家門口做核酸檢測35分鐘出結果——國內首款由輕型客車搭載的新冠病毒核酸檢測移動實驗室交付
想做核酸檢測,有了一種新的「打開方式」:只需站在一輛輕型客車外的指定位置,便會有採樣機器人完成口腔咽拭子的採樣,採樣樣本通過快速滅活處理後直接加入晶片分析系統,45分鐘即出結果,最快35分鐘可報陽性。整個過程只需要兩名工作人員,車上搭載的8臺低通量或中通量檢測儀每天可分別處理樣本500至2000人份。
近日,由清華大學、生物晶片北京國家工程研究中心和北京博奧晶典生物技術有限公司共同自主研發的國內首款由輕型客車搭載的新冠病毒核酸檢測移動實驗室正式交付。該款檢測車接通220V民用電或啟動車上自帶的發電機即可正常工作,可準確、快速檢測新冠病毒,可靈活、便捷地在邊境口岸、社區聚集性疫情等情況下開展核酸檢測,並滿足防疫期間手術急救、腦卒中、心梗、口腔等緊急醫療服務需求,為疫情防控提供了有力的技術支撐和保障。
最快35分鐘實現「樣本入,結果出」
目前,國內已有多款新冠病毒移動檢測實驗室,它們多為大型貨車或客車,車廂內分割成4間房,其構成是將整建制的常規PCR(記者註:PCR是聚合酶鏈式反應的簡稱,是一種分子生物學技術,用於放大特定的DNA片段,可看作生物體外的特殊DNA複製,通過DNA基因追蹤系統,能迅速掌握患者體內的病毒含量)實驗室儀器設備集成於其中,但也有著體積龐大、價格昂貴、行動受限等短板。
北京博奧晶典生物技術有限公司負責該研發項目的潘良斌博士介紹,與上述移動實驗室相比,這款由輕型客車搭載的新冠病毒核酸檢測移動實驗室構造並不複雜,主要分為緩衝區和工作區:「緩衝區主要起到更換工作服、保證車內壓力等作用。工作區裡設置了P2生物安全櫃(內裝採樣機械手和快速滅活儀等)和檢測實驗操作區域、信息展示區域和人工採樣操作區。如果需要用到人工採樣的話,護士坐在指定位置,通過手套箱伸出去採樣,也可以實現物理隔離。」
使得該款檢測車如此空間緊湊、省去多個隔離空間設計的奧秘,在於車上搭載的全集成封閉式核酸快速檢測晶片。
「全集成晶片實際上是一個晶片實驗室的概念,它實現了我們傳統實驗需要在不同實驗室裡邊才能完成的工作。」潘良斌介紹,在將樣品加入晶片後,晶片立即封閉,之後樣品處理、擴增反應和結果檢測等功能均不需人工幹預,全部自動完成,最快35分鐘即可實現「樣本入,結果出」,「這徹底避免了常規PCR所需的核酸提取、體系配製等操作,最大程度降低了操作人員的感染風險及樣本間發生交叉汙染的風險。」
截至目前,全集成新型冠狀病毒現場檢微流控晶片分析系統已獲得4項發明專利和5項實用新型專利授權,檢測靈敏度可達150拷貝/毫升,檢測速度比常規PCR快3倍以上。為方便檢測結果快速上報,移動實驗室還同時配備5G通信系統。
可應用在社區、口岸等多場景,減少人員流動風險
值得注意的是,這款檢測車除安全、快速外,整個實驗過程還不受場地環境和人員技術水平限制,大大節約了人力資源,
潘良斌告訴記者,這種移動檢測車的使用,如果採用機械手採樣,一輛車除司機外只需要兩個人:一個人監控電腦操縱採樣機械手,另一個人將快速滅活後的樣本加入全集成檢測晶片,將晶片放入檢測儀並在電腦上實時讀取檢測結果。操作掌握起來只需要約2小時培訓。
在新冠肺炎疫情防控進入常態化的背景下,這具有相當多的應用場景。
「疫情發生之後,我們接到很多國家層面的研發任務,做相關的應急研發。比如說前期防疫情輸入,有些口岸連像樣的醫院都沒有,更不具備先進的核酸檢測手段,但新冠病毒又是烈性病毒,所以急需開發一種在普通環境下可以做檢測的封閉式、全自動的車載式快速響應實驗室。」清華大學醫學院講席教授、生物晶片北京國家工程研究中心主任程京介紹,這是一個聯合攻關的過程:在採集咽拭子的過程,要避免人工操作,所以要研發口腔咽拭子取樣機器人;病毒快速滅活需要自動化,需要研發臨床樣本滅活前處理儀;中國各地檢測現場氣候、氣溫差異大,要保持一個穩定恆溫的環境,就要做車載式檢測實驗室、改裝汽車……
「移動檢測車就很好地解決了這些問題。它是車載的,靈活機動,比如社區暴發群體性疫情,把搭載檢測實驗室的車開過去採樣檢測,可減少人員流動帶來病毒進一步傳播的風險。」程京說。值得一提的是,移動實驗室所採用的咽拭子採樣機械手由清華機械工程系設計研發,而移動實驗室的內外工業設計則均由清華美院完成,所以這是一項多學科交叉、跨領域合作的科研成果。
目前一個月能產20臺,產能可按需迅速提高
潘良斌介紹,在世界範圍內,目前美國、歐洲、日本和韓國均無與該款檢測車相同水平的移動實驗室,其各項指標和性能均為全球領先:「我們目前看到的其他的移動實驗室都是針對傳統PCR核酸檢測,一是實驗方法本身時間用時較長,做一個實驗需要2至3個小時;二是對空間和設備的要求都非常高,其車輛通過性和機動性都較弱。」
記者了解到,由於這款移動實驗室的車輛較小、使用低功耗快速病毒滅活系統,空調使用房車空調,大幅降低了用電量,因此接通220V民用電即可正常工作,這增強了移動實驗室的機動靈活性,能很好地滿足複雜環境和醫療水平落後地區以及口岸出入境靈活機動移動式檢測的需求。目前產能大約一個月20臺,產能可按需迅速提高。目前,除了這批在珠海交付的移動檢測車,博奧還將在青島、瀋陽等地交付更多的移動檢測車,並大力推進國際市場的應用。
研發團隊也坦言,技術研發無止境。
「當前對新冠病毒的防控已經進入常態化階段,未來的研發也將會是一個持續的過程。產品的性能會不斷提升,檢測時間和檢測靈敏度會更高。與此同時,我們對病毒的認知也越來越多,比如發現它在不斷變異,如果病毒基因序列關鍵點有變化,就有可能檢測不出了。所以,對病毒的檢測和治療會是一個長期的過程。」程京說。
來源:光明日報