「大多數美國測試都是『完全垃圾』，他們賺了可笑的錢，而且多數隻給有錢人做......我們是世界唯一一個在檢測上浪費大量資金的國家。」近日，微軟公司聯合創始人比爾 · 蓋茨，再次就美國新冠疫情發言。這的確是美國當前的困境，但已有學者在想辦法應對。
DeepTech 聯繫到加州大學爾灣分校藥物科學系教授、2012 年《麻省理工科技評論》 「35 歲以下科技創新 35 人」 榜單（TR 35）上榜者趙偉安，這位華人科學家自 2020 開年以來，一直在為新冠檢測「奮戰」。
圖 | 趙偉安（來源：受訪者）
開創綜合微陣列新冠肺炎檢測技術
近日，趙偉安實驗室發表論文《高特異性 COVID-19 的模塊化微陣列成像系統抗體檢測》A Modular Microarray Imaging System for Highly Specific COVID-19 Antibody Testing。
圖 | 新冠檢測示意圖（來源：credit: Timothy J. Abram）
該論文主要講述了他的最新研究成果——綜合微陣列新冠肺炎檢測技術（Comprehensive Coronavirus Microarray，下稱「綜合微陣列新冠檢測技術」）。
目前，核酸檢測是新冠診斷的主要方式，其挑戰在於，很多無症狀感染者、或輕症狀感染者無法被檢測出來，這樣就會擴大新冠傳播。
一種方法是血清檢測，原理是看人體對新冠病毒有無免疫反應來做診斷。常見的血清檢測方法有兩種，一種是測向評析，使用方法和測孕試紙很相似；
第二種方法叫酶聯免疫吸附試驗，其基本方法是將已知的抗原或抗體、吸附在載體表面，使酶標記的抗原抗體反應在載體表面進行，進而檢測新冠病毒的特異抗體。
由於當前美國食品藥品監督管理局（FDA）暫無精力去審查各種血清檢測方法的效果，因此市場上出現大量參差不齊的血清檢測，比如一位受測者的結果是陽性，但其實他是假陽性，這種誤測會使病人誤以為自己已經免疫，但其實會增加自身感染和病毒擴散的風險。
此外，傳統血清抗體檢測方法，一般只檢測一兩個靶點的抗體。而新冠病毒和常規感冒病毒很相似，與此同時感冒病毒又分很多種。因此，如果抗體特性用得不好，可能就區分不出來受測者身上的病毒，到底是新冠病毒還是感冒病毒。
針對上述痛點，趙偉安實驗室和合作夥伴 Philip Felgner 博士、Per Niklas Hedde 博士日夜攻堅 3 個月，研發出綜合微陣列新冠檢測技術。
可檢測 14 種呼吸道病毒，造價僅兩百美元
趙偉安表示，同樣是血清檢測，該團隊的綜合微陣列新冠檢測技術，能一次性檢測多個抗體，其中微陣列技術（Microarray）起著關鍵作用。
用微陣列技術，可將 67 個不同抗原列印到小晶片上，這些抗原覆蓋含新冠病毒在內的 14 種呼吸道病毒。抗原，是病毒身上的蛋白組成部分，有了抗原就可以識別血清裡的抗體。
僅對於新冠病毒本身，該實驗室就可以用 11 種不同抗原去識別它的抗體，這也是該團隊技術的靈敏性和特異性所在。
概括來說，使用綜合微陣列新冠檢測技術時，需要經過四個步驟，第一步是使用微陣列技術晶片列印抗原，第二部是加入樣本和螢光標記，第三步是成像，第四步是數據分析。
樣本採取和測血糖很相似，用一個很小的針頭扎在指頭上，出一兩滴血就足以。患者甚至不需要去醫院，自己在家就可以取樣。
然後，把樣本在微陣列上孵育, 將抗體與抗原結合，整個過程僅需要幾個小時。如果你體內有新冠抗體，就會有螢光分子會它標記出來。
圖 | 檢測成像過程（來源：Lab on a Chip, doi: 10.1039/d0lc00547a）
微陣列檢測設備成像之後，就可以做數據分析，根據圖片上的螢光亮度，就能分析個體體內的已有抗體、以及缺乏的抗體，甚至可以分析不同抗體的濃度高低。
這可以幫受測者診斷、他是否感染新冠病毒、以及受測者有哪些過往呼吸道疾病感染史。最終生成的報告，可發送給個人或公共衛生部門。
趙偉安已經使用該技術，給自己做了測試。檢測後發現，其一他沒有感染新冠，其二他從小到大到感染過的呼吸道病毒也都被檢測出來。這裡面的邏輯和基因測序很相似，即通過檢測來篩查疾病。
除可以檢測受測者是否感染新冠病毒外，假如受測者已確定感染新冠，微陣列檢測設備還可以獲悉患者目前處於感染階段、還是康復階段。其中的醫學原理是，病毒最初入侵人體時，首個出現的抗體叫 IgM 抗體，即保護性抗體。假如一個人感染新冠，這種保護性抗體可能出現一兩周就會消失。
與此同時，又有新抗體——IgG 抗體出現（即免疫球蛋白 G），IgG 抗體在人體內存活時間可長達數月乃至數年。而該實驗室的微陣列晶片，可根據不同抗體，顯示出不同數據。
這時，醫護人員就可以根據數據，判斷該病人是處於感染階段、還是康復階段。而這些分析數據，一旦成批量地誕生，就可以助力疫苗研發和公共衛生。
更重要的是，該技術成本十分低廉。據趙偉安表示，此前的微陣列技術技術成像，往往需要配合大型儀器如螢光成像儀等，而螢光成像儀的造價，動輒就得幾萬美元一臺，所以非常難推廣。
而趙偉安的微陣列檢測設備，造價非常便宜，只需兩百美元。設計也很簡單，用 3D 列印和組裝製成原型機，然後用二極體去激發螢光，最後用照相機去拍照、並進行分析，效果跟幾萬美元設備的一樣。
已經檢測 6000 多位病人樣本
談及微陣列檢測設備的使用現狀，趙偉安表示，以美國加州橙縣為例，該技術已經檢測了 6000 多個病人樣本。
目前，該技術正在申請 FDA 的緊急使用授權（Emergency Use Authorization），預計未來一兩個月可以批下來。拿到該授權後，就可以進行合法的臨床診斷。
屆時，該實驗室就可以助力大批量的新冠檢測，通過和外部醫療機構做聯創診斷的方式，來給個體做檢測。
其次，由於該技術可以測出，個體體內是否產生新冠抗體。那麼，獲取已產生抗體的個體血液，並從該血液中提取出血漿，注射給其他新冠患者，就可以幫助後者痊癒。
該技術也將給疫苗研髮帶來幫助。當前很多製藥公司都在做疫苗，但要想判斷疫苗是否有效，就需要檢測已經接種疫苗的志願者體內是否已經產生抗體，以及其抗體和新冠抗體是否一致，而這正是微陣列檢測設備，可以實現的功能之一。
對於其中的原理，他解釋稱，當一個人感染病毒或細菌以後，就會產生多種免疫反應，免疫反應就是抗體，抗體可以持續多年、甚至終生存在你的身體裡。而該團隊的技術原理，正是通過檢測抗體，進而獲悉你的疾病感染歷史。
與此同時，趙偉安和他的初創公司 Velox Biosystems, Inc 還在做自動化，其實現一臺機器每天可以檢測幾萬份樣本，這非常適用於大需求場景。
趙偉安告訴 DeepTech，未來該設備的每日可檢測數量會更高，屆時有望在全美國、甚至全世界推廣。目前，Velox Biosystems 也在尋找和大的診斷公司和大型檢測機構合作，讓技術更普及，從而惠及更多人。
左手創業，右手科研
趙偉安在哈佛大學和麻省理工學院讀書時的導師，在成果轉化方面頗有經驗。受益於導師影響，他多年來一直圍繞應用場景做學術，並在所在學校的孵化之下，聯合成立了多家公司。
其中，Velox Biosystems 這家公司主要做快速檢測。另一家公司叫琥珀石（Amberstone Biosciences, Inc），主要做免疫藥物研發，該公司建了一個單細胞高通量平臺，可以實現有效篩選癌症類免疫藥物，如含有抗體、雙抗和 T 淋巴細胞的藥物。
談及為何成立多家公司，而不是把項目放在一個公司裡做，趙偉安說這幾家公司涉及到不同技術，由於差別比較大，分開做會更專業。
在他眼中，科研跟公司是相輔相成的。只有經營公司，才能真正發現需求，悶在實驗室做出的成果，未必能解決市場痛點。科研和業界，本身就是互惠互利的好姐妹，業界的下遊生產和臨床試驗等，也能給科研帶來巨大補充。
此外，公司可以跟政府申請基金和創業融資。資金進來後，就可通過學校與公司的合作關係，申請相應的項目。做項目對於老師培養學生、以及發論文都非常有幫助。與此同時，公司在融資時，投資人也很看重他的學術資源背景。
雖然趙偉安是數家公司的聯合創始人，但科研仍舊是他的主業，這些公司都有自己的運營團隊。而他最初走上生物醫療之路，要從他的赤腳醫生父親說起。
投身科研，緣起幼時
趙偉安是山東濰坊人，父親是赤腳醫生，儘管生在農村，但家裡很重視他的學習。
2017 年，中國科學院農業政策研究中心國際學術顧問委員會主席羅斯高博士研究發現， 63% 的中國農村孩子一天高中都沒上過。但在上世紀八十年代，趙偉安四五歲的時候，父母就在家裡用小黑板教他寫字、學數學。
大學時，他考入山東大學，本碩都學的化學。後來，留學加拿大麥克馬斯特大學，攻讀化學博士。
讀博期間的一位室友，促進他走上了科研之路。本來他留學加拿大，只是一個優秀生的正常選擇而已。但這期間，他的室友不僅自己 「瘋狂」 熱愛科研，還每天給趙偉安 「安利」 各種論文，耳濡目染之下，趙偉安也逐漸愛上科研，而這位室友和他一樣，現在也是一位教授。
博士畢業後，他來到哈佛大學醫學院附屬布萊根婦女醫院、以及麻省理工學院，擔任人類前沿科學計劃博士後。在此期間，他專注於開發新型分子、納米和微工程工具等。
雖然他本碩博都是化學專業，但化學與生物結合、並服務於醫療的願望，終於在他自己的實驗室得以實現。趙偉安也認為，創新往往來自跨學科交叉。
而如今，他又開始了科研和創業的跨界。這位帶著淡淡口音的山東籍科學家，也終於把赤腳醫生父親的醫學宏願發揚光大。