将NGS文库构建流程All in One——访北京青元开物技术有限公司创始人王东

核酸提取、核酸片段化以及文库制备作为高通量测序的样本前处理三大主要步骤，手工操作的复杂性与易错性常让实验人员感到头疼。据悉，虽然如今国内从事NGS文库构建的企业不在少数，但真正将测序样本前处理全流程实现自动化、智能化的却寥寥无几。面对如此情形，北京青元开物技术有限公司（以下简称“青元开物”）创始人、CEO王东，曾任国内基因检测龙头企业博奥生物集团的仪器研发负责人13年，师从清华大学程京院士和陈恳教授，他下定决心解决这一难题，将NGS文库构建流程“All in One”。据了解，青元开物已在该方面取得了一系列实质进展。

近期，仪器信息网特别走访了青元开物，与王东就核心技术、产品布局、公司发展等话题展开了深入交流。

青元开物创始人王东

懂仪器、懂需求，瞄向精准检测自动化

青元开物自2021年诞生，致力于生命科学仪器的研发，但当前市场上从事生命科学仪器研发的厂商如此之多，青元开物如何能在此有一席之地呢？王东回答：“因为我们不仅会做仪器，而且还懂用户需求。”

大三下学期，王东就进入清华大学机器人实验室首任主任陈恳教授的实验室，恰逢陈教授和有着中国芯片“第一人”称号的程京院士合作，王东成为清华大学生物芯片研究与开发中心的一名学生。在两位导师的指导下，王东有机会从事工程和生命科学的交叉方向研究。随后，在国内基因检测龙头公司博奥生物集团担任仪器研发负责人长达13年，对生命科学仪器行业需求有着深刻的认知。“我们目前的定位是一家平台公司，在平台上面构建各种技术模块，研发针对不同场景下的产品对我们来说就像是在搭乐高。”凭借着扎实的底层技术和对用户需求的掌握，青元开物自成立２年多以来先后获得了北京市“专精特新”中小企业、国家高新技术企业等多个荣誉称号，团队规模已经扩充到50余人。

部分荣誉展示

那么生命科学仪器种类如此之多，王东瞄向的又是哪个方向呢？想回答这个问题就不得不提2021年的新冠疫情大背景……当时，病毒肆虐，核酸检测频率几乎达到了一日一检，为了更有效的防控病毒，及时了解病株的变异情况，以PCR仪、测序仪、质谱仪为代表的精准检测仪器在防控过程发挥了举足轻重的作用，这也让王东更加切实地体会到了精准检测的必要性。同时，由于疫情期间样本量巨大，自动化设备也被大量应用，但在当时也仅有一部分检测场景实现了自动化，大部分检验和检测过程仍是人工在操作，而这些步骤恰恰加大了病毒相互传染的几率。看到了问题便也了解了用户的需求，自此，王东决定进军精准检测的自动化领域。

聚焦超声打断，成本最高节约100万元！

据王东介绍，在精准检测的自动化智能化领域，虽然他起初瞄向的是测序前处理和质谱前处理领域，但由于公司整体尚在起步阶段，便先将重心聚焦在了测序前处理环节。纵观测序的整体工作流程，其前处理主要分为了三个阶段：提取核酸、核酸片段化、NGS文库构建。其中，核酸提取技术已经十分成熟，所以王东并没有选择此方向进行研发，而是选择了核酸片段化和NGS文库构建。

相信熟悉测序的朋友都知道，将核酸片段化的方法主要有两种，一种是酶打断法，另一种是超声打断法。与酶打断法相比，超声打断没有碱基偏好性，对样本的种类更具有包容性，产生的片段分布相对较窄，但却需要仪器和耗材，成本较高，而且当前市场上超声打断设备大多出自Covaris公司，使用该设备必须要配备Covaris的专用耗材，极大地增加了试验的成本。“这个专用耗材非常贵，光打断这一个环节所用的专用管子就要100元／个。”王东补充道。

为了在保持超声打断设备原有优势的同时将试验成本降下来，王东带领团队用了近2年时间进行新一代超声打断技术的研发。谈及这里，王东表示只替换通用耗材这一项就花了一年的时间。“我们的超声打断设备由于不需要使用专用耗材，所以用我们的仪器打断完DNA后可以把孔板移到建库设备里，这提高了整个NGS文库构建的效率。而且，使用通用耗材大幅降低了试验成本，我们之前计算过，对于科研用户来说，每１万份样本可以省下将近100万元！这个产品可以很好的解决NGS行业所需要的‘降本增效、合规入院’，而这也是很多企业选择与我们合作的原因，例如吉因加。”王东说。

目前，青元开物的超声打断仪已经有两款型号投入生产了，一款是8通道，另一款是96通道。提到这里，王东告诉我们这款96通道的仪器有1个独特的优势：96个样本，每8个分为一组，共12组，这12组可以同时设置不同的参数，这极大地方便了用户在最短时间内筛选出最优的条件。“这个功能很多用户都很喜欢，我们已经把它申请了专利。”

高通量聚焦超声工作站（左：EoSonicsFRAG 8，右：EoSonicsFRAG 96）

除了打断核酸之外，青元开物还在拓展其聚焦超声工作站在蛋白质组学和其他新兴领域的应用。

将整个测序建库过程“all in one”

谈到NGS文库构建，王东表示：“在国内，我们是最早提出将整个测序建库过程自动化的厂商，同时将浓度的QC整合进去。根据每个样本的浓度，浓度高的少加一点，浓度低的多加一点，这样就保证了在上测序芯片之前每个样本浓度都比较均衡。如今，我们已经在跟国内的仪器企业对接无创产前筛查（NIPT）、感染、肿瘤等应用场景的测试。”

建库工作站属于一种技术难度较高的液体工作站，相比于其他通用型的液体工作站来说，建库工作站对自动化和精度的要求更高。除了需要在平台上集成高精度的移液模块之外，还需要集成温控、质控等众多模块，将众多仪器设备的功能集成在一个平台里，在保证流程高度自动化的同时还要确保实验结果的稳定性和可靠性，这本身就是一个巨大的难点。另一个核心技术难点在于微量反应体系的构建，既要把残液吸取干净又不能吸取到磁珠。“如今，建库工作站的市场竞争十分激烈，但最终能够胜出的产品一定不是靠低价取胜而是靠性能，我们就正在拼命打磨产品的可靠性、稳定性和应用性。如此高难度的液体工作站研发出来了之后,研发通用型的液体工作站自然也不在话下。”

全自动基因测序文库制备系统(EoSBot Seq24)

“目前为止，全球范围内把超声打断仪和建库工作站这两个都做了的只有两家公司，一家是PerkinElmer，另一家就是我们！PerkinElmer的建库工作站虽然是他自己生产的，但是超声打断仪却是购买Covaris的。而我们的这两款仪器全都是自主研发。”王东自豪地说。

当前，青元开物已经围绕“高通量微量反应体系”技术平台构建了三种底层技术：微量反应体系的构建、微量反应体系的操控和微量反应体系的检测。王东展开说：“对于微量体系的构建来说，精密移液就是它的基础技术。目前，全球范围内能涵盖从几纳升、几十纳升、几百纳升、微升到毫升均是精密移液的公司只有两家，一家是贝克曼，另一家就是我们。”

青元开物未来还会研发高通量筛选仪器，主要面向合成生物学和药物研发领域。王东表示：“我们专门针对这两个方向研发了一款产品，预计今年推出。这标志着我们将正式进军高通量筛选领域。”

嘉宾合影

（从左至右：市场部陈震宇；市场部冷悦；青元开物创始人&CEO王东；仪器信息网生命科学编辑陈苏慧；仪器信息网生命科学部门经理白兰）

后记：谈及国产科学仪器的整体发展现状，王东认为，在国产科学仪器方向上，IVD和影像整体表现不错。国产生命科学仪器虽然整体与十几年前相比有很大的进步，但与国外相比仍有很大差距，很多底层技术还掌握在国外手中，对国外依赖很大，例如核心原料、模块等。在生命科学仪器的一些常用型设备中，中高端测序仪国内已经具备研发能力，今后仍需向下发展，占据低端市场；中低端流式细胞仪国内已经具备，但高端流式仍需努力；自动化国内处于刚起步阶段，未来还有很长的一段路要走，但做自动化、智能化趋势势不可挡。

附：“创新100”介绍

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