邢婉丽：科技创新助力重大疫情智慧监控“天网”建设（2）

二、抗击新冠肺炎疫情面临的重要挑战

抗击新冠肺炎疫情面临的重要挑战主要有两个方面。

第一，做好鉴别诊断。新冠病毒感染者的临床症状与甲流、乙流以及其他呼吸道感染的临床症状很相似，但是对这些疾病的治疗方法却有所不同。因此，我们要做好鉴别诊断，识别出到底是哪种病毒。

第二，一些新冠病毒感染者，在感染新冠病毒的同时，可能还有其他疾病，这就会使他们的症状加重。因此，我们要做好合并感染诊断，进行有针对性的个体化治疗。

当前，我国在新冠肺炎疫情防控上已经取得了一定成效，重点是严防境外输入。

三、如何进行新冠病毒检测

我国现在有基于基因扩增和针对抗体的单指标试剂盒，这些试剂盒只能检测新冠病毒这个单一指标；同时也开发了多病毒检测的技术和产品。前面我们讲到，检测病毒可以进行核酸检测和抗体检测，这两种方法涉及两大类技术：一类是分子检测技术，另一类是免疫学检测技术。分子检测，检测的对象是针对病原体本身，也就是鉴定病原体本身的核酸；免疫学检测，相对来说是间接诊断，当病原体侵袭人体后，人体免疫系统会产生抗体，因此通过检测抗体就可以知道人体感染了哪种病毒。

分子检测和免疫学检测两种方法也有不同的特点。分子检测供临床使用的试剂盒，一般会在几小时之内得出结果，它基于两大类技术：一类是PCR技术，另一类是基于恒温扩增的微流控芯片技术。在拿到样品后，使用PCR试剂盒大约2.5-3小时可以得到结果；使用微流控的恒温扩增产品，大约在1.5小时之内就可以得到结果。现在已经批准的PCR试剂盒是针对单一指标的，而芯片产品可以检测多种常见病毒和细菌，通过高通量测序使检测范围更广。

下面，我向大家汇报和分享一下针对多种病原体核酸检测的芯片技术和产品。

（图1）

上图（图1）可以看到，这是一个塑料芯片，我们在对样品（痰液或者咽拭子）进行处理后，提取其中的核酸，加上其他试剂，放进芯片的一个小孔内，芯片外边的一圈里面有相应的试剂，这些试剂可以跟样品反应，通过反应检测出相应的病毒。这个芯片可以检测出6种呼吸道核酸病毒，我们可以通过它进行鉴别诊断和合并感染诊断。

那么，我们是怎样通过这张芯片得知检测结果的？分子检测技术可以通过生物技术对病毒进行扩增。为什么要扩增？当病毒很少时，我们是检测不到的，所以要通过生物技术让病毒复制足够的量。当病毒复制到足够量的时候，我们还需要进行相应的标记。什么是标记？就是相当于给要检测的分子带上一个“灯笼”，通过相应的设备可以检测到这个“灯笼”，这样我们就能够间接地知道是哪种病毒了。

（图2）

（图3）

这张芯片需要放到机器里进行检测。不同的医疗机构，可以选用不同型号的机器。上面这台机器（图2）是单通道的，机器中有一个托盘，像电脑的光盘仓一样，可以让芯片进入。芯片进入机器后会一边旋转一边做扩增反应，在扩增的过程中荧光分子会标记核酸所带的“灯笼”，机器中相应的光学器件会检测到荧光分子，这一程序是自动的，我们在电脑上就能看到结果。从2016年开始，这款机器已经在全国360多家医院得到了很好的应用。后来有的医院跟我们讲，由于医院病人较多，他们需要更高通量的机器，因此我们又开发了下面这款机器（图3），这款机器像“魔方”一样，一层有四个“窗口”，“窗口”里的托盘出来以后，可以把芯片放进去，这样一套机器可以同时检测16个样本。

前面我们讲到，这张芯片可以检测6种病毒，包括新型冠状病毒、甲流、乙流等，它的检测原理是基于生物技术产生扩增。常规的PCR技术也是一种扩增技术，但是它需要三个温度区进行循环，由于需要对仪器设备进行温度区的切换，整体的扩增时间就要长一些。上面这两种仪器（图2、图3）用到的是恒温扩增技术，反应时间比PCR技术更快一些，一般在45分钟之内就可以完成。加上样品放入芯片之前，提取核酸再与其他试剂混合需要的30分钟，整个核酸检测一般在1.5小时以内就能完成。

总的来看，上面这款芯片系统，一方面检测较快，全程只需1.5小时；另一方面，还具有检测多指标的优势，可以同时检测6种呼吸道病毒，它可以做鉴别诊断以及合并感染诊断。

怎样看到检测结果？我们已经设计好了自动化报告系统的软件，机器旁边的电脑上会呈现出实时曲线，软件会自动给出这几种病毒指标是阳性还是阴性，不需要再做人为的统计。从芯片到仪器，都是拥有国家自主知识产权的。

多病毒检测芯片和PCR试剂盒都是基于核酸检测分子诊断的方法。免疫学检测需要在发病三天或者感染七天后才能检测出相应的抗体。当然，免疫诊断试剂和核酸诊断试剂可以互相补充进行诊断。

2020年2月末，清华大学向武汉捐赠了1.2万份检测芯片，为各个医院做鉴别诊断和合并感染诊断做出了应有贡献。未来，通过全集成技术对芯片进行进一步升级后，就不用在芯片之外再提取核酸了，从而进一步缩短提取核酸所需的30多分钟时间，或是将它合并到检测过程中，就不用人为操作了，以此降低操作人员的风险。这种芯片很快就会被研发出来并进入临床，也就是将样品放入芯片后，所有的操作都由芯片和机器自动完成，大约1小时就可以得出最终结果。