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(yīng)用

科學(xué)的未來：
如何通過皮升技術(shù)實(shí)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(xué)家們不斷突破創(chuàng)新的界限，皮升點(diǎn)樣技術(shù)已經(jīng)成為一種重要的工具，可實(shí)現(xiàn)超微型化檢測(cè)，減少試劑浪費(fèi)并提高實(shí)驗(yàn)精度。無論是在生物技術(shù)、診斷學(xué)還是材料科學(xué)領(lǐng)域，這項(xiàng)技術(shù)都能在保持質(zhì)量的同時(shí)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(diǎn)樣技術(shù)正在改進(jìn)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(diǎn)樣應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)了皮升級(jí)自動(dòng)點(diǎn)樣在推動(dòng)下一代科學(xué)突破方面的關(guān)鍵作用。

為什么皮升級(jí)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(jìn)步來優(yōu)化資源配置和簡(jiǎn)化研究目標(biāo)。這種進(jìn)步最顯著的例子之一就是檢測(cè)微型化，它使研究人員能夠獲得更快、更可靠的結(jié)果，同時(shí)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(jìn)展部分歸功于皮升級(jí)精度點(diǎn)樣技術(shù)的發(fā)展。
對(duì)越來越小容量的試劑進(jìn)行精確點(diǎn)樣，推動(dòng)了生物技術(shù)、診斷學(xué)和材料科學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)步。皮升點(diǎn)樣技術(shù)在幾個(gè)關(guān)鍵方面簡(jiǎn)化并增強(qiáng)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(fù)分配低至10 pL的體積。液滴的大小及其微小，大致相當(dāng)于三個(gè)紅細(xì)胞首尾相連的長(zhǎng)度。
• - 密度--微小液滴的點(diǎn)樣能力可實(shí)現(xiàn)高密度樣品陣列，最大限度地提高數(shù)據(jù)輸出，同時(shí)節(jié)省試劑。
• - 非接觸式 - 非接觸式點(diǎn)樣消除了交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)，并確保精確輸送。
• - 自動(dòng)化 - 自動(dòng)化流程可實(shí)現(xiàn)高通量處理并減少人為錯(cuò)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(fèi)，并最大限度地提高稀有或昂貴樣本的可用性。

突破性應(yīng)用 1#生物傳感器
許多診斷工作流程都依賴于對(duì)復(fù)雜生物樣本（如人類衍生物和環(huán)境樣本）中對(duì)分子的精確而靈敏的檢測(cè)。生物傳感器在這一領(lǐng)域的重要性與日俱增，它為實(shí)時(shí)檢測(cè)生物標(biāo)記物和病原體提供了快速、可靠和經(jīng)濟(jì)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(cè)污染物、檢測(cè)有害物質(zhì)和評(píng)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(kuò)展到臨床應(yīng)用之外。

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

微量點(diǎn)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(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的分子檢測(cè)，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(jìn)生物傳感器技術(shù)中的重要性：

• 提高檢測(cè)能力——皮升點(diǎn)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(cè)到微量目標(biāo)分析物。
• 檢測(cè)的穩(wěn)健性——確保試劑的沉積一致且可重復(fù)，減少生物傳感器之間的變異性，提高檢測(cè)的可靠性，這對(duì)于臨床診斷和環(huán)境監(jiān)測(cè)至關(guān)重要[8]。
• 自動(dòng)化生產(chǎn)——實(shí)現(xiàn)高通量和可擴(kuò)展的生物傳感器制造，最大限度地減少人為錯(cuò)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(yīng)用。

SCIENION的sciDROP PICO微量點(diǎn)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(xué)應(yīng)用中處理各種樣本類型方面理想。

突破應(yīng)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(tái)上檢測(cè)分子相互作用，生成大量基因、蛋白質(zhì)組或生化信息的實(shí)驗(yàn)室工具。微陣列是通過將數(shù)十到數(shù)千個(gè)試劑點(diǎn)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(gè)多重陣列來評(píng)估個(gè)體對(duì)SARS-CoV-2感染的反應(yīng)。這種高通量、微型化的平臺(tái)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(shí)現(xiàn)了分子相互作用的檢測(cè)。
 

圖一

圖1. 研究人員使用 sciFLEXARRAYER S3 創(chuàng)建蛋白質(zhì)陣列，以測(cè)試患者對(duì) SARS-CoV-2感染的反應(yīng)。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(zhǔn)確性可能會(huì)受到影響。皮升點(diǎn)樣促進(jìn)了分子陣列生產(chǎn)工作流程的小型化和自動(dòng)化，使制造速度更快、更可靠，并且比手動(dòng)方法有更高的準(zhǔn)確性。通過添加多個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)都專用于檢測(cè)不同的生物分子（例如圖1中的表位），皮升點(diǎn)樣可以在單個(gè)實(shí)驗(yàn)中同時(shí)分析多個(gè)生物標(biāo)志物、蛋白質(zhì)或基因，從而提高通量和效率，同時(shí)減少試劑的使用以及待分析樣本的體積。

突破性應(yīng)用#3 藥物篩選
在生物和化學(xué)研究中的藥物篩選應(yīng)用因人工配藥錯(cuò)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(huì)非常昂貴，而基于細(xì)胞的檢測(cè)則增加了變異性和時(shí)間約束，因?yàn)榧?xì)胞對(duì)暴露時(shí)間的反應(yīng)不同。

微量點(diǎn)樣通過在微小規(guī)模上實(shí)現(xiàn)高度準(zhǔn)確、可重復(fù)的實(shí)驗(yàn)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(fèi)，降低了成本，并確保了結(jié)果的可靠性，使其在高效和可擴(kuò)展的篩選應(yīng)用中非常寶貴。

• 可重復(fù)性 – 自動(dòng)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(fù)性 。
• 成本節(jié)約 – 超小體積減少了試劑成本和浪費(fèi)，使大規(guī)模藥物篩選更加經(jīng)濟(jì)有效。
• 多功能性 – 皮升級(jí)點(diǎn)樣可應(yīng)用于各種研究領(lǐng)域，包括化學(xué)反應(yīng)監(jiān)測(cè)、藥物劑量反應(yīng)研究、生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)和微陣列點(diǎn)樣。
• 效率 – 自動(dòng)高通量分配加快了篩選，促進(jìn)了快速藥物發(fā)現(xiàn)和大規(guī)模檢測(cè)。

SCIENION sciDROP PICO 精密點(diǎn)樣技術(shù)通過聲學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了活細(xì)胞的精確點(diǎn)樣，防止剪切應(yīng)力，并為基于細(xì)胞的篩選提供可靠性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)零死體積。

圖二

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

微升點(diǎn)樣技術(shù)如何塑造科研的未來
微量點(diǎn)樣技術(shù)通過提供精確、最小化試劑浪費(fèi)和提高可重復(fù)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(gè)精密微點(diǎn)樣應(yīng)用領(lǐng)域，這些先進(jìn)技術(shù)在不影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的前提下實(shí)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(yīng)用。隨著自動(dòng)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。