在我們周圍有很多細小生物的存在，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、細菌、病毒等，它們有的對人類充滿惡意，想要對人類發(fā)起進攻，我們將其稱為病原體。

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

到現(xiàn)在，我們已經(jīng)能夠通過科學的手段準確檢測到病原體的存在，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)療體系超負荷運轉(zhuǎn)，檢測新冠病毒不僅需要高精確度，還需要高檢測速度和高安全性。

盡管新冠疫情在中國已經(jīng)進入了常態(tài)化防控階段，但全球新冠肺炎確診人數(shù)持續(xù)增加，新冠病毒檢測進入到下一階段，即面對廣泛場景，如機場、車站、社區(qū)醫(yī)院、鄉(xiāng)村衛(wèi)生站、居家自測等環(huán)境下，如何快速、精準、便捷地檢測新冠病毒，是下一個需要解決的痛點。

新冠疫情突發(fā)，臨危受命緊急研發(fā)新冠病毒核酸檢測儀

四川省科技廳2月初緊急立項，發(fā)起新冠病毒感染肺炎疫情聯(lián)防聯(lián)控緊急科研攻關項目，由一線醫(yī)療工作者四川大學華西醫(yī)院臨床檢驗科牽頭，尋找國內(nèi)優(yōu)秀的精準檢測診斷技術專家進行合作，共同研發(fā)病原體核酸檢測儀。

北京航空航天大學生物醫(yī)學工程高精尖創(chuàng)新中心和生醫(yī)學院常凌乾教授課題組，從事生物微納米芯片及其在單細胞基因檢測和病原體分子快速檢測等領域的研究已有10余年時間。 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)學工程高精尖創(chuàng)新中心經(jīng)費的支持下，與四川大學華西醫(yī)院臨床檢驗科李為民教授、應斌武教授、耿佳研究員聯(lián)合團隊，共同設計和研發(fā)一款病原體即時快速檢測平臺。

疫情初期，每個人都處于居家隔離的狀態(tài)，幾乎所有科研工作者的實驗室都處于停擺階段，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，從確定核酸擴增方式、設計引物序列、設計核酸擴增芯片通道到試驗新冠病毒核酸檢測，僅僅耗時兩周，為一線臨床工作者爭取到了寶貴的時間。

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

該病原體即時快速檢測平臺由便攜式檢測儀和恒溫擴增檢測微孔陣列芯片構成，實現(xiàn)高靈敏度、快速、高通量的病原體核酸檢測。該檢測平臺檢測靈活度高，不僅可以對新冠病毒進行核酸檢測，還可以對其他流行性病原體，例如瘧疾、肺結核、登革熱等進行快速便捷的核酸檢測，具有重要的時效性和重大意義。

快速、可視化、便攜式，是臨床醫(yī)生現(xiàn)場核酸檢測想要的儀器

病原體檢測和人類健康息息相關，病原體檢測的研究始于上世紀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、核酸檢測，快速、便捷、準確的病原體檢測一直是研究的終極目標。

病原體檢測方式

在病原體疫情高發(fā)期，往往利用廉價、快速的抗體檢測作為大規(guī)模篩查的手段，但是抗體檢測效果依賴于受試個體的免疫力，通常會產(chǎn)生一定滯后性。核酸檢測被普遍認為是病原體檢測的金標準，準確度和靈敏度更高。常見的核酸檢測儀利用聚合酶鏈式反應（PCR）對病原體核酸進行擴增，檢測下限可達單拷貝／毫升，是待測咽拭子樣本核酸檢測的廣泛選擇。

但是，PCR擴增因為涉及到多個溫度的精準控制和高儀器制造成本，并不適用于廣泛場景下的病原體核酸檢測，只需要單個控溫模塊的恒溫核酸擴增檢測由此進入市場。盡管恒溫核酸擴增檢測并不是新鮮事，但是目前該領域仍處于恒溫擴增試劑盒配套PCR核酸擴增儀組合的階段，對于低成本恒溫核酸擴增儀的開發(fā)仍處于探索階段。

與商用化的病毒核酸PCR檢測設備（10～100萬／臺，～1小時）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增檢測一體機，在成本（1萬／臺）、高通量、高靈敏、快速檢出（25分鐘）等方面，具有突出的技術優(yōu)勢，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。該一體機提供了一個便攜式、開放式恒溫核酸擴增檢測平臺。

病原體快速檢測便攜式設備的外觀和功能模塊

該一體機采用環(huán)介導恒溫擴增方式，自主設計6條引物對病原體的3個特征基因位點進行特異性擴增，25分鐘即可通過顏色反應輸出可視化檢測結果；儀器內(nèi)置陽性和陰性對照，提高檢測精準度。

除此之外，常教授課題組對核酸檢測微納通道進行改造，設計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行待測樣本核酸的保存、提取富集、擴增和顯色檢測，實現(xiàn)64個待測樣本高通量檢測。例如，可在同一芯片上檢測3～64例新冠病毒咽拭子核酸樣本，或同時檢測1～16種不同病原體，包括瘧疾、肺結核、登革熱等。該芯片結構采用塑料激光加工，配套檢測試劑，總成本在10元／人份以內(nèi)。

新型核酸檢測微孔陣列芯片

不只是科研成果，更是實實在在的市場產(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一體機提供了新冠病毒臨床檢測試驗的環(huán)境，還對一體機在廣泛場景下的使用提供了指導意見。例如開蓋式一體機的設計提議，將有利于醫(yī)務人員轉(zhuǎn)換檢測場景和替換檢測芯片。

針對新冠病毒，配套設計的恒溫擴增引物對ORF／N／E三個基因位點同時開展檢測，并通過內(nèi)源控制，判斷是否人的基因組，以提高檢測靈敏度和特異性；同一芯片可檢測3～64例新冠病毒咽拭子核酸樣本。該病原體核酸檢測一體機已在華西醫(yī)院開展了200余例核酸樣本檢測，靈敏度大于95％，特異性大于95．3％。

華西醫(yī)院臨床樣本檢測結果

該項目目前在中關村概念驗證支持計劃的支持下，已完成樣機的功能測試和初步檢測，下一步開展注冊檢驗和臨床樣本驗證，準備注冊申報。

常教授團隊目前正在計劃病原體核酸檢測一體機的落地，相信不管是通過專利轉(zhuǎn)讓還是技術入股，亦或是聯(lián)合公司開展醫(yī)療器械注冊申報和臨床檢驗，快速的精準檢測和廣泛的應用場景都可以讓該產(chǎn)品在病原體核酸市場中占有一席之地。

作者：唐巧