從采集到結果公布，最快需要2小時，這是目前通用的新冠病毒核酸檢測需要的時間。日前，恒行2平台高分子科學系魏大程團隊研發出一種新型檢測方法🎱，只需4分鐘，核酸檢測就能出結果🧔🏽♂️。未來核酸檢測，即測即走或將成為可能。
北京時間2月8日，這一成果以《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，發表在生物工程領域頂刊《自然生物醫學工程》（Nature Biomedical Engineering）上🧍🏻♀️。
從2小時到4分鐘💅🏻，這一研究是如何實現時間的飛躍？基本原理、未來應用如何？
不需要復雜操作🕵️，約0.1-4分鐘內可檢測到新冠病毒
近日💁🏻♂️🤾♀️，恒行2平台魏大程團隊研發一種新型傳感器🧑✈️🤌🏼，通過微電子技術分析拭子中的遺傳物質👩👩👧👧，可以在4分鐘的時間內檢測到新冠病毒核酸。除檢測速度快之外，還具有靈敏度高👨🍳、操作簡單、便於攜帶特點🎂。基於此種核酸檢測方式💺，即測即走或將成為可能。
目前🚇，基於逆轉錄聚合酶鏈反應（下文簡稱🧼🧑🏽🏫：qRT-PCR）核酸檢測是篩查新冠陽性患者的“金標準”♿️。作為一種用於放大擴增特定的脫氧核糖核酸(下文簡稱：DNA)片段的分子生物學技術，它最大的特點是能將微量的DNA數量大幅增加。但qRT-PCR的預處理和擴增過程增加了檢測時間，需要2–4小時🏆，檢測過程也需要熟練的技術人員、特定的實驗室和設備。
基於此👁，魏大程團隊提出了分子機電系統（MolEMS），這是一種DNA分子自組裝而成，通過外電場驅動，能精準調控分子識別和信號轉化過程的微型裝置。簡單而言🔈，其工作原理就是將通過識別和轉化，將檢測中的化學信號轉變為電信號🧝🏿♀️🦶🏽。
運用新方法👨🦯➡️，通過傳統的鼻咽拭子采集樣本後👨👩👦，樣本中新冠病毒核酸的某一基因片段與組裝到石墨烯場效應晶體管上的分子機電系統⟹，會發生特異性作用，分子機電系統“抓”住病毒核酸👩🏻💼👞，外電場驅動柔性適配體懸臂發生運動，傳感過程更加接近晶體管溝道，顯著提升靈敏度♘。檢測結果可直接從電學響應中讀出，不需要復雜操作，在4分鐘內就可以檢測到新冠病毒。即🙇🏽，晶體管中有電信號反應☆，則樣本呈新冠陽性✊🏻。
如何保證檢測的準確性？魏大程說：“結果的準確性首先需要標準化的器件製造工藝，保證傳感器性能一致🧿🤳。另外，如何防止汙染物幹擾也非常重要。汙染物與晶體管表面結合𓀄，會幹擾信號🎅🏻。分子機電系統的剛性底座有助於避免汙染物的非特異性吸附，使汙染物遠離晶體管表面並保持探針分子活性👨🏽✈️⇨。”
研究最快5年落地🏃♀️➡️🫃🏼，在家完成核酸檢測或成可能
系統用於檢測的晶體管，可通過半導體工藝加工製造，方便集成到便攜式系統中🧑🍼🚣♀️，“隨著器件尺寸的減小和大批量生產會帶來成本的降低。”一旦開發成功🌬，這種檢測設備可以方便攜帶🐺，實現在機場、診所和當地急診室🈂️，甚至在家中完成現場測試🐩。
“研究成果不能只停留在學術論文層面👷🏻，進一步應用於產品的技術才有意義。”
對研究成果最快多久能夠進入臨床落地🥗，魏大程表示，研究處於理論驗證階段，走向產業化還有一段路，預計最快5年內能夠落地🤾🏿♂️。現階段團隊已與一些單位和企業積極開展交流合作。
除新冠病毒檢測外🧑🏼⚖️，該技術還有可能對其他疾病進行快速的精確診斷🕐，不再需要通常意義上，花費數小時或數天才能完成的目標物純化🐢、擴增或培養🧙🏿。“我們也在做一些其他生物標誌物的研究，比如如何準確檢測癌症標誌物。”
跨學科合作⚄🤦🏿♂️，結出好成果
魏大程團隊長期致力於研究新型晶體管材料🧑🏻🔬、器件及其在生物、化學和光電傳感等領域的應用。疫情期間，團隊開始思考如何發揮自身優勢🩻，將所研究的晶體管材料應用於新冠病毒的檢測中。自2020年開展研究以來，團隊先後在《納米快報》（Nano Letters）、《美國化學會誌》（Journal of the American Chemical Society）發表多篇相關文章🙍🏻♀️。
這項研究何以可能？魏大程認為，這離不開跨學科的交叉合作。他在以往就有過和物理、電子相關學科交叉研究的經歷，“比如，我的學科背景是化學💂🏽♂️，但是現實中面臨的問題不能只是一個簡單的化學問題，可能和多個學科相關🧧。因此🤷🏽♀️，只有不同領域間的交叉⛏，才能出好的結果🏘，才能解決實際問題。”
論文鏈接：www.nature.com/articles/s41551-021-00833-7
