新冠核酸PCR檢測(cè)法在醫(yī)院廣泛應(yīng)用，但通常需要幾個(gè)小時(shí)才能得到檢測(cè)結(jié)果。近日，復(fù)旦大學(xué)團(tuán)隊(duì)提出“分子機(jī)電系統(tǒng)”，能夠直接檢測(cè)鼻咽拭子樣本中的新冠病毒，檢測(cè)時(shí)間小于4分鐘。

　　近日，復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系、聚合物分子工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室魏大程課題組及合作者研發(fā)了一種基于“分子機(jī)電系統(tǒng)”(MolEMS)的晶體管傳感芯片，該成果以“在未擴(kuò)增樣本中快速、超靈敏機(jī)電檢測(cè)離子、生物分子和新冠病毒RNA”(Rapid and ultrasensitive electromechanical detection of ions, biomolecules and SARS-CoV-2 RNA in unamplified samples)為題發(fā)表于《自然生物醫(yī)學(xué)工程》(Nature Biomedical Engineering)。

　　2月11日，澎湃新聞(.thepaper)記者從該課題組獲悉，新設(shè)備的優(yōu)勢(shì)在于快速檢測(cè)、具有超高靈敏度、裝置小巧便攜、不需要其他專業(yè)設(shè)備。

　　魏大程課題組長(zhǎng)期致力于研究新型晶體管材料、器件及其在生物、化學(xué)和光電傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用。他們提出的“分子機(jī)電系統(tǒng)”(MolEMS)，即一種通過DNA分子自組裝而成，通過外電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，能精準(zhǔn)調(diào)控分子識(shí)別和信號(hào)轉(zhuǎn)化過程的微型裝置。

　　通過將分子機(jī)電系統(tǒng)組裝到石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管上，其剛性底座有助于避免污染物的非特異性吸附；外電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)柔性適配體懸臂發(fā)生運(yùn)動(dòng)，使傳感過程更加接近晶體管溝道，顯著提升了靈敏度。在緩沖溶液或生物液體中實(shí)現(xiàn)了金屬離子(Hg2+)、蛋白質(zhì)(Thrombin)、生物小分子(ATP)以及新冠病毒核酸(RNA和cDNA)的超靈敏檢測(cè)。

　　檢測(cè)新冠病毒核酸樣本不需要復(fù)雜耗時(shí)的核酸提取和擴(kuò)增過程，檢出限最低達(dá)10-20拷貝每毫升，檢測(cè)時(shí)間小于4分鐘，優(yōu)于現(xiàn)有新冠核酸PCR檢測(cè)方法。

　　復(fù)旦大學(xué)聚合物分子工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和高分子科學(xué)系分別為論文第一和第二單位；復(fù)旦大學(xué)魏大程主持了該研究項(xiàng)目；復(fù)旦大學(xué)博士王麗倩、博士王學(xué)軍、博士生吳云根、博士郭明權(quán)為共同第一作者；復(fù)旦大學(xué)劉云圻院士、教授謝幼華、上海交通大學(xué)樊春海院士等參與了該研究。

　　核酸檢測(cè)、抗體檢測(cè)、抗原檢測(cè)各有特點(diǎn)，目前，國(guó)內(nèi)外也出現(xiàn)了不少新冠快速檢測(cè)試劑產(chǎn)品。

　　研究員、博士生導(dǎo)師魏大程表示，快檢試劑多是基于膠體金法的抗原檢測(cè)，不如核酸檢測(cè)精準(zhǔn)。目前市場(chǎng)上的快檢試劑易發(fā)生“漏檢”情況，國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)室廣泛應(yīng)用的仍是針對(duì)病毒的核酸檢測(cè)。

　　他表示，“分子機(jī)電系統(tǒng)”的原理和核酸PCR檢測(cè)有所區(qū)別。PCR檢測(cè)法中，用熒光信號(hào)來(lái)報(bào)告樣本是否陽(yáng)性。要獲得足夠強(qiáng)度的熒光信號(hào)就需要將核酸擴(kuò)增，而擴(kuò)增過程往往需要一到兩小時(shí)。

　　但應(yīng)用新型檢測(cè)設(shè)備時(shí)，檢測(cè)新冠病毒核酸樣本不需要復(fù)雜耗時(shí)的核酸提取和擴(kuò)增過程。設(shè)備中的晶體管可以做到很小尺寸。晶體管內(nèi)的導(dǎo)電通道是半導(dǎo)體，一方面將化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)，另一方面能夠?qū)⑿盘?hào)放大。通過分析電信號(hào)，就可以獲得檢測(cè)結(jié)果。

　　“檢測(cè)設(shè)備不僅應(yīng)用于新冠病毒的檢測(cè)，它實(shí)際上是一個(gè)平臺(tái)，可以通過更換傳感器，來(lái)檢測(cè)包括流感病毒、新冠病毒在內(nèi)的多種病毒?！蔽捍蟪陶f，希望這一通用技術(shù)能夠在未來(lái)得到大規(guī)模普及，其不單單是瞄準(zhǔn)新冠病毒，還將助力其他病毒檢測(cè)，這也是團(tuán)隊(duì)追求的目標(biāo)。

　　目前這一檢測(cè)裝置正處于應(yīng)用研發(fā)階段。若要實(shí)現(xiàn)設(shè)備的大規(guī)模臨床應(yīng)用，還要解決一些技術(shù)性問題，達(dá)到更高標(biāo)準(zhǔn)。

　　魏大程舉例解釋說，設(shè)備不光要在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下能夠運(yùn)行，在氣溫低或高的地方，同樣要能正常工作；在實(shí)驗(yàn)室里測(cè)幾十到上百個(gè)樣本準(zhǔn)確，若要真正應(yīng)用，需要測(cè)更多樣本都沒有偏差；還需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)流程，保證出產(chǎn)的芯片性能完全一致。

　　這一設(shè)備離實(shí)際應(yīng)用還有多遠(yuǎn)？魏大程說，課題組的工作驗(yàn)證了技術(shù)原理的可行性。目前，團(tuán)隊(duì)正與企業(yè)一起，為實(shí)現(xiàn)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化努力。

　　記者 張慧