全面释放半导体芯片技术潜能「万众一芯」自研小型化快速基因测序解决方案
精准医疗是一种将个人基因、环境与生活习惯差异考虑在内的疾病预防与处置的方法，与目前最广泛的循证医学相比，精准医疗更重视“病”的深度特征和“药”的高度精准性，也是全世界医学界公认的未来医学发展的重要方向。2016至2020年，全球精准医疗市场规模将以每年15%的速率增长。预计2020年全球精准医疗市场规模将破千亿，达到1050亿美元。
精准医疗与循证医学最大的区别在于诊断手段，循证医学通常利用生化检测、CT、B超等检查手段帮助医生判明病情对症下药，而精准医疗最重要的要素在于精准，整个治疗的开展将极大程度依托于基因测序结果。
现阶段，各国对精准医疗重视程度也是不断提升，全球精准医疗行业规模快速增长。2015年，时任美国总统奥巴马在2015年国情咨文演讲中提到了“人类基因组计划”，推动了精准医疗项目的实施，目前全世界范围内，美国的“精准医学计划”、法国的“基因组医疗2025”、英国的“10万人基因组计划”、等精准医疗计划已经获得重大推进。
2015年3月，中国召开了首次“国家精准医疗战略专家会议”，成立了中国精准医疗战略委员会，并明确将在2030年前投入600亿元进入精准医疗领域。至此，精准医疗在中国上升为了“国家战略”。
经过近几年的飞速发展，基因测序技术已经在我国的医疗卫生领域获得了较为广泛的应用，特别是在无创产前筛查NIPT及癌症精准治疗领域取得了不俗的成果。但另一方面，当基因测序技术进入到实际应用层面仍然暴露出不少问题，特别是在使用效率方面。美国illumina公司作为目前全球基因测序设备领域的绝对头部企业，把控着全球基因测序设备70%以上的市场份额。类比于半导体行业著名的摩尔定律，为了让基因测序的大规模普及，主流基因测序仪开发商通过持续提高测序通量来摊薄用户使用成本从而持续拉低基因测序的价格。这一技术路线在过去十年里取得了巨大的成功，基因测序成本持续断崖式下降，形成“超摩尔定律”之势。
图片来源：万众一芯提供
然而通过不断提高通量来摊薄单个样本价格是相对的，在临床应用等小通量测序需求方面却存在低效率、高成本的挑战。因为高通量的基因测序仪不仅售价高昂（售价数百万元），而每次开机使用的固定成本也是居高不下。 同时建立一个高通量测序实验室需要近500平米的高端实验室及配备专业人员。 更为重要的是，每一次需要等待成百上千个样本集满以后才能够开机运行，哪怕三甲医院也没有足够的样品量来喂饱高通量测序仪，从而需要把样本从各个医院集中到第三方大型实验室来完成测序，大规模数据分析也非常耗时，一线测序服务商一般需要两周甚至数月才能出报告。因此在靶向测序等临床应用领域，高通量集约式的商业模式组织效率低，阻碍了基因测序技术的快速推广。开机成本更低、流程更快的小型基因测序仪更适合大规模的临床应用。
成都万众一芯生物科技有限公司成立于2017年初，创始人胡文闯毕业于北京大学，在美国圣母大学取得分子电子学博士学位。虽然「万众一芯」还是基因测序设备领域的一名新兵，但胡博士却在半导体、纳米技术、及生物检测等多学科交叉领域积累了十余年的研发经验。从半导体MEMS芯片技术如何快速且大规模的改变汽车传感领域受到启发，采用半导体生物芯片为基因检测平台可以不再使用昂贵、复杂的光学系统，实现基因测序仪的小型化，可断崖式降低仪器成本。依托于既有的庞大半导体产业链，半导体基因芯片可快速实现大规模生产，且边际成本极低，可大幅降低耗材成本。这一技术最早由美国离子激流Ion Torrent公司（后被赛默飞Thermo Fisher收购）开发并实现商业化。但该公司的仪器与芯片价格仍然昂贵，且采用复杂的磁珠油包水样本流程，没有全面释放出半导体技术的强大优势。
经过多年的聚力创新，万众一芯团队在今年开发成功，并量产了更为灵敏和更为低价的半导体基因芯片。而且发明了业内第一款采用半导体CMOS芯片的数字PCR仪器，在此仪器上可以实现快速的样本建库，丢掉了赛默飞公司的磁珠流程，大幅降低了测序费用及测序时间，推出了一套“小而快”的升级版半导体基因测序解决方案。该套方案由ATGC MICRO半导体基因测序仪、半导体数字PCR仪、以及作为耗材的半导体基因芯片三部分组成。该系统可以在5小时内完成全部测序流程，一次测序的开机成本可降到数百元。根据靶向测序的通量大小，ATGC MICRO基因测序仪每次可容纳一到数十个样本，无需等待拼凑大量样本，且耗材价格低，降低了测序仪开机门槛，大幅提升了仪器的工作效率，有望在收到样本的当天出具基因测序报告，是目前行业内最快的测序平台。「万众一芯」的这套ATGC MICRO基因测序仪可以兼容第三方多种疾病检测试剂盒，包括心脑血管疾病、肺癌、耳聋等疾病，也包括针对儿童用药指导和老年人慢性病用药指导的试剂盒，进一步提升用药效率，减少药物伤害。
图片来源：万众一芯提供
为了持续提升C端用户的体验，「万众一芯」所有设备均实现了自动化，工作人员只需要通过操作APP及简单的芯片操作就可以轻松完成整个测序流程，这也让「万众一芯」基因测序解决方案进入中小型医疗机构成为可能，医疗机构的工作人员仅需要经过简单的培训就可以上岗操作。
“未来，我们希望「万众一芯」小型基因测序设备最理想的应用场景是在社区医院，甚至是诊所和药店，把精准医疗带到老百姓的小区楼下，为大家的健康保驾护航。” 胡博士告诉36氪四川。据了解，目前ATGC MICRO基因测序仪和数字PCR的成套解决方案价格在15~20万元之间，整个基因测序实验室建设面积仅需30平米，整体费用不超过40万元，这将为未来精准医疗在中小型医疗机构铺开成为可能。
竞品方面，目前全球基因测序赛道上的企业主要来自中美两个国家，其中，上文提到的illumina作为目前全球基因测序设备领域的头部企业，占据了全球70%以上的市场份额，为了改善高通量基因测序业务开展的组织形式，illumina也推出了类似「万众一芯」的小型仪器Iseq100，彰显小型化的未来趋势。但受制于光学检测原理，该款新品的运行成本仍然较高。除此以外，赛默飞世尔、华大智造、牛津纳米孔Nanopore、Pacific Biosciences等医疗设备企业同样占据着不小的市场份额。
由于基因测序技术处于精准医疗的上游，科技壁垒极高，且技术研发投入巨大，一直以来都为美国大企业所垄断。在国内，华大基因通过2013年收购美国Complete Genome公司后，持续消化、吸收、再创新，先后推出了一系列国产测序仪。而在创业公司领域，近两年在国家精准医疗的战略引领及风险资本的加持下，在中国涌现了多家测序仪开发公司，多家入局基因测序赛道的企业将目光瞄准在了纳米孔单分子基因测序技术上，其中Nanopore牛津纳米孔是全球首家实现了第四代纳米孔测序仪商用的企业，目前融资已到H轮，估值超过10亿美金。而来自成都本土的基因测序设备企业齐碳科技和今是科技也瞄准了该项技术，其中齐碳科技已经开发出纳米孔基因测序技术的工程样机，并在今年7月刚刚完成了一笔4000万元的战略融资，今是科技在测序芯片和测序仪方面的研发工作还在积极推进当中，已取得了不错的进展。
对于基因技术的代系划分，胡博士认为这并不是智能手机那样4G必然碾压3G。基因测序技术的代系划分更多是不同的技术路线的区分，各有优势和适用的具体科研或疾病应用。比如说，第二代NGS测序技术相比第三、第四代的单分子测序技术，具有明显的准确度和成本优势，牢牢占据90%以上的市场份额，且在持续迭代升级。 “测序技术的最终评委是老百姓的需求，具体技术不一定懂，他们关心的是检测准不准？花费多少钱？最快什么时候知道结果？可以用一个简单的效率因子或佳度Figure of Merit =准确率/（费用X时间）作为客观的评判标准。胡博士深信基于半导体技术的2.5代测序技术有着最好的效率因子，从而具有巨大的未来潜力。
融资方面，「万众一芯」已经完成了三轮融资，分别是知初资本完成的数百万元天使轮融资；由新同德资本、臻云创投等资本领投的数千万元A轮融资；以及优选资本稍后跟进的数千万元A+轮融资。据了解，「万众一芯」今年底计划再完成一笔亿元级融资，该笔融资将主要用于基因测序仪的量产和市场推广工作。
