这三个创客,想把DNA扩增1000万倍

在传统的印象里,接地气的创马作品总是更容易赢得评委的青睐,比如萌萌哒宠物管家,解决生活痛点的智能光鞋,或者注重交互又格外新颖的空气吉他。然而在深大站的创客马拉松上,这支二等奖获得者则显得有些鹤立鸡群,分分钟跳戏的错觉总让大家内心OS“我们中出了一个叛徒”。

从队名开始,这个团队就显现出和其它团队的不同。BioLab,简单粗暴的理解就是生物实验室,而他们带来的作品,就是一个听上去非常高冷的东西——“BioLab生物实验平台(开源PCR仪)”。像BioLab这样的阳春白雪,在创马比赛上的确少见。不过,这并不影响他们做出获得创马评委认可的作品。

(从左至右:李航、Ken、詹俊鸣)

项目是由队长Ken提出来的,他自己负责的是软件部分。詹俊鸣学的是电子信息方向的通信专业,和李航一同负责硬件。还有一位外援,主要为团队提供一些理论知识的支持和解释。

“我们想要做的是实验平台和社区,设备的主要目标群体是创客和学生,通过APP和线上平台帮助他们了解生物科技。”

PCR全称“聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction)”是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术,它可看作是生物体外的特殊DNA复制。简单说来,PCR的最大特点,是能将微量的DNA大幅增加。所以,只要有微量的DNA信息,就能加以放大,进行研究。比如说,在一些历史疑案中,凶手留下的证据微乎其微,可能只有少得可怜的毛发、皮肤或血液。然而有了PCR技术,只要能分离出一丁点的DNA,就能加以放大,进行比对。再比如说,考古时出现的人物残骸或是化石模型,拥有的信息极其有限,而PCR就类似一个放大镜,可以将信息丰富扩充。

1993年,美国科学家Kary Mulis发现了PCR技术,并因此而获得了诺贝尔化学奖。现在,PCR技术已经被广泛地应用于生命科学研究、食品卫生、医疗、法医及环境监测等诸多方面。在我们的生活中,PCR仪器应用得最为广泛的方面在于对感染性疾病的诊断。理论上,只要样本有一个病原体存在,PCR就可以检测到。其次,PCR技术能有效的检测基因的突变,可据此进行肿瘤早期诊断、分型、分期和预后判断。

然而,在认知上,我们习惯性地以为PCR仪是一个遥不可及的东西。BioLab想做的,就是想把它变得更加亲民,让学生们也能接触到看似不可及的高精尖技术。

“现在做开源PCR仪的人不多,多数人都以为PCR仪得靠买的,但这种设备一般很贵,所以导致很多有想法的人第一步就迈不出去,因为没有设备。所以我们做的PCR仪想尽量压缩价格,同时平衡性能,给更多人尝试和学习的机会。”

在本次创马比赛上,团队实现了如下的功能:

  1. DNA扩增。用PCR仪可以进行聚合酶链式反应(PCR),把目标DNA量提高1000万倍,实际是加热和退火的循环过程。

  2. 手机APP连接控制设备,提供实验流程帮助。

    病理组织漂片多功能一体机的系统原理框图如图1所示。220V市电输入经电源模块降压后5V和12V直流电压给单片和直流水泵供电。温度采集采用常用的数字式温度传感器DS18B20,可测量温度范围-55℃-125℃,误差±℃。病理医师可通过按键设置相关的温度和启动漂片缸体的加热和烤片平台的加热。主控单片机STC8AF读取温度传感器传回来的数据,经PID控制后输出调节PWM占空比控制加热模块实现恒温控制。照明系统通过按键调节PWM占空比来实现照明亮度的调节。清洁系统采用直流水泵抽水经过漂片缸体上的冲洗孔,形成高压把漂浮的残渣冲洗掉,从而实现保持漂片水缸的清洁。

简单说来,他们做的PCR仪分为软硬件两方面,一个是硬件方面,用于检测疾病和扩增DNA;一个是软件方面,用于教学和共享。

此外,他们的平台是开源和可扩展的,“例如有人做了光学分析器来分析细菌,他也需要用到PCR,那他可以接入到我的平台,让整个实验连接起来。而平台可以提供更多的服务,像实验数据管理,AI自动分析等等。”

所以,BioLab团队想要做的是一套东西,社区、平台才是他们的重点,而PCR只是一部分。“就像Arduino对电子设计一样,它是一个大众普及的工具。”

为了更好地解释这一点,团队用了一个有趣的比喻:

“我们做了一支画笔,同时告诉你画笔是由一根木和几条毛组成的。当然,你可以做一支画笔。不过,如果你不会或者觉得麻烦也可以用我们做的画笔。然后大家可以通过这支画笔去创作各种各样的画,画出写实派、抽象派,创作出很多很多很棒的作品。”

“同时,我们提供一个社区,你可以将你做的东西放上去和大家分享,在社区上大家可以交流,分享技术,共同创作,共同进步。而我们的PCR就像那根画笔一样。当然我们除了做画笔,之后也会做橡皮檫、颜料,组成一套绘画工具(这就是我们说的整套实验平台),让大家更方便,更好地用我们的东西创作和了解画画,并且让用户觉得,画画也没想象中这么难吧,我也可以画的。”

说起开发时的难点,团队表示在于温度和时间的控制。不过在创马比赛上,

BioLab生物实验平台的大致功能已经实现了。评委们一致认为,这个产品颇具市场前景,不管是对于生物学科的教育,还是普及研究老师有着重大的意义,因而都给出了很高的评价。

这群高冷的“叛徒”相比起其它“接地气”的团队,总有种走错片场的独树一帜,然而他们就是凭此,获得了本次创马比赛的二等奖。

由于制作时间比较短,团队认为,这个产品还有一些优化空间,“在流程控制上还需要用算法优化,让机器的运作时间更加稳定。”

也许是不善表达,也许是具有工科男的典型特征,团队在采访的时候总是惜字如金,带着一种高冷的感觉。然而,这并不影响团队对PCR事业的热忱和激情。队长Ken正在筹措成立自己的公司,争取将这一愿景化为现实,让开源PCR仪离我们更近一点,再近一点。

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Abin

我还没有学会写个人说明!

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