怀柔科学城“牵针引线”，协同攻关破解“微米级难题”
近期，由京津冀国家技术创新中心（怀柔科学城）、怀柔科学城科技服务有限公司联合主办的怀柔科学城平台设施与产业协同发展交流会——康沃思HyperPrint细胞打印设备交付仪式在怀柔科学城圆满举行。
交付仪式的背后，是一场由平台牵线、院所出需求、企业交答卷的协同攻关。而故事的起点，源于一个让无数学者头疼不已的“微米级难题”。
把细胞按照它们在体内的空间关系摆放好，模拟肿瘤生长、神经元连接或是药物作用的真实环境——在生命科学的前沿，科学家们正试图在培养皿里重建人体内部的微环境，这听起来就像是在用“镊子搭积木”。
但细胞并不是规则的“积木”，而是高度敏感、状态多变的生命单元。它们需要在液体环境中保持活性，却又要被精准放置在特定位置展开研究，并且许多样本往往来自患者组织，数量有限，一旦在操作过程中损失，便难以重复获取。
如何在不扰动样本的前提下，实现对细胞落点的精确控制？围绕这一难题，怀柔本土企业康沃思（北京）生物科技有限公司仅用三个月时间，向中国科学院生物物理研究所交付了一台HyperPrint细胞打印设备，在保持样本活性的同时，实现了对落点的精准控制。
在微米间“穿针”
如果要看清细胞内部的超微结构，需要把样品减薄到几十纳米，薄到电子束可以穿透，再送进电子显微镜里成像。减薄用的离子束可以切削柔软的细胞，却对坚硬的金属梁无能为力，因此要求细胞必须落在载网上特定的位置。
载网是一片直径只有3毫米的小圆片，上面密布着被金属梁分隔的细小网格，最小的格子间距只有三四十微米。对科研人员来说，难点在于把它放在准确的位置上。康沃思（北京）生物科技有限公司创始人段学欣用“穿针”来形容这一过程，“只不过这个针孔要小上100倍”。科研人员进一步解释道，就好像要去一栋大楼，到门口是一种精度，进入某个房间是另一种精度，而我们提出的需求，是落到房间的正中央。
在此之前，几乎没有现成的设备能够实现这一精度，研究人员基本靠两种方式应对：一种是碰运气，把样品泛泛地加上去，落在合适的位置就减薄，没落到就重新开始；另一种是提前对载网做处理，在每个格子中央刻出专门的粘附区域，引导细胞定点贴附，但这需要借助光刻机，成本高昂。与此同时，电镜观测本身效率相当高，但制样往往需要数小时，这一过程容易造成样本损失与活性下降。
这些难点都指向了一个问题：如何在微米尺度内，将极微量液滴精准投放到指定坐标？
“锤子”找到合适的“钉子”
特声波是一种频率达到千兆赫兹级的高频声波，振动速度是普通超声波的100到1000倍，通过MEMS（微机电系统）芯片激发，它可以在极小范围内把振动能量集中起来，推动周围的液体产生高速流动，从而在微观尺度上实现极快的液体加速，产生兆倍重力加速度量级的声流体。段学欣及其团队围绕这项底层技术已经深耕了十余年，他形容道“手里有一把厉害的锤子，问题在于要为锤子找到合适的‘钉子’”。
中国科学院生物物理研究所的需求，恰好成为了那枚“钉子”。
在此之前，段学欣团队对标开发了用于96孔板、384孔板分液的处理设备，其核心能力在于控制液滴体积，精准打入指定孔位。但生物物理研究所的需求多了一个维度：不只控制体积，还要控制其在空间中的落点，“本质上，它从一个精密移液器，变成了一个精密打印设备。”段学欣说。
“又给团队‘找麻烦’了”，段学欣回忆道，在听到这一需求时，技术团队认真评估了“解题”的可能性，发现透射电镜铜网进样是相关研究中普遍存在的共性难题，而问题的解决有可能带动相关技术能力向更广的领域外溢。
在明确方向后，研发迅速推进，从2026年1月需求确认到3月底原型机完成，整个周期仅花费约3个月。
此次交付的HyperPrint细胞打印设备以非接触方式，通过皮升级的喷头，将液滴准确投放到载网上的指定位置，把一个靠经验、运气和手感的操作，转化为可控、可复现的精准过程。
在软硬件联调过程中，段学欣团队接触到了更多生物医学领域的用户，逐渐发现这种在微米尺度上定点放置的能力，正是体外微环境构建所缺失的关键环节。这也与科研人员此前的设想不谋而合：多模态跨尺度生物医学成像设施本身具备定点成像的能力，如果能够将类器官直接“打印”到载网的指定位置，后续成像便可以直接对准感兴趣的结构，省去大量定位的工夫。
“一线牵两端”
这场科研院所与企业的双向奔赴，离不开京津冀国家技术创新中心（怀柔科学城）的“穿针引线”：参观多模态跨尺度生物医学成像设施是段学欣来怀柔科学城考察的环节之一。正是在这次参观中，双方围绕电镜制样中的具体问题展开交流，并在当日进入会议讨论，在一两个小时内完成了需求与技术路径的初步对接。
新的需求正不断涌入。交付仪式现场，来自多模态跨尺度生物医学成像设施、北京大学未来技术学院、301医院、天津肿瘤医院、仪器信息网、怀柔仪器传感器产业链上下游企业及科技服务生态的与会者共同见证了这台设备的正式落地。他们带着科研场景中的具体问题而来，也将催生更多可能性，段学欣说：“今天接触的几位研究者对我们的设备和技术都表现出浓厚的兴趣，未来与科学城生态内各方还有更多潜在的合作空间。”
怀柔科学城提供的，正是这样一个让需求方和解题方得以相遇的平台。如果说科研是在微米尺度上“穿针”，解决样本如何落点的问题，那么平台就是那根将需求与技术的两端精准牵起、让难题迎刃而解的“引线”。
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来源：怀柔科学城
编辑：魏润佳
