復旦大學團隊研發新設備，核酸檢測只需 5 分鐘
在新冠肺炎疫情尚未結束的如今，為了能正常地出行，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，採用熒光定量 PCR ，也就是聚合酶鏈式反應（PCR）技術進行，檢測時間通常在 2-24 小時。
▲圖片來自：浙江省人民政府
日漸增長的出行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着不小的壓力。因此在保證結果準確度的情況下，要讓檢測更為迅速。
近期，復旦大學劉雲圻、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。
在目前常見的聚合酶鏈式反應（PCR）檢測方式，需要將新型冠狀病毒核酸（RNA）逆轉錄為 DNA，因此在核酸檢測中，如果病毒濃度過低，就會影響檢測結果的準確性。
▲圖片來自：人民網
復旦大學研究團隊發表的文章中提到，微機電系統（MEMS）有高度集成、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 的生物傳感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）的晶體管傳感芯片。他們提出的 MolEMS（分子機電系統），是一種通過 DNA 分子自組裝而成，通過外電場驅動，能精準調控分子識別和信號轉化過程的微型裝置。
▲MolEMS 和 MolEMS g-FET，圖片來自：Nature Biomedical Engineering
在實踐中，大多數生物傳感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識別和信號轉導，從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，並且測量臨牀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，用於現場和牀旁檢測。測試系統由 MolEMS g-FET 集成測試模塊和主系統兩部分組成。為了避免不同樣品之間的交叉干擾，一個模塊用於測試一個樣品。
▲SARS-CoV-2 核酸檢測，圖片來自：Nature Biomedical Engineering
只需更換 MolEMS 測試模塊，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：第一步是將測試模塊與主系統連接，通過 USB、Wifi 或藍牙將電腦或智能手機與測試系統連接。第二步是打開覆蓋測試模塊 PDMS 井的密封。第三步是將測試樣品添加到 PDMS 井中，並從計算機或智能手機讀取結果。
就研究結果來看，與 MEMS 和 NEMS 相比，MolEMS 降低了成本、體積和重量，並允許進行分子水平的操作。並且操作簡單，靈敏度和特異性高還便攜。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，圖片來自：Nature Biomedical Engineering
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牀旁檢測。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。除了生物傳感之外，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。
資料來源：愛範兒（ifanr）
▲圖片來自：浙江省人民政府
日漸增長的出行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着不小的壓力。因此在保證結果準確度的情況下，要讓檢測更為迅速。
近期，復旦大學劉雲圻、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。
在目前常見的聚合酶鏈式反應（PCR）檢測方式，需要將新型冠狀病毒核酸（RNA）逆轉錄為 DNA，因此在核酸檢測中，如果病毒濃度過低，就會影響檢測結果的準確性。
▲圖片來自：人民網
復旦大學研究團隊發表的文章中提到，微機電系統（MEMS）有高度集成、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 的生物傳感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）的晶體管傳感芯片。他們提出的 MolEMS（分子機電系統），是一種通過 DNA 分子自組裝而成，通過外電場驅動，能精準調控分子識別和信號轉化過程的微型裝置。
▲MolEMS 和 MolEMS g-FET，圖片來自：Nature Biomedical Engineering
在實踐中，大多數生物傳感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識別和信號轉導，從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，並且測量臨牀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，用於現場和牀旁檢測。測試系統由 MolEMS g-FET 集成測試模塊和主系統兩部分組成。為了避免不同樣品之間的交叉干擾，一個模塊用於測試一個樣品。
▲SARS-CoV-2 核酸檢測，圖片來自：Nature Biomedical Engineering
只需更換 MolEMS 測試模塊，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：第一步是將測試模塊與主系統連接，通過 USB、Wifi 或藍牙將電腦或智能手機與測試系統連接。第二步是打開覆蓋測試模塊 PDMS 井的密封。第三步是將測試樣品添加到 PDMS 井中，並從計算機或智能手機讀取結果。
就研究結果來看，與 MEMS 和 NEMS 相比，MolEMS 降低了成本、體積和重量，並允許進行分子水平的操作。並且操作簡單，靈敏度和特異性高還便攜。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，圖片來自：Nature Biomedical Engineering
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牀旁檢測。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。除了生物傳感之外，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。
資料來源：愛範兒（ifanr）