檢測試劑盒是否充足以及是否有效，是新冠肺炎疫情下防控工作中極為關(guān)鍵的一環(huán)。一項(xiàng)發(fā)表在《自然》雜志上的研究認(rèn)為，“60% 的新冠病毒感染者可能會(huì)表現(xiàn)出無癥狀或者癥狀輕微”，如果這些患者未能及時(shí)接受檢測，將會(huì)導(dǎo)致更多人感染，不利于疫情防控工作的開展。

可見，對(duì)于防控一場突如其來的疫情，如何設(shè)計(jì)和制備快速、低成本、簡易適用的患者核酸檢測芯片，進(jìn)一步提升準(zhǔn)確率和 “假陰性” 特異性，是實(shí)現(xiàn)疫情防控和診治工作最關(guān)鍵的一環(huán)。

針對(duì)新冠病毒的快速、精準(zhǔn)檢測需求，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)院青年千人常凌乾教授團(tuán)隊(duì)用兩周的時(shí)間，成功研制出快速、高靈敏度的多參數(shù)新型核酸檢測芯片，以核酸恒溫?cái)U(kuò)增檢測技術(shù)為關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合多參數(shù)檢測微孔器件，同時(shí)開展新型冠狀病毒快速核酸檢測、患者快速篩查模型構(gòu)建等相關(guān)檢測技術(shù)研究。

常凌乾對(duì) DeepTech 表示，“現(xiàn)在醫(yī)院內(nèi)普遍使用 PCR 法，這種方法的缺點(diǎn)是檢測速度比較慢，可能 2 天、甚至 3 天才能得出結(jié)果，使用恒溫?cái)U(kuò)增法可以解決這一問題。”

PCR 法是如今醫(yī)院內(nèi)使用最多的方式，分為熒光定量 PCR 和數(shù)字 PCR。主要原理是，溫度變化會(huì)導(dǎo)致病毒與檢測試劑中的引物結(jié)合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)擴(kuò)增，擴(kuò)增之后就會(huì)出現(xiàn)顏色變化，可以基于此來判斷樣本中病毒的含量是多少。但其成本很高，一臺(tái)熒光定量 PCR 檢測儀器，成本大概在 30-50 萬，而數(shù)字 PCR 檢測儀器更是有 100-200 萬以上，受價(jià)格的限制，這類儀器只能放在醫(yī)院內(nèi)或者核心實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用，而不能用于快速現(xiàn)場檢測。

而恒溫?cái)U(kuò)增法則不同，它最大的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于它不需要貴重的儀器，它可以進(jìn)行快速的現(xiàn)場檢測。其原理為，研究人員在選取特異性 DNA 片段之后，會(huì)在目標(biāo) DNA 片段的周圍選幾個(gè)不同的引物區(qū)域，用這幾個(gè)引物區(qū)域的基因序列作為待測的 DNA 序列，然后再去合成可以與它一一配對(duì)的底物的溶液。當(dāng)被檢測的病人樣本與檢測溶液混合以后，如果目標(biāo) DNA 序列可以與溶液中提前設(shè)計(jì)好的引物全部配對(duì)，就會(huì)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)增，研究人員根據(jù)擴(kuò)增后的顯色反應(yīng)，對(duì)檢測結(jié)果進(jìn)行判斷。

“我們這種低成本的、具有聚合物微孔陣列的芯片，每個(gè)孔都可以作為反應(yīng)的區(qū)域，可以在整個(gè)芯片上做幾十到上百種檢測?！?常凌乾說。

圖 | 多參數(shù)核酸恒溫?cái)U(kuò)增檢測器件設(shè)計(jì)

相比市面上現(xiàn)有技術(shù)，該器件基于核酸恒溫快速檢測關(guān)鍵技術(shù)，確定了 6 條引物，該芯片在新冠病毒檢測中具有快速檢出（90%）、假陰性特異性（

圖 | 快速檢測芯片系統(tǒng)對(duì)新冠病毒的擴(kuò)增和檢測結(jié)果

此外，該芯片不僅為新型冠狀病毒的即時(shí)快速檢測提供了高效的工具和技術(shù)手段，還可以推廣應(yīng)用于其他多種病毒、細(xì)菌的檢測和研究，有望為傳染性流行病的檢測提供傳感器技術(shù)及系統(tǒng)解決方案新手段。

“可以檢測很多，主要取決于你怎么去設(shè)計(jì)引物。只要設(shè)計(jì)好不同的引物，就可以去測不同的病毒，比如我們可以在同一個(gè)芯片上同時(shí)檢測瘧疾、SARS、 MERS 和 H1N1 等，只要是可以體現(xiàn)出特異性結(jié)合位點(diǎn)信息的基因片段，就可以根據(jù)設(shè)計(jì)出的檢測引物來進(jìn)行檢測?！?常凌乾說。

“假陰性” 問題是新冠病毒檢測工作的難題之一。對(duì)此，常凌乾認(rèn)為，造成 “假陰性” 問題主要有兩點(diǎn)原因，第一點(diǎn)可能是出院前的檢測不準(zhǔn)確，也就是說患者本身并沒有被治愈，只不過是相關(guān)數(shù)值下降了，由于檢測試劑的靈敏度而導(dǎo)致檢測結(jié)果為陰性，這應(yīng)該是最主要的原因；另一點(diǎn)是，有可能病毒出現(xiàn)了變體，導(dǎo)致它的序列發(fā)生了變化，進(jìn)而導(dǎo)致檢測結(jié)果不準(zhǔn)確，但目前來看，這種情況的可能性很小，病毒變異還不是導(dǎo)致檢測結(jié)果不準(zhǔn)確的主要原因。

“未來我們應(yīng)該結(jié)合生物醫(yī)學(xué)的微納米技術(shù)，研發(fā)以核酸抗體為目標(biāo)的類似于傳感器技術(shù)或者單細(xì)胞單分子的分析技術(shù)，然后做現(xiàn)場的快速檢測，研發(fā)具有高靈敏度、快速簡易的檢測系統(tǒng)，而且整個(gè)方向肯定是要以產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化和實(shí)際臨床市場應(yīng)用為導(dǎo)向。” 常凌乾表示。