不挑毒株 靈敏度提升10倍

氣溶膠新冠病毒監(jiān)測系統(tǒng)上崗冬奧會(huì)

昨天，科研人員正在演示使用大流量生物氣溶膠采樣器采集空氣中的氣溶膠，以進(jìn)行新冠病毒核酸檢測。 記者 和冠欣攝

氣溶膠直徑小于100微米，可以被人直接吸入肺部，是新冠肺炎病毒傳播的重要途徑之一。去年廣州發(fā)生的新冠肺炎疫情中，就出現(xiàn)了氣溶膠傳播現(xiàn)象，但當(dāng)時(shí)針對氣溶膠進(jìn)行新冠病毒檢測的有效手段尚未出現(xiàn)。

清華大學(xué)、北京大學(xué)、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院病原生物學(xué)研究所、昌平實(shí)驗(yàn)室等科研人員開展緊急攻關(guān)，聯(lián)合研制出公共空間生物氣溶膠新型冠狀病毒監(jiān)測系統(tǒng)，并已在北京冬奧測試賽中成功應(yīng)用。該系統(tǒng)能夠?qū)Υ嬖谟诳諝庵械纳餁馊苣z進(jìn)行收集檢測，靈敏度可達(dá)常規(guī)方法的10倍。

　●實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)一體化檢測

為了解決氣溶膠檢測難題，2020年10月，在北京市委市政府的部署和北京市科委的直接領(lǐng)導(dǎo)下，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系研究員劉鵬聯(lián)合昌平實(shí)驗(yàn)室、北京大學(xué)等多家單位，經(jīng)過8個(gè)月的努力，順利完成了科研攻關(guān)。

劉鵬介紹，用于公共空間的生物氣溶膠新型冠狀病毒監(jiān)測系統(tǒng)分為兩部分：便攜式生物氣溶膠采樣器作為前端收集裝置，將在需要檢測的場所內(nèi)工作，開展空氣樣本采樣；自動(dòng)化全集成高靈敏病毒核酸檢測系統(tǒng)則設(shè)置在實(shí)驗(yàn)室，分析采集到的樣本并生成檢測報(bào)告。

此前，氣溶膠采樣器已經(jīng)由北京大學(xué)教授要茂盛初步研發(fā)成功，隨后又經(jīng)過多次改進(jìn)升級，更加便攜易用。打開生物氣溶膠采樣器，中間是一個(gè)經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的空腔，吸入的空氣會(huì)在其中形成“旋渦”。儀器啟動(dòng)后以每分鐘超過400升的流量，將空氣氣旋引導(dǎo)至裝有試劑的檢測管中。

“純空氣會(huì)被溶液彈開，但空氣中包含著的氣溶膠、灰塵等物質(zhì)則會(huì)被收集。就像一顆沙粒進(jìn)入水中，會(huì)迅速沉到水底。”北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院博士生李心月介紹，該設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)氣體和氣溶膠的分離，讓氣溶膠在采樣管中富集。同時(shí)，收集試劑對病毒能起到滅活作用，保證收集到的病毒樣本不再具備傳染性。

而在檢測端，劉鵬帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過大半年的攻關(guān)，一個(gè)磁帶大小的核酸捕獲及原位擴(kuò)增檢測芯片被研發(fā)出來。芯片采用全封閉設(shè)計(jì)，采集到樣本后，核酸捕獲及原位擴(kuò)增濾膜可從1毫升樣本中捕獲到80%以上的病毒核酸。隨后，實(shí)驗(yàn)人員只需將芯片整齊地插入分子診斷檢控一體機(jī)，儀器便可自動(dòng)進(jìn)行核酸擴(kuò)增及分析，直接生成檢測結(jié)果，全程不需要人工參與。

●靈敏度提升一個(gè)數(shù)量級

2021年4月，劉鵬和團(tuán)隊(duì)帶著氣溶膠新冠病毒監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)入地壇醫(yī)院，開展新冠病毒樣本實(shí)地采集，對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。劉鵬團(tuán)隊(duì)采集了病人的鼻咽拭子、唾液、呼出的氣體和病房中的氣溶膠樣本，并將樣本一分為二，同步進(jìn)行氣溶膠檢測和常規(guī)檢測。結(jié)果顯示，兩種檢測方式的吻合度很高，且氣溶膠系統(tǒng)的檢出率是現(xiàn)有PCR體系的三倍。

劉鵬說，氣溶膠新冠病毒監(jiān)測系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)每毫升20拷貝的靈敏度，而常規(guī)方法需要每毫升200至500拷貝才能檢出，“可以說，檢測靈敏度比現(xiàn)有技術(shù)提升了一個(gè)數(shù)量級”。同時(shí)，這套系統(tǒng)也不挑毒株，在進(jìn)行擴(kuò)增檢測時(shí)，劉鵬選擇的是新冠病毒不會(huì)發(fā)生變異的保守序列，即使是最新突變的奧密克戎毒株，同樣逃不過系統(tǒng)的檢測。

每臺(tái)采樣器在現(xiàn)場工作30分鐘，就可以采集到12立方米內(nèi)的氣溶膠顆粒，再經(jīng)過45分鐘的自動(dòng)化一體檢測，即可得出檢測結(jié)論。從采樣開始到將最終結(jié)果反饋至防疫部門，全程不超過4小時(shí)。

　●即將落地冬奧場館

2021年10月起，這套系統(tǒng)已經(jīng)在5個(gè)冬奧場館及主媒體中心等場地進(jìn)行了系統(tǒng)測試驗(yàn)證，并在冬奧測試賽上實(shí)現(xiàn)了348例采樣。劉鵬說，如果在檢測中發(fā)現(xiàn)了弱陽性或陽性樣本，實(shí)驗(yàn)室將立即與防疫部門溝通，盡快啟動(dòng)環(huán)境消殺及人員檢測、追蹤等一系列防疫流程。

按照計(jì)劃，項(xiàng)目組將在冬奧會(huì)多個(gè)場館布置氣溶膠采樣器，并設(shè)置臨時(shí)檢測站，為冬奧會(huì)提供全面氣溶膠新冠病毒檢測保障。

“我們的技術(shù)應(yīng)用，相當(dāng)于賽事防疫體系中的一環(huán)，起到補(bǔ)充和預(yù)警的作用。”劉鵬說，防疫體系包括了日常防控、采樣檢測、環(huán)境消殺等一系列監(jiān)測手段，空氣環(huán)境檢測屬于整體防疫體系的一部分。如果在檢測中出現(xiàn)異常，實(shí)驗(yàn)室將會(huì)及時(shí)與防疫部門溝通并采取一系列后續(xù)措施。

劉鵬表示，開展新冠病毒監(jiān)測必然是一個(gè)長期過程，他期待這套系統(tǒng)今后能在醫(yī)院、車站、機(jī)場等人流密集的場所落地，及時(shí)發(fā)現(xiàn)疫情線索。