半导体技术助力基因测序降本，未来将广泛用于健康监测

2003年，人类基因组计划的完成，揭开了生命科学的天书，也确认了人的生长发育、疾病健康、衰老死亡都与基因编码有关，基因测序技术已广泛应用于遗传病筛查、生殖健康、新生儿筛查等领域。随着测序成本逐渐降低，基因测序技术已普及到大众的健康检测与管理中，也将对重大疾病的预测调控及精准治疗发挥巨大作用。相信在不远的将来，每个人都可以通过基因测序技术，预知自己未来的健康状况，帮助人们从被动预防治疗走向主动预知健康。

我们所说的基因，其实是DNA到RNA到蛋白，DNA是双螺旋结构小分子，只有两纳米宽，一对DNA之间的间距只有零点几纳米，作为遗传物质在我们身体里大量存在。人的基因组总共30亿个碱基对，就连大肠杆菌的基因组也有400万个。

“如此庞大的数量怎样进行检测？需要采用高通量而且非常准确的技术。” 10月28日，在由海口国家高新技术产业开发区管委会和芯原微电子（上海）股份有限公司主办，芯原微电子（海南）有限公司、海口市美兰区人民政府、海口国家高新区国际投资资讯有限公司承办的首届南渡江智慧医疗与康复产业高峰论坛上，深圳华大智造科技股份有限公司高级副总裁、青岛智造总经理倪鸣表示，“人与人之间99.5%的基因是相同的，我们监测技术必须至少监测到0.5%的差异，才能将人跟人区分开，如果要用基因技术把疾病跟健康区分开，还需要更高的监测准确度。”

深圳华大智造科技股份有限公司高级副总裁、青岛智造总经理 倪鸣

2003年，美英法德日和中国一同发布了基因组计划草图，在那之后基因技术不断发展，从能够测一个人的基因组，到能够测一千个人的基因组。到今天为止，全球范围拥有个人基因组信息的人大约已达到一百万个。

从90年代通过毛血管电泳法一次测96个基因，到现在合成法一次测千万到亿个基因，这个跨度就像半导体领域的摩尔定律一样，随着芯片密度的急剧提高，基因测序的成本也急剧降低。“测序成本的降低速度，甚至快过摩尔定律的18个月翻一倍速度。” 倪鸣说到，测序技术成本的降低，让它从科学研究慢慢进入到健康领域，比如说用于出生缺陷预测。

每年约1000万新生儿中，有5.6%带有出生缺陷。据保守估计，我国有上千万的罕见病群体，他们几乎无法得到救助和治疗，甚至遭遇严重的歧视。但其实很多出生缺陷可以通过基因监测提前发现，如唐氏综合症、新生儿耳聋和地中海贫血症，可以在婚检、孕检或者小孩出生后做的基因检测进行发现。

据介绍，华大提出了一个“五前”的出生缺陷防控体系，针对婚前、孕前、产前、新生儿等阶段，做不同的缺陷检测，提前预防发生。截至2022年6月底，华大已完成1152万例无创产前基因检测。

在肿瘤、癌症方面，是因为基因突变导致的身体内部细胞产生了变异，功能上失控导致的疾病。华大也有很多测序方法可以进行预防，早筛早诊。另外还有诊断治疗之后的监控也会用到基因监测技术。

在对传染病防治方面，需要判断传染病病人携带的微生物种类，需要检测技术最精准的判断。例如我们现在做的新冠病毒核酸检测，就是去判断样本中有没有新冠病毒，还可以通过测序方法对病毒是否变异进行判断，这些都蕴含在基因测序信息里。

上图所示的仪器，是华大智造推出的一系列基因测序仪和样本制备产品，这些产品可以快速、高效、自动化地完成核酸检测与测序的工作。

如果把生命科学比喻成字母A到Z的一个流程，DNA可能位于所有生命的源头，我们通过各种各样的检测手段可以对于这个流程进行更好的把控。中间会涉及到很多不同仪器，虽然DNA测序不能解决所有问题，但会告诉我们源头的起因在哪。

基因组数据量的增长，还告诉了我们另一个趋势。基因组本身非常复杂，每个人的基因组虽然只有0.5%不一样，但这个“不一样”的部分已经是极大的信息量。在每个人都不一样的情况之下，我们怎么样建立一个健康基线？以便下次在测自己基因后，能发现是否存在健康风险或者身体状态上的变化，“这就需要一个很大的人群数据库，因为技术的发展，很多国家目前已经开始考虑这个问题，例如英国、美国和阿联酋等。” 倪鸣表示，全球范围目前已经超过50个国家和地区启动了这样一个大型基因组项目，这些项目有些是针对健康人群，进行人群中个体差异的检测，有些是进行病理研究的，有些则是为了把平台搭建好做后续应用，有些是针对精准医疗。中国在各个研究方向中，都是参与度非常高的国家。

除了疾病和大人群检测外，基因测序还可以做中医药物鉴定、食物样本检测分析、海关疾病/疫情防控等不同应用场景。为了适应不同应用场景，华大智造也开发出了不同的系列测序仪。

为什么基因测序能在最近一二十年发展的那么快，从一开始的完成一个人基因组项目需要花费30亿美金的大型项目，到现在只需要几百美金就可以测完一个人基因组。倪鸣表示，上千万倍的效率提升和成本降低，除了深化方法上的核心外，很重要的一点就是半导体技术的突飞猛进。

测序通量非常大，就需要一个非常高并行化的检测指数，通过集成电路才能够实现这样的高度并行化、集成式的低成本灵敏检测。

从一开始的毛细血管电容测序，到光学纤维成像测序，再到目前投入很大的电和光方法，通过集成芯片进行测序。有智库预测，随着芯片集成度的进一步提升，最后这些功能可能会完全集成到一颗芯片上，大型的仪器可能成为过去式，“我们只需要一个足够强大的芯片，就可以把感存算结合起来，在芯片上完成整个测序。”倪鸣说到。

人物介绍

倪鸣，正高级工程师, 深圳市海外高层次人才、青岛市黄岛区第三届政协委员，现任深圳华大智造科技股份有限公司高级副总裁、青岛华大智造总经理。研究方向为基因测序仪及其相关技术研发，研究领域包括基因测序、生物传感器、系统生物学、合成生物学、微流控、生物信息学。2003年毕业于中山大学物理系，2008年获北京大学凝聚态物理博士学位，2008-2012年在法国国立卫生研究院(INSERM)从事博士后研究。从事科研工作以来，作为项目负责人承担并参与多个国家及省市级重大科研项目，在Plos Genetics, CELL, Nature Machine Intelligence等杂志发表论文10余篇，获授权发明专利17项。曾获中国专利优秀奖、湖北省科技进步二等奖，并获评2019-2021年度青岛西海岸新区劳动先模人物。

公司简介

深圳华大智造科技股份有限公司（简称华大智造）成立于2016年，秉承“创新智造引领生命科技”的理念，致力于成为生命科技核心工具缔造者，专注于生命科学与生物技术领域，以仪器设备、试剂耗材等相关产品的研发、生产和销售为主要业务，为精准医疗、精准农业和精准健康等行业提供实时、全景、全生命周期的生命数字化设备和系统。 

华大智造总部位于中国深圳，并在武汉、青岛、昆山、长春、上海、香港及美国、拉脱维亚、日本、阿联酋、新加坡、韩国、澳大利亚、德国、英国、法国、巴西等地设有子公司与分支机构，集聚全球创新资源；布局遍布6大洲主要国家与地区的全球化商务、培训及售后服务网络；实现了已获医疗器械注册批准的多款测序仪、实验室自动化仪器、远程超声机器人的规模化量产。截至2022年8月，华大智造仪器设备全球交付量突破6000台，全面支持科研、临床和农业等不同应用需求，且已代表“中国智造”走出国门，在日本、韩国、泰国、印度、澳大利亚、西班牙、意大利、德国、拉脱维亚、土耳其、加拿大、巴西等80个国家与地区的1300多家机构中运行，已然成为支撑基因组学领域科学研究和基因临床检测的主要仪器设备之一。