用上神奇芯片，新冠筛查有望实现在家自测

天津大学与哈佛大学联合研发的最新款家用微流控试剂盒检测阳性（左）与阴性样本（右） 徐 江 摄

□ 科普时报记者 陈 曦

新冠病毒已在全球肆虐两年，更具感染力的突变病毒还有逃避疫苗防疫的可能，这使得人类抗击新冠肺炎疫情的斗争将更常态化、长期化，而新冠病毒检测始终是抗疫的重要一环。

近日，天津大学药学院教授张雁与美国哈佛大学等科研机构合作，发明了一种不需要任何电子、光学器件设备和操作技能培训的家用新冠自测系统。该系统最快可以在5分钟内检测出结果，并以直观的显色对比提供肉眼可见的结果，芯片可以反复使用50次以上，极大降低了检测成本，非常适合普通家庭和个人检测使用。

微流控芯片可大幅提高检测准确率

目前的核酸检测需要专业设备和人员操作，耗时、耗力，经济和社会成本高昂，全民检测也会增加待测人群暴露在易感染环境中的风险。此外，利用肉眼分辨显色的传统胶体金试纸条方法上样量有限，无法对病毒抗原进行扩增，最终导致检测的灵敏度较低。

另一方面，无论常规的实时荧光定量PCR核酸检测，还是依赖DNA扩增的恒温检测，都需要专业人员操作以及专业仪器设备，包括许多基于特异性抗体的新冠抗原检测方法，也需要使用荧光标记来保证检测的准确率。

目前，各国科学家都在寻找更高效、更低成本和更安全的检测手段。

为解决这些问题，张雁研究团队创新性地使用了超高通量的微流控芯片代替了毛细管层析试纸条，上样量比传统的试纸条提高了数十倍，同时还规避了使用胶体金的常规方法对于低病毒载量样品容易漏检的风险。同时，微流控芯片内部特有的过滤富集通道可以将微量的抗原-抗体结合物进行定向集中，使得显色增强，无需辅助读数设备即可进行肉眼识别。

“传统的抗原显色检测方法对于低浓度的病毒样本的变色不够敏感，打个比方来说，相当于把一滴墨水滴到一桶清水里，它的墨色会很淡，不容易看出来。而高通量微流控芯片可以把一桶清水快速过滤掉，然后把这一滴分散的墨水又集中在一起，这样我们很容易就能用肉眼看到结果，从而大大地提高了结果的准确率。”研究团队成员之一、哈佛大学博士徐江进一步解释，“上样量大还有一个直接的好处就是可以支持多人混检，比如5-10人只要有一个阳性就能检测出来，与目前核酸混检效果一样，这是传统的胶体金做不到的。”

张雁表示，此次研发的家用微流控检测平台非常适合对家庭进行大规模筛查，避免了因核酸采样、人员流动和聚集造成的病毒传播，也可以避免医务和专业检测人员的超负荷工作。

操作简便在家可反复使用上百次

张雁团队对微流控芯片进行了三次技术迭代，目前即便病毒载量只有每毫升十几个拷贝的弱阳样品，微流控芯片也能很容易地检测出来。

张雁介绍：“该检测芯片使用了两种由不同抗体修饰的微米球和纳米球，颜色分别是白色和红色，当样本中没有病毒抗原时，红色纳米球可以快速被具有特定截留孔径的栅栏过滤，使得检测窗呈现微米球的白色，而当新冠病毒存在时，微米球和纳米球通过表面的抗体在病毒抗原介导下形成复合物，红色纳米球对白色微米球实现表面覆盖，从而使检测窗显示肉眼可见的红色。”

由于芯片设计了逆流功能，完成检测后，在生理盐水或清水的冲洗下，微球可以从原路返回，清空检测窗，从而可以反复数十次乃至上百次地使用。

针对个人用户，研究团队还进行了实用性验证，证实了在不同的操作方法（手动加样速度）、操作条件（温度、照明）、操作时间（5分钟-120分钟）下，该检测系统都体现出了优秀的鲁棒性和准确率。

“在用户超过100例的双盲临床检验中，测试用户均为未经任何专业技术培训的人员，最终取得了对普通新冠病毒和德尔塔变异毒株分别高达95.4%和100%的检测准确率。”张雁说。

张雁透露：“目前我们在原有微流控芯片基础上，正在开发可以同时快速检测包括新冠、甲流、乙流、副流感、肺炎支原体感染等多项常见呼吸道感染疾病的家用检测芯片。”

业内人士表示，国内由于新发病例较少，且较为零散，试剂生产企业很难按照国家药监局目前的规定，筹集到足够的临床试验病例。不过按照美国食品药品监督管理局（FDA）的EUA注册要求，拿到认证的九安医疗、东方生物和艾康科技，已经在美国完成了新冠抗原检测试剂的临床试验。如九安医疗生产的iHealth新冠抗原家用自测OTC试剂盒是目前美国广泛使用的公共卫生防疫产品之一。

张雁指出，我国推广新冠家庭自测还面临一个难题，那就是监管问题。如何上报检测结果，如何避免瞒报，如何在后台审核检验检测结果的真实有效，如何进行大数据统计等，都是在进行新冠家庭自测推广前需要解决的问题。不过，随着新冠病毒防控的常态化，新冠家庭自测的推广普及还是具有一定价值的。