新冠核酸PCR檢測法在醫院廣泛應用，但通常需要幾個小時才能得到檢測結果。近日，複旦大學團隊提出“分子機電系統”，能夠直接檢測鼻咽拭子樣本中的新冠病毒，檢測時間小于4分鐘。
論文發表于《自然生物醫學工程》 網站截圖
近日，複旦大學高分子科學系、聚合物分子工程國家重點實驗室魏大程課題組及合作者研發了一種基于“分子機電系統”(MolEMS)的半導體傳感晶片，該成果以“在未擴增樣本中快速、超靈敏機電檢測離子、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）為題發表于《自然生物醫學工程》（Nature Biomedical Engineering）。
2月11日，澎湃新聞（www.thepaper.cn）記者從該課題組獲悉，新裝置的優勢在于快速檢測、具有超高靈敏度、裝置小巧便攜、不需要其他專業裝置。
(a)微/納米機電系統示意圖；(b)分子機電系統示意圖；(c-e)基于分子機電系統的半導體傳感器及晶片圖檔；(g-f)傳感晶片的共聚焦熒光顯微鏡和原子力顯微鏡表征圖檔。 複旦大學官網 圖
魏大程課題組長期緻力于研究新型半導體材料、器件及其在生物、化學和光電傳感等領域的應用。他們提出的“分子機電系統”(MolEMS)，即一種通過DNA分子自組裝而成，通過外電場驅動，能精準調控分子識别和信号轉化過程的微型裝置。
通過将分子機電系統組裝到石墨烯場效應半導體上，其剛性底座有助于避免污染物的非特異性吸附；外電場驅動柔性适配體懸臂發生運動，使傳感過程更加接近半導體溝道，顯著提升了靈敏度。在緩沖溶液或生物液體中實作了金屬離子(Hg2+)、蛋白質(Thrombin)、生物小分子(ATP)以及新冠病毒核酸(RNA和cDNA)的超靈敏檢測。
檢測新冠病毒核酸樣本不需要複雜耗時的核酸提取和擴增過程，檢出限最低達10-20拷貝每毫升，檢測時間小于4分鐘，優于現有新冠核酸PCR檢測方法。
複旦大學聚合物分子工程國家重點實驗室和高分子科學系分别為論文第一和第二機關；複旦大學魏大程主持了該研究項目；複旦大學博士王麗倩、博士王學軍、博士生吳雲根、博士郭明權為共同第一作者；複旦大學劉雲圻院士、教授謝幼華、上海交通大學樊春海院士等參與了該研究。
核酸檢測、抗體檢測、抗原檢測各有特點，目前，國内外也出現了不少新冠快速檢測試劑産品。
研究員、博士生導師魏大程表示，快檢試劑多是基于膠體金法的抗原檢測，不如核酸檢測精準。目前市場上的快檢試劑易發生“漏檢”情況，國内實驗室廣泛應用的仍是針對病毒的核酸檢測。
他表示，“分子機電系統”的原理和核酸PCR檢測有所差別。PCR檢測法中，用熒光信号來報告樣本是否陽性。要獲得足夠強度的熒光信号就需要将核酸擴增，而擴增過程往往需要一到兩小時。
但應用新型檢測裝置時，檢測新冠病毒核酸樣本不需要複雜耗時的核酸提取和擴增過程。裝置中的半導體可以做到很小尺寸。半導體内的導電通道是半導體，一方面将化學信号轉為電信号，另一方面能夠将信号放大。通過分析電信号，就可以獲得檢測結果。
“檢測裝置不僅應用于新冠病毒的檢測，它實際上是一個平台，可以通過更換傳感器，來檢測包括流感病毒、新冠病毒在内的多種病毒。”魏大程說，希望這一通用技術能夠在未來得到大規模普及，其不單單是瞄準新冠病毒，還将助力其他病毒檢測，這也是團隊追求的目标。
目前這一檢測裝置正處于應用研發階段。若要實作裝置的大規模臨床應用，還要解決一些技術性問題，達到更高标準。
魏大程舉例解釋說，裝置不光要在實驗室環境下能夠運作，在氣溫低或高的地方，同樣要能正常工作；在實驗室裡測幾十到上百個樣本準确，若要真正應用，需要測更多樣本都沒有偏差；還需要一個标準化的生産流程，保證出産的晶片性能完全一緻。
這一裝置離實際應用還有多遠？魏大程說，課題組的工作驗證了技術原理的可行性。目前，團隊正與企業一起，為實作技術産業化努力。