王艾艾

提取人類基因進行檢測，對疾病預警、診斷分析和控制治療有著重要意義，特別是在判斷腫瘤和未知病原時，能給醫(yī)護人員提供關鍵信息。如今，一臺小巧便攜的儀器就可以完成這項艱巨的工作。

這臺儀器就是齊碳科技在去年9月發(fā)布的國內首款納米孔基因測序儀QNome-9604，同步還發(fā)布了配套的測序芯片QCell-3841和測序試劑盒Qeagen-8，后兩者是基因測序儀的核心組件。

就像手機芯片決定了設備的運行效果、攝像頭為手機拓展了新功能一樣，配套發(fā)布的測序芯片和測序試劑盒讓基因測序儀擁有更強大的功能。

齊碳科技是中關村高新技術企業(yè)，已成功研發(fā)出納米孔基因測序儀的原理樣機、工程樣機和產(chǎn)品樣機，填補了中國自主研發(fā)納米孔基因測序儀器的空白。該公司曾獲2018中關村國際前沿科技創(chuàng)新大賽一等獎。

堅持自主研發(fā)

打破技術壁壘

2010年前后，國際基因測序巨頭的二代基因測序儀一經(jīng)上市，就以高通量、高準確性、低成本的特點受到了市場的青睞。二代基因測序儀的出現(xiàn)加速了基因測序從高精尖的科研服務向臨床應用領域拓展的進程。

此時，國內測序服務商通過獲得主流二代廠商的部分專利授權，合作開發(fā)的一批測序儀產(chǎn)品相繼獲批上市，這在一定程度上改變了市場長期被國外技術壟斷的局面，但這種模式讓國內企業(yè)無法獲得創(chuàng)新紅利，產(chǎn)品也缺少技術迭代的活力。

二代基因測序儀也有自己的短板，如高通量測序的讀長短、操作復雜、不能滿足臨床場景下復雜樣本的測序需求等。這為進一步發(fā)展基因測序技術，留下了思考空間。

齊碳科技一開始就選擇了自主研發(fā)的道路，其研發(fā)的納米孔基因測序儀就屬于第四代基因測序技術。

齊碳科技納米孔基因測序儀，可以達到150Kbp以上的超長讀長，8小時穩(wěn)定產(chǎn)出500Mbp數(shù)據(jù)，適用于微生物檢測、擴增子測序等快速靈活的使用場景，可分離式芯片設計極大降低單次使用成本。

到底有多厲害？讓我們與二代基因測序技術對比一下。

市場上主流二代基因測序技術的讀長約有300對或者150對堿基對，齊碳科技四代基因測序技術的讀長已經(jīng)達到15萬對堿基對，是二代基因測序技術的500倍至1000倍。

齊碳科技四代基因測序技術彌補了二代基因測序技術的局限，并拓展了基因測序的應用場景。易攜帶、高效能的特點，使其在公共衛(wèi)生、醫(yī)療健康和刑偵檢測方面擁有更多的發(fā)展空間。

直面科研挑戰(zhàn)

打造精良工藝

相對于競爭激烈的二代基因測序市場，四代基因測序技術的整個研發(fā)過程中會涉及核酸、蛋白、流體芯片、信號處理電路和堿基識別算法等多個學科，門檻比較高，前景一片寬廣。

這讓齊碳科技年輕的科研人員激動不已，同時他們也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

擺在他們面前的第一道難題就是要生產(chǎn)出符合所需結構的蛋白，也就是納米孔蛋白和控速蛋白。納米孔蛋白用來提供納米尺寸的蛋白質通道，控速蛋白用來控制單鏈核酸通過納米孔蛋白的速度。事實上，這些蛋白原本在自然界中可能并不存在，需要齊碳科技的科研人員像建筑師一樣，發(fā)揮想象力，設計出目標蛋白的結構。

齊碳科技全家福

挑戰(zhàn)才剛剛開始。

首先，要“想”出來。研究人員需要憑借扎實的科學素養(yǎng)和創(chuàng)新的想象力，提出全新的蛋白結構，而且要提出好多種，從中選取條件最好的，來提高基因測序儀的性能。

其次，要“做”出來，也就是進到實驗室根據(jù)設定的結構穩(wěn)定地把蛋白培養(yǎng)出來。我們知道世界上沒有完全相同的兩片葉子，具有生命體屬性的蛋白也不是輕易就能“復制”的。實驗室要有精良的工藝，才能保證每批次培育出來的蛋白在屬性和功效上盡可能得相近，才算“做”的出來。

蛋白身材雖小，卻肩負著核心技術的使命，齊碳科技經(jīng)過不計其數(shù)的設計和驗證，取得了一定成績，也進行了相應的知識產(chǎn)權布局。

水是生命之源?！罢{皮”的蛋白也需要在水中才能更好地工作。于是，齊碳科技設計了特制的流體芯片和測序試劑，提供蛋白所需的液體環(huán)境和“養(yǎng)料”。這樣，蛋白就能在環(huán)境舒適、伙食充足的條件下開工了。一個納米孔蛋白搭配一個控速蛋白，“專一”的蛋白們就這樣配對進入流體芯片設置的孔中進行作業(yè)。

蛋白們的勞動成果是一種極其微弱的電流。為此，齊碳科技設計了一種專用集成電路，用來收集這些高低不一的電信號，同時將電信號放大到普通設備可識別的程度。這時，問題就又來了。放大電信號的同時，干擾噪音也會被放大，這就需要做到在降噪的同時保留有效信息。

最后，齊碳科技通過人工智能算法來分析這些已經(jīng)處理過的電信號，從而解讀出目標基因序列的意義。

經(jīng)過四年的大量測試和改良，齊碳科技成為國內第一家成功研發(fā)出原理樣機、工程樣機和產(chǎn)品樣機，并且能夠穩(wěn)定獲得有效數(shù)據(jù)的企業(yè)。

“納米孔測序技術，目前還處于早期階段，穩(wěn)定性、準確率等關鍵技術指標仍在持續(xù)提升。未來，我們要繼續(xù)改進產(chǎn)品性能，降低成本，讓使用更加方便?！饼R碳科技的相關負責人說。

從0到1的改變

技術和團隊共進

目前，齊碳科技的研發(fā)團隊有70余人，大多是來自清華、北大、中科院、牛津大學等知名院校的高材生。這樣一群“聰明人”聚在一起組建的團隊，是否從一開始就合作無間呢？

齊碳的相關負責人回答：“不是?！?/p>

為了解決研發(fā)過程中涉及多個學科技術的問題，齊碳科技召集了各個領域的人才。這樣的好處是，具體的技術攻關問題都有專業(yè)的人來解決。隨之而來的問題是，大家來自不同的專業(yè)領域，對于跨領域的技術問題不夠了解，這就給協(xié)作溝通造成了阻礙。

隔行如隔山，齊碳科技在成立之初，跨部門溝通時就會出現(xiàn)“雞同鴨講”的局面。

為了讓公司順利步入正軌，齊碳科技內部密切溝通，而且定期舉行業(yè)務培訓會。業(yè)務帶頭人既帶隊攻克本領域的技術問題，也帶隊從0學習跨領域的知識。

如今，齊碳科技已經(jīng)走過了四個年頭。產(chǎn)品技術得到大幅度地提升，研發(fā)團隊間形成了高度的默契，跨部門溝通間的學術障礙也已經(jīng)遠去。

就是這樣一群年輕的科研人員，正努力用技術改變世界，也不斷讓自己成長。齊碳科技用自主研發(fā)的四代基因測序儀見證國內新的基因測序時代的到來，用高質量、高通量、更便攜的測序儀器，為人類探索基因“密碼”提供新的“鑰匙”。