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(3D列印生物晶片進行快速基因檢測和研究
「這將使腫瘤或疾病的診斷變得容易和精確，並且從長遠來看將改變我們診斷和治療疾病的方式。」Pixelbio 開發總監 Sheng Liu
DNA特異性基因檢測是研究和醫學中發展最快的領域之一。由於能夠以可負擔的價格快速生產客製的生物晶片，3D列印機在推動這些創新方面扮演著越來越重要的角色。
Pixelbio 是此種方式的先驅之一。總部位於德國海德堡的 Pixelbio 專門從事單分子基因檢測，並找到了一種透過使用3D列印分子生物晶片進行基因研究來改變醫療和診斷領域的方法。透過他們的單一分子螢光原位雜合技術應用HuluFISH，他們承諾透過多色標記的探針輕鬆快速地檢測基因——所有這些都發生在使用黑色樹脂製作的3D列印分子生物晶片中。
▲生物晶片包含多個標記探針，可以在一個反應中識別多達 7 個不同的基因。不同類型的顏色組合作為條碼，可在顯微鏡下或 Pixelbio 的 AI 驅動軟體下讀取。
自 1960 年代初以來，原位雜合技術因其能夠直接定位和檢測組織、細胞、細胞區室以及染色體中的特定核酸、DNA 和 RNA 的能力，而在各種行業中得到應用。該方法通常涉及使用化學或放射性探針使目標基因在人類、動物或植物細胞中可見。
然而，也可以使用螢光物質——所謂的螢光原位雜合或FISH方法。顧名思義，這種技術使用螢光標記物停靠在目標基因上，使其在顯微鏡下可見。儘管該方法已輔以單分子檢測，使得通過檢測單個RNA分子來研究單個細胞中的基因表達成為可能，但迄今為止，FISH方法一直僅限於檢測單個基因。
Pixelbio 現在改變了這一點：他們的產品 HuluFISH提供了業界首個可個性化的多重 smFISH 解決方案，允許使用Form 3 光固化 (SLA) 3D列印機製造的 3D列印分子生物晶片同時檢測大量基因。
透過同時檢測和識別大量樣本，Pixelbio 具有改變醫療和診斷領域的潛力。「（HuluFISH）將使腫瘤或疾病的診斷變得簡單而準確，從長遠來看，將改變我們診斷和治療疾病的方式，」 Pixelbio 開發總監Sheng Liu預測。
從 Pixelbio 不斷增長的可檢測基因庫中，客戶能夠組裝他們需要的探針，使 HuluFISH 不僅具有創新性，而且具有高度可訂製性，適用於廣泛的測試。訂購後，客戶不僅會收到他們選擇的標記基因，還會收到相應的 3D列印分子生物晶片來進行測試。
▲Pixelbio 的 3D列印分子生物晶片為各種新應用和快速研究提供了機會。
3D列印分子生物晶片
分子生物晶片用於以高通量同時測量生化樣品。在此過程中，液體通過直徑為 0.8-1.2 毫米的通道引入，並在腔室中混合，然後用雷射對其進行檢測和識別。這些晶片的要求取決於要測試的液體的類型和數量以及所需的結果，因此製造起來可能既困難又耗時。
負責生物晶片設計和生產的Pixelbio開發總監Sheng Liu在HuluFISH上也面臨同樣的問題。由於探針的類型不同，晶片的規格不斷變化，找到合適的原型需要數週甚至數月的時間。
「在開發新的分子探針時，我們需要提高效率，並且由於 Form 3 的高精度和列印速度，我們能夠使用它在狹小的空間內列印小於 1 毫米的管子。Pixelbio 開發總監 Sheng Liu
他們的分子生物晶片的原型現在可以直接在現場生產和列印。Liu和他的團隊已經能夠節省大量的時間和成本。此外，使用內部 SLA 3D 列印使他們能夠將通道的尺寸從原來的 1.2 毫米減小到 0.8 毫米，從而提高他們的晶片效率。
▲Pixelbio 在其位於德國海德堡的研發中心有兩台 Form 3 SLA 3D列印機。
由於其低透明度等特性，黑色樹脂已被證明在製造分子生物晶片方面非常有效。事實上，Formlabs黑色樹脂在 Pixelbio 的分子生物晶片的製造過程中顯示出如此無可挑剔的結果，這也使他們使用3D列印晶片來測試新想法。因此，他們能夠在短短幾天內節省時間和成本，並使用新設計進行大量測試。
「我們發現，一旦設計正確，我們就可以使用 Formlabs 產品快速、大規模地生產我們需要的零件，這些產品若使用傳統方法製造，其單位成本非常昂貴，而且不一定適合我們的需求。」Pixelbio 開發總監 Sheng Liu
除了生物晶片的生產，Form 3 還在 Pixelbio 的實驗室中用於生產其他組件。「在開發自動化染色系統的過程中，一些必要的小物件可以透過自己列印來生產，這樣我們就不需要搜尋或訂購——通常需要幾天才能聯繫到我們——3D列印只需要幾個小時，」Sheng Liu說。因此，他們現在正在使用Formlabs 透明樹脂為其晶片的液體入口生產精確密合的封蓋，這不僅可以節省時間和成本，還可以讓他們在晶片的開發和設計中保持獨立和靈活。
▲Pixelbio 還使用 Form 3 和 Formlabs 透明樹脂為其液體入口3D列印精確密合的封閉物 - 這不僅節省了時間和成本，而且使他們能夠在晶片的開發和設計中保持獨立和靈活。
HuluFISH 快速應對 COVID-19
HuluFiSH的可訂製性及其同時檢測多個基因的能力也使其適用於SARS-CoV-2病毒的目標檢測。晶片內的探針不僅可以檢測而且可以直接測量受感染組織或細胞中所有公開可用的病毒株。
這不僅提供了識別病毒本身的能力，而且還顯示了進一步顯現 SARS-CoV-2 的分析進展以及發現其他疫苗的潛力。「我們有信心 HuluFISH 探針可以透過在單細胞分子水平上檢測 SARS-CoV-2 及其受體 ACE2 mRNA 來加速藥物和疫苗的開發。」
由於他們在對抗 COVID-19 方面有前景的產品，Pixelbio 目前正在參加美國國加衛生研究院的國際競賽(NIH)。NIH 於 2020年啟動了快速加速診斷 (RADxSM) 計劃，目的是識別和資助那些展示有前景的快速 COVID-19 測試技術的公司。Pixelbio 從全球 100 名參賽者中脫穎而出，目前正處於比賽的第二階段。
3D列印分子生物晶片的未來發展
隨著在漢堡開設第二個實驗室，Pixelbio 現在在兩個地點都擁有 Form 3。漢堡的列印機被用於3D列印晶片，他們的研發中心將維持在海德堡，Pixelbio 計劃在那裡擴大可獲取的探針數量並開發更多光譜可分離的螢光團，包括開發更多的3D列印生物晶片。
該公司正在探索使用其3D列印機的新方法：他們目前正在使用 Form 3 開發微陣列晶片，這是另一種基因檢測方法，其中 DNA 點被壓在3D列印的生物晶片上。