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　　冬奧場館用上氣溶膠新冠病毒監(jiān)測系統(tǒng)
　　靈敏度較常規(guī)方法提升一個量級

　　氣溶膠直徑小于100微米，傳播距離達(dá)1米以上，可被直接吸入肺部，是新冠肺炎病毒傳播的重要途徑之一。

　　為了監(jiān)測空氣中的氣溶膠，清華大學(xué)、北京大學(xué)、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院病原生物學(xué)研究所、昌平實驗室等科研人員開展緊急攻關(guān)，聯(lián)合研制出公共空間生物氣溶膠新型冠狀病毒監(jiān)測系統(tǒng)。目前，多臺樣本采集器已在冬奧會多個場館“上崗”。

　　相對于常規(guī)方法，監(jiān)測系統(tǒng)的靈敏度高了一個量級。近日，記者來到北京中關(guān)村生命科學(xué)園生物氣溶膠檢測實驗室，揭秘如此靈敏的設(shè)備是如何工作的。

　　30分鐘從密閉空間采集氣溶膠顆粒

　　氣溶膠是指空氣中長時間懸浮的、直徑一般在100微米以下的微小顆粒物組成的系統(tǒng)，霧和霾都屬于氣溶膠。組分中包含病毒、細(xì)菌、真菌、花粉、動植物源性蛋白等微生物的氣溶膠，被稱為“生物氣溶膠”。

　　據(jù)清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院研究員劉鵬介紹，氣溶膠顆粒會隨著人們呼吸、打噴嚏傳到空氣中，其傳播距離達(dá)1米以上，可被直接吸入肺部，是新冠病毒傳播的重要途徑之一。

　　相較于給人做核酸檢測，給空氣做“核酸檢測”并非易事?！耙驗闅馊苣z樣本體積大，空氣中的病毒載量比較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于從人的咽喉直接采樣，同時，病毒RNA穩(wěn)定性差，這就要求我們的收集方法要高效，檢測方法要非常靈敏?！眲Ⅸi說。

　　在位于北京中關(guān)村生命科學(xué)園的生物氣溶膠檢測實驗室，記者見到了生物氣溶膠新冠病毒核酸監(jiān)測系統(tǒng)，由便攜式氣溶膠采集器和一體化高靈敏新冠病毒核酸檢測儀兩部分組成。

　　氣溶膠采集器由北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院要茂盛教授團(tuán)隊研發(fā)，外形小巧輕便，適合在熱身室、裁判室等狹小密閉空間使用，30分鐘內(nèi)可采集12立方米內(nèi)的氣溶膠顆粒，并收集到采樣管中。

　　清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院研究生李保戴上手套，將采集管固定在采集器上，向記者演示了這一過程。生物氣溶膠采樣器中間是一個經(jīng)過特殊設(shè)計的空腔，進(jìn)風(fēng)口吸入的空氣會在其中形成氣體“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(dǎo)至采集管中，空氣中的氣溶膠等顆粒物會被甩進(jìn)采集管中。

　　采集管中裝有4毫升病毒滅活液，一旦氣溶膠內(nèi)含有病毒將被滅活，以保證采樣及后續(xù)檢測人員的安全。

　　病毒檢測靈敏度是常規(guī)方法10倍

　　采集完成后，輪到“一體化高靈敏新冠病毒核酸檢測儀”登場。

　　李保用移液槍從濃縮后僅剩2毫升左右溶液的采集管中取出1毫升液體，轉(zhuǎn)入樣本管中。“剩余1毫升液體進(jìn)行樣本留存，一旦出現(xiàn)陽性，可以進(jìn)行復(fù)檢?！睒颖竟鼙谎b入芯片卡盒中，全封閉插入檢測儀檢測。

　　卡盒比手掌還小，但內(nèi)有乾坤。液體經(jīng)過卡盒下方“頭發(fā)絲”一般粗細(xì)的流道，流入清華大學(xué)劉鵬團(tuán)隊自主研發(fā)的核酸捕獲濾膜中，濾膜將核酸富集在一起，剩余溶液流入廢液池。核酸從裂解到捕獲的第一步就完成了。

　　第二步，清洗液也將從流道流過來，對樣本中的雜質(zhì)和濾膜進(jìn)行清洗。接下來，反應(yīng)試劑會流到濾膜的位置，對核酸進(jìn)行局部原位擴(kuò)增。通過熒光檢測器讀取，最后的數(shù)據(jù)將直接顯示在屏幕上，生成檢測結(jié)果。

　　“陰性樣本的曲線雖然會小幅波動，但基本是平的，而陽性樣本的曲線會呈S形上升，和陰性樣本形成明顯區(qū)分?！崩畋Ｕf。

　　所有這一系列步驟，只需要45分鐘，全程不需要人工參與。檢測儀內(nèi)可以安裝8個芯片卡盒，同時對8個樣本進(jìn)行檢測，提高檢測效率。

　　檢測儀采用微流控平臺結(jié)合新型核酸提取與擴(kuò)增技術(shù)，使新冠病毒的檢測靈敏度達(dá)到20拷貝/毫升，比常規(guī)方法靈敏10倍。

　　20拷貝每毫升是什么概念？劉鵬舉例解釋，新冠病毒檢測會采集咽拭子，檢測試管溶液中病毒的濃度。使用常規(guī)的實時熒光定量PCR方法進(jìn)行檢測，需要每毫升有200-500個病毒才能檢測出來。使用氣溶膠病毒檢測儀，靈敏度達(dá)到每毫升20個病毒，是常規(guī)方法的10倍，提升了一個量級。

　　8個月完成緊急研發(fā)

　　監(jiān)測系統(tǒng)研發(fā)難度大，但過程只用了8個月。

　　2020年10月，清華大學(xué)、北京大學(xué)、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院病原生物學(xué)研究所、昌平實驗室等科研人員開展緊急攻關(guān)，聯(lián)合研制公共空間生物氣溶膠新型冠狀病毒監(jiān)測系統(tǒng)。

　　李保至今記得那段“很拼”的日子?！拔液蛶熜掷钌辛刈鰧嶒炞龅搅璩?、2點是常態(tài)，劉鵬老師周末和節(jié)假日也幾乎不休息。一有數(shù)據(jù)結(jié)果，我們經(jīng)常大半夜就討論起來?！?/p>

　　2021年4月，系統(tǒng)進(jìn)入實際驗證。劉鵬團(tuán)隊帶著氣溶膠新冠病毒監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)入地壇醫(yī)院，開展新冠病毒樣本實地采集。他們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，同步進(jìn)行氣溶膠檢測和常規(guī)檢測。超過100例樣本的臨床測試驗證結(jié)果顯示，系統(tǒng)陽性檢出率達(dá)到現(xiàn)有實時熒光定量PCR體系檢出率的三倍。

　　為了推動這項技術(shù)在北京冬奧上的應(yīng)用，北京市科委組織專家對技術(shù)進(jìn)行論證。研發(fā)團(tuán)隊按照專家意見在P3實驗室進(jìn)行了實驗驗證，證明了氣溶膠采集的安全性。

　　用于冬奧賽事防疫 起到預(yù)警作用

　　在正式“上崗”冬奧會之前，系統(tǒng)已經(jīng)在制冰期和冬奧測試活動中顯露身手。

　　2021年10月起，系統(tǒng)陸續(xù)在首都體育館、五棵松冰上中心、國家速滑館、“水立方”、國家體育館和主媒體中心等場地進(jìn)行測試與應(yīng)用。據(jù)劉鵬介紹，為確保生物安全，團(tuán)隊采用了負(fù)壓帳篷加生物安全柜的模式，兼顧時效性和安全性。截至2021年12月初，共檢測348例氣溶膠標(biāo)本，證明了氣溶膠檢測的可行性。

　　冬奧期間，預(yù)計有100多臺樣本采集器將在冬奧會多個場館“上崗”，臨時檢測站也將設(shè)置多臺檢測儀。從采樣到接樣運輸再到檢測出結(jié)果，整個過程將不超過4個小時。

　　“我們的技術(shù)應(yīng)用，相當(dāng)于整個防疫體系中的一環(huán)，起到補充和預(yù)警的作用?！眲Ⅸi介紹，如果在檢測中發(fā)現(xiàn)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(huán)境消殺及人員檢測、追蹤等一系列防疫流程。

　　聲 音

　　截至目前，在冬奧場景先后測試和使用了200多項技術(shù)，已確定賽時應(yīng)用70余項，其中20余項在技術(shù)先進(jìn)性和應(yīng)用展示度方面極具代表性。

　　目前，新冠肺炎疫情在全球仍未得到完全遏制，科學(xué)防疫成為辦好這屆冬奧會的重要前提。我們通過組織科技防疫技術(shù)攻關(guān)、專家論證、現(xiàn)場測試等形式，在體溫監(jiān)測、環(huán)境消毒、病原體檢測等環(huán)節(jié)，推進(jìn)多項技術(shù)成果應(yīng)用，切實發(fā)揮科技對北京冬奧會疫情防控的支撐作用，全力保障賽事安全。　　——北京市科委、中關(guān)村管委會冬奧專班負(fù)責(zé)人 楊鵬宇

　　新京報記者 張璐