北航、华西医院联手：2周研发，5个月成型便捷式病原体核酸快速检测仪 / 四六文摘

在我们周围有很多细小生物的存在，但是由于视角受限，我们无法通过肉眼看到这些微生物，例如真菌、细菌、病毒等，它们有的对人类充满恶意，想要对人类发起进攻，我们将其称为病原体。

从上世纪70年代末，我们一直在探索如何感知病原体对我们的入侵，不断寻找微生物病原体的“特征”，借此检测它们的存在。

到现在，我们已经能够通过科学的手段准确检测到病原体的存在，而新一轮的挑战也悄然而至。2020年初新冠疫情爆发，公共医疗体系超负荷运转，检测新冠病毒不仅需要高精确度，还需要高检测速度和高安全性。

尽管新冠疫情在中国已经进入了常态化防控阶段，但全球新冠肺炎确诊人数持续增加，新冠病毒检测进入到下一阶段，即面对广泛场景，如机场、车站、社区医院、乡村卫生站、居家自测等环境下，如何快速、精准、便捷地检测新冠病毒，是下一个需要解决的痛点。

新冠疫情突发，临危受命紧急研发新冠病毒核酸检测仪

四川省科技厅2月初紧急立项，发起新冠病毒感染肺炎疫情联防联控紧急科研攻关项目，由一线医疗工作者四川大学华西医院临床检验科牵头，寻找国内优秀的精准检测诊断技术专家进行合作，共同研发病原体核酸检测仪。

北京航空航天大学生物医学工程高精尖创新中心和生医学院常凌乾教授课题组，从事生物微纳米芯片及其在单细胞基因检测和病原体分子快速检测等领域的研究已有10余年时间。他联合北航樊瑜波教授、王杨副研究员，在四川省科技厅和北京市生物医学工程高精尖创新中心经费的支持下，与四川大学华西医院临床检验科李为民教授、应斌武教授、耿佳研究员联合团队，共同设计和研发一款病原体即时快速检测平台。

疫情初期，每个人都处于居家隔离的状态，几乎所有科研工作者的实验室都处于停摆阶段，原材料的获取成为要攻克的首要难题。常教授课题组迎难而上，从确定核酸扩增方式、设计引物序列、设计核酸扩增芯片通道到试验新冠病毒核酸检测，仅仅耗时两周，为一线临床工作者争取到了宝贵的时间。

回忆起惊心动魄的两周，常教授仍心怀激动：“时间紧迫，我们的精神都处于高度集中的状态，从最开始的设计微流控芯片转到设计微阵列芯片，从无法正常订购扩增引物和聚合酶到在仓库里完成引物溶液封装，我们整个课题组都在高速运转，最后成功地在两周时间内完成了这项艰巨的任务。”

该病原体即时快速检测平台由便携式检测仪和恒温扩增检测微孔阵列芯片构成，实现高灵敏度、快速、高通量的病原体核酸检测。该检测平台检测灵活度高，不仅可以对新冠病毒进行核酸检测，还可以对其他流行性病原体，例如疟疾、肺结核、登革热等进行快速便捷的核酸检测，具有重要的时效性和重大意义。

快速、可视化、便携式，是临床医生现场核酸检测想要的仪器

病原体检测和人类健康息息相关，病原体检测的研究始于上世纪70年代末期，从微生物培养观察病原体表型发展到抗体检测、核酸检测，快速、便捷、准确的病原体检测一直是研究的终极目标。

病原体检测方式

在病原体疫情高发期，往往利用廉价、快速的抗体检测作为大规模筛查的手段，但是抗体检测效果依赖于受试个体的免疫力，通常会产生一定滞后性。核酸检测被普遍认为是病原体检测的金标准，准确度和灵敏度更高。常见的核酸检测仪利用聚合酶链式反应（PCR）对病原体核酸进行扩增，检测下限可达单拷贝/毫升，是待测咽拭子样本核酸检测的广泛选择。

但是，PCR扩增因为涉及到多个温度的精准控制和高仪器制造成本，并不适用于广泛场景下的病原体核酸检测，只需要单个控温模块的恒温核酸扩增检测由此进入市场。尽管恒温核酸扩增检测并不是新鲜事，但是目前该领域仍处于恒温扩增试剂盒配套PCR核酸扩增仪组合的阶段，对于低成本恒温核酸扩增仪的开发仍处于探索阶段。

与商用化的病毒核酸PCR检测设备（10~100万/台，~1小时）相比，北航和华西医院联合开发的这款恒温病原体核酸扩增检测一体机，在成本（1万/台）、高通量、高灵敏、快速检出（25分钟）等方面，具有突出的技术优势，非常适合基层、乡村以及人流聚集环境下的病原体快速检测。该一体机提供了一个便携式、开放式恒温核酸扩增检测平台。

病原体快速检测便携式设备的外观和功能模块

该一体机采用环介导恒温扩增方式，自主设计6条引物对病原体的3个特征基因位点进行特异性扩增，25分钟即可通过颜色反应输出可视化检测结果；仪器内置阳性和阴性对照，提高检测精准度。

除此之外，常教授课题组对核酸检测微纳通道进行改造，设计特殊锥形微孔阵列高通量芯片，只需要微量试剂即可平行进行待测样本核酸的保存、提取富集、扩增和显色检测，实现64个待测样本高通量检测。

例如，可在同一芯片上检测3~64例新冠病毒咽拭子核酸样本，或同时检测1~16种不同病原体，包括疟疾、肺结核、登革热等。该芯片结构采用塑料激光加工，配套检测试剂，总成本在10元/人份以内。

新型核酸检测微孔阵列芯片

不只是科研成果，更是实实在在的市场产品

川大华西医院始终奋斗在抗疫一线，不仅为该病原体核酸检测一体机提供了新冠病毒临床检测试验的环境，还对一体机在广泛场景下的使用提供了指导意见。例如开盖式一体机的设计提议，将有利于医务人员转换检测场景和替换检测芯片。

针对新冠病毒，配套设计的恒温扩增引物对ORF/N/E三个基因位点同时开展检测，并通过内源控制，判断是否人的基因组，以提高检测灵敏度和特异性；同一芯片可检测3~64例新冠病毒咽拭子核酸样本。该病原体核酸检测一体机已在华西医院开展了200余例核酸样本检测，灵敏度大于95%，特异性大于95.3%。