清華團隊研發核酸檢測卡盒 居家檢測30分鐘內出結果

在回答這個問題前，首先需要科普一下核酸檢測到底是什麼，以及為什麼它能準確地檢出新冠病毒。

核酸就好比一張設計圖紙，沒有它就永遠蓋不好一座大樓。

現在常用的檢測方式如熒光PCR法（Polymerase Chain Reaction，聚合酶鏈式反應），便是利用PCR可以在生物體外擴增特定的DNA片段，從而達到檢測的目的。

換句話說，待測樣品（疑似病人試樣）就好比一個陌生人，我們不知道他是誰，但他有一張獨一無二的“身份證”——目標DNA。我們利用PCR法不但可以看到他的“身份證”，還可以擴增複製很多張，從而利用熒光檢測來確定他到底是誰！

這個過程說來簡單，但實際操作並不容易。

劉鵬（左）、白淨衛（中）、李寅青（右）

“我們在技術攻關中，採用了巢式等溫擴增（ITA）技術。”白淨衛表示。

所謂的“巢式”，可以理解為 “巢狀”，一個環節巢狀一個環節。白淨衛把新冠檢測這類恆量核酸樣本的擴增的過程比喻為“運動員長跑”，運動員一開始速度很快，但是往往耐力不足。樣品擴增也是如此，一開始複製很快，但中途就衰減下來，所以為了提高速度，他們把“長跑”改成 “接力跑”，可以在短時間內完成對個位數的新冠病毒進行檢測。

為了克服傳統檢測方法出現“假陰性高”問題，李寅青表示，他們在樣本獲取、核酸擴增、病原識別、膠體金免疫層析顯色等環節，都進行了整合簡化，減少檢驗人員的干預，提升檢測的靈敏度。

“比如在簡化樣本處理方面，由於咽拭子樣本通常含有抑制反應的雜質，常規檢測樣本通常需要經過核酸提取過程，這個流程費時且人工操作相對複雜，不適合未經培訓的人員使用。”李寅青說，他們通過優化裂解流程和後端擴增試劑，實現不經過核酸提取直接進入反轉錄等溫擴增的流程，極大的降低檢測過程複雜性，減少了因雜質導致的“假陰性”案例。

李寅青介紹，他們用新研發的技術對19 例 QPCR（傳統的實時熒光定量PCR方法）陽性患者樣本進行了複合，結果全部可以檢出。

“結果證明了本專案的靈敏度接近QPCR的靈敏程度，QPCR是300 拷貝/毫升（copies/ml），我們的靈敏度小於400拷貝/毫升。此外，與近期於國際頂級期刊 Nature Biotechnology 報導的美國加州基於CRISPR原理開發的高靈敏度技術相比，本專案獨創的帶標籤的巢式等溫擴增技術檢測時間更短靈敏度更高。”李寅青表示。

劉鵬在醫學院生醫系一直從事微流控與生物晶片方面的研究工作。“這個專案最初的想法就是實現居家使用，形狀要便攜，效能要整合。藥學院專案組前期開發的檢測試劑靈敏度高，速度快，受雜質干擾小，恆溫檢測對溫控要求低，這些都為卡盒一體化整合提供了有利前提。”他提到“整合”的概念，“把檢測環節都集中一個卡盒上，通過精密的流體控制，達到高靈敏度的檢測效果。”

劉鵬介紹，以上操作和試劑將由“一體整合化微流控卡盒”承載：第一步，移動杆帶動注射器式的活塞導致裂解的樣品流入第一個等溫擴增腔；第二步，反應10 分鐘後，反應產物被稀釋；第三步，泵入第二個等溫反應室進行帶探針的進一步擴增；最後，將反應混合物泵入裝有層流試紙條的室中，以讀出測試結果。這其中，卡盒含有 USB 或電池供電的簡易恆溫電路，可以提供擴增反應所需要的溫度。

由美術學院趙超教授完成的卡盒外觀設計成品

據悉，下一步，該專案團隊將推進小批量卡盒裝配，驗證批量化生產的可行性，同時與醫院合作，加快臨床樣本的驗證。目前，團隊也正在積極尋找未來的合作伙伴，加快檢測卡盒的報批工作。

今年春節，“武漢封城”的訊息讓三人坐立不安。當時，他們不約而同搜尋了領域內的相關論文並諮詢了戰鬥在抗疫一線的醫護工作者，發現核酸檢測領域缺少這種能實現一體化、自助操作、高靈敏度的檢測技術。在交流中一拍即合！他們立即決定開展研發，希望新產品無需任何儀器裝置或操作員培訓，即可作為門診、現場或家庭自助式病毒檢測手段。

說幹就幹！大年初四，三人在李寅青家裡集合一起討論。習慣了平時討論把思路寫在展板上的仨人，把李寅青家的客廳當成了實驗室，用孩子的彩筆把思路寫在了牆上。

“之後，我們基本是按照當時的思路一步步的實現。” 李寅青說，從2月的思路規劃、設計膠囊卡盒，到3月的Nest ITA和3D微流控，到4月的臨床樣本、卡盒整合，一步接一步。面對疫情，誰也不敢鬆懈，剛開始因為疫情影響，主要工作都是三個人親力親為，後來陸續有年輕的研究生們放棄寒假休息主動加入，丁勝老師讓出了自己的細胞間，魯白老師派學生前來充實人手，程京老師給予很多指導意見，期間也獲得了很多熱心抗疫的企業幫助和奮鬥在抗疫一線的醫務專家的指導，現如今，他們已經把5月、6月甚至到今年年底的攻關計劃安排好，逐步推進。

本文來源：清華大學