復旦大學團隊研發新設備，核酸檢測只需 5 分鐘

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。