阿卡索生物打造生命科学新工具,高通量微流控芯片有望解锁更多应用场景

人类社会每一次大的技术进步往往是来自于对微观世界有了更深入的理解和掌控 。
以微米或纳米度量的微球 , 是生物制药、体外诊断等领域不可或缺的核心基础材料 , 有着极大的制备和应用难度 , 曾被《科技日报》列为35项“卡脖子”关键核心技术领域之一 , 也在生物和药物领域获得越来越多的关注 。
传统的微球制备以釜式反应为主 , 将原料和试剂投入反应釜中 , 通过控制转速、温度和反应时间 , 以获得目标微球产物 , 整个过程是在一个宏观的反应环境下进行的 。 这种制备方式相对简单 , 经过多年发展已进入成熟的商业化应用阶段 。 但微球制备是微观层面的反应 , 将成球过程放大来看 , 往往伴随着复杂的物理剪切和化学合成 , 宏观的釜式反应无法精确调控这样的微观过程 。
近年来 , 伴随着行业的发展 , 微球进入了越来越多的细分领域和赛道 , 需求端对微球性能和制备工艺提出了更高的要求 , 釜式反应这一微球制备技术1.0愈来愈难以满足产业需求 , 也就催生出了新的制备技术 。
以中科森辉马光辉院士团队为代表的膜乳化技术受到的关注最多 , 通过压力将原料从膜孔挤出形成微球 , 一定程度上改善了微球的粒径分布 , 但膜本身性能和产能的问题限制了其产业化脚步 。 全球范围内如日本SPG、英国Micropore等上述公司牢牢掌握着上游膜材供应 。 这一技术又被称为微球制备技术2.0 。
与此同时 , 一种新的微球制备技术在学术界广泛流行 , 其在复杂结构、高均一微球制备和操控方面可谓独步江湖 。 这种技术有一个响亮的名字——微流控 , 我们称之为微球制备技术3.0 。
微流控的早期概念可以追溯到19世纪70年代采用光刻技术在硅片上制作的气相色谱仪 , 而后又发展为微流控毛细管电泳仪和微反应器等 。 微流控的重要特征之一是微尺度环境下具有独特的流体性质 , 如层流和液滴等 。 借助这些独特的流体现象 , 微流控可以实现一系列常规方法所难以完成的微加工和微操作 , 因此受到无数科学家的青睐 。
尽管微流控作为一种技术在微球制备方面具备显著优势 , 但在产业界却很少被关注到 。 其中最大的问题在于微流控制备微球的产能问题 。 单个通道的微流控芯片每小时的微球生成量不超过500μl , 这一通量能够满足科研需求 , 但却无法满足动辄几千上万升的工业化场景 。 解决这一难题 , 需要从通量上下功夫 。 而这就是阿卡索生物一直在做的事情 。
全球首款千级通道微流控芯片 , 突破高集成度瓶颈 , 打造微流控平台型生产工具
阿卡索生物成立于2021年5年 , 公司创始团队是三个年轻人 , 有着相同的标签 , 【清华大学】【八字班】 。
在创立阿卡索之前 , 通过一次偶然的机会 , 团队接触到微球产品 , 看到了单分散微球的商业价值 。 凭借出色的专业判断 , 他们敏锐地意识到 , 如果能有一种平台化的制备技术 , 能同时解决微球制备过程中微观控制和宏观量产这一矛盾 , 无疑将具备巨大的商业价值 。
很快他们就将目光投向了微流控技术 , 并找到了有着多年微流控放大研究经验的华东理工大学张莉教授合作 , 开始共同开发超高通量微流控芯片 。 彼时 , 张莉教授已成功研发出八十通道数的高通量微流控芯片 , 如何向更高通量、更高集成度芯片进发 , 诸多的工程和技术问题摆在团队的面前 。
首先 , 如何在一块芯片上实现海量微球发生器的高度集成 , 需要建立一套数学模型 , 以便通道内的流阻分布能满足海量微球发生器的流量/流速保持一致 。