核酸检测：试剂盒和检测仪缺一不可

由新型冠状病毒感染的肺炎(以下简称“新冠状肺炎”)正在全世界蔓延。核酸检测被确定为确定是否诊断出新的冠状肺炎的主要诊断依据。

关于核酸检测，机械制造和自动化专家、中国工程院院士、Xi交通大学的蒋庄德教授和他的团队表达了他们的观点，“核酸检测的效果不仅取决于高质量的试剂盒，还取决于一个非常关键的检测设备——实时荧光定量聚合酶链反应(PCR)核酸检测设备，其重要性往往被大家所忽视。”姜庄德告诉《中国科学报》，实时荧光定量聚合酶链反应检测器具有高特异性、灵敏度和稳定性，有助于早期诊断和治疗。核酸检测的准确性离不开相互匹配的高质量试剂盒和高端仪器。

经过长时间的坚持，10年前加入该团队的Xi交通大学蒋庄德教授和彭念才教授克服困难，研制出了具有自主知识产权的新型国产实时荧光定量聚合酶链反应仪，实现了工业化生产，打破了我国这类高端仪器设备完全依赖进口的局面。在这场新的冠状肺炎疫情中，这些设备广泛分布在全国各地的一线医院，发挥着重要作用。

测试锋利的工具是必不可少的。

“人们错误地认为可用试剂盒进行有效的核酸检测，但事实上，它必须依靠核酸检测试剂和仪器设备的相互合作。就像打印机一样，如果你想打印一份文件，你必须同时拥有打印机机身、墨盒和打印纸。”彭年才说，聚合酶链反应检测器和试剂盒应给予同等重视。

彭年才长期致力于聚合酶链反应等先进分子诊断基因检测技术的研究和产品开发。1997年，他创办了Xi安天龙科技有限公司(以下简称天龙科技)。经过20多年的发展，公司已成为中国基因检测和分子诊断领域的创新领导者之一。

2019年底，新皇冠肺炎疫情爆发后，天龙科技研发团队首次启动应急机制。今年1月12日，新冠状病毒基因序列信息发布后，研发团队根据新冠状病毒的基因序列，在一周内迅速研制出“新冠状病毒核酸检测试剂盒”，并先后完成了验证、质量控制和批量生产。经第三方检测机构检测，试剂盒检测灵敏度达到200份/毫升，灵敏度高，特异性好，临床反馈稳定可靠。

“工具包的质量和开发速度取决于现有基础和过去的长期积累。事实上，乙肝、艾滋病、非典等病毒核酸检测试剂盒的技术特征和工艺流程基本相同。正是因为我们过去的长期积累和投资，我们才能够迅速应对这一流行病的需求。”彭年才说道。

彭念才表示，与之配套的实时荧光定量聚合酶链反应仪也非常关键。“不管是什么病毒，聚合酶链反应核酸检测仪器基本上没有变化，但仪器的开发过程极其困难。”

聚合酶链反应技术是一种典型的分子诊断技术。由于聚合酶链反应热循环的引入和体外基因扩增的高灵敏度，可以高效、特异地扩增和检测病原体或特定基因。换句话说，一旦病人被感染，病毒就能被及时准确地检测出来，而且窗口期很短，以便抓住宝贵的治疗时间。

目前，新冠状病毒感染肺炎的诊断和治疗计划(试验版本5)、美国疾病控制和预防中心和世界卫生组织都已将实时荧光聚合酶链反应核酸检测确定为新诊断肺炎病例的确认、疑似排除和出院的基础。

该团队研发的第二代实时荧光定量聚合酶链反应仪实现了核酸的快速提取和准确的扩增检测，全封闭全流程自动化操作也为一线医务人员的健康和安全提供了保障。目前，为应对疫情，天龙相关检测试剂和设备已在武汉市疾病预防控制中心、武汉同济医院、武汉金印滩医院、方舱医院流动实验室以及全国许多疾病预防控制中心和医疗机构用于检测新冠状病毒核酸，满足了国家的重大需求。

国内文书承担着沉重的责任

高端仪器设备的国产化一直是相关科学家和行业关注的焦点，尤其是在生物医学领域。在姜壮德看来，疫情是对国内高端仪器迫切需求的“警钟”。由于它的许多理论瓶颈和巨大的技术困难，它需要工业界、大学和研究机构的长期承诺、他们孤独的意愿以及科学家和工匠的精神。

早在10年前，实时荧光定量聚合酶链反应已被许多国际组织和国家公认为病原体检测、突发传染病诊断、生物污染和疫情监测的重要依据。当时，这种仪器在国内的应用几乎完全依赖进口，其高昂的价格和巨大的需求经常使中国在重大疾病的预防和控制方面陷入被动局面。

长期以来，核心技术一直卡在脖子上，这是聚合酶链反应仪器定位中不可逾越的鸿沟。蒋庄德和彭念才团队不断探索和突破多通道荧光检测和荧光定量技术，在保证荧光采集速度的同时，保持极高的灵敏度、信噪比和抗干扰能力。设计了一套基因扩增定量分析系统，实现了对聚合酶链反应扩增结果的实时定量、聚合酶链反应热循环基因扩增和高分辨率分析等。

“在国家科技部、国家重大研发计划、国家自然科学基金委员会等项目的长期支持下，我们在核心技术、制造技术和性能指标上已经达到与国际水平相当的水平，从第一代定性聚合酶链反应仪器到广泛使用的第二代实时定量聚合酶链反应仪器，价格都低于国外同类产品。”彭年才自豪地说道。目前，聚合酶链反应仪器的定位率已达到30%-40%。

这款中国制造的第二代实时荧光定量聚合酶链反应仪不仅在新一轮冠状肺炎疫情中“发挥了重要作用”，还在2009年因甲型H1N1流感、非洲埃博拉病毒、艾滋病和猪瘟等突发传染病而被国际社会“审查”和广泛认可。

去年年初，姜庄德和彭念柴的团队再次获得了国家重点研发计划“重大科学仪器设备开发”的支持，并进一步研制了“荧光数字基因扩增单分子检测器”。

这一次他们想把仪器再次升级到第三代“数字聚合酶链反应”。“与荧光定量聚合酶链反应相比，它具有更好的灵敏度和准确性，特别是在微量核酸的定量分析、罕见突变检测、核酸拷贝数变异和基因表达的微小差异等精密医学和生命科学研究中具有显著优势。”彭年才说道。

加速转型的关键在于使用。

经过多年的研发和营销经验，彭年才对产学研四位一体印象最深刻。高科技是基础，但“使用”也特别关键。“如果市场不理解和认可，高层次结果的价值将大大降低。”

近年来，在核酸检测方面也出现了新的技术和成果。

例如，布罗德研究所和加州大学伯克利分校的研究团队已经成功开发了基于基因编辑技术的核酸检测工具。利用CRISPR系统中的效应蛋白，可以快速检测到核糖核酸或脱氧核糖核酸分子。通过后续优化，研究人员可以通过微试纸条实现病毒检测。

清华大学药学院的研究员李银清说:“从科学原理的角度来看，快速检测核酸病毒是可行的。”。“困难在于从实验室中获得这些结果，并立即产生实际效果，就像普通家庭使用的温度计一样。”

一位开发了基于CRISPR系统的核酸检测工具的国内研究人员告诉《中国科学日报》，这项新技术“离实验室和诊所相当远，需要时间来完善。”

“疫情过后，我们仍然需要认真梳理如何充分发挥科技的硬力量来服务于国家的重大需求，特别是在仪器科学领域。我们需要长期持续的支持和投资，创造宽松的失败环境，形成良好的产业链发展机制，加快科技成果转化。只有这样，我们才能在固体积累方面取得突破。”姜庄德说道。