復旦大學團隊研發新設備,核酸檢測只需 5 分鐘

作者 | 發布日期 2022 年 02 月 28 日 0:00 | 分類 尖端科技 , 生物科技 , 醫療科技 Telegram share ! follow us in feedly


新冠肺炎疫情尚未結束,為了能正常外出,核酸檢測成了常事。目前新冠病毒核酸檢測主要是利用鼻咽拭子,採用螢光定量 PCR ,也就是聚合酶連鎖反應(PCR)技術進行,檢測時間通常在 2~24 小時。

日漸增長的外出需求與仍在繼續的疫情,並不算短的檢測時間,讓新冠病毒核酸檢測面臨不小壓力。因此在保證結果準確度的情況下,要讓檢測更為迅速。

近期,復旦大學劉云圻、魏大程等所在的研究團隊在期刊《Nature Biomedical Engineering》(《自然》雜誌子刊,自然生物醫學工程)發表了一項研究結果。開發出的新型冠檢測設備和方法,可在 5 分鐘內得到核酸檢測結果,且準確率更高。

在目前常見的 PCR 檢測方式中,需將新型冠狀病毒核酸(RNA)反轉錄為 DNA,如果病毒濃度過低,就會影響檢測結果的準確性。

復旦大學研究團隊發表的文章中提到,微機電系統(MEMS)有高度整合、小型、廉價和高效的特點,具有商業化的可行性。但基於 MEMS、NEMS 和 FET 的生物感測器在某些情況下很難保持敏感性。

因此,復旦大學的研究團隊研發了一種基於 MolEMS(分子機電系統)的晶體管感測晶片。該 MolEMS(分子機電系統)是一種透過 DNA 分子自組裝而成,透過外電場驅動,能精準調控分子辨別和信號轉化過程的微型裝置。

▲ MolEMS 和 MolEMS g-FET。(Source:Nature Biomedical Engineering,下同)

在實踐中,大多數生物感測器無法在生物流體中實現超高靈敏度。MolEMS 的獨特結構可以進行超精確的生物檢測,能夠實現高效的生物辨識和信號轉導,進而擁有超高的靈敏度。

研究結果還提到,SARS-CoV-2(新型冠狀病毒)RNA 大約有 30,000 個核苷酸,並且測量臨床樣本會有更高的生物學複雜性,患者之間的差異以及樣本收集和製備程序也有不確定性。

MolEMS 檢測核酸樣本不需要複雜耗時的核酸提取和擴增過程,能夠直接檢測鼻咽拭子樣本中的 SARS-CoV-2 RNA。診斷 COVID-19 的時間約為 0.1-4 分鐘,平均為 60 秒。

研究人員使用 MolEMS g-FET 組裝了 COVID-19 測試系統,用於現場和床邊檢測(point-of-care testing,POCT)。測試系統由 MolEMS g-FET 整合測試模組和主系統兩部分組成。為了避免不同樣品之間的交叉干擾,一個模組用於測試一個樣品。

▲ SARS-CoV-2 核酸檢測

只需更換 MolEMS 測試模組,即可將主系統重複用於多項測試。該系統的操作分為三個步驟:第一步是將測試模組與主系統連接,透過 USB、Wi-Fi 或藍牙將電腦或智慧手機與測試系統連接。第二步是打開覆蓋測試模組 PDMS 井的密封。第三步是將測試樣品添加到 PDMS 井中,並從電腦或智慧手機讀取結果。

就研究結果來看,與 MEMS 和 NEMS 相比,MolEMS 降低了成本、體積和重量,並允許進行分子等級的操作。操作簡單,靈敏度和特異性高又便攜。出現假陰性和假陽性的概率極低,還比 PCR 檢測更快。

▲ 超靈敏生物檢測和長期穩定性。

便攜系統進一步發展後,利用它可以在機場、診所和當地急診部門甚至在家中進行現場和床邊檢測。有助於提高核酸檢測效率,減緩病毒的傳播。

值得一提的是,MolEMS 的開發還可以在幾分鐘內實現對其他疾病的超精確診斷,而無需通常需要數小時或數天的目標純化、擴增或培養。除了生物感測之外,MolEMS 的設計原理還可用於設計其他更高精度的機電設備和功能系統。

(本文由 愛范兒 授權轉載;首圖來源:pixabay

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