在我們周圍有很多細(xì)小生物的存在，但是由于視角受限，我們無法通過肉眼看到這些微生物，例如真菌、細(xì)菌、病毒等，它們有的對(duì)人類充滿惡意，想要對(duì)人類發(fā)起進(jìn)攻，我們將其稱為病原體。

從上世紀(jì)70年代末，我們一直在探索如何感知病原體對(duì)我們的入侵，不斷尋找微生物病原體的“特征”，借此檢測(cè)它們的存在。

到現(xiàn)在，我們已經(jīng)能夠通過科學(xué)的手段準(zhǔn)確檢測(cè)到病原體的存在，而新一輪的挑戰(zhàn)也悄然而至。2020年初新冠疫情爆發(fā)，公共醫(yī)療體系超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，檢測(cè)新冠病毒不僅需要高精確度，還需要高檢測(cè)速度和高安全性。

盡管新冠疫情在中國(guó)已經(jīng)進(jìn)入了常態(tài)化防控階段，但全球新冠肺炎確診人數(shù)持續(xù)增加，新冠病毒檢測(cè)進(jìn)入到下一階段，即面對(duì)廣泛場(chǎng)景，如機(jī)場(chǎng)、車站、社區(qū)醫(yī)院、鄉(xiāng)村衛(wèi)生站、居家自測(cè)等環(huán)境下，如何快速、精準(zhǔn)、便捷地檢測(cè)新冠病毒，是下一個(gè)需要解決的痛點(diǎn)。

新冠疫情突發(fā)，臨危受命緊急研發(fā)新冠病毒核酸檢測(cè)儀

四川省科技廳2月初緊急立項(xiàng)，發(fā)起新冠病毒感染肺炎疫情聯(lián)防聯(lián)控緊急科研攻關(guān)項(xiàng)目，由一線醫(yī)療工作者四川大學(xué)華西醫(yī)院臨床檢驗(yàn)科牽頭，尋找國(guó)內(nèi)優(yōu)秀的精準(zhǔn)檢測(cè)診斷技術(shù)專家進(jìn)行合作，共同研發(fā)病原體核酸檢測(cè)儀。

北京航空航天大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程高精尖創(chuàng)新中心和生醫(yī)學(xué)院常凌乾教授課題組，從事生物微納米芯片及其在單細(xì)胞基因檢測(cè)和病原體分子快速檢測(cè)等領(lǐng)域的研究已有10余年時(shí)間。 他聯(lián)合北航樊瑜波教授、王楊副研究員，在四川省科技廳和北京市生物醫(yī)學(xué)工程高精尖創(chuàng)新中心經(jīng)費(fèi)的支持下，與四川大學(xué)華西醫(yī)院臨床檢驗(yàn)科李為民教授、應(yīng)斌武教授、耿佳研究員聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，共同設(shè)計(jì)和研發(fā)一款病原體即時(shí)快速檢測(cè)平臺(tái)。

疫情初期，每個(gè)人都處于居家隔離的狀態(tài)，幾乎所有科研工作者的實(shí)驗(yàn)室都處于停擺階段，原材料的獲取成為要攻克的首要難題。常教授課題組迎難而上，從確定核酸擴(kuò)增方式、設(shè)計(jì)引物序列、設(shè)計(jì)核酸擴(kuò)增芯片通道到試驗(yàn)新冠病毒核酸檢測(cè)，僅僅耗時(shí)兩周，為一線臨床工作者爭(zhēng)取到了寶貴的時(shí)間。

回憶起驚心動(dòng)魄的兩周，常教授仍心懷激動(dòng)：“時(shí)間緊迫，我們的精神都處于高度集中的狀態(tài)，從最開始的設(shè)計(jì)微流控芯片轉(zhuǎn)到設(shè)計(jì)微陣列芯片，從無法正常訂購(gòu)擴(kuò)增引物和聚合酶到在倉(cāng)庫里完成引物溶液封裝，我們整個(gè)課題組都在高速運(yùn)轉(zhuǎn)，最后成功地在兩周時(shí)間內(nèi)完成了這項(xiàng)艱巨的任務(wù)�！�

該病原體即時(shí)快速檢測(cè)平臺(tái)由便攜式檢測(cè)儀和恒溫?cái)U(kuò)增檢測(cè)微孔陣列芯片構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)高靈敏度、快速、高通量的病原體核酸檢測(cè)。該檢測(cè)平臺(tái)檢測(cè)靈活度高，不僅可以對(duì)新冠病毒進(jìn)行核酸檢測(cè)，還可以對(duì)其他流行性病原體，例如瘧疾、肺結(jié)核、登革熱等進(jìn)行快速便捷的核酸檢測(cè)，具有重要的時(shí)效性和重大意義。

快速、可視化、便攜式，是臨床醫(yī)生現(xiàn)場(chǎng)核酸檢測(cè)想要的儀器

病原體檢測(cè)和人類健康息息相關(guān)，病原體檢測(cè)的研究始于上世紀(jì)70年代末期，從微生物培養(yǎng)觀察病原體表型發(fā)展到抗體檢測(cè)、核酸檢測(cè)，快速、便捷、準(zhǔn)確的病原體檢測(cè)一直是研究的終極目標(biāo)。

病原體檢測(cè)方式

在病原體疫情高發(fā)期，往往利用廉價(jià)、快速的抗體檢測(cè)作為大規(guī)模篩查的手段，但是抗體檢測(cè)效果依賴于受試個(gè)體的免疫力，通常會(huì)產(chǎn)生一定滯后性。核酸檢測(cè)被普遍認(rèn)為是病原體檢測(cè)的金標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確度和靈敏度更高。常見的核酸檢測(cè)儀利用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）對(duì)病原體核酸進(jìn)行擴(kuò)增，檢測(cè)下限可達(dá)單拷貝／毫升，是待測(cè)咽拭子樣本核酸檢測(cè)的廣泛選擇。

但是，PCR擴(kuò)增因?yàn)樯婕暗蕉鄠�(gè)溫度的精準(zhǔn)控制和高儀器制造成本，并不適用于廣泛場(chǎng)景下的病原體核酸檢測(cè)，只需要單個(gè)控溫模塊的恒溫核酸擴(kuò)增檢測(cè)由此進(jìn)入市場(chǎng)。盡管恒溫核酸擴(kuò)增檢測(cè)并不是新鮮事，但是目前該領(lǐng)域仍處于恒溫?cái)U(kuò)增試劑盒配套PCR核酸擴(kuò)增儀組合的階段，對(duì)于低成本恒溫核酸擴(kuò)增儀的開發(fā)仍處于探索階段。

與商用化的病毒核酸PCR檢測(cè)設(shè)備（10～100萬／臺(tái)，～1小時(shí)）相比，北航和華西醫(yī)院聯(lián)合開發(fā)的這款恒溫病原體核酸擴(kuò)增檢測(cè)一體機(jī)，在成本（1萬／臺(tái)）、高通量、高靈敏、快速檢出（25分鐘）等方面，具有突出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，非常適合基層、鄉(xiāng)村以及人流聚集環(huán)境下的病原體快速檢測(cè)。該一體機(jī)提供了一個(gè)便攜式、開放式恒溫核酸擴(kuò)增檢測(cè)平臺(tái)。

病原體快速檢測(cè)便攜式設(shè)備的外觀和功能模塊

該一體機(jī)采用環(huán)介導(dǎo)恒溫?cái)U(kuò)增方式，自主設(shè)計(jì)6條引物對(duì)病原體的3個(gè)特征基因位點(diǎn)進(jìn)行特異性擴(kuò)增，25分鐘即可通過顏色反應(yīng)輸出可視化檢測(cè)結(jié)果；儀器內(nèi)置陽性和陰性對(duì)照，提高檢測(cè)精準(zhǔn)度。

除此之外，常教授課題組對(duì)核酸檢測(cè)微納通道進(jìn)行改造，設(shè)計(jì)特殊錐形微孔陣列高通量芯片，只需要微量試劑即可平行進(jìn)行待測(cè)樣本核酸的保存、提取富集、擴(kuò)增和顯色檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)64個(gè)待測(cè)樣本高通量檢測(cè)。例如，可在同一芯片上檢測(cè)3～64例新冠病毒咽拭子核酸樣本，或同時(shí)檢測(cè)1～16種不同病原體，包括瘧疾、肺結(jié)核、登革熱等。該芯片結(jié)構(gòu)采用塑料激光加工，配套檢測(cè)試劑，總成本在10元／人份以內(nèi)。

新型核酸檢測(cè)微孔陣列芯片

不只是科研成果，更是實(shí)實(shí)在在的市場(chǎng)產(chǎn)品

川大華西醫(yī)院始終奮斗在抗疫一線，不僅為該病原體核酸檢測(cè)一體機(jī)提供了新冠病毒臨床檢測(cè)試驗(yàn)的環(huán)境，還對(duì)一體機(jī)在廣泛場(chǎng)景下的使用提供了指導(dǎo)意見。例如開蓋式一體機(jī)的設(shè)計(jì)提議，將有利于醫(yī)務(wù)人員轉(zhuǎn)換檢測(cè)場(chǎng)景和替換檢測(cè)芯片。

針對(duì)新冠病毒，配套設(shè)計(jì)的恒溫?cái)U(kuò)增引物對(duì)ORF／N／E三個(gè)基因位點(diǎn)同時(shí)開展檢測(cè)，并通過內(nèi)源控制，判斷是否人的基因組，以提高檢測(cè)靈敏度和特異性；同一芯片可檢測(cè)3～64例新冠病毒咽拭子核酸樣本。該病原體核酸檢測(cè)一體機(jī)已在華西醫(yī)院開展了200余例核酸樣本檢測(cè)，靈敏度大于95％，特異性大于95．3％。

華西醫(yī)院臨床樣本檢測(cè)結(jié)果

該項(xiàng)目目前在中關(guān)村概念驗(yàn)證支持計(jì)劃的支持下，已完成樣機(jī)的功能測(cè)試和初步檢測(cè)，下一步開展注冊(cè)檢驗(yàn)和臨床樣本驗(yàn)證，準(zhǔn)備注冊(cè)申報(bào)。

常教授團(tuán)隊(duì)目前正在計(jì)劃病原體核酸檢測(cè)一體機(jī)的落地，相信不管是通過專利轉(zhuǎn)讓還是技術(shù)入股，亦或是聯(lián)合公司開展醫(yī)療器械注冊(cè)申報(bào)和臨床檢驗(yàn)，快速的精準(zhǔn)檢測(cè)和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景都可以讓該產(chǎn)品在病原體核酸市場(chǎng)中占有一席之地。

作者：唐巧