清華研發(fā)出一體化自助式SARS-CoV-2核酸檢測卡盒

近日，清華大學(xué)白凈衛(wèi)、李寅青與劉鵬團隊聯(lián)合研發(fā)出一體化自助式SARS-CoV-2核酸檢測卡盒，該卡盒具有居家檢測的便捷性，兩個推桿一推一拉之間，30分鐘內(nèi)即可實現(xiàn)“樣本入、結(jié)果出”。

以往的核酸檢測往往需要在嚴苛的實驗環(huán)境條件和專業(yè)的設(shè)備下，經(jīng)過2到3小時的繁瑣操作和反應(yīng)才能得到檢測結(jié)果；而且，在取樣過程中非常容易受到雜質(zhì)的影響，從而導(dǎo)致核酸提取的損失，受實驗條件的影響還會導(dǎo)致樣本擴增倍率低，最終經(jīng)常導(dǎo)致“假陰性”情況出現(xiàn)。

此次清華大學(xué)藥學(xué)院白凈衛(wèi)、李寅青與醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系劉鵬課題組研發(fā)的核酸檢測卡盒，正是克服了以往核酸檢測對時間、條件和靈敏度的苛刻要求，實現(xiàn)了從咽拭子取樣、一體化卡盒反應(yīng)、膠體金試讀取的自助操作，在保證準確率的前提下，30分鐘內(nèi)即可出結(jié)果。

“時間提速是我們這次做核酸檢測要解決的最大難題！”白凈衛(wèi)此前長期從事基因測序技術(shù)的研究，積累了豐富的核酸樣本采集、處理、檢測的經(jīng)驗。他分析，核酸檢測PCR法利用傳統(tǒng)的方式讓樣品擴增，一開始樣品復(fù)制很快，但后期速度就遞減，耗時太長，“我們在技術(shù)攻關(guān)中，采用了巢式等溫擴增技術(shù)。”

所謂的“巢式”，可以理解為 “嵌套”，一個環(huán)節(jié)嵌套一個環(huán)節(jié)。白凈衛(wèi)把新冠檢測這類恒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，一開始復(fù)制很快，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(nèi)完成對個位數(shù)的新冠病毒進行檢測。

“最后，以上反應(yīng)物在膠體金試紙上通過競爭法顯色，讀取方式與驗孕棒類似，一目了然?！?白凈衛(wèi)說，整個過程理論上22分鐘即可完成，檢測者個人操作的話，30分鐘之內(nèi)完全可以實現(xiàn)“樣本入，結(jié)果出”。

為了克服傳統(tǒng)檢測方法出現(xiàn)“假陰性高”問題，李寅青說，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(huán)節(jié)，都進行了整合簡化，減少檢驗人員的干預(yù)，提升檢測的靈敏度，“比如在簡化樣本處理方面，由于咽拭子樣本通常含有抑制反應(yīng)的雜質(zhì)，常規(guī)檢測樣本通常需要經(jīng)過核酸提取過程，這個流程費時且人工操作相對復(fù)雜，不適合未經(jīng)培訓(xùn)的人員使用?！?/p>

通過優(yōu)化裂解流程和后端擴增試劑，實現(xiàn)不經(jīng)過核酸提取直接進入反轉(zhuǎn)錄等溫擴增的流程，團隊極大地降低檢測過程復(fù)雜性，減少了因雜質(zhì)導(dǎo)致的“假陰性”案例。

劉鵬說，為了便于檢測，他們還打造了“一體集成化微流控卡盒”，具體檢測分為四步：第一步，移動桿帶動注射器式的活塞導(dǎo)致裂解的樣品流入第一個等溫擴增腔；第二步，反應(yīng)10分鐘后，反應(yīng)產(chǎn)物被稀釋；第三步，泵入第二個等溫反應(yīng)室進行帶探針的進一步擴增；最后，將反應(yīng)混合物泵入裝有層流試紙條的室中，以讀出測試結(jié)果。這其中，卡盒含有USB或電池供電的簡易恒溫電路，可以提供擴增反應(yīng)所需要的溫度。

劉鵬提到，為提高卡盒的用戶使用體驗，他們邀請清華美術(shù)學(xué)院副院長趙超對卡盒進行結(jié)構(gòu)和外觀設(shè)計，“預(yù)計未來的卡盒長寬高約為10x10x3cm，檢測者使用時只要把兩個推桿上下各一推，30分鐘內(nèi)就可以查看結(jié)果，操作非常簡單?！?/p>

根據(jù)設(shè)想，團隊還將進行批量化檢測卡盒研發(fā)，進行多樣本檢測，并將開發(fā)移動端APP，輔助用戶使用和結(jié)果判讀。

下一步，該項目團隊將推進小批量卡盒裝配，驗證批量化生產(chǎn)的可行性，同時與醫(yī)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。