你知道嗎？對於新冠肺炎確診患者來說，體內病毒數目不同，病毒傳播能力、病程進展和採用的治療手段也是不同的。這就需要在診斷和治療過程中，對患者攜帶的病毒個數進行精準檢測，並隨時關注病毒載量的變化，及時調整治療方案。
那麼，如何檢測出患者攜帶多少個病毒呢？
在分子生物學領域，有一種絕對定量技術，可以從一份DNA樣本中直接讀出核酸分子的個數，這就是數字PCR（digital PCR或dPCR）。
數字PCR技術用於新冠肺炎病毒核酸檢測中，不僅能夠檢測出是否攜帶病毒（包括無症狀感染），最厲害的是還可以精確數出病毒個數（DNA拷貝數），這對於醫生動態觀察患者的病情變化和治療評估非常有幫助，對後期藥物篩選、病理研究也至關重要。
北京新羿生物科技有限公司（以下簡稱「新羿生物」）是中關村示範區一家專注於數字PCR技術自主研發的前沿科技企業，在數字PCR領域擁有從晶片、儀器、軟體到原料、試劑、耗材全系統研發能力，已申請九十餘項相關技術專利。在今年6月舉辦的2020中關村國際前沿科技創新大賽病毒檢測技術專場決賽上，新羿生物憑藉基於數字PCR的新型冠狀病毒精準定量核酸檢測產品，從眾多參賽企業中脫穎而出，登頂該領域TOP10榜單第一名。
數字PCR
核酸定量的金標準
大家都知道，我們每個人的DNA都不相同。不過，我們血液中的DNA（核酸分子）含量很少很少，必須採取特殊手段才能夠採集檢測出來。
PCR是Polymerase Chain Reaction（聚合酶鏈反應）的縮寫，這項技術可以看作一種在生物體外進行DNA複製的手段，可以將生物體中含量微小的遺傳物質（核酸分子）被複製擴增為原來的將近百億倍，從而實現核酸分子的超敏檢測和精準定量，是目前最靈敏的核酸檢測技術，也是核酸定量的金標準。
那麼，數字PCR是如何做到精確定量的呢？
數字PCR的原理，就是把一份反應液樣本，分散成幾萬個極微小的液滴，每個小液滴所在的反應單元中都包含零個、一個或多個拷貝的核酸分子(也就是說我們所說的DNA模板) 。這些小微滴同時進行PCR反應，最後通過數發螢光的液滴數目，輔助於統計，就可以計算出原來的反應液當中，有多少個目標核酸分子的拷貝了。
微液滴生成過程
舉例來說，數字PCR檢測就像在大海裡打撈一根發光的針，周圍都是海水，很難看到這根針到底在哪。數字PCR技術就像把海水分盛到好多碗裡面，這樣就容易看出哪個碗裡有針在發光了。這種技術對於病毒檢測與傳染性疾病診斷等具有非常重要的作用。
數字PCR技術的流程
自1999年有學者首次提出數字PCR的概念以來，由於其涉及化學、材料、儀器、軟體、生物試劑等眾多技術領域，直到近十年才有商用儀器問世，且僅限於實驗室中用於科學研究。
新羿生物聯合創始人郭永此前一直從事重大疾病的診斷技術研究，他敏銳地覺察到，數字PCR技術特別適合在臨床診斷中使用。
「如果能開發出具有自主智慧財產權的國產數字PCR儀，將大大提高我國在精準醫療領域的技術水平，用更加精確的方法輔助臨床治療。」郭永坦言。
2015年，郭永聯合儀器、晶片、材料、生化試劑等相關技術領域專業人才聯合創業，用4年的時間專注於技術攻關，於2019年自主研發出全系統臨床用微液滴數字PCR平臺，並獲得醫療器械批文。
全鏈條自主研發
真正適合臨床使用的數字PCR系統
21世紀進入精準醫療時代，分子診斷是精準醫療的基礎，可以從基因層面對病人進行個體化診療，但什麼樣的分子診斷技術能夠既滿足精準定量的技術標準，絕對防汙染，符合臨床診斷的基本要求，還方便醫護人員操作、費用不能太高，病人能承受得起？
數字PCR是目前已知最好的選擇之一。新羿生物一直以讓數字PCR技術用於臨床診療為己任，潛心解決各個關鍵環節的技術難題，走出了一條行之有效的道路。
不同於一般數字PCR研發企業，新羿生物數字PCR系統從核心原材料、晶片、儀器、軟體到臨床檢測試劑，全鏈條各個環節都實現了自主研發，這在業內是不多見的。
就拿其中關鍵的微液滴生成和檢測晶片來說，新羿生物數字PCR系統採用了先進的聚合物高精度微納加工技術，利用兩年多時間進行技術攻關，打通了掩膜設計、光刻製版、注塑封裝的「最後一公裡」。「通過自主研發，與專業團隊強強聯合，只有將核心技術掌握在自己手裡，才能在激烈競爭中掌握主動權」，郭永說。迄今為止，新羿生物已申請三十餘項晶片設計製造相關專利，授權二十餘項，並已實現100%國產化量產。
除了檢測產品研發，數字PCR檢測過程中的樣本汙染也是急需解決的難題。
「臨床上使用PCR技術最大的風險是陽性樣本的汙染，因為在PCR擴增的1個半小時內，可以將DNA分子數量從1增加至百億個甚至更多。一旦發生陽性擴增樣本洩露或氣溶膠汙染，不僅可造成假陽性的結果，甚至還會引起整個PCR實驗室的汙染。」郭永介紹說。
為此，研發團隊對整個作業系統進行了獨特的防汙染設計，讓整個反應過程都在全封閉的空間中進行，防止PCR產物汙染，有效解決了數字PCR檢測的痛點問題，極大地提高了檢測準確度。
新羿TD-1 數字PCR平臺
新羿生物數字PCR系統包含樣本製備儀與生物晶片分析儀，一次PCR可以完成96個樣本，且無須手工移液，PCR擴增完成後，直接放入生物晶片分析儀中，即可進行信號讀取與分析，具有通量高、方便快捷、安全可靠等特點。
此外，針對不同病症和用途，新羿生物還研發了不同的檢測試劑，通過「儀器+試劑」相互配合的方式，打出了數字PCR檢測的「組合拳」。據了解，新羿生物目前已開發出20多種檢測試劑，可用於感染性疾病的早期和快速診斷、腫瘤基因檢測、無創產前篩查等多種臨床診斷和治療中。
新冠病毒核酸定量檢測試劑盒
以新冠病毒核酸檢測產品為例，疫情初期，新羿生物與清華大學等單位聯合攻關，針對公布的新型冠狀病毒序列，加班加點，在春節期間開發出新型冠狀病毒定量檢測試劑盒。
該試劑盒採用創新的RNA一步法逆轉錄數字PCR技術，可以精確計算出病人攜帶病毒DNA的拷貝數，這是判斷病情程度的「晴雨表」。這樣，對於一線醫生來說，能夠更準確地篩查出病毒攜帶者，減少漏診誤診；同時，在病程判斷、療效評估以及治療方案調整等方面都具有重要參考價值。
目前，新羿生物新型冠狀病毒定量檢測試劑盒已完成四家單位的臨床試驗，正式進入國家藥監局審批階段。
戰「疫」利器
國產數字PCR產品首次出「海」
今年2月，湖北省新冠肺炎疫情形勢極為嚴峻。除了準確檢測，對患者進行有效治療是另一項非常重要的工作。此時，國家派出的醫療隊正在武漢多家重點醫院開展血漿治療研究，該研究需要實時評估治療的效果，尤其是新冠病毒數量是否有下降。
2月12日，國家醫療隊提出需要數字PCR系統對血漿治療進行評估。新羿生物第一時間響應號召。當時，通往武漢的運輸渠道極為不暢，經多方協調，發往武漢地區的第一套數字PCR儀及配套新冠病毒核酸檢測試劑盒於2月17日順利抵達武漢亞洲心臟病醫院，有力地支援了國家醫療隊的血漿治療評估。經過一個多月700餘例臨床樣本驗證，國家醫療隊對新羿生物數字PCR平臺給予了很高的評價。
國家醫療隊的劉忠教授說：「傳統的恢復期血漿療法在數字PCR等現代科技的支撐下，重新喚起了新的活力，在新冠肺炎重症救治、疫情防控中發揮了重要作用。」
疫情期間，新羿生物數字PCR新冠檢測方案在20多家新冠肺炎重點診治和研究單位進行了逾5000例臨床樣本合作研究，大量數據顯示該方案在疑似病例的確診過程中表現優異。
據了解，新羿生物數字PCR儀器和新冠數字PCR試劑盒於4月2日獲得歐盟準入，7月上旬完成出口第一單，這是國產數字PCR產品首次出「海」，為支持海外戰「疫」貢獻科技力量。
新羿生物TD-1數字PCR系統生產現場
在中關村昌平園，新羿生物擁有兩千餘平米的生物醫學儀器、耗材和體外診斷試劑生產基地，為數字PCR技術和產品研發提供了良好的支撐保障。
公司成立5年以來，新羿生物始終致力於數字PCR技術及相關分子診斷技術平臺設備研發工作，並自主開發各種臨床診斷和檢測試劑，通過重點突破、以點帶面，以期實現國產數字PCR臨床檢測技術全面發展。
「隨著一系列試劑盒的推出，我們將會在醫學檢驗和健康體檢領域帶來更為精準有效的檢測產品，從而不斷降低檢測成本，提高檢測效率和檢測準確度。未來，新羿生物將繼續深耕數字PCR領域核心技術，通過持續創新，走出一條自主可控的路子，為重大疾病的早期預警、早期診斷、個體化用藥以及復發監測等提供高品質的自主品牌產品。」郭永說。