麗納芯自研國內首個固態納米孔基因檢測儀Lsmart-SP1有望顛覆基因檢測格局
據麗納芯創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smart 又是智能的意思，sp1是型號：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上海國際檢驗醫學及體外診斷試劑展覽會（CEIVD，展位號H045，2023年6月28日-30日）
單分子檢測設備主要依賴于高度復雜的光學檢測系統，對標記分析物（核酸、蛋白質、細胞等）產生的光學變化信號進行檢測，在IVD領域占有重要的一席之地。以光學檢測原理為基礎的單分子檢測技術已度過早期的研發階段，逐漸向臨床應用端靠近，為疾病的早篩、預防帶來了希望，應用主要集中在癌癥的早篩。Quanterix公司是目前單分子檢測領域的領跑者，現市值已達到10億美元。盡管如此，復雜的光學檢測系統、耗時的熒光及抗原-抗體標記效率、低濃度標志物的挖掘等都會嚴重影響檢測的效率及準確率，并且很難實現單個分子的高靈敏檢測。當前在全球范圍內，已實現商業化的單分子免疫檢測技術平臺僅有Quanterix公司的 SiMoA系統和默克的SMC系統。Quanterix和默克也是全球最早布局以及最具代表性的公司。然而，在這個賽道國內的公司入局較晚，截止到目前，國內還沒有單分子免疫診斷的產品獲批上市，當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，以其免標記、高通量、免PCR擴增、操作簡單等優勢，近些年在基因測序及生物醫學檢測領域得到了飛速的發展。其工作原理簡要的描述為：當待測分析物穿過納米尺度的孔道時，會引起通過孔道的離子電流的變化，通過對電流變化信號的檢測與分析可實現對分析物的物理化學性質的表征。
（來源：Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1996, 93）
然而，當前一提到納米孔，人們首先會想到納米孔測序。近些年，在牛津納米孔（ONT-Nanopore）的帶領下，國內也出現多家以測序為目標的納米孔測序儀。尤其在近些年，國內以齊碳科技的Q-Nome為代表的納米孔測序儀如春筍般涌現，諸如今是科技的Gseq500中通量納米孔測序儀在去年底發布，以及在第二十屆CACLP大會上發布的安序源公司的AXP100-RS第四代納米孔長讀長納米孔測序平臺。
（來源：各公司主頁。從左至右分別為：Q-Nome, Gseq500, AXP100-RS）
雖然，納米孔傳感技術在1996年被發明之初，其目標就是為了實現通過檢測核酸序列過孔來進行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行工作，這對納米孔芯片的集成提出了極高的考驗。
相對于生物納米孔，固態納米孔傳感器出現的稍晚一些，2001年美國阿肯色大學物理系Jiali Li教授團隊采用聚焦離子束（FIB）在氮化硅薄膜上加工出納米尺度的小孔，并實現了DNA的檢測。其工作原理與生物納米孔相同，但其優勢卻尤為突出，由于固態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待檢測物的尺寸進行定制加工，最為關鍵的是固態納米孔的高度可集成化是未來納米孔檢測儀器發展的趨勢。
（來源：Nat Rev Mater 5, 2020, 931–951）
到目前為止，固態納米孔還沒有能力實現DNA或RNA的直接測序，其原因主要有兩點：（一）由于無法在孔口處定點修飾單個控速蛋白，DNA鏈超快的過孔度（速度≥1000 nt/ms）超出檢測信號電路的帶寬。（二）若要實現高分辨率的區分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嚴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，固態納米孔目前還無法實現基因測序，但在單分子檢測方面卻可以大顯身手。由于固態納米孔單分子檢測儀的研發存在諸多難點，并且技術門檻較高，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）以固態納米孔傳感技術為核心的手持式單分子傳感平臺，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，然而該產品目前還未在臨床上得到應用。在這個極具前沿性的賽道上，國內第一家以固態納米孔傳感技術為核心的第四代固態納米孔單分子檢測儀的原理樣機（Lsmart-SP1? ）在2023年3月已發布，該樣機由蘇州麗納芯生物科技有限公司自主研發，該公司由國內外生物醫學博士和基因測序科學家聯合創辦，專注于第四代固態納米孔基因檢測儀開發及高發癌早篩產業化的高新技術企業。Lsmart-SP1? 是由東南大學、南京大學、中科院納米所、南京郵電大學和美國哈佛大學的多位教授、科學家聯合攻克包括微納芯片的設計加工到制備、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鍵技術，由國家973項目，國家重大專項課題、國家及省自然科學基金產學研的落地，是國內首個即將量產固態納米孔基因檢測儀。2022年8月，麗納芯完成Pre-A輪數千萬融資，加大對第四代納米孔技術研發和升級的資金投入。
納米孔基因檢測原理樣機Lsmart-SP1?
該儀器應用于DNA甲基化檢測、表觀遺傳分析、DNA/RNA結構分析、病毒檢測、蛋白質分析，腫瘤早篩等。該樣機整機尺寸約iPad大小，搭載Linux操作系統，ARM處理器；4GB RAM 內存，支持USB及SD卡移動存儲，存儲可拓展至8T，OLED觸摸屏，支持Wi-Fi網絡。DNA/RNA可直接檢測，無需PCR擴增，免除PCR擴增帶來的錯誤和GC偏差，快速、實時。可便攜快捷的進行戶外、野外等多場景檢測實驗。
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）
據了解，儀器的每個部分全部由麗納芯團隊自主研發，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檢測部分已基本開發完成，并進入了后期的優化完善階段。配套的納米孔芯片及流體池也已經同步設計開發完成，二維流體芯片已經開模量產，并且預計在今年8月底發布第一臺工程樣機。讓我們拭目以待這匹“黑馬”，該技術將為基因檢測領域帶來新的希望與曙光！
