近日，清華大學(xué)白凈衛(wèi)、李寅青與劉鵬團(tuán)隊(duì)聯(lián)合研發(fā)出一體化自助式SARS-CoV-2核酸檢測(cè)卡盒，該卡盒具有居家檢測(cè)的便捷性，兩個(gè)推桿一推一拉之間，30分鐘內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)“樣本入、結(jié)果出”。

以往的核酸檢測(cè)往往需要在嚴(yán)苛的實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件和專業(yè)的設(shè)備下，經(jīng)過(guò)2到3小時(shí)的繁瑣操作和反應(yīng)才能得到檢測(cè)結(jié)果；而且，在取樣過(guò)程中非常容易受到雜質(zhì)的影響，從而導(dǎo)致核酸提取的損失，受實(shí)驗(yàn)條件的影響還會(huì)導(dǎo)致樣本擴(kuò)增倍率低，最終經(jīng)常導(dǎo)致“假陰性”情況出現(xiàn)。

此次清華大學(xué)藥學(xué)院白凈衛(wèi)、李寅青與醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系劉鵬課題組研發(fā)的核酸檢測(cè)卡盒，正是克服了以往核酸檢測(cè)對(duì)時(shí)間、條件和靈敏度的苛刻要求，實(shí)現(xiàn)了從咽拭子取樣、一體化卡盒反應(yīng)、膠體金試讀取的自助操作，在保證準(zhǔn)確率的前提下，30分鐘內(nèi)即可出結(jié)果。

“時(shí)間提速是我們這次做核酸檢測(cè)要解決的最大難題！”白凈衛(wèi)此前長(zhǎng)期從事基因測(cè)序技術(shù)的研究，積累了豐富的核酸樣本采集、處理、檢測(cè)的經(jīng)驗(yàn)。他分析，核酸檢測(cè)PCR法利用傳統(tǒng)的方式讓樣品擴(kuò)增，一開(kāi)始樣品復(fù)制很快，但后期速度就遞減，耗時(shí)太長(zhǎng)，“我們?cè)诩夹g(shù)攻關(guān)中，采用了巢式等溫?cái)U(kuò)增技術(shù)。”

所謂的“巢式”，可以理解為 “嵌套”，一個(gè)環(huán)節(jié)嵌套一個(gè)環(huán)節(jié)。白凈衛(wèi)把新冠檢測(cè)這類恒量核酸樣本的擴(kuò)增的過(guò)程比喻為“運(yùn)動(dòng)員長(zhǎng)跑”，運(yùn)動(dòng)員一開(kāi)始速度很快，但是往往耐力不足。樣品擴(kuò)增也是如此，一開(kāi)始復(fù)制很快，但中途就衰減下來(lái)，所以為了提高速度，他們把“長(zhǎng)跑”改成 “接力跑”，可以在短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)個(gè)位數(shù)的新冠病毒進(jìn)行檢測(cè)。

“最后，以上反應(yīng)物在膠體金試紙上通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)法顯色，讀取方式與驗(yàn)孕棒類似，一目了然。” 白凈衛(wèi)說(shuō)，整個(gè)過(guò)程理論上22分鐘即可完成，檢測(cè)者個(gè)人操作的話，30分鐘之內(nèi)完全可以實(shí)現(xiàn)“樣本入，結(jié)果出”。

為了克服傳統(tǒng)檢測(cè)方法出現(xiàn)“假陰性高”問(wèn)題，李寅青說(shuō)，他們?cè)跇颖精@取、核酸擴(kuò)增、病原識(shí)別、膠體金免疫層析顯色等環(huán)節(jié)，都進(jìn)行了整合簡(jiǎn)化，減少檢驗(yàn)人員的干預(yù)，提升檢測(cè)的靈敏度，“比如在簡(jiǎn)化樣本處理方面，由于咽拭子樣本通常含有抑制反應(yīng)的雜質(zhì)，常規(guī)檢測(cè)樣本通常需要經(jīng)過(guò)核酸提取過(guò)程，這個(gè)流程費(fèi)時(shí)且人工操作相對(duì)復(fù)雜，不適合未經(jīng)培訓(xùn)的人員使用。”

通過(guò)優(yōu)化裂解流程和后端擴(kuò)增試劑，實(shí)現(xiàn)不經(jīng)過(guò)核酸提取直接進(jìn)入反轉(zhuǎn)錄等溫?cái)U(kuò)增的流程，團(tuán)隊(duì)極大地降低檢測(cè)過(guò)程復(fù)雜性，減少了因雜質(zhì)導(dǎo)致的“假陰性”案例。

劉鵬說(shuō)，為了便于檢測(cè)，他們還打造了“一體集成化微流控卡盒”，具體檢測(cè)分為四步：第一步，移動(dòng)桿帶動(dòng)注射器式的活塞導(dǎo)致裂解的樣品流入第一個(gè)等溫?cái)U(kuò)增腔；第二步，反應(yīng)10分鐘后，反應(yīng)產(chǎn)物被稀釋；第三步，泵入第二個(gè)等溫反應(yīng)室進(jìn)行帶探針的進(jìn)一步擴(kuò)增；最后，將反應(yīng)混合物泵入裝有層流試紙條的室中，以讀出測(cè)試結(jié)果。這其中，卡盒含有USB或電池供電的簡(jiǎn)易恒溫電路，可以提供擴(kuò)增反應(yīng)所需要的溫度。

劉鵬提到，為提高卡盒的用戶使用體驗(yàn)，他們邀請(qǐng)清華美術(shù)學(xué)院副院長(zhǎng)趙超對(duì)卡盒進(jìn)行結(jié)構(gòu)和外觀設(shè)計(jì)，“預(yù)計(jì)未來(lái)的卡盒長(zhǎng)寬高約為10x10x3cm，檢測(cè)者使用時(shí)只要把兩個(gè)推桿上下各一推，30分鐘內(nèi)就可以查看結(jié)果，操作非常簡(jiǎn)單。”

根據(jù)設(shè)想，團(tuán)隊(duì)還將進(jìn)行批量化檢測(cè)卡盒研發(fā)，進(jìn)行多樣本檢測(cè)，并將開(kāi)發(fā)移動(dòng)端APP，輔助用戶使用和結(jié)果判讀。

下一步，該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將推進(jìn)小批量卡盒裝配，驗(yàn)證批量化生產(chǎn)的可行性，同時(shí)與醫(yī)院合作，加快臨床樣本的驗(yàn)證。目前，團(tuán)隊(duì)也正在積極尋找未來(lái)的合作伙伴，加快檢測(cè)卡盒的報(bào)批工作。