清华研发出一体化自助式SARS-CoV-2核酸检测卡盒

近日，清华大学白净卫、李寅青与刘鹏团队联合研发出一体化自助式SARS-CoV-2核酸检测卡盒，该卡盒具有居家检测的便捷性，两个推杆一推一拉之间，30分钟内即可实现“样本入、结果出”。

以往的核酸检测往往需要在严苛的实验环境条件和专业的设备下，经过2到3小时的繁琐操作和反应才能得到检测结果；而且，在取样过程中非常容易受到杂质的影响，从而导致核酸提取的损失，受实验条件的影响还会导致样本扩增倍率低，最终经常导致“假阴性”情况出现。

此次清华大学药学院白净卫、李寅青与医学院生物医学工程系刘鹏课题组研发的核酸检测卡盒，正是克服了以往核酸检测对时间、条件和灵敏度的苛刻要求，实现了从咽拭子取样、一体化卡盒反应、胶体金试读取的自助操作，在保证准确率的前提下，30分钟内即可出结果。

“时间提速是我们这次做核酸检测要解决的最大难题！”白净卫此前长期从事基因测序技术的研究，积累了丰富的核酸样本采集、处理、检测的经验。他分析，核酸检测PCR法利用传统的方式让样品扩增，一开始样品复制很快，但后期速度就递减，耗时太长，“我们在技术攻关中，采用了巢式等温扩增技术。”

所谓的“巢式”，可以理解为 “嵌套”，一个环节嵌套一个环节。白净卫把新冠检测这类恒量核酸样本的扩增的过程比喻为“运动员长跑”，运动员一开始速度很快，但是往往耐力不足。样品扩增也是如此，一开始复制很快，但中途就衰减下来，所以为了提高速度，他们把“长跑”改成 “接力跑”，可以在短时间内完成对个位数的新冠病毒进行检测。

“最后，以上反应物在胶体金试纸上通过竞争法显色，读取方式与验孕棒类似，一目了然。” 白净卫说，整个过程理论上22分钟即可完成，检测者个人操作的话，30分钟之内完全可以实现“样本入，结果出”。

为了克服传统检测方法出现“假阴性高”问题，李寅青说，他们在样本获取、核酸扩增、病原识别、胶体金免疫层析显色等环节，都进行了整合简化，减少检验人员的干预，提升检测的灵敏度，“比如在简化样本处理方面，由于咽拭子样本通常含有抑制反应的杂质，常规检测样本通常需要经过核酸提取过程，这个流程费时且人工操作相对复杂，不适合未经培训的人员使用。”

通过优化裂解流程和后端扩增试剂，实现不经过核酸提取直接进入反转录等温扩增的流程，团队极大地降低检测过程复杂性，减少了因杂质导致的“假阴性”案例。

刘鹏说，为了便于检测，他们还打造了“一体集成化微流控卡盒”，具体检测分为四步：第一步，移动杆带动注射器式的活塞导致裂解的样品流入第一个等温扩增腔；第二步，反应10分钟后，反应产物被稀释；第三步，泵入第二个等温反应室进行带探针的进一步扩增；最后，将反应混合物泵入装有层流试纸条的室中，以读出测试结果。这其中，卡盒含有USB或电池供电的简易恒温电路，可以提供扩增反应所需要的温度。

刘鹏提到，为提高卡盒的用户使用体验，他们邀请清华美术学院副院长赵超对卡盒进行结构和外观设计，“预计未来的卡盒长宽高约为10x10x3cm，检测者使用时只要把两个推杆上下各一推，30分钟内就可以查看结果，操作非常简单。”

根据设想，团队还将进行批量化检测卡盒研发，进行多样本检测，并将开发移动端APP，辅助用户使用和结果判读。

下一步，该项目团队将推进小批量卡盒装配，验证批量化生产的可行性，同时与医院合作，加快临床样本的验证。目前，团队也正在积极寻找未来的合作伙伴，加快检测卡盒的报批工作。