DNA 測序的成本以比摩爾定律更快的速度下降，從而打開了測序領域的大市場。 預計到 23 年，僅用於癌症治療的基因組學就將達到 2025 億美元，但用於測序的樣品製備成本停滯不前，導致該領域出現重大瓶頸。

傳統的樣品製備，例如將唾液樣品中的 DNA 轉化為可以輸入測序機的東西，依賴於液體處理機器人。 它本質上是一個配備移液器吸頭的機械臂，可將液體樣品移至塑料板和放置在平台上的其他儀器。 這些系統涉及多次流體轉移，導致試劑和样品利用率低，這意味著 DNA 測序較少。 此外，它們是缺乏集成並依賴昂貴耗材的獨立數據孤島系統。

與傳統的液體處理自動化不同，麻省理工學院媒體實驗室衍生的 Volta Labs 開發的解決方案套件為各種工作流程提供端到端集成。 它是昂貴的液體處理機器和手動移液的時尚替代品。 “我們的技術是一種低成本的小型台式設備，耗材使用量最少，能夠快速靈活地組合新的生物工作流程，”Volta Labs 聯合創始人兼工程主管 Will Langford SM '14 博士說'19.

Volta 平台基於 Langford 的聯合創始人、Volta Labs 首席執行官 Udayan Umapathi SM '17 在麻省理工學院開發的數字微流體技術。 創新背後的核心原理稱為電潤濕。 它允許用戶操縱印刷電路板周圍的液滴來執行生物反應，從原始樣本到可以在測序機上運行的準備好的庫自動化。

Umapathi 帶著他所說的“對從頭開始構建自動化的迷戀”來到媒體實驗室。 儘管受過工程師培訓，Umapathi 已將他的技能應用於各個領域。 2015 年，他創立了一家初創公司，該公司創建了網絡和物理工具，以支持數字製造的內容創建。 然而，在為一家合成生物學公司工作，為基因組工程解決方案設計液體處理系統時，他發現自動化的擴大是該領域的痛點。

與此同時，Langford 在 Bits and Atoms 中心度過了他在麻省理工學院的時光，這是一個令人自豪的跨學科項目，探索計算機科學和物理科學之間的界限。 他的研究集中在工程學可以從生物學中學習的想法上。 換句話說，所有的生命都是由 20 個氨基酸組成的，所以，蘭福德想，為什麼不嘗試一些類似的工程呢？

實際上，這意味著他用一小組毫米級零件構建了集成機器人。 “最終，我試圖讓工程學更像生物學，”他反思道。 “我認為 Volta 是一個機會，可以顛覆它並使用自動化將生物學更像是工程學。 我們希望為生物學家提供工具，以更精細的粒度和更大的數字靈活性來操縱液體和生物反應。”

雖然 Volta 的自動化平台通過集成複雜的工作流程簡化了樣品製備，但它還通過新的耗材結構降低了空間成本。 電路板和样板之間有一層耗材，每次運行後將其取下並更換。 傳統的耗材是昂貴的、導電編碼的塑料或大型微流體結構。 然而，Volta 使用簡單的塑料薄膜來降低消耗品的成本，這為基因測序的廣泛採用打開了大門。

所有這些都指向基因測序空間中更有效和更包容的模型。 多虧了 Volta，很快，有能力投資自動化的將不僅僅是大型生物技術公司。 學術實驗室、核心設施和中小型生物技術公司無需擔心是否買得起昂貴的機械機器人。 “讓我興奮的是，我們正在為早期和中低通量生物技術公司提供強大的工具，使他們能夠與更大的參與者競爭，這對整個行業都有好處，”說烏瑪帕蒂。

事實上，在生物技術領域使用的傳統自動化機器也有其自身的問題。 它們容易出錯，您無法擴展它們。 以 Illumina 的 NovaSeq 測序儀為例。 它能夠在不到兩天的時間內對 48 個完整的人類基因組進行測序——這是 20 億次獨特的讀取——但目前還沒有自動化來大規模地餵養這些機器。 “為了日復一日地運行這些機器，成本根本沒有意義，這就是我們必須解決測序和样品製備成本的原因，”Umapathi 說。

Volta 的系統建立在固態電子設備上，這家位於波士頓的初創公司正在尋求利用半導體製造行業和 PCB 製造行業的可擴展性。 “目標，”蘭福德解釋說，“是讓生物學家能夠創建一個實驗并快速修改它，對其進行迭代，並生成大規模觀察生物學所需的數據。”

除了樣品製備瓶頸，最終，Umapathi 和 Langfordwork 的工作將影響合成生物學行業和生物製藥行業的各種應用。 根據 Umapathi 的說法，診斷將發生轉變。 “我們可以通過將移液器吸頭的使用量減少 20 或 50 次來幫助生物行業。 在特定的工作流程中，我們幾乎可以完全消除供應鏈中的這一瓶頸，”他說。

為了完成這一切，在像生物學這樣複雜的領域進行真正的創新，Umapathi 和 Langford 堅持認為多學科系統的觀點是必不可少的。 這是 Volta 方法特別適用於基因組測序和整個生物學的原因。 “Volta 是一家新型的生物技術公司，”Umapathi 說。 “不可避免的是，更多的工程師和系統思想家以及那些想要構建工具以更好地設計生物學的人將加入我們這樣的公司或創辦自己的公司。”

將生物學轉化為工程原理並非易事，但根據 Umapathi 和 Langford 的說法，這是必要的。