用上神奇芯片，新冠篩查有望實(shí)現(xiàn)在家自測

文／陳 曦

新冠病毒已在全球肆虐兩年，更具感染力的突變病毒還有逃避疫苗防疫的可能，這使得人類抗擊新冠肺炎疫情的斗爭將更常態(tài)化、長期化，而新冠病毒檢測始終是抗疫的重要一環(huán)。

近日，天津大學(xué)藥學(xué)院教授張雁與美國哈佛大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)合作，發(fā)明了一種不需要任何電子、光學(xué)器件設(shè)備和操作技能培訓(xùn)的家用新冠自測系統(tǒng)。該系統(tǒng)最快可以在5分鐘內(nèi)檢測出結(jié)果，并以直觀的顯色對比提供肉眼可見的結(jié)果，芯片可以反復(fù)使用50次以上，極大降低了檢測成本，非常適合普通家庭和個(gè)人檢測使用。

微流控芯片可大幅提高檢測準(zhǔn)確率

目前的核酸檢測需要專業(yè)設(shè)備和人員操作，耗時(shí)、耗力，經(jīng)濟(jì)和社會成本高昂，全民檢測也會增加待測人群暴露在易感染環(huán)境中的風(fēng)險(xiǎn)。此外，利用肉眼分辨顯色的傳統(tǒng)膠體金試紙條方法上樣量有限，無法對病毒抗原進(jìn)行擴(kuò)增，最終導(dǎo)致檢測的靈敏度較低。

另一方面，無論常規(guī)的實(shí)時(shí)熒光定量PCR核酸檢測，還是依賴DNA擴(kuò)增的恒溫檢測，都需要專業(yè)人員操作以及專業(yè)儀器設(shè)備，包括許多基于特異性抗體的新冠抗原檢測方法，也需要使用熒光標(biāo)記來保證檢測的準(zhǔn)確率。

目前，各國科學(xué)家都在尋找更高效、更低成本和更安全的檢測手段。

為解決這些問題，張雁研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地使用了超高通量的微流控芯片代替了毛細(xì)管層析試紙條，上樣量比傳統(tǒng)的試紙條提高了數(shù)十倍，同時(shí)還規(guī)避了使用膠體金的常規(guī)方法對于低病毒載量樣品容易漏檢的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，微流控芯片內(nèi)部特有的過濾富集通道可以將微量的抗原-抗體結(jié)合物進(jìn)行定向集中，使得顯色增強(qiáng)，無需輔助讀數(shù)設(shè)備即可進(jìn)行肉眼識別。

“傳統(tǒng)的抗原顯色檢測方法對于低濃度的病毒樣本的變色不夠敏感，打個(gè)比方來說，相當(dāng)于把一滴墨水滴到一桶清水里，它的墨色會很淡，不容易看出來。而高通量微流控芯片可以把一桶清水快速過濾掉，然后把這一滴分散的墨水又集中在一起，這樣我們很容易就能用肉眼看到結(jié)果，從而大大地提高了結(jié)果的準(zhǔn)確率?！毖芯繄F(tuán)隊(duì)成員之一、哈佛大學(xué)博士徐江進(jìn)一步解釋，“上樣量大還有一個(gè)直接的好處就是可以支持多人混檢，比如5-10人只要有一個(gè)陽性就能檢測出來，與目前核酸混檢效果一樣，這是傳統(tǒng)的膠體金做不到的?！?/p>

張雁表示，此次研發(fā)的家用微流控檢測平臺非常適合對家庭進(jìn)行大規(guī)模篩查，避免了因核酸采樣、人員流動和聚集造成的病毒傳播，也可以避免醫(yī)務(wù)和專業(yè)檢測人員的超負(fù)荷工作。

操作簡便在家可反復(fù)使用上百次

張雁團(tuán)隊(duì)對微流控芯片進(jìn)行了三次技術(shù)迭代，目前即便病毒載量只有每毫升十幾個(gè)拷貝的弱陽樣品，微流控芯片也能很容易地檢測出來。

張雁介紹：“該檢測芯片使用了兩種由不同抗體修飾的微米球和納米球，顏色分別是白色和紅色，當(dāng)樣本中沒有病毒抗原時(shí)，紅色納米球可以快速被具有特定截留孔徑的柵欄過濾，使得檢測窗呈現(xiàn)微米球的白色，而當(dāng)新冠病毒存在時(shí)，微米球和納米球通過表面的抗體在病毒抗原介導(dǎo)下形成復(fù)合物，紅色納米球?qū)Π咨⒚浊驅(qū)崿F(xiàn)表面覆蓋，從而使檢測窗顯示肉眼可見的紅色。”

由于芯片設(shè)計(jì)了逆流功能，完成檢測后，在生理鹽水或清水的沖洗下，微球可以從原路返回，清空檢測窗，從而可以反復(fù)數(shù)十次乃至上百次地使用。

針對個(gè)人用戶，研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)行了實(shí)用性驗(yàn)證，證實(shí)了在不同的操作方法（手動加樣速度）、操作條件（溫度、照明）、操作時(shí)間（5分鐘-120分鐘）下，該檢測系統(tǒng)都體現(xiàn)出了優(yōu)秀的魯棒性和準(zhǔn)確率。

“在用戶超過100例的雙盲臨床檢驗(yàn)中，測試用戶均為未經(jīng)任何專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)的人員，最終取得了對普通新冠病毒和德爾塔變異毒株分別高達(dá)95.4%和100%的檢測準(zhǔn)確率?！睆堁阏f。

張雁透露：“目前我們在原有微流控芯片基礎(chǔ)上，正在開發(fā)可以同時(shí)快速檢測包括新冠、甲流、乙流、副流感、肺炎支原體感染等多項(xiàng)常見呼吸道感染疾病的家用檢測芯片?！?/p>

業(yè)內(nèi)人士表示，國內(nèi)由于新發(fā)病例較少，且較為零散，試劑生產(chǎn)企業(yè)很難按照國家藥監(jiān)局目前的規(guī)定，籌集到足夠的臨床試驗(yàn)病例。不過按照美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）的EUA注冊要求，拿到認(rèn)證的九安醫(yī)療、東方生物和艾康科技，已經(jīng)在美國完成了新冠抗原檢測試劑的臨床試驗(yàn)。如九安醫(yī)療生產(chǎn)的iHealth新冠抗原家用自測OTC試劑盒是目前美國廣泛使用的公共衛(wèi)生防疫產(chǎn)品之一。

張雁指出，我國推廣新冠家庭自測還面臨一個(gè)難題，那就是監(jiān)管問題。如何上報(bào)檢測結(jié)果，如何避免瞞報(bào)，如何在后臺審核檢驗(yàn)檢測結(jié)果的真實(shí)有效，如何進(jìn)行大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等，都是在進(jìn)行新冠家庭自測推廣前需要解決的問題。不過，隨著新冠病毒防控的常態(tài)化，新冠家庭自測的推廣普及還是具有一定價(jià)值的。