用上神奇芯片，新冠篩查有望實現在家自測

文／陳 曦

新冠病毒已在全球肆虐兩年，更具感染力的突變病毒還有逃避疫苗防疫的可能，這使得人類抗擊新冠肺炎疫情的斗爭將更常態化、長期化，而新冠病毒檢測始終是抗疫的重要一環。

近日，天津大學藥學院教授張雁與美國哈佛大學等科研機構合作，發明了一種不需要任何電子、光學器件設備和操作技能培訓的家用新冠自測系統。該系統最快可以在5分鐘內檢測出結果，并以直觀的顯色對比提供肉眼可見的結果，芯片可以反復使用50次以上，極大降低了檢測成本，非常適合普通家庭和個人檢測使用。

微流控芯片可大幅提高檢測準確率

目前的核酸檢測需要專業設備和人員操作，耗時、耗力，經濟和社會成本高昂，全民檢測也會增加待測人群暴露在易感染環境中的風險。此外，利用肉眼分辨顯色的傳統膠體金試紙條方法上樣量有限，無法對病毒抗原進行擴增，最終導致檢測的靈敏度較低。

另一方面，無論常規的實時熒光定量PCR核酸檢測，還是依賴DNA擴增的恒溫檢測，都需要專業人員操作以及專業儀器設備，包括許多基于特異性抗體的新冠抗原檢測方法，也需要使用熒光標記來保證檢測的準確率。

目前，各國科學家都在尋找更高效、更低成本和更安全的檢測手段。

為解決這些問題，張雁研究團隊創新性地使用了超高通量的微流控芯片代替了毛細管層析試紙條，上樣量比傳統的試紙條提高了數十倍，同時還規避了使用膠體金的常規方法對于低病毒載量樣品容易漏檢的風險。同時，微流控芯片內部特有的過濾富集通道可以將微量的抗原-抗體結合物進行定向集中，使得顯色增強，無需輔助讀數設備即可進行肉眼識別。

“傳統的抗原顯色檢測方法對于低濃度的病毒樣本的變色不夠敏感，打個比方來說，相當于把一滴墨水滴到一桶清水里，它的墨色會很淡，不容易看出來。而高通量微流控芯片可以把一桶清水快速過濾掉，然后把這一滴分散的墨水又集中在一起，這樣我們很容易就能用肉眼看到結果，從而大大地提高了結果的準確率。”研究團隊成員之一、哈佛大學博士徐江進一步解釋，“上樣量大還有一個直接的好處就是可以支持多人混檢，比如5-10人只要有一個陽性就能檢測出來，與目前核酸混檢效果一樣，這是傳統的膠體金做不到的。”

張雁表示，此次研發的家用微流控檢測平臺非常適合對家庭進行大規模篩查，避免了因核酸采樣、人員流動和聚集造成的病毒傳播，也可以避免醫務和專業檢測人員的超負荷工作。

操作簡便在家可反復使用上百次

張雁團隊對微流控芯片進行了三次技術迭代，目前即便病毒載量只有每毫升十幾個拷貝的弱陽樣品，微流控芯片也能很容易地檢測出來。

張雁介紹：“該檢測芯片使用了兩種由不同抗體修飾的微米球和納米球，顏色分別是白色和紅色，當樣本中沒有病毒抗原時，紅色納米球可以快速被具有特定截留孔徑的柵欄過濾，使得檢測窗呈現微米球的白色，而當新冠病毒存在時，微米球和納米球通過表面的抗體在病毒抗原介導下形成復合物，紅色納米球對白色微米球實現表面覆蓋，從而使檢測窗顯示肉眼可見的紅色。”

由于芯片設計了逆流功能，完成檢測后，在生理鹽水或清水的沖洗下，微球可以從原路返回，清空檢測窗，從而可以反復數十次乃至上百次地使用。

針對個人用戶，研究團隊還進行了實用性驗證，證實了在不同的操作方法（手動加樣速度）、操作條件（溫度、照明）、操作時間（5分鐘-120分鐘）下，該檢測系統都體現出了優秀的魯棒性和準確率。

“在用戶超過100例的雙盲臨床檢驗中，測試用戶均為未經任何專業技術培訓的人員，最終取得了對普通新冠病毒和德爾塔變異毒株分別高達95.4%和100%的檢測準確率。”張雁說。

張雁透露：“目前我們在原有微流控芯片基礎上，正在開發可以同時快速檢測包括新冠、甲流、乙流、副流感、肺炎支原體感染等多項常見呼吸道感染疾病的家用檢測芯片。”

業內人士表示，國內由于新發病例較少，且較為零散，試劑生產企業很難按照國家藥監局目前的規定，籌集到足夠的臨床試驗病例。不過按照美國食品藥品監督管理局（FDA）的EUA注冊要求，拿到認證的九安醫療、東方生物和艾康科技，已經在美國完成了新冠抗原檢測試劑的臨床試驗。如九安醫療生產的iHealth新冠抗原家用自測OTC試劑盒是目前美國廣泛使用的公共衛生防疫產品之一。

張雁指出，我國推廣新冠家庭自測還面臨一個難題，那就是監管問題。如何上報檢測結果，如何避免瞞報，如何在后臺審核檢驗檢測結果的真實有效，如何進行大數據統計等，都是在進行新冠家庭自測推廣前需要解決的問題。不過，隨著新冠病毒防控的常態化，新冠家庭自測的推廣普及還是具有一定價值的。