不挑毒株 灵敏度提升10倍
气溶胶新冠病毒监测系统上岗冬奥会
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昨天，科研人员正在演示使用大流量生物气溶胶采样器采集空气中的气溶胶，以进行新冠病毒核酸检测 。采访人员 和冠欣摄
气溶胶直径小于100微米，可以被人直接吸入肺部，是新冠肺炎病毒传播的重要途径之一 。去年广州发生的新冠肺炎疫情中，就出现了气溶胶传播现象，但当时针对气溶胶进行新冠病毒检测的有效手段尚未出现 。
清华大学、北京大学、中国医学科学院病原生物学研究所、昌平实验室等科研人员开展紧急攻关，联合研制出公共空间生物气溶胶新型冠状病毒监测系统，并已在北京冬奥测试赛中成功应用 。该系统能够对存在于空气中的生物气溶胶进行收集检测，灵敏度可达常规方法的10倍 。
●实现全自动一体化检测
为了解决气溶胶检测难题，2020年10月，在北京市委市政府的部署和北京市科委的直接领导下，清华大学医学院生物医学工程系研究员刘鹏联合昌平实验室、北京大学等多家单位，经过8个月的努力，顺利完成了科研攻关 。
刘鹏介绍，用于公共空间的生物气溶胶新型冠状病毒监测系统分为两部分：便携式生物气溶胶采样器作为前端收集装置，将在需要检测的场所内工作，开展空气样本采样；自动化全集成高灵敏病毒核酸检测系统则设置在实验室，分析采集到的样本并生成检测报告 。
此前，气溶胶采样器已经由北京大学教授要茂盛初步研发成功，随后又经过多次改进升级，更加便携易用 。打开生物气溶胶采样器，中间是一个经过特殊设计的空腔，吸入的空气会在其中形成“旋涡” 。仪器启动后以每分钟超过400升的流量，将空气气旋引导至装有试剂的检测管中 。
“纯空气会被溶液弹开，但空气中包含着的气溶胶、灰尘等物质则会被收集 。就像一颗沙粒进入水中，会迅速沉到水底 。”北京大学环境学院博士生李心月介绍，该设计能实现气体和气溶胶的分离，让气溶胶在采样管中富集 。同时，收集试剂对病毒能起到灭活作用，保证收集到的病毒样本不再具备传染性 。
而在检测端，刘鹏带领团队经过大半年的攻关，一个磁带大小的核酸捕获及原位扩增检测芯片被研发出来 。芯片采用全封闭设计，采集到样本后，核酸捕获及原位扩增滤膜可从1毫升样本中捕获到80%以上的病毒核酸 。随后，实验人员只需将芯片整齐地插入分子诊断检控一体机，仪器便可自动进行核酸扩增及分析，直接生成检测结果，全程不需要人工参与 。
●灵敏度提升一个数量级
2021年4月，刘鹏和团队带着气溶胶新冠病毒监测系统进入地坛医院，开展新冠病毒样本实地采集，对系统进行实际验证 。刘鹏团队采集了病人的鼻咽拭子、唾液、呼出的气体和病房中的气溶胶样本，并将样本一分为二，同步进行气溶胶检测和常规检测 。结果显示，两种检测方式的吻合度很高，且气溶胶系统的检出率是现有PCR体系的三倍 。
刘鹏说，气溶胶新冠病毒监测系统能实现每毫升20拷贝的灵敏度，而常规方法需要每毫升200至500拷贝才能检出，“可以说，检测灵敏度比现有技术提升了一个数量级” 。同时，这套系统也不挑毒株，在进行扩增检测时，刘鹏选择的是新冠病毒不会发生变异的保守序列，即使是最新突变的奥密克戎毒株，同样逃不过系统的检测 。
每台采样器在现场工作30分钟，就可以采集到12立方米内的气溶胶颗粒，再经过45分钟的自动化一体检测，即可得出检测结论 。从采样开始到将最终结果反馈至防疫部门，全程不超过4小时 。
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