近日，清華大學白淨衛、李寅青與劉鵬團隊聯合研發出一體化自助式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分鐘內即可實現「樣本入、結果出」。
以往的核酸檢測往往需要在嚴苛的實驗環境條件和專業的設備下，經過2到3小時的繁瑣操作和反應才能得到檢測結果；而且，在取樣過程中非常容易受到雜質的影響，從而導致核酸提取的損失，受實驗條件的影響還會導致樣本擴增倍率低，最終經常導致「假陰性」情況出現。
此次清華大學藥學院白淨衛、李寅青與醫學院生物醫學工程系劉鵬課題組研發的核酸檢測卡盒，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，實現了從咽拭子取樣、一體化卡盒反應、膠體金試讀取的自助操作，在保證準確率的前提下，30分鐘內即可出結果。
「時間提速是我們這次做核酸檢測要解決的最大難題！」白淨衛此前長期從事基因測序技術的研究，積累了豐富的核酸樣本採集、處理、檢測的經驗。他分析，核酸檢測PCR法利用傳統的方式讓樣品擴增，一開始樣品複製很快，但後期速度就遞減，耗時太長，「我們在技術攻關中，採用了巢式等溫擴增技術。」
所謂的「巢式」，可以理解為 「嵌套」，一個環節嵌套一個環節。白淨衛把新冠檢測這類恆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，一開始複製很快，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」，可以在短時間內完成對個位數的新冠病毒進行檢測。
「最後，以上反應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。」白淨衛說，整個過程理論上22分鐘即可完成，檢測者個人操作的話，30分鐘之內完全可以實現「樣本入，結果出」。
為了克服傳統檢測方法出現「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節，都進行了整合簡化，減少檢驗人員的幹預，提升檢測的靈敏度，「比如在簡化樣本處理方面，由於咽拭子樣本通常含有抑制反應的雜質，常規檢測樣本通常需要經過核酸提取過程，這個流程費時且人工操作相對複雜，不適合未經培訓的人員使用。」
通過優化裂解流程和後端擴增試劑，實現不經過核酸提取直接進入反轉錄等溫擴增的流程，團隊極大地降低檢測過程複雜性，減少了因雜質導致的「假陰性」案例。
劉鵬說，為了便於檢測，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，移動杆帶動注射器式的活塞導致裂解的樣品流入第一個等溫擴增腔；第二步，反應10分鐘後，反應產物被稀釋；第三步，泵入第二個等溫反應室進行帶探針的進一步擴增；最後，將反應混合物泵入裝有層流試紙條的室中，以讀出測試結果。這其中，卡盒含有USB或電池供電的簡易恆溫電路，可以提供擴增反應所需要的溫度。
劉鵬提到，為提高卡盒的用戶使用體驗，他們邀請清華美術學院副院長趙超對卡盒進行結構和外觀設計，「預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分鐘內就可以查看結果，操作非常簡單。」
根據設想，團隊還將進行批量化檢測卡盒研發，進行多樣本檢測，並將開發移動端APP，輔助用戶使用和結果判讀。
下一步，該項目團隊將推進小批量卡盒裝配，驗證批量化生產的可行性，同時與醫院合作，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夥伴，加快檢測卡盒的報批工作。
來源 北京日報客戶端 | 記者 任敏 通訊員 張同順 高原
編輯：徐慧瑤
流程編輯：王夢瑩