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空氣|不挑毒株 氣溶膠新冠病毒監測系統上崗北京冬奧會

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氣溶膠直徑小于100微米 ， 可以被人直接吸入肺部 ， 是新冠肺炎病毒傳播的重要途徑之一 。 去年廣州發生的新冠肺炎疫情中 ， 就出現了氣溶膠傳播現象 ， 但當時針對氣溶膠進行新冠病毒檢測的有效手段尚未出現 。
清華大學、北京大學、中國醫學科學院病原生物學研究所、昌平實驗室等科研人員開展緊急攻關 ， 聯合研制出公共空間生物氣溶膠新型冠狀病毒監測系統 ， 并已在北京冬奧測試賽中成功應用 。 該系統能夠對存在于空氣中的生物氣溶膠進行收集檢測 ， 靈敏度可達常規方法的10倍 。
實現全自動一體化檢測
為了解決氣溶膠檢測難題 ， 2020年10月 ， 在北京市委市政府的部署和北京市科委的直接領導下 ， 清華大學醫學院生物醫學工程系研究員劉鵬聯合昌平實驗室、北京大學等多家單位 ， 經過8個月的努力 ， 順利完成了科研攻關 。
劉鵬介紹 ， 用于公共空間的生物氣溶膠新型冠狀病毒監測系統分為兩部分：便攜式生物氣溶膠采樣器作為前端收集裝置 ， 將在需要檢測的場所內工作 ， 開展空氣樣本采樣；自動化全集成高靈敏病毒核酸檢測系統則設置在實驗室 ， 分析采集到的樣本并生成檢測報告 。
此前 ， 氣溶膠采樣器已經由北京大學教授要茂盛初步研發成功 ， 隨后又經過多次改進升級 ， 更加便攜易用 。 打開生物氣溶膠采樣器 ， 中間是一個經過特殊設計的空腔 ， 吸入的空氣會在其中形成“旋渦” 。 儀器啟動后以每分鐘超過400升的流量 ， 將空氣氣旋引導至裝有試劑的檢測管中 。
“純空氣會被溶液彈開 ， 但空氣中包含著的氣溶膠、灰塵等物質則會被收集 。 就像一顆沙粒進入水中 ， 會迅速沉到水底 。 ”北京大學環境學院博士生李心月介紹 ， 該設計能實現氣體和氣溶膠的分離 ， 讓氣溶膠在采樣管中富集 。 同時 ， 收集試劑對病毒能起到滅活作用 ， 保證收集到的病毒樣本不再具備傳染性 。
而在檢測端 ， 劉鵬帶領團隊經過大半年的攻關 ， 一個磁帶大小的核酸捕獲及原位擴增檢測芯片被研發出來 。 芯片采用全封閉設計 ， 采集到樣本后 ， 核酸捕獲及原位擴增濾膜可從1毫升樣本中捕獲到80%以上的病毒核酸 。 隨后 ， 實驗人員只需將芯片整齊地插入分子診斷檢控一體機 ， 儀器便可自動進行核酸擴增及分析 ， 直接生成檢測結果 ， 全程不需要人工參與 。
靈敏度提升一個數量級
2021年4月 ， 劉鵬和團隊帶著氣溶膠新冠病毒監測系統進入地壇醫院 ， 開展新冠病毒樣本實地采集 ， 對系統進行實際驗證 。 劉鵬團隊采集了病人的鼻咽拭子、唾液、呼出的氣體和病房中的氣溶膠樣本 ， 并將樣本一分為二 ， 同步進行氣溶膠檢測和常規檢測 。 結果顯示 ， 兩種檢測方式的吻合度很高 ， 且氣溶膠系統的檢出率是現有PCR體系的三倍 。
劉鵬說 ， 氣溶膠新冠病毒監測系統能實現每毫升20拷貝的靈敏度 ， 而常規方法需要每毫升200至500拷貝才能檢出 ， “可以說 ， 檢測靈敏度比現有技術提升了一個數量級” 。 同時 ， 這套系統也不挑毒株 ， 在進行擴增檢測時 ， 劉鵬選擇的是新冠病毒不會發生變異的保守序列 ， 即使是最新突變的奧密克戎毒株 ， 同樣逃不過系統的檢測 。
每臺采樣器在現場工作30分鐘 ， 就可以采集到12立方米內的氣溶膠顆粒 ， 再經過45分鐘的自動化一體檢測 ， 即可得出檢測結論 。 從采樣開始到將最終結果反饋至防疫部門 ， 全程不超過4小時 。
即將落地冬奧場館
2021年10月起 ， 這套系統已經在5個冬奧場館及主媒體中心等場地進行了系統測試驗證 ， 并在冬奧測試賽上實現了348例采樣 。 劉鵬說 ， 如果在檢測中發現了弱陽性或陽性樣本 ， 實驗室將立即與防疫部門溝通 ， 盡快啟動環境消殺及人員檢測、追蹤等一系列防疫流程 。