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合成生物學解決方案如何與半導體技術結合

2021-02-18 來源:EEWORLD

如果我們能夠將物理學和生物學相結合,在硅芯片表面迅速研發出經濟實惠的新型個體化藥物,用于治療癌癥、代謝紊亂和傳染病,那會怎么樣?現在想象一下,如果這種突破性技術能夠利用大自然的力量,并為人類提供應對醫藥、制造業和農業領域最關鍵挑戰的途徑,又會怎么樣?

 

合成生物學并非科幻小說中遙不可及的幻想,而是一項革命性的跨學科新技術,旨在使生物學技術輕松實現工程設計。這項技術融合了化學、生物學、計算機科學和工程學的各種先進技術,用于設計和制造自然界中不存在的生物組分、解決方案和系統。可以將合成生物學看作是一個基于生物學的工具包,它使用抽象、標準化和自動化構造來改變我們構建生物系統的方式,并擴展可行產品的范圍1。

 

Evonetix一直在重新定義生物學和開發一種以前所未有的精度和規模合成長鏈DNA的截然不同的解決方案。這家生物技術初創公司的使命是促進合成生物學領域的快速發展,提高開發合成生物解決方案(如可以挽救生命的疫苗)的質量和速度并降低其成本,從而改善全球人口健康。

 

為了快速開發先進平臺并將其推向市場,Evonetix需要一個具有深厚領域知識、生物傳感器解決方案、MEMS處理和半導體精密加工專業知識的合作伙伴。Evonetix選擇攜手ADI公司及其創新中心Analog Garage,助力實現愿景,并將DNA合成交到全球每一位研究人員的手中。

 

概覽

 

公司

 

Evonetix是一家總部位于英國劍橋的生物技術初創公司,是一家開發可擴展、高保真和快速基因合成桌面平臺的合成生物技術公司。

 

應用

 

新型可以挽救生命的藥物的發現和開發,治療分子設計和合成,以及精準醫療和診斷。

 

挑戰

 

快速開發經濟實惠、即插即用、桌面DNA寫入器平臺,擴大規模并實現商業化。在2022年初創建最簡可行產品(MVP)。

 

目標

 

使世界各地實驗室的科學家能夠快速合成長鏈DNA,改善全球人口健康。

 

傳統DNA合成

 

30多年來,合成DNA的方法一直是構建DNA單鏈,然后將它們組合形成更長的雙鏈DNA。目前的技術速度較慢,并包含隨機錯誤,需要花時間進一步分析和排序,才能確保獲得可接受的質量。因此,這一過程阻礙了新藥物療法的快速發展和醫療保健的進步。

 

EVONETIX生物合成

 

Evonetix提出的專有方法是開發一個將物理學和生物學相結合的平臺,在芯片表面成千上萬個獨立控制的微型反應位點調節DNA的合成。

 

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圖1. 硅芯片

 

 合成之后,將通過一個突破性工藝過程識別并清除錯誤,精度將比傳統方法高幾個數量級。合成DNA技術提供個性化、個體化藥物,使醫療專業人員能夠做出更合理、更準確的病人護理決策。

 

共同努力實現宏偉目標

 

ADI在不斷探索生物技術初創企業前景的過程中,與Evonetix合作,研究新技術,構建新功能,開拓新商機。ADI的生物傳感器解決方案專業知識、先進的MEMS處理技術以及獨特的半導體精密加工能力是Evonetix實現其快速生物合成愿景所需的三個關鍵要素。這三項技術有助于加快藥物發現。

 

2019年1月,Evonetix開始與ADI的內部孵化器和創新中心Analog Garage合作。此次合作將加速Evonetix首款桌面DNA寫入器的開發和擴展,推動實現商業化。同時設定了一個宏偉目標:到2022年初完成MVP的開發。

 

ADI公司數字醫療健康高級副總裁Patrick O’Doherty表示:“通過與Evonetix合作,ADI公司得以進入不斷發展的合成生物市場”。

 

“此次合作旨在提高基因組裝的速度和降低其成本,以形成可用于生產經濟實惠的藥物并在全球范圍內治療各種疾病的創新戰略。”

 

——Patrick O’Doherty ADI公司 | 數字醫療健康高級副總裁

 

ANALOG GARAGE

 

Patrick O’Doherty指出:“Analog Garage將世界領先的研究型大學和高科技初創企業的工程師、數據科學家、硬件和軟件人員匯集在一起。其中很多人擁有信號處理、機器學習或材料科學領域的博士學位,這些都是典型半導體公司的非傳統技能,他們在快速發展的創業環境中,積極創建新的解決方案和突破性技術。”

 

“Analog Garage研發團隊利用科學、算法、數據及其創造力提供解決方案,為我們的客戶解決挑戰性問題。我們一直在尋找優秀人才和公司,攜手構建改變世界的解決方案。”Analog Garage分部總經理Pat Coady表示。

 

Zoomed in view of a microchip being adjusted with tweezers

 

Evonetix與Analog Garage合作,攜手開發集成式解決方案,包括MEMS平臺,這是一種專用集成電路(ASIC),旨在實現微型控制電子元件和流動池。

 

Evonetix目前正在使用ADI公司的測試芯片傳感器結構進行測試,在未來兩年內,將進行更多的實驗、評估和驗證。最終的芯片尚未完全開發完畢。ADI公司將負責該技術的商業推廣,并幫助生產桌面DNA寫入器設備。ADI公司計劃在開發階段完成后立即生產該傳感器芯片。

 

“Analog Garage研發團隊的支持和專業技術在幫助我們設計復雜控制ASIC方面發揮了不可估量的作用,我們期待進一步展開合作,以實現該平臺的商業化規模生產。”

 

——Matthew Hayes博士 Evonetix首席技術官

 

Evonetix即插即用桌面設備

 

 

Evonetix DNA寫入器將是一款即插即用桌面儀器,易于獲取和使用。它將通過一次性專用盒體支持多種功能和應用,這些盒體包含大量的復雜組件并支持高度并行的合成。

 

Evonetix的首款產品預計將在2021年底進入beta測試階段。之后,ADI和Evonetix將繼續合作,共同提高基因組裝的速度,提高效率和精度,降低成本。

 

“我們的使命是開發高度并行的桌面平臺,以實現DNA合成的精度和規模。與ADI公司的合作使我們向前邁出了重要的一步。”

 

——Matthew Hayes博士 Evonetix首席技術官

 

對人類的影響

 

Woman with glasses in a lab inserting fluid into a test tube

 

抗擊疫情

 

在撰寫本文時,還沒有獲得批準的COVID-19新冠病毒疫苗或治愈方法。但是世界各地的研究人員都在利用他們所擁有的技術努力尋找解決方案。人類終將擊敗COVID-19新冠病毒,但就目前而言,未來仍未可知。

 

Evonetix突破性桌面平臺的最終開發和商業化進程可能無法在抗擊COVID-19新冠肺炎疫情的過程中發揮重要作用。但是,Evonetix至關重要的、截然不同的基因合成方法,可能在抗擊下一次及以后的疫情中發揮重要作用。這項技術讓未來充滿了希望,使全世界的研究人員能夠快速、準確、經濟高效地開發出挽救生命的藥物和疫苗。

 

對人類的深遠影響

 

DNA合成有望助力實現旨在生產經濟實惠的藥物并治療各種疾病的創新戰略。合成生物學可用于制藥和新藥研發、先進生物燃料、工業生物技術、特種化學品、可再生能源、農業和材料科學等各種領域的應用。它可能有助于減少我們對石油的依賴,阻止傳染病的傳播,并滿足世界饑餓人口的營養需求。

 

快速而準確的基因合成加速了科學家大規模利用生物學的能力,這是使用其他方法無法實現的。Evonetix和ADI合作開發的這項技術能夠解決人類面臨的最大挑戰,為人類創造一個更美好、更安全、更健康的地球生存環境。

 

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