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新冠核酸PCR检测法在医院广泛应用，但通常需要几个小时才能得到检测结果。近日，复旦大学团队提出“分子机电系统”，能够直接检测鼻咽拭子样本中的新冠病毒，检测时间小于4分钟。
近日，复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程国家重点实验室魏大程课题组及合作者研发了一种基于“分子机电系统”(MolEMS)的晶体管传感芯片，该成果以“在未扩增样本中快速、超灵敏机电检测离子、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)为题发表于《自然生物医学工程》(Nature Biomedical Engineering)。
2月11日，澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者从该课题组获悉，新设备的优势在于快速检测、具有超高灵敏度、装置小巧便携、不需要其他专业设备。
魏大程课题组长期致力于研究新型晶体管材料、器件及其在生物、化学和光电传感等领域的应用。他们提出的“分子机电系统”(MolEMS)，即一种通过DNA分子自组装而成，通过外电场驱动，能精准调控分子识别和信号转化过程的微型装置。
通过将分子机电系统组装到石墨烯场效应晶体管上，其刚性底座有助于避免污染物的非特异性吸附；外电场驱动柔性适配体悬臂发生运动，使传感过程更加接近晶体管沟道，显著提升了灵敏度。在缓冲溶液或生物液体中实现了金属离子(Hg2+)、蛋白质(Thrombin)、生物小分子(ATP)以及新冠病毒核酸(RNA和cDNA)的超灵敏检测。
检测新冠病毒核酸样本不需要复杂耗时的核酸提取和扩增过程，检出限最低达10-20拷贝每毫升，检测时间小于4分钟，优于现有新冠核酸PCR检测方法。
复旦大学聚合物分子工程国家重点实验室和高分子科学系分别为论文第一和第二单位；复旦大学魏大程主持了该研究项目；复旦大学博士王丽倩、博士王学军、博士生吴云根、博士郭明权为共同第一作者；复旦大学刘云圻院士、教授谢幼华、上海交通大学樊春海院士等参与了该研究。
核酸检测、抗体检测、抗原检测各有特点，目前，国内外也出现了不少新冠快速检测试剂产品。
研究员、博士生导师魏大程表示，快检试剂多是基于胶体金法的抗原检测，不如核酸检测精准。目前市场上的快检试剂易发生“漏检”情况，国内实验室广泛应用的仍是针对病毒的核酸检测。
他表示，“分子机电系统”的原理和核酸PCR检测有所区别。PCR检测法中，用荧光信号来报告样本是否阳性。要获得足够强度的荧光信号就需要将核酸扩增，而扩增过程往往需要一到两小时。
但应用新型检测设备时，检测新冠病毒核酸样本不需要复杂耗时的核酸提取和扩增过程。设备中的晶体管可以做到很小尺寸。晶体管内的导电通道是半导体，一方面将化学信号转为电信号，另一方面能够将信号放大。通过分析电信号，就可以获得检测结果。
“检测设备不仅应用于新冠病毒的检测，它实际上是一个平台，可以通过更换传感器，来检测包括流感病毒、新冠病毒在内的多种病毒。”魏大程说，希望这一通用技术能够在未来得到大规模普及，其不单单是瞄准新冠病毒，还将助力其他病毒检测，这也是团队追求的目标。
目前这一检测装置正处于应用研发阶段。若要实现设备的大规模临床应用，还要解决一些技术性问题，达到更高标准。
魏大程举例解释说，设备不光要在实验室环境下能够运行，在气温低或高的地方，同样要能正常工作；在实验室里测几十到上百个样本准确，若要真正应用，需要测更多样本都没有偏差；还需要一个标准化的生产流程，保证出产的芯片性能完全一致。
这一设备离实际应用还有多远？魏大程说，课题组的工作验证了技术原理的可行性。目前，团队正与企业一起，为实现技术产业化努力。
记者 张慧
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