVD領(lǐng)域占有重要的一席之地。以光學(xué)檢測原理為基礎(chǔ)的單分子檢測技術(shù)已度過早期的研發(fā)階段，逐漸向臨床應(yīng)用端靠近，為疾病的早篩、預(yù)防帶來了希望，應(yīng)用主要集中在癌癥的早篩。Quanterix公司是目前單分子檢測領(lǐng)域的領(lǐng)跑者，現(xiàn)市值已達(dá)到10億美元。盡管如此，復(fù)雜的光學(xué)檢測系統(tǒng)、耗時(shí)的熒光及抗原-抗體標(biāo)記效率、低濃度標(biāo)志物的挖掘等都會(huì)嚴(yán)重影響檢測的效率及準(zhǔn)確率，并且很難實(shí)現(xiàn)單個(gè)分子的高靈敏檢測。當(dāng)前在全球范圍內(nèi)，已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的單分子免疫檢測技術(shù)平臺(tái)僅有Quanterix公司的 SiMoA系統(tǒng)和默克的SMC系統(tǒng)。Quanterix和默克也是全球最早布局以及最具代表性的公司。然而，在這個(gè)賽道國內(nèi)的公司入局較晚，截止到目前，國內(nèi)還沒有單分子免疫診斷的產(chǎn)品獲批上市，當(dāng)前主要幾家公司包括光與生物、宇測生物、彩科生物等。
（來源：Quanterix 公司主頁）
納米孔作為一種單分子檢測技術(shù)，以其免標(biāo)記、高通量、免PCR擴(kuò)增、操作簡單等優(yōu)勢，近些年在基因測序及生物醫(yī)學(xué)檢測領(lǐng)域得到了飛速的發(fā)展。其工作原理簡要的描述為：當(dāng)待測分析物穿過納米尺度的孔道時(shí)，會(huì)引起通過孔道的離子電流的變化，通過對電流變化信號(hào)的檢測與分析可實(shí)現(xiàn)對分析物的物理化學(xué)性質(zhì)的表征。
（來源：Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1996, 93）
然而，當(dāng)前一提到納米孔，人們首先會(huì)想到納米孔測序。近些年，在牛津納米孔（ONT-Nanopore）的帶領(lǐng)下，國內(nèi)也出現(xiàn)多家以測序?yàn)槟繕?biāo)的納米孔測序儀。尤其在近些年，國內(nèi)以齊碳科技的Q-Nome為代表的納米孔測序儀如春筍般涌現(xiàn)，諸如今是科技的Gseq500中通量納米孔測序儀在去年底發(fā)布，以及在第二十屆CACLP大會(huì)上發(fā)布的安序源公司的AXP100-RS第四代納米孔長讀長納米孔測序平臺(tái)。
（來源：各公司主頁。從左至右分別為：Q-Nome, Gseq500, AXP100-RS）
雖然，納米孔傳感技術(shù)在1996年被發(fā)明之初，其目標(biāo)就是為了實(shí)現(xiàn)通過檢測核酸序列過孔來進(jìn)行DNA的測序。然而，生物納米孔的孔道蛋白天生的脆弱性，對溶液的pH及施加的電場力都有嚴(yán)格的要求。此外，生物納米孔需要插入到磷脂雙分子層或特定的聚合物中作為基底才能進(jìn)行工作，這對納米孔芯片的集成提出了極高的考驗(yàn)。
相對于生物納米孔，固態(tài)納米孔傳感器出現(xiàn)的稍晚一些，2001年美國阿肯色大學(xué)物理系Jiali Li教授團(tuán)隊(duì)采用聚焦離子束（FIB）在氮化硅薄膜上加工出納米尺度的小孔，并實(shí)現(xiàn)了DNA的檢測。其工作原理與生物納米孔相同，但其優(yōu)勢卻尤為突出，由于固態(tài)納米孔是加工在硅基的絕緣薄膜上，因此，可承受的檢測溶液的范圍較寬，并且納米孔的孔徑可根據(jù)待檢測物的尺寸進(jìn)行定制加工，最為關(guān)鍵的是固態(tài)納米孔的高度可集成化是未來納米孔檢測儀器發(fā)展的趨勢。
（來源：Nat Rev Mater 5, 2020, 931–951）
到目前為止，固態(tài)納米孔還沒有能力實(shí)現(xiàn)DNA或RNA的直接測序，其原因主要有兩點(diǎn)：（一）由于無法在孔口處定點(diǎn)修飾單個(gè)控速蛋白，DNA鏈超快的過孔度（速度≥1000 nt/ms）超出檢測信號(hào)電路的帶寬。（二）若要實(shí)現(xiàn)高分辨率的區(qū)分DNA堿基間的差異，需要采用超薄的薄膜（膜厚≤2 nm），而該厚度的薄膜制備較為困難，并且較高的低頻噪聲會(huì)嚴(yán)重影響檢測的信噪比（通常納米孔薄膜越薄，低頻噪聲越大）。雖然，固態(tài)納米孔目前還無法實(shí)現(xiàn)基因測序，但在單分子檢測方面卻可以大顯身手。由于固態(tài)納米孔單分子檢測儀的研發(fā)存在諸多難點(diǎn)，并且技術(shù)門檻較高，在這條賽道上我們與國外并沒有存在較大的差距。目前，國際上只有一家（Two Pore Guys）以固態(tài)納米孔傳感技術(shù)為核心的手持式單分子傳感平臺(tái)，該公司總部位于美國加州，2018年獲得了280萬美元的蓋茨基金的資助。
（來源：公司主頁）
雖然該公司起步較早，然而該產(chǎn)品目前還未在臨床上得到應(yīng)用。在這個(gè)極具前沿性的賽道上，國內(nèi)第一家以固態(tài)納米孔傳感技術(shù)為核心的第四代固態(tài)納米孔單分子檢測儀的原理樣機(jī)（Lsmart-SP1? ）在2023年3月已發(fā)布，該樣機(jī)由蘇州麗納芯生物科技有限公司自主研發(fā)，該公司由國內(nèi)外生物醫(yī)學(xué)博士和基因測序科學(xué)家聯(lián)合創(chuàng)辦，專注于第四代固態(tài)納米孔基因檢測儀開發(fā)及高發(fā)癌早篩產(chǎn)業(yè)化的高新技術(shù)企業(yè)。Lsmart-SP1? 是由東南大學(xué)、南京大學(xué)、中科院納米所、南京郵電大學(xué)和美國哈佛大學(xué)的多位教授、科學(xué)家聯(lián)合攻克包括微納芯片的設(shè)計(jì)加工到制備、微納流體裝置、生物大分子、小分子、DNA、RNA檢測和病毒檢測等關(guān)鍵技術(shù)，由國家973項(xiàng)目，國家重大專項(xiàng)課題、國家及省自然科學(xué)基金產(chǎn)學(xué)研的落地，是國內(nèi)首個(gè)即將量產(chǎn)固態(tài)納米孔基因檢測儀。2022年8月，麗納芯完成Pre-A輪數(shù)千萬融資，加大對第四代納米孔技術(shù)研發(fā)和升級(jí)的資金投入。
納米孔基因檢測原理樣機(jī)Lsmart-SP1?
該儀器應(yīng)用于DNA甲基化檢測、表觀遺傳分析、DNA/RNA結(jié)構(gòu)分析、病毒檢測、蛋白質(zhì)分析，腫瘤早篩等。該樣機(jī)整機(jī)尺寸約iPad大小，搭載Linux操作系統(tǒng)，ARM處理器；4GB RAM 內(nèi)存，支持USB及SD卡移動(dòng)存儲(chǔ)，存儲(chǔ)可拓展至8T，OLED觸摸屏，支持Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)。DNA/RNA可直接檢測，無需PCR擴(kuò)增，免除PCR擴(kuò)增帶來的錯(cuò)誤和GC偏差，快速、實(shí)時(shí)。可便攜快捷的進(jìn)行戶外、野外等多場景檢測實(shí)驗(yàn)。
a硅芯片、b不同孔徑納米孔芯片和c二維流體芯片
（來源：麗納芯公眾號(hào)）
據(jù)了解，儀器的每個(gè)部分全部由麗納芯團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)，包括高帶寬的電流放大器、納米孔芯片流體池（cell-231）以及界面操作程序等，目前該儀器的電流放大器的電信號(hào)檢測部分已基本開發(fā)完成，并進(jìn)入了后期的優(yōu)化完善階段。配套的納米孔芯片及流體池也已經(jīng)同步設(shè)計(jì)開發(fā)完成，二維流體芯片已經(jīng)開模量產(chǎn)，并且預(yù)計(jì)在今年8月底發(fā)布第一臺(tái)工程樣機(jī)。讓我們拭目以待這匹“黑馬”，該技術(shù)將為基因檢測領(lǐng)域帶來新的希望與曙光！
