【青创志】芯宿科技赵昕：分子芯片驱动三代DNA合成
赵昕，芯宿科技创始人兼CEO，北大06级物理学院校友，MIT博士，从事半导体工艺与器件研究。
长久以来，中国在很多方面依赖发达国家的关键核心技术（原材料、高端设备等）。2018年,《科技日报》总结了制约我国工业发展的35项“卡脖子”技术，芯片名列其中。
作为信息社会的基础，芯片一直充当着“大脑”的角色。中国的芯片产业基础薄弱，对国外的依存度过高。近年，在以美国为首的芯片阵营的限制和封锁下，中国芯片产业陷入了“卡脖子”危机之中。
“欲流之远者，必浚其泉源。”面对困境，中国科研家们开始了研发“中国芯”的艰辛探索之路。如《福布斯》所说，在今天这个“硬核科技大爆炸”的时代，随着中国科技力量的崛起和国际影响力的增强，“海归”成为一种不可忽视的时代潮流。
芯宿科技创始人兼CEO赵昕就是这时代潮流中的一个。作为美国麻省理工学院博士，赵昕长期从事先进集成电路器件与工艺的研究，在国际上首次设计并制备了世界上尺寸最小、跨导最高的垂直结构场效应管（MOSFET），被2017年国际元件与系统蓝图选为产业界未来二十年内最理想的场效应管，是下一代集成电路元器件最有力的竞争者之一。
芯宿科技logo
2020年回国后，赵昕创立了芯宿科技，将集成电路应用于分子生物，引领“分子芯片”愿景，目标直指世界最先进的DNA合成技术。
01
引领国内“分子芯片”愿景
半导体在生物医药领域的应用已有数十年的历史。半导体技术按照摩尔定律持续微缩，赋能以心脏起搏器为代表的植入型设备到以智能手表为代表的可穿戴体征监测设备的尺寸不断减小、能耗持续降低、功能更加丰富。如今，集成电路芯片的应用正在突破传统生物芯片（MEMS、微流控等）范畴，直接和生物大分子进行交互，这样的“分子芯片”正在成为分子生物时代重要的基础设施。
DNA合成技术是分子生物时代的重要基石，在生物药、合成生物学、DNA存储等众多领域有着极其重要的应用。DNA合成技术经过数十年的发展取得了一定的突破，比如经典的亚磷酰胺三脂法，但总体技术进展严重滞后于基因测序与编辑技术（另外两项基因层面的基础技术）。如今人工智能正在驱动生物研发范式的转变，生物研发越来越接近工程开发中常见的设计-合成-表征-测试循环。作为表征高位空间最有效的工具，AI算法的预测结果需要高通量的合成技术支持进行合成，目前的合成技术通量与AI算法的预测能力和以测序技术为代表的表征手段有两个数量级以上的差距，这种差距不可能由便宜的人工与传统自动化方式弥补，亟待技术突破。
“DNA合成技术是典型的BTIT融合领域，技术上有两个支柱，一个是合成的生化方法（BT部分），例如有机合成法、酶促合成法、基因拼接方法，近年来酶促合成初步走出原理验证阶段；另一个支柱是工程体系（IT部分），从塑料孔板到喷墨打印+被动式到主动式芯片，每种技术对于生化反应的通量都有数量级的提升。”赵昕认为，主动式芯片与酶促合成法将会互补的大幅度降低基因合成的成本。
为突破DNA合成技术的关键瓶颈，满足生物药、高通量测序、合成生物学与DNA存储等领域快速发展的需求，赵昕团队把主动控制型的半导体芯片（包括集成电路、薄膜晶体管等）作为硬件基础，利用硅芯片与微流控技术内在的小型化与高集成特性提供超高通量与超高灵敏度，把通量提高1～3个数量级，极大降低合成成本。
芯宿科技是国内首家开发分子芯片式DNA合成技术的企业，在过往“生物芯片”（MEMS、微流控等）基础上实现“分子芯片”愿景，持续推进生物技术半导体化。目前，芯宿科技以服务下游客户为主，立足于高通量DNA合成，逐渐拓展到高通量RNA、蛋白的合成与检测，涉及业务有引物合成、基因合成、亚克隆、点突变、菌种库制备以及多种组合。
芯宿科技研发的DNA打印机照片
2022年，芯宿科技迎来了一个重要里程碑——完成了初代引物合成芯片的设计与中试验证，芯宿科技的下一段里程也已经起航，赵昕向北大青年CEO俱乐部记者透露，他们即将完成初代引物合成芯片的量产准备，基因拼接芯片也将完成初步的原理验证，进入中试环节，与之相配套的合成算法、拆分算法，包括其相应设备的自动化、嵌入芯片软件的开发都会随伴芯片开发的周期一同进行。
02
潮水中的硬科技创业者
作为芯宿科技的联合创始人，赵昕在半导体和生物科技领域有10余年研究和商业化经验，2022年入选《麻省理工科技评论》亚太区“35岁以下科技创新35人”。
2006年，赵昕获河南省物理竞赛一等奖并保送至北京大学物理系。一直以来，赵昕对应用物理有着浓厚的兴趣。本科就读期间，赵昕曾加入北京大学电子系彭练矛院士团队探索采用碳纳米管制造集成电路，这为赵昕深入研究集成电路开启了大门。
2010年，赵昕以物理系第一的成绩毕业，进入美国麻省理工学院攻读博士学位，师从时任MIT Microsystem Technology Laboratories主任的Jesus del Alamo教授。该实验室对先进半导体器件与工艺有着重要贡献，也培养了多位半导体大牛，其中包括现任AMD总裁苏姿丰博士（“苏妈”）。赵昕切身体验了世界最先进半导体工艺研发的乐趣（目前国内半导体“卡脖子”最严重的方向之一），也意识到半导体整个领域创新的乏力，因此决定在博士毕业之后投身基于半导体技术的交叉学科。
创业是一个漫长的过程，其背后包含赵昕近十年的尝试与思考。2011年，赵昕与数位同学发起首届“MIT中国创新与创业论坛（MIT-CHIEF）”，自此他开始关注创新创业，并不断观察和学习相关领域的新知。至今MIT-CHIEF已是美东地区最大的创新创业平台，汇集了北美华人最尖端的人才和项目。
长久以来，我国科技领域的一些关键技术面临“卡脖子”困境，而科技创新只停留于模式创新，技术创新一度十分蹉跎。2018年，华为芯片“卡脖子”事件爆发，就此引爆中国的硬科技赛道。赵昕长期关注中国科技创新问题，他深刻感受到国内硬科技领域在此事件前后发生的翻天覆地的变化。
另一方面，分子生物时代正式到来。集成电路与分子生物的交叉学科在欧美蓬勃发展，国外诸多科研机构和公司已开展了一系列研究与商业应用，而国内在这方面仍处于空白状态，没有生物技术公司侧重于集成电路的研究和应用，也没有芯片公司进行生物应用的探索。
在此背景之下，赵昕一边学习生物医学，一边进行产业化的早期探索。
2021年，赵昕从美国回国创立芯宿科技，正式开始了它的生命周期，专注于高通量生物大分子合成与检测技术的科学研究与产业转化。
芯宿科技参加TR35活动照片
初创阶段，芯宿科技完成了核心团队的搭建，并确定了今后的发展战略规划。目前芯宿科技约有60人，从创始团队到执行团队以研发背景为主，来自众多不同的学科领域：赵昕自己是集成电路出身，联合创始人吴丹博士是赵昕在MIT的同学，长期从事MEMS、微流控、电化学和生物应用研究，另一位联合创始人是北大校友董一鸣博士，师从物理学院的欧阳颀院士，从事合成生物学领域研究，名列《2022年度福布斯中国30Under30》榜单。其余成员研究方向则涵盖如设备端的机械电子、嵌入式软/硬件，集成电路端的数字/模拟芯片设计，分子生物，有机化学，表面化学等10余种学科领域。
03
亚里士多德与工程化创新
半导体技术正在突破经典的生物芯片（MEMS、微流控等）应用，直接和生物分子进行交互，成为分子生物时代重要的基础设施。“分子芯片”是典型的交叉学科领域，横跨集成电路、MEMS、微流控、机械、电子、软件、有机化学、电化学、分子生物等，需要十余种不同学科的专家按照工程学思维范式快速迭代核心技术。
如何做好这件事情？经历从知识分子、科研人员到从创业者的身份转变，赵昕对于初创公司的团队管理及企业文化建设有着切身的理解。
古希腊哲学家亚里士多德提出过一个哲学术语:“每个系统中存在一个最基本的命题,它不能被违背或删除。”在赵昕看来，“对于非常复杂的学科，应该坚持像物理学家、数学家一样进行第一性原理思考，即回归事物最基本的条件，将其拆分成各要素进行解构分析，从而找到实现目标最优路径的方法。”
赵昕表示，芯宿科技的另一个核心价值观是要有强烈的使命感。“我从小在学习方面比较有天赋，起初可能是好胜心驱动，但是随着阅历的提升，对于硬科技发展逐渐产生了责任感，实现科技成果转化，这是我的使命；作为中国本土第一波硬科技创新导向的公司，在DNA合成技术上实现国产替代进而引领国际技术前沿，这是芯宿科技的使命。”
作为硬科技初创企业，芯宿科即将量产第一代短链芯片并商业化基于短链芯片的各种应用，同时进行第二代短链芯片与长链芯片的中试测试；长期来看，芯宿科技定位于技术平台型公司，“在基因合成之外，我们将会拓展到各种生物大分子的合成以及检测，立志成为分子生物时代的美敦力、赛默飞。”
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文字 | 林之
排版 | 张琳玉、曹家浩
审核 | 蔡润维