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雷厉风行 火眼金睛——探秘公共空间生物气溶胶新冠病毒检测系统

来源:光明日报 1-21 王东 张景华 黄小异

在冬奥会赛时,为做好疫情防控,尤其是针对相对密闭的室内场馆,北京多家科研单位协作开发出公共空间生物气溶胶新冠病毒检测系统(以下简称“检测系统”)。那么,该系统如何诞生?检测效果如何?能否应对不断变异的毒株?带着诸多问题我们走访了北京市中关村生命科技园生物气溶胶检测实验室。

毒株在变,检测系统以不变应万变

‍生物气溶胶种类很多,包括空气中的细菌、真菌、病毒、尘螨、花粉、孢子、动植物碎裂分解体等具有生命活性的微小粒子。清华大学医学院生物医学工程系研究员、生物气溶胶检测项目负责人刘鹏解释,呼吸、打喷嚏会呼出液滴较大的颗粒,它们会落到地面上,而生物气溶胶则是非常微小的颗粒,粒径小于100微米‍‍。“它可以在空气中一直悬浮并随着气流飘散开来,传播距离较远。现在新冠毒株的变种传播力很强,空气中带有病毒的生物气溶胶很容易被人吸入肺中,这也是为什么要进行环境检测的原因。”

‍2021年5月,世卫就开始用希腊字母为新冠毒株命名,到目前已命名10余种变异毒株,包括阿尔法、贝塔、德尔塔等。而当下的奥密克戎仍在变异,面对不同的毒株,检测系统能否有效应对?

“我们的检测都是针对病毒的保守序列。病毒虽然在不断变异,但是其有些部分是不变的,保守序列就是不变的部分。因为一旦病毒保守序列发生改变,这个病毒就会‘死掉’。”刘鹏表示,检测基于保守序列,因而无论是德尔塔还是奥密克戎,检测系统都可以准确检测。

同时刘鹏也表示,由于检测系统是针对保守序列的,因而在第一时间只能判定样本为阴性还是阳性,若要查明具体阳性样本是哪种变异毒株,还需要进一步细化检测。

同心聚力,仅用8个月完成攻关

在这一项目的汇报中,成果简明扼要:清华大学联合北京大学、昌平实验室、中国医学科学院病原生物学研究所等单位共同攻关,开发完成了公共空间生物气溶胶新冠病毒核酸检测系统。

简单的一句话背后是精细分工下诸多科研单位8个多月的奋战。这场应急开发于2020年10月开始。刘鹏介绍,这一项目的气溶胶采集器由北京大学要茂盛教授在此前开发完成,但在检测端缺乏一个非常灵敏的检测系统,此前检测方法在灵敏度、检测时间、操作简便性以及与采集器配合等方面无法满足赛时需求,需要开发全新的“样品入—结果出”的检测系统。

对于检测系统的研发分工,刘鹏展示了一张粗略的分工表:清华大学负责一体化高灵敏度核酸分析仪的研发和技术转化,组织北京冬奥会和冬残奥会期间的气溶胶检测工作,提供人员和技术支持;北京大学负责气溶胶采集器的研发和技术转化;昌平实验室组织北京冬奥会和冬残奥会期间的气溶胶检测工作;中国医学科学院病原生物学研究所负责协助进行系统的验证和安全性验证;首都医科大学附属北京地坛医院负责协助进行系统的临床验证……

在刘鹏的印象里,检测系统的“高光时刻”在去年4月。那时候,这项技术刚刚研发完成,刘鹏团队便与朝阳疾控和地坛医院一起完成了临床的小范围测试。

“为了保证实验的准确性,我们采用了盲测的方法,从医院采集了病人的鼻咽拭子、唾液、呼出的气体和病房中的气溶胶样本,每份样本一分为二,一部分由我们来检测,另一部分由朝阳疾控用常规方法做检测。我们在检测前并不知道是什么样的样本,也无法预料结果如何。幸运的是,最终的结果非常好。”刘鹏说。

服务冬奥,高效精确不失安全

据北京大学环境科学与工程学院博士生李心月介绍,在赛时场馆内每200平方米会设置一个气溶胶采集器,采集器利用旋风采样的原理,将待检测空气中的颗粒采集到盛有病毒灭活液的采样管中,之后由专人转运出来,运送到固定检测点做检测。

赛事的稳定运行,对检测系统的效率、安全、准确都提出了高要求,系统可以同时满足吗?刘鹏对此的回答是肯定的。

“抛开运送时间不算,检测系统完成全自动核酸提取与扩增检测,并出具检测报告只需要45分钟左右。一台检测系统可同时检测8个样本。”

对于检测准确性刘鹏谈道,自2021年10月20日至2021年12月14日,团队共检测气溶胶样本348例,成功率100%。更为难得的是,这种准确性是在10倍于日常检测的低检测线下完成的。

“作为防控手段我们就希望检测系统越灵敏越好,也就是检测线越低越好,尽可能发现潜在的哪怕是‘弱阳性’的样本。经测试我们的检测系统灵敏度为20拷贝毫升,其灵敏度为我们日常进行的咽拭子核酸检测的10倍。”

效率与准确固然重要,安全更为重要,这既包括样本安全也包括运送人员的安全。刘鹏介绍,采样管中的病毒灭活液与封闭保存运送方法保证了样本和运送人员的安全,若检测结果出现弱阳性或是更换了样本采集点位,都会对采集器等进行程序性的消杀。

谈及检测系统的未来推广,刘鹏表示,冬奥是一个非常好的应用场景。冬奥示范应用后,可在人流比较密集的地方,如医院、车站、机场等场所尝试应用该检测系统,这样可更及时地‍追踪到相关人员,减少疫情传播和核酸检测人数。

编辑:李华山


2022年01月21日 16:10:38

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