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，靈敏度可達正常方法的10倍。
實作全自動一體化檢測
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上司下，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、北京大學等多家機關，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，将在需要檢測的場所内工作，開展空氣樣本采樣；自動化全內建高靈敏病毒核酸檢測系統則設定在實驗室，分析采集到的樣本并生成檢測報告。
此前，氣溶膠采集器已經由北京大學教授要茂盛初步研發成功，随後又經過多次改進更新，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”。儀器啟動後以每分鐘超過400升的流量，将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，但空氣中包含着的氣溶膠、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，該設計能實作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，一個錄音帶大小的核酸捕獲及原位擴增檢測晶片被研發出來。晶片采用全封閉設計，采集到樣本後，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。随後，實驗人員隻需将晶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
“對空氣進行檢測，比咽拭子等傳統方式要困難得多。”劉鵬說，由于空氣中的病毒含量遠低于人體内的含量，且新冠病毒為RNA病毒，穩定性較差，加上空氣始終在流動，如果延遲太久，就失去了檢測的意義，“這就要求樣本收集必須高效，檢測必須靈敏”。
2021年4月，劉鵬和團隊帶着氣溶膠核酸檢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，并将樣本一分為二，同步進行氣溶膠檢測和正常檢測。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，氣溶膠核酸檢測系統能實作每毫升20拷貝的靈敏度，而正常方法需要每毫升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，也同樣逃不過系統的檢測。
每台采集器在現場工作30分鐘，就可以采集到12立方米内的氣溶膠顆粒，再經過45分鐘的自動化一體檢測，即可得出檢測結論。從采樣開始到将最終結果回報至防疫部門，全程不會超過4小時。
即将落地冬奧場館
在正式投入使用前，這套氣溶膠核酸檢測系統經過了專家論證，确認通過氣溶膠采集到的病毒在采集管内會被迅速滅活，保證後續檢測過程的安全。
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作了348例采樣。劉鵬說，如果在檢測中發現了弱陽性或陽性樣本，實驗室将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。
按照計劃，項目組将在冬奧會多個場館布置氣溶膠采集器，并設定臨時檢測站，為冬奧會提供全面氣溶膠新冠病毒檢測保障。
“我們的技術應用，相當于賽事防疫體系中的一環，起到補充和預警的作用。”劉鵬說，防疫體系包括了日常防控、采樣檢測、環境消殺等一系列監測手段，空氣環境檢測屬于整體防疫體系的一部分。如果在檢測中出現異常，實驗室将會及時與防疫部門溝通并采取一系列後續措施。
劉鵬表示，開展新冠病毒監測必然是一個長期過程，他期待這套系統今後能在醫院、車站、機場等人流密集的場所落地，及時發現疫情線索。