當微液滴點樣遇上數萬種試劑:NP-Lab如何突破換液瓶頸
在高密度蛋白芯片、多聯檢測和大規模篩選實驗中,微液滴點樣早已不只是“把液體點得更小”。
當實驗對象從幾十種擴展到數百、數千,甚至數萬種蛋白、抗體、抗原和樣本時,真正決定實驗通量的,是設備能否在大量試劑之間持續、快速、低殘留地完成切換。每一次清洗、上液、試噴和重新校準,都會被成千上萬次重復放大。

圖注:美國 CDI Labs 的 HuProt™ 芯片把超過21,000種人源蛋白及蛋白亞型壓縮到一張玻片上。每一種蛋白都需要獨立制備、保存和打印,重復點樣后,單張芯片上形成超過4萬個蛋白點位。面對這樣的任務,設備需要在數萬種蛋白溶液之間持續切換。液滴可以在毫秒內噴出,但完成一次換液、清洗、穩定噴射和重新定位,所消耗的時間會被重復數萬次。
NP-Lab瞄準的正是這段長期被忽視的時間。
這臺桌面型微液滴點樣工作站搭載 NexaAir™ 脈沖振蕩微滴發生系統,可完成低至約400 pL的精準微滴沉積。
通過點樣與備液雙區并行、磁吸式自動換頭、清洗擦拭和定位校準,原型系統已實現每小時切換200種待打印溶液。
隨程質檢相機、備液與點樣載臺控溫、箱體溫濕度控制及多通道擴展,則進一步將微滴點樣從單次實驗,推進到可監測、可復現、可擴展的小批量試生產。
點得準,是桌面型點樣儀的基礎。面對多靶點、多試劑實驗,換得快、控得穩、查得到,才是完整的系統能力。

從一顆微滴開始,建立穩定可控的實驗單元
NP-Lab 搭載 NexaLab 自主開發的 NexaAir™ 脈沖振蕩微滴發生系統。

系統通過瞬態氣流脈沖驅動液滴形成,可根據噴嘴口徑、液體性質、氣壓和脈沖寬度,對液滴體積及噴射狀態進行精細調節。
在已有實驗驗證中,系統可實現:
最小點樣體積約 400 pL
對應液滴直徑約 130 μm
點樣體積變異系數(CV) <5%
飛濺、殘留及液滴變形率 <0.1%
死液體積 <2 μL
交叉污染驗證中未檢出
對于蛋白、抗體及其他高價值生物試劑,低死體積意味著更少的樣本消耗。對于需要長期重復執行的陣列實驗,穩定的液滴體積和形態則意味著更好的信號一致性與批間可比性。

圖注:使用NexaAir™ 系統在96孔盤內構建的10*10微滴矩陣,單個液滴體積400pL,直徑130μm, 形態穩定,無飛濺變形。
精確定位,讓微滴按照實驗設計落在正確位置
NP-Lab 采用桌面式自動化運動平臺,可根據預設程序控制點樣位置、點間距、陣列行列數、重復次數和點樣路徑。
系統可適配孔板、芯片、膜材及定制實驗載體,完成規則陣列、分區陣列及多層沉積。
研究人員可以在軟件中建立實驗方案,將不同試劑與不同坐標一一對應,隨后由設備自動執行完整的點樣任務。
這使 NP-Lab 適用于:
蛋白和抗體微陣列構建
多聯免疫檢測芯片開發
核酸及生化反應陣列
抗體篩選與藥物篩選
表面化學與功能材料沉積
小批量檢測試劑和芯片試制

超高速換液,定義超高試驗通量
在多靶點、多試劑實驗中,點樣設備往往需要不斷重復“點樣—清洗—換液—試噴—再點樣”的完整循環。
傳統系統在每次更換試劑時,都需要排出舊液、清洗液路、導入新液,并重新建立穩定噴射狀態。對于少量試劑,這種方式尚可接受;一旦實驗規模擴展到幾十種、數百種,甚至更多樣品,換液時間、清洗時間、試劑損耗和殘留風險就會被持續放大,最終成為限制實驗通量的核心瓶頸。
NP-Lab 圍繞這一問題重新構建了整套換液流程。設備將點樣區、母液盤、磁吸噴頭交換站、清洗區、擦拭區和點樣頭校準區集成在同一工作空間內,并通過獨立的點樣與備液運動軸,使當前試劑點樣與下一組試劑準備能夠并行進行。
傳統串行流程中的等待環節因此被顯著壓縮,噴頭往返、液路置換和人工干預也隨之減少。

圖注:NP-Lab采用點樣與備液雙區并行設計,讓點樣和備液能夠同時進行。
在此基礎上,NP-Lab 采用磁吸式快速換頭結構,噴頭可在交換站內完成快速安裝、拆卸和復位。相比反復清洗同一條長液路,這種方式能夠縮短不同試劑之間的切換路徑,減少舊液殘留和無效試劑消耗,并結合自動清洗、擦拭和定位校準,迅速恢復穩定噴射狀態。

圖注:NexaLab的高速磁吸式快拆點樣頭
目前,NP-Lab 原型系統已實現每小時切換200種待打印溶液。這一指標建立在噴頭交換、液體管理、清洗、定位校準和穩定噴射協同運行的完整流程之上。對于蛋白芯片、多聯檢測、抗體篩選和高通量實驗而言,真正的效率不只是液滴噴出的速度,更在于設備能否在大量試劑之間持續、穩定、低殘留地完成切換。

模塊化設計,滿足各種試驗生產需求
不同實驗對過程監測、環境控制和自動化程度的要求并不相同。
NP-Lab采用模塊化架構,可根據具體應用搭載隨程質檢、自動校準、溫控、濕度控制及多通道等輔助模塊,使設備由基礎點樣平臺進一步擴展為完整的桌面型實驗工作站。
??隨機質控與自動校準
設備可配置隨程質檢相機,對液滴形成、漏點、連點、位置偏移及噴射狀態變化進行實時觀察和圖像記錄,為批次追溯和生產質控提供過程依據。配合自動噴頭定位校準系統,設備在更換噴頭后可識別噴嘴位置偏差,并自動完成坐標補償,減少人工對針與手動調試,提升不同噴頭和不同批次之間的定位一致性。
???溫濕度控制
針對蛋白、抗體、酶等溫度敏感試劑,NP-Lab還可分別為母液區和點樣載臺配置獨立溫控模塊,以降低試劑活性變化和蒸發,穩定液體黏度、噴射狀態及點樣后的鋪展過程。對于長時間運行、高密度陣列及高一致性工藝,箱體內部還可增加溫濕度控制組件,減少外界環境波動對液滴蒸發、點形和固定效果的影響。
??多通道擴展
在通量方面,NP-Lab可由單通道進一步擴展為多通道系統。不同通道可分別承擔不同試劑、陣列區域或實驗步驟,實現多類試劑并行點樣、大面積芯片加工、多孔板連續處理及小批量試制,也為后續工藝放大和向生產型平臺遷移預留了擴展空間。
NexaLab簡介
NexaLab 核心團隊自2023年在新西蘭成立以來,專注于 pL 級微滴點樣、微液滴矩陣構建、圖像讀取分析及應用工藝研發。
依托新西蘭研發團隊的技術積累,團隊順利實現了科研成果轉化,建立了從儀器研發到客戶驗證的完整鏈條,并加快在中國市場的擴展,推進儀器的國產化生產、國內客戶驗證、應用開發和市場落地。
目前,NexaLab 已形成覆蓋從基礎到高階的完整產品序列:NP-Lite、NP-Mini、NP-Lab、NP-Med、NexaScanner、NexaAnalyzer,滿足不同場景下的精準檢測需求。(下圖為產品家族全景)
面向生物芯片、生物傳感器、多聯 IVD/POCT、超高通量篩查及 AI 藥篩等方向,NexaLab 提供從設備、耗材、軟件到工藝優化的整體解決方案,以及微陣列點樣構建與定制化開發等服務。

圖注:圖中為NexaLab目前主要產品管線,依次為:(左一)NP-Lite手持式微滴點樣儀,(左后二)NP-Lab桌面全自動微滴點樣儀,(左三)NP-Mini微型自動微滴點樣儀,(右前)NexaScanner光學微陣列掃描儀,(右中)NP-Med定制化大型微滴點樣工作站,(右后) NexaAnalyzer生物微陣列智能分析軟件。
了解更多 NexaLab 產品

NP-Lite:手持式微滴點樣儀

NP-Mini:微型自動微滴點樣儀

NP-Med:定制化大型微滴點樣工作站

NexaScanner:光學微陣列掃描儀

NexaAnalyzer:生物微陣列智能分析軟件(可定制)
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