皮升技術(shù)在生物傳感器、微陣列和高密度生物芯片等領(lǐng)域的突破性應用

科學的未來：
如何通過皮升技術(shù)實現(xiàn)創(chuàng)新突破
在現(xiàn)代研究中，精確性是至關(guān)重要的。隨著科學家們不斷突破創(chuàng)新的界限，皮升點樣技術(shù)已經(jīng)成為一種重要的工具，可實現(xiàn)超微型化檢測，減少試劑浪費并提高實驗精度。無論是在生物技術(shù)、診斷學還是材料科學領(lǐng)域，這項技術(shù)都能在保持質(zhì)量的同時提高速度，在不降低研究產(chǎn)出的前提下節(jié)省成本。從高密度生物芯片到生物傳感器，微點樣技術(shù)正在改進工作流程，使研究人員能夠取得突破性的發(fā)現(xiàn)。本文探討了三種關(guān)鍵的精密微量點樣應用，強調(diào)了皮升級自動點樣在推動下一代科學突破方面的關(guān)鍵作用。

為什么皮升級精度在現(xiàn)代研究中很重要
現(xiàn)代研究與開發(fā)不斷利用技術(shù)進步來優(yōu)化資源配置和簡化研究目標。這種進步最顯著的例子之一就是檢測微型化，它使研究人員能夠獲得更快、更可靠的結(jié)果，同時減少試劑消耗并最大限度地縮短手工操作。這一領(lǐng)域的進展部分歸功于皮升級精度點樣技術(shù)的發(fā)展。
對越來越小容量的試劑進行精確點樣，推動了生物技術(shù)、診斷學和材料科學應用領(lǐng)域的進步。皮升點樣技術(shù)在幾個關(guān)鍵方面簡化并增強了高靈敏度分子技術(shù)，其中包括

• - 精確性--現(xiàn)代皮升分液器能夠精確地重復分配低至10 pL的體積。液滴的大小及其微小，大致相當于三個紅細胞首尾相連的長度。
• - 密度--微小液滴的點樣能力可實現(xiàn)高密度樣品陣列，最大限度地提高數(shù)據(jù)輸出，同時節(jié)省試劑。
• - 非接觸式 - 非接觸式點樣消除了交叉污染的風險，并確保精確輸送。
• - 自動化 - 自動化流程可實現(xiàn)高通量處理并減少人為錯誤的可能性，從而提高工作流程的效率。
• - 微型化 - 精確分裝可最大限度地減少試劑浪費，并最大限度地提高稀有或昂貴樣本的可用性。

突破性應用 1#生物傳感器
許多診斷工作流程都依賴于對復雜生物樣本（如人類衍生物和環(huán)境樣本）中對分子的精確而靈敏的檢測。生物傳感器在這一領(lǐng)域的重要性與日俱增，它為實時檢測生物標記物和病原體提供了快速、可靠和經(jīng)濟高效的解決方案，使其成為現(xiàn)代診斷及其他領(lǐng)域的重要工具。環(huán)境生物傳感器在監(jiān)測污染物、檢測有害物質(zhì)和評估生態(tài)系統(tǒng)健康方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，將生物傳感器的影響擴展到臨床應用之外。

生物傳感器的應用
在最近的一項研究中，研究人員利用CRISPR技術(shù)通過Cas12a/gRNA介導的裂解標記有亞甲藍的DNA探針，在患者樣本中檢測病原體。這種系統(tǒng)理論上可以檢測任何核酸序列，為開發(fā)強大且靈活的診斷測試提供了令人興奮的可能性[6]。

微量點樣在生物傳感器的制造中起著至關(guān)重要的作用，確保試劑的精確放置。通過在使用極少量患者或環(huán)境樣本的情況下實現(xiàn)準確的分子檢測，皮升分配器提高了生物傳感器的性能和可靠性。以下是皮升分配在推進生物傳感器技術(shù)中的重要性：

• 提高檢測能力——皮升點樣能夠在超小體積中精確放置生物分子，提高生物傳感器的靈敏度，即使在極少稀釋的生物或環(huán)境樣本中也能檢測到微量目標分析物。
• 檢測的穩(wěn)健性——確保試劑的沉積一致且可重復，減少生物傳感器之間的變異性，提高檢測的可靠性，這對于臨床診斷和環(huán)境監(jiān)測至關(guān)重要[8]。
• 自動化生產(chǎn)——實現(xiàn)高通量和可擴展的生物傳感器制造，最大限度地減少人為錯誤，提高效率，從而更容易生產(chǎn)出可靠的診斷工具，并廣泛應用。

SCIENION的sciDROP PICO微量點樣技術(shù)具有高度通用性，兼容多種液體類型，能夠分配從10皮升到100微升的任何液體體積，使其在廣泛的生物醫(yī)學應用中處理各種樣本類型方面理想。

突破應用#2 微陣列和高密度生物芯片
微陣列和高密度生物芯片是通過在微型化、高通量平臺上檢測分子相互作用，生成大量基因、蛋白質(zhì)組或生化信息的實驗室工具。微陣列是通過將數(shù)十到數(shù)千個試劑點以納升或皮升體積精確分配成特定圖案來制成的。微陣列廣泛用于基因組和轉(zhuǎn)錄組分析，但也可用于蛋白質(zhì)組探索。

例如：使用來自SCIENION的sciFLEXARRAYER S3，研究人員創(chuàng)建了一個多重陣列來評估個體對SARS-CoV-2感染的反應。這種高通量、微型化的平臺通過分析患者血清與玻璃載玻片上25 平方毫米面積上的 28 種不同肽表位和 7 種蛋白質(zhì)的結(jié)合，實現(xiàn)了分子相互作用的檢測。
 

圖一

圖1. 研究人員使用 sciFLEXARRAYER S3 創(chuàng)建蛋白質(zhì)陣列，以測試患者對 SARS-CoV-2感染的反應。改編自：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsptsci.4c00727

這些工具依賴于高度靈敏的液體處理技術(shù)，如果在陣列制造過程中液體分配不精確和一致，其準確性可能會受到影響。皮升點樣促進了分子陣列生產(chǎn)工作流程的小型化和自動化，使制造速度更快、更可靠，并且比手動方法有更高的準確性。通過添加多個點，每個點都專用于檢測不同的生物分子（例如圖1中的表位），皮升點樣可以在單個實驗中同時分析多個生物標志物、蛋白質(zhì)或基因，從而提高通量和效率，同時減少試劑的使用以及待分析樣本的體積。

突破性應用#3 藥物篩選
在生物和化學研究中的藥物篩選應用因人工配藥錯誤和高昂的試劑成本而具有挑戰(zhàn)性。大規(guī)模篩選可能會非常昂貴，而基于細胞的檢測則增加了變異性和時間約束，因為細胞對暴露時間的反應不同。

微量點樣通過在微小規(guī)模上實現(xiàn)高度準確、可重復的實驗來解決這些挑戰(zhàn)。其它們的精確性最大限度地減少了浪費，降低了成本，并確保了結(jié)果的可靠性，使其在高效和可擴展的篩選應用中非常寶貴。

• 可重復性 – 自動皮升配液可確保一致且無誤的液體處理，提高了藥物篩選中的數(shù)據(jù)可重復性 。
• 成本節(jié)約 – 超小體積減少了試劑成本和浪費，使大規(guī)模藥物篩選更加經(jīng)濟有效。
• 多功能性 – 皮升級點樣可應用于各種研究領(lǐng)域，包括化學反應監(jiān)測、藥物劑量反應研究、生物標志物發(fā)現(xiàn)和微陣列點樣。
• 效率 – 自動高通量分配加快了篩選，促進了快速藥物發(fā)現(xiàn)和大規(guī)模檢測。

SCIENION sciDROP PICO 精密點樣技術(shù)通過聲學技術(shù)實現(xiàn)了活細胞的精確點樣，防止剪切應力，并為基于細胞的篩選提供可靠性，同時實現(xiàn)零死體積。

圖二

圖2. sciDROP PICO技術(shù)實現(xiàn)了從納升到10皮升范圍內(nèi)各種粘度液體（包括有機溶劑）的精確點樣。這為研究人員提供了在任何規(guī)模上處理復雜工作流程的靈活性。sciFLEXARRAYER微量點樣最多可以配備8個點樣針，大大提高了皮升點樣的產(chǎn)量。

微升點樣技術(shù)如何塑造科研的未來
微量點樣技術(shù)通過提供精確、最小化試劑浪費和提高可重復性來革新研究。在從微陣列到生物傳感器和藥物篩選等多個精密微點樣應用領(lǐng)域，這些先進技術(shù)在不影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的前提下實現(xiàn)了更高效的工作流程。納升移液在這一領(lǐng)域也很重要，它與皮升分液相結(jié)合，支持廣泛的應用。隨著自動化和精密液體分裝在現(xiàn)代研究中變得越來越重要，采用 SCIENION 技術(shù)等尖端微量分裝解決方案將確保獲得卓越的結(jié)果和面向未來的工作流程。