齊碳科技：沖刺納米孔基因測序之巔

張聞素

納米是10^-9米……

微米是10^-6米……

只需以上這兩個數字，就立刻從現實的宏觀世界穿越到了微觀世界里。齊碳科技創始人、總經理胡庚說，一個納米孔的直徑就是一米的十億分之一。齊碳科技研究的，就是納米級的微觀世界。

這不禁讓人感慨，我們觀察世界，從宏觀的角度而言，廣闊得無邊無際，從微觀的角度而言，也精確到明察秋毫。

齊碳科技是一家基因測序科技公司，專攻第四代納米孔基因測序技術。它的四位創始人來自不同地區，擁有不同背景，甚至所學專業也截然不同，但他們卻志同道合地攜手組建了一支跨學科團隊，以遠程協作的方式，在肉眼看不到的微觀世界里潛心研究。從清華大學到東升科技園，從美國硅谷到中國本土，從四川成都到北京中關村，這間基因測序公司自創業以來，經歷過車庫創業的艱辛，卻執著地追求從0到1的技術突破，投身到目前最為前沿的第四代納米孔基因測序技術中去。

基因技術有望成為下一個改變世界的技術。基因是生命的基礎，基因測序技術是精準醫學的基礎。隨著精準醫學時代的來臨，基因測序已經廣泛應用于早期無創產前檢查、試管嬰兒和新生兒檢查、遺傳病罕見病研究、腫瘤分型等醫學領域。繁榮之中，卻有隱患。我國基因行業雖然已經發展多年，但是仍然缺乏自主研發的硬實力。

基因測序產業鏈可分為上、中、下游三個環節。上游是基因測序儀和有關試劑，技術門檻最高，研發難度最大。目前上游主要被Illumina和Thermo Fisher等少數國外公司把持，中國企業相對被動。中游，從上游購買基因測序儀和試劑，提供檢測+生物信息分析的測序服務。下游是臨床、科研等服務于終端用戶。我國在基因領域進行創業的早期公司大多選擇布局基因測序產業鏈的中下游環節，這也導致了中游市場過度飽和、產品嚴重同質化、市場競爭較為激烈的現實狀況。

齊碳科技聯合創始人白凈衛告訴記者，位于基因測序產業鏈上游的基因測序儀及配套試劑是整個產業鏈壁壘最高的部分，并且對產業化和工程化的要求極高。而這家創業不久的年輕公司卻已經站在了該領域研究開發和市場應用的最前沿。帶著種種好奇與疑問，記者在東升科技園開始了基因測序領域的求索之旅。

碳基生物，見微知著

齊碳科技，是一家用基因測序技術探索“碳基生物”本質的高新技術企業。公司商標上富于創意的開放式雙螺旋六邊形，形象地表達著納米技術在基因測序的應用原理。

在納米孔基因測序技術的數據分析室，齊碳科技聯合創始人、總經理胡庚拿起桌上一只巨大的像爆米花的白色模具說，這就是納米孔蛋白模型。納米孔蛋白中有納米級的極微小的穿孔，而且是納米孔基因測序技術中的一項核心元件。納米孔測序的基本原理是通過電場力驅動單鏈核酸分子穿過納米尺寸的蛋白孔道，由于不同的堿基通過納米孔道時產生了不同阻斷程度和阻斷時間的電流信號，由此可根據電流信號識別每條核酸分子上的堿基信息，從而實現對單鏈核酸分子的測序。

這種變革性的新技術，被業界稱為第四代基因測序技術，也正是齊碳科技研發第四代納米孔基因測序儀的基本原理。2018年底，納米孔基因測序儀工程樣機已經出爐，這是中國目前唯一一臺能夠獲得穩定測序信號的納米孔基因測序儀。

小巧，是納米孔基因測序儀給人留下的第一印象。它的尺寸小過一口電飯鍋，將來還可能進一步縮小，小到一個化妝包，甚至一個U盤。要知道，論塊頭，無論是醫療機構還是基因檢測服務公司，無論做癌癥篩查還是產前檢測，目前主流的基因測序設備比電冰箱還要大，移動不便，所以被“囚禁”在醫療機構、科研院所或基因公司的大樓當中。納米孔基因測序儀則不然，它小巧便攜，可以拿在手里，背在包里，走街串巷，說走就走，相當于把原本深藏于“象牙塔”中的基因測序“實驗室”帶到了全世界幾乎每一個角落。

將來，納米孔基因測序儀不僅可以在醫療機構使用，還有望與智能家居設備相結合，“飛入尋常百姓家”。舉個例子，齊碳科技的產品與智能馬桶集成后，未來能夠實現通過智能監測腸道菌群的變化，來為普通人預警其身體發生的健康隱患。

納米孔基因測序儀不僅小巧，而且快速。它不但可以實時輸出測序結果，還可以利用大量納米孔通道并行測序，提高測序通量，把測序速度提高十倍以上。傳統測序技術需要十幾、二十個小時的測序任務，在納米孔測序儀這里，最快15分鐘就可以獲取數據。

測序速度快，在醫院的重癥監護病房（ICU）中生死攸關。試想，有的急重癥患者只剩下24小時的時間，醫患雙方分秒必爭地和死神賽跑。用傳統測序技術，檢測結果還沒出來，患者可能已經死亡。用上納米孔基因測序技術之后，測序速度快一分鐘，患者就多了一分生還、甚至康復的機會。

除了小巧和快速，納米孔基因測序儀還擁有諸多得天獨厚的技術優勢。由于在技術原理上的本質創新，它具備超長讀長的單分子測序能力，并且能夠實時輸出測序結果。這種形式的基因測序方法單次運行成本低，能夠提供較高性價比的基因測序解決方案。無需復雜的文庫制備，亦可直接檢測核酸的表觀修飾。

技術優勢拓展了納米孔基因測序儀的應用范圍。它可以廣泛應用于病原體即時檢測、腸道菌群宏基因組檢測、免疫分型、基于結構變異的腫瘤基因組快速檢測、基于DNA甲基化檢測的癌癥早篩、表觀遺傳學、RNA及轉錄組學等前沿生物研究和臨床醫學的應用，更全面地感知生命，護衛健康。

基因測序儀是國之重器，具有重大的科技、經濟甚至政治意義，但技術門檻很高，研發難度很大。那么，齊碳科技又是如何挑戰技術門檻、自主研發出國際領先的納米孔基因測序儀呢？

術業有專攻的研究型團隊

“跨學科”和“學霸”是齊碳科技研發團隊的兩個關鍵詞。

打造一臺小小的納米孔基因測序儀，所需要的絕不是單一領域的專家，它背后其實涵蓋了蛋白工程、半導體加工、電路芯片設計和生物信息學等多個前沿且龐雜的專業交叉學科，研發難度之大可想而知。

公司的核心創始人白凈衛博士清楚，研發納米孔基因測序儀，必須組建一支跨學科團隊。白凈衛自己是個“學霸”。他本科畢業于北京大學化學系，之后赴美深造，在加州大學洛杉磯分校獲得材料學博士學位，隨后在IBM沃森實驗室進行博士后研究，接著在基因測序巨頭Illumina從事研發工作，在美國一晃就是十多年。如今，白凈衛博士已經回到中國，任教于清華大學藥學院。

為組建跨學科團隊，白凈衛博士首先找到了自己的老同事陳呈堯。陳呈堯是蛋白領域的專家，曾在基因公司Life Technologies和Illumina擔任資深研究員，為提高Illumina測序試劑性能做出了突出貢獻，并獲得過2013年度Illumina 創新大獎。也就是在Illumina工作期間，這兩位走在科學技術前沿的人相識。

彼時，陳呈堯已經離開美國，回到臺灣，準備歸隱于高校，接到白凈衛的邀請后他欣然同意，加入了齊碳科技。

齊碳科技的另外一位聯合創始人謝丹是生物信息學領域的專家，本科畢業于中國科技大學，后赴美深造，在伊利諾伊大學香檳分校取得博士學位，并在斯坦福大學開展博士后研究。目前，謝丹也已回國，在四川大學和華西醫院工作。

四大專業背景，至此已有三個，就差電子電路領域的高手。于是，謝丹找到了自己的中學同學、電子電路專家——胡庚。胡庚在清華大學自動化系本、碩、博連讀，曾在西門子中國研究院長期從事儀器儀表的研發工作，在電子電路設計方面有著豐富的經驗。

至此，齊碳科技最為核心的跨學科團隊基本組建完成。四位核心創始人都是名校博士，著作遍布《Nature》等頂級學術期刊，“學霸”氣場不必多言。四人分管各自不同的專業領域，同時緊密配合，招兵買馬，組建團隊。2016年，齊碳科技應運而生，全力研發納米孔基因測序儀。

其實早在回國之前，在基因技術領域里浸染多年的白凈衛和謝丹就看到了基因測序領域的發展方向，洞見了行業未來的成長空間，也發現了國內的技術空白。他們相信，中國的基因測序市場潛力巨大，要提前入局，提前準備，研發技術，打磨產品，用“黑科技”、硬實力和國外企業展開競爭，奪取科技、市場等方面的主動權。因此，他們暫時舍棄了在其他機構的優渥薪酬，決定走上自主研發之路。經過三年打拼，齊碳科技雛形已成。

值得一提的是，為了研發納米孔基因測序儀，齊碳科技選擇了成立公司，而不是依托高等院校的研究機構。因為他們意識到，實驗室的成千上萬次實驗才有可能形成產品，況且，做產品和純技術研發是兩個概念，如果單純在大學的實驗室做科技研發，因為基因測序對生化、蛋白、流體芯片等技術和流程要求很高，在學校很難短時間內凝聚高端專業人才，即使聚斂部分人力資源大家也很難全職投入，再加上獎懲機制的先天不足，就會形成科技成果轉化的短板。這也是他們注冊公司的原始動因，這樣可以使專業背景差異很大的人才聚在一起長期磨合，即使專業和背景不同也能相互理解、心領神會地聽得懂對方的語言，并且以最快速度達成共識。對技術理解和對前景認可，這是公司設立和決定自主研發技術的初心、恒心和樸素立意。

核心技術競爭力與未來獨角獸

齊碳科技如今小有所成，但創業之路并非一帆風順。公司成立伊始，條件簡陋，幾位早期的核心成員其實就在實驗室和自己家里“倒騰”，有些類似傳說中的小作坊或者美國的車庫咖啡創業形態，但這種狀態何嘗不是中關村乃至中國或全世界科技領域創新創業的生動場景和縮影？

后來，公司初具規模，但仍然在研發過程中遇到了很多之前從未想到過的挑戰。納米孔測序技術畢竟是目前最為前沿的技術，放眼全世界，都沒有哪怕一臺成熟的、可以用于臨床檢測的納米孔基因測序儀。如此前沿，就意味著研發環節中有很多空白，需要以一己之力一一填補。舉例來說，基因測序儀所需的蛋白無法在市面上購買，必須自己構建蛋白表達純化系統，研究它的結構并進行測試，連續十幾步操作當中稍有不慎，期待中的試劑就只能變成廢液。基因測序中用到的微流體芯片需要自行設計加工，消耗量還不小，團隊只能自建潔凈間，購置光刻機，加班加點地工作來保證產量。在把蛋白、芯片、電路集成到一起產生測序信號的過程中，溫度、濕度、電磁干擾和靜電等各種影響因素錯綜復雜，尋找合適的參數組合如同在亞馬遜的密林中尋找黃金之城。團隊成員傾注了大量的時間和心血，耗時一年多，才終于在顯示屏上看到了如音符般跳躍的測序波形信號。

胡庚說：“行業里目前可供對標的項目和公司極少，國際領先的公司對技術秘而不宣。我們全靠自己在研發實踐中產生新的靈感和科學發現，只有這樣才有可能做得比同業更好。”

技術超前，是一把雙刃劍。它一方面帶來技術研發的巨大挑戰，另一方面也意味著這是鮮有人涉足的一片藍海。

基因測序儀是整個基因行業技術難度最高的環節。有鑒于此，國內基因從業者大多選擇從國外進口基因測序儀，在國內市場提供基因測序服務。齊碳科技旗幟鮮明地跳過技術門檻較低的中下游，直取技術難度最高的上游基因測序儀。基因測序技術一日千里，然而時至今日，國內像齊碳科技一樣研發第四代納米孔基因測序技術的企業卻屈指可數。

超高的技術難度令不少企業望而卻步。迎難而上的齊碳科技看到一片藍海，鉚足了勁，沖了上去。

自主創新，挑戰國外壟斷

作為一家立足本土、自主研發的中國公司，齊碳科技的執著還有另一層意義：以自主創新打破國外壟斷。

基因測序儀研發是基因技術當中最上游、最核心的領域。同處基因行業之中，下游廠商可能受制于上游企業。如今，基因測序儀技術被國外少數幾家大企業握在手中，中國廠商主要從國外購買測序儀和試劑，從事中下游服務，因而在全球競爭中處于不利位置。

國外上游企業掌握核心技術，還憑借眾多的研究專利構建了嚴密的知識產權保護體系，因此議價更主動，可以單方面抬高測序儀和測序試劑的價格，增加中國中下游廠商的成本；甚至拒絕向中國廠商出售測序儀，也拒絕維護已經售出的測序儀；更有甚者，還對中國廠商參與的基因研究橫加干涉。“卡脖子”——許多業內人士如此描述這種局面。

基于世界范圍內不均衡的行業發展背景，齊碳科技立志憑借國產的技術、國產的設備，研發全球最前沿的第四代納米孔基因測序儀，用“中國制造”挑戰國外巨頭的壟斷，奪回基因測序領域的主動權。

齊碳科技成立不到3年，主攻基因測序技術和設備的開發及應用，技術水平國際領先，現已擁有6項專利和7項軟件著作權，并獲得中關村高新技術企業認證，而且已經自主研發出中國唯一能夠穩定獲得單分子測序信號的納米孔基因測序儀工程樣機。

2018年4月，在第三屆清華校友三創大賽中，齊碳科技獲得生命健康專項一等獎桂冠。

2018年5月， 參加成都全球創新創業交易會“未來獨角獸”專場，齊碳科技的納米孔基因測序儀項目大放異彩，引起業內的廣泛關注。

2019年1月，在中關村國際前沿科技創新大賽總決賽中，齊碳科技榮獲唯一的一等獎，同時斬獲醫藥健康領域TOP10企業稱號，在9大領域、國內外600多個團隊和近千個科技創新項目中脫穎而出，一舉奪魁。

2019年6月，參加全國大眾創業萬眾創新活動周，齊碳科技在中關村國家自主創新示范區展示中心作為重點企業展示，受到多方關注。

齊碳科技的未來令人期待，第四代測序技術的未來充滿希望。

從第四代基因測序到4.0時代的預判

如今，基因測序技術已經更新到了第四代。

第一代基因測序速度很慢而且成本高昂。它完成了人類基因組計劃，卻用掉了十幾年時間。第二代基因測序是基于光學方法的大規模短片段并行測序，把需要檢測的目標DNA長鏈打斷成200-500bp的短小片段，在流體芯片上進行擴增，利用邊合成邊測序的生化原理，讓堿基序列發出熒光信號，再對熒光信號進行解析，最后通過大規模的拼接，得到最終較為完整的序列信息。第二代基因測序技術具備規模大、通量高、價格低等優勢，但是整個流程操作復雜，儀器龐大，速度較慢，更適合于測試中心的專業化使用，無法在全社會大規模普及。第三代基因測序仍是基于光學方法，雖然初步實現了單分子測序，且讀長很長，但仍然需要復雜光學設備和移液的機械結構，所以儀器比較復雜，價格也較高。第四代基因測序具有單分子測序能力、小型便攜、速度更快、成本更低、時間更短等特點，更有希望在全社會普及。

總而言之，隨著技術不斷成熟，基因測序的價格會更低、速度會更快、分析結果會更加精準、儀器會更加微型、價格會更便宜，應用將會更加廣泛。

如今，齊碳科技走在了第四代基因測序技術的最前沿，責無旁貸地擔綱了技術開發和產品創新的領航角色，將來能否成為獨角獸，讓我們拭目以待。

水清木華的資本厚望

獨角獸是西方神話中的一種虛構的神獸，在人們心中代表著高貴、純潔，令人向往。2013年，美國著名投資人艾莉·李將私募和公開市場估值超過十億美元、成立時間不超過10年的初創企業稱為“獨角獸公司”。

早在去年5月， 齊碳科技就憑借第四代納米孔基因測序儀在成都全球創新創業交易會“未來獨角獸”專場中嶄露頭角，引發關注。有投資機構代表在點評時表示，基因測序產品在國內推出非常快，有關板塊市場的漲幅讓很多投資人對這個行業充滿興趣，我國能有一家研發第四代基因測序技術的企業進行前瞻性研究工作，令人感到非常欣慰。

在公司發展過程中，齊碳科技創始團隊成員與清華大學有著密不可分的聯系，而且與清華大學在學術、技術和資本等產學研層面的合作亦更加順暢。目前公司已完成三輪融資，投資方包括：華控基石基金、百度風投、中關村協同創新基金、雅惠精準醫療基金等。作為投資方，他們不僅是提供資金的股東，同時也為公司得戰略發展提供資源、渠道等方面的通力支持與協助，幫助齊碳科技運轉得更加順暢。前不久，齊碳科技剛剛融資到位的第三輪4000萬元人民幣，被用于繼續研發第四代納米孔基因測序技術，并且為此購置設備，招募人才。

就知識產權和科技成果轉化而言，并非所有科技都可以轉化為生產力，并非所有技術都可以轉化為產業成果。齊碳科技是科技成果轉化領域的勤勉學生和幸運兒。攜手并倚重清華大學，在基因測序領域積極主動地探索并領跑前沿，對產業化流程進行梳理并逐步打通產、學、研、用等各個環節，避免了“拿著錘子找釘子”的現象。

從世界范圍和產業維度來分析同業競爭的總體格局，齊碳科技的基因測序技術在國內外行業坐標系中位列第一象限，但是就世界范圍的新一代測序領域而言，還有些差距，起步更早、研發更久、融資更巨的競爭對手已經在行業領域跑得很遠。因此齊碳科技目前在穩居國內行業頭部地位的同時，一方面應審慎地避免各種專利技術糾紛，另一方面要站穩腳跟并且加大科技研發的人力財力物力投入，通過公司技術研發優勢和行業貢獻促進產業更加成熟。齊碳科技自主研發的儀器和試劑等已經位居產業鏈上游，產業界和資本界對齊碳科技亦給予了更多興趣、厚望與合作意向。

科學技術是第一生產力。齊碳科技的納米孔基因測序技術研究成果在行業應用和落地項目方面，已經做了產業鏈上中下游的全方位布局。

這家創立不到3年、以科技研發為先導的年輕公司與其說是新銳企業，不如說在某種程度上更像是大學或研究院式的學習型組織。公司中有不少90后，創始人與核心成員大部分為80后。初生牛犢不怕虎，在基因科技的前沿賽道上，這些80后和90后通過協同工作、思維碰撞不斷產出階段性研究成果，專利技術和知識產權不斷疊加，飛速發展的公司亦因此吸引著更多包括清華、北大、中國科學院在內的博士、專家、學者加入研究陣營，公司規模和陣容不斷擴大。

隨著規模擴大，公司喬遷到了世外桃源、田園牧歌般的中關村東升科技園。這間680平方米的辦公空間目前幾乎座無虛席。如詩如畫的度假式科技園區大大提升了員工們的工作成就感和幸福指數，有溫度、富粘性，同事之間如同學、似師生、像戰友，攜手并肩攻克一個個技術學術難關，共同把科技夢想和科學幻想一步步地變為現實，此處不是硅谷已然勝似硅谷。

這便是學院派和研究院式的齊碳科技，在陶淵明式的東升科技園中有條不紊地悄悄擔綱著基因技術研發和基因測序產業鏈條中最前沿的課題。