2022-01-19 09:01:33
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
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，就出現了氣溶膠傳播現象，但當時針對氣溶膠進行新冠病毒檢測的有效手段尚未出現。
清華大學、北京大學、中國醫(yī)學科學院病原生物學研究所、昌平實驗室等科研人員開展緊急攻關，聯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用。該系統(tǒng)能夠對存在于空氣中的生物氣溶膠進行收集檢測，靈敏度可達常規(guī)方法的10倍。
●實現全自動一體化檢測
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導下，清華大學醫(yī)學院生物醫(yī)學工程系研究員劉鵬聯合昌平實驗室、北京大學等多家單位，經過8個月的努力，順利完成了科研攻關。
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工作，開展空氣樣本采樣；自動化全集成高靈敏病毒核酸檢測系統(tǒng)則設置在實驗室，分析采集到的樣本并生成檢測報告。
此前，氣溶膠采樣器已經由北京大學教授要茂盛初步研發(fā)成功，隨后又經過多次改進升級，更加便攜易用。打開生物氣溶膠采樣器，中間是一個經過特殊設計的空腔，吸入的空氣會在其中形成“旋渦”。儀器啟動后以每分鐘超過400升的流量，將空氣氣旋引導至裝有試劑的檢測管中。
“純空氣會被溶液彈開，但空氣中包含著的氣溶膠、灰塵等物質則會被收集。就像一顆沙粒進入水中，會迅速沉到水底。”北京大學環(huán)境學院博士生李心月介紹，該設計能實現氣體和氣溶膠的分離，讓氣溶膠在采樣管中富集。同時，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，劉鵬帶領團隊經過大半年的攻關，一個磁帶大小的核酸捕獲及原位擴增檢測芯片被研發(fā)出來。芯片采用全封閉設計，采集到樣本后，核酸捕獲及原位擴增濾膜可從1毫升樣本中捕獲到80%以上的病毒核酸。隨后，實驗人員只需將芯片整齊地插入分子診斷檢控一體機，儀器便可自動進行核酸擴增及分析，直接生成檢測結果，全程不需要人工參與。
●靈敏度提升一個數量級
2021年4月，劉鵬和團隊帶著氣溶膠新冠病毒監(jiān)測系統(tǒng)進入地壇醫(yī)院，開展新冠病毒樣本實地采集，對系統(tǒng)進行實際驗證。劉鵬團隊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，同步進行氣溶膠檢測和常規(guī)檢測。結果顯示，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)能實現每毫升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，檢測靈敏度比現有技術提升了一個數量級”。同時，這套系統(tǒng)也不挑毒株，在進行擴增檢測時，劉鵬選擇的是新冠病毒不會發(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。
每臺采樣器在現場工作30分鐘，就可以采集到12立方米內的氣溶膠顆粒，再經過45分鐘的自動化一體檢測，即可得出檢測結論。從采樣開始到將最終結果反饋至防疫部門，全程不超過4小時。
●即將落地冬奧場館
2021年10月起，這套系統(tǒng)已經在5個冬奧場館及主媒體中心等場地進行了系統(tǒng)測試驗證，并在冬奧測試賽上實現了348例采樣。劉鵬說，如果在檢測中發(fā)現了弱陽性或陽性樣本，實驗室將立即與防疫部門溝通，盡快啟動環(huán)境消殺及人員檢測、追蹤等一系列防疫流程。
按照計劃，項目組將在冬奧會多個場館布置氣溶膠采樣器，并設置臨時檢測站，為冬奧會提供全面氣溶膠新冠病毒檢測保障。
“我們的技術應用，相當于賽事防疫體系中的一環(huán)，起到補充和預警的作用。”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。如果在檢測中出現異常，實驗室將會及時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)測必然是一個長期過程，他期待這套系統(tǒng)今后能在醫(yī)院、車站、機場等人流密集的場所落地，及時發(fā)現疫情線索。
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