清华推出新型核酸检测卡盒,半小时出结果,居家可测

MEMS MEMS 2020-05-28

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。


延伸阅读:

《微流控初创公司调研》
《循环肿瘤细胞(CTC)分选和检测专利全景分析-2020版》

《新冠肺炎(COVID-19)诊断技术、厂商及趋势-2020版》

《新型纳米孔测序专利全景分析-2019版》



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