PART 01

PCR技术发展情况概览

人们研究核酸技术已经有100多年的历史。

第一代：

• 1869年Fridrich Miescher从脓细胞中提取“核质”，从而打开了人类研究核酸的大门。1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型，为遗传学进入分子水平奠定了基础，也标志着分子生物学时代的开启。
• 1984年11月，Cetus公司的Kary Mullis团队正式完成了全世界第一个PCR实验。当时的PCR实验因为所用的酶为不耐热的Klenow酶，只能在每次高温变性后通过手动添加新的聚合酶以维系下次的扩增反应，所以操作相当繁琐。
• 1987年，第一款商品化的热循环仪TC1诞生。
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• 1988年，借由1973-1976年女科学家钱嘉韵在大棱镜温泉的嗜热菌中提取到的耐高温DNA聚合酶（Taq酶）灵感，Saiki（Kary Mullis团队成员）等将Taq DNA聚合酶成功用于体外PCR扩增，实现了PCR扩增自动化并提高了产物特异性。自此以后，PCR技术开始了高速而蓬勃的发展。
• 1993年，PCR之父Kary Mullis被瑞典皇家科学院授予诺贝尔化学奖。

PCR之父Kary Mullis

以上为第1代传统PCR技术的发展轨迹。

第二代：

第2代实时荧光定量PCR技术（Real-time fluoroscence quantitative PCR，RT-PCR）的概念最早是在1992年由一位日本人Higuchi第一次报告提出的。以PCR仪为基础再配合激发装置和检测器，就可以在一定数学算法的加持下，将检测到的溴化乙锭（EB）信号进行转化，从而实现对核酸模板浓度的定性甚至定量检测。

随后在1996年，第一台定量PCR仪7700型诞生。但因为DNA结合染料无法区分非特异性引物退火或引物二聚体所产生的片段，所以存在非特异性的弊端。

于是人们在扩增反应中引入了探针（Probe）并且在其两头分别标记荧光报告基团（Reporter）和淬灭基团（Quencher）从而提高了检测特异性。

Taqman探针法定量PCR实验流程

第三代：

第3代数字PCR技术，是近几年随着生物医药领域基因细胞治疗的迅速发展而逐渐进入“制药人”视野的一种核酸分子绝对定量技术。其实早在1999 年，肿瘤基因组学专家Bert Vogelstein和Kenneth W Kinzler就首次在美国科学院院刊 PNAS 上提出了“第三代 PCR”数字 PCR（Digital PCR，dPCR）的概念。

目前市面上常见的dPCR主要有两种：微滴式dPCR（dropletd PCR，ddPCR）和芯片式dPCR（chip dPCR，cdPCR）技术。

尽管dPCR被称作第三代PCR技术，但因其存在通量不高、操作复杂、检测成本高等问题，所以想要成为核酸扩增领域的主流技术尚需时日。

Bio-Rad的微滴数字PCR

PART 02

自动化技术变革概述

回顾历史，人类社会经历了多次革命，其中科学革命带动技术革命，技术革命又带动工业革命，而人类也逐渐从蒸汽时代（18世纪）、电气时代（19世纪）、信息时代（20世纪）进入到了智能时代（21世纪）。自动化技术是紧密围绕社会发展和生产需要而形成和发展起来的。

早在中国古代，就有诸多人们创造并且利用工具来进行纺织、造纸、辨别方向以及祭祀占卜、活字印刷等记载。而十七世纪的欧洲也相继涌现了诸如自动进位的加法器、钟表等自动化雏形，到十八世纪末期十九世纪初，人们造出了蒸汽机，并且实现了机器代替人力的变革。

到了20世纪40年代，美国福特公司的机械工程师D.S.哈德首先提出用“自动化”一词来描述生产过程的自动操作。随后，在石油、化工、冶金、机械制造、航空航天、交通运输等中，自动化技术被逐渐应用和推广。尤其随着信息化发展，自动化与信息化相结合，推动着人类社会不断进步。

在生物医药领域，随着生物技术的发展，对于自动化、信息化、智能化制造的需求也日益强烈。2021年国家工信部、发改委等联合印发了《“十四五”医药工业发展规划》，其中就提出“加快推进制造强国、质量强国建设，深入实施智能制造、绿色制造和质量提升行动，提高药品、医疗器械全生命周期质量管理水平和产品品质，推动医药工业高端化、智能化和绿色化发展，促进互联网、大数据、区块链、人工智能等新一代信息技术和制造体系融合，提高全行业质量效益和核心竞争力。”

PART 03

如何实现高效核酸扩增

随着人们的生活和工作节奏越来越快，市场竞争也日益激烈，企业纷纷开始提倡降本增效和人效最大化。技术变革以及现实社会需求是推动制药行业不断进步以及企业从行业竞争中脱颖而出的强大动力。于是，在这些因素的滋养下，自动化技术的发展也越来越迅猛。

生物医药工厂中，除了生产工艺过程在逐渐实现自动化流水线之外，质量检测实验室中诸如自动化核酸提取仪取代手工提取，自动化洗板机取代手工洗板，自动化移液工作站取代手工移液等，同样可以看到自动化的身影。

目前定量PCR技术已然成为核酸检测中的主流手段，自动化核酸提取仪在定量PCR实验中的应用也越来越广泛。

翌圣Auto-Pure 32A全自动核酸提取仪

但是，这还不够。高昂的PCR实验室建造和维护费用以及对快速、高灵敏检测手段的需求，依然是掣肘短货架期细胞制品快速中控以及放行检测的一大痛点。

#重磅上新“自动化核酸提取检测系统”！

翌圣生物即将重磅上市的“自动化核酸提取检测系统”，把PCR实验室浓缩为不到2平方米的空间内，解决了建造PCR实验室的高昂成本和后期维护费用。在实验方面，该系统不仅能够实现速度快、高灵敏、防污染等实验需求，而且真正做到了“样本进，结果出”。既省去了建造PCR实验室的投入费用，又能够提高检测效率并且很好的解决了核酸污染控制问题。目前本系统已经经过不同生物制品核酸残留检测、核酸安全性检测等方法的适用性验证，可广泛应用于生物医药企业检测实验室中。

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产品概览

• 设备内按照PCR实验要求将试剂制备，核酸提取，扩增检测进行了独立分区；
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• 每个分区有双门区隔，且进行了压差设计；
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• 有独立的梯度负压物流通道；
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• 配备独立的高效过滤系统和紫外灭菌装置；
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• 检测通量96T/次，与市面上现行qPCR仪主流通量一致；
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• 内置qPCR检测装置配备5个检测通道。

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产品优势

• 成本控制：一台系统即可完美代替PCR实验室完成核酸检测工作；
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• 自动化：能够实现核酸检测全流程自动化；
• 速度快：核酸提取+qPCR检测全流程，第1批2.5～3小时出结果，后续～1小时/批；
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• 防污染：严格进行PCR实验分区，自动化操作避免外源引入污染，保证阴性结果不会出现假阳；
• 高灵敏：经过不同核酸检测实验验证，检测灵敏度等于甚至优于使用独立的qPCR仪器；
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• 高实验成功率：实验流程自动化，避免了人工操作误差从而大大提高实验成功率。
• 高匹配：该系统能够匹配翌圣生物核酸检测系列产品，为企业客户提供更加完善的质控解决方案。

总结

工业4.0已然来临，虽然随着疫情过去，整个生物医药市场相对冷静，但这场生物医药的变革绝不是结束，而是冷静思考后的蓄势待发。如何能够紧跟政策，抓住机遇提前布局，对于生物医药行业至关重要。

参考文献：

1.Randall K. Saiki, et al. Enzymatic Amplification of β-Globin Genomic Sequences and Restriction Site Analysis for Diagnosis of Sickle Cell Anemia. SCIENCE, VOL. 230, 1985: 1350-1354.

2.Randall K. Saiki, et al. Primer-Directed Enzymatic Amplification of DNA with a Thermostable DNA Polymerase. SCIENCE, VOL. 239, 1988: 487-491.

3.Kary B. Mullis and Fred A. Faloona. Specific Synthesis of DNA in Vitro via a Polymerase-Catalyzed Chain Reaction. Methods in Enzymology, VOL.155, 1987:335-350.

4.“十四五”医药工业发展规划，工信部联规〔2021〕217号