空气|气溶胶新冠病毒监测系统“上岗”冬奥会！灵敏度提升一个数量级系统|防疫|冬奥会|刘鹏|灵敏度

气溶胶直径小于100微米，可以被人直接吸入肺部，是新冠肺炎病毒传播的重要途径之一。去年广州发生的新冠肺炎疫情中，就出现了气溶胶传播现象，但当时针对气溶胶进行新冠病毒检测的有效手段尚未出现。
清华大学、北京大学、中国医学科学院病原生物学研究所、昌平实验室等科研人员开展紧急攻关，联合研制出公共空间生物气溶胶新型冠状病毒监测系统，并已在北京冬奥测试赛中成功应用。该系统能够对存在于空气中的生物气溶胶进行收集检测，灵敏度可达常规方法的10倍。

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实现全自动一体化检测
为了解决气溶胶检测难题， 2020年10月，在北京市委市政府的部署和北京市科委的直接领导下，清华大学医学院生物医学工程系研究员刘鹏联合昌平实验室、北京大学等多家单位，经过8个月的努力，顺利完成了科研攻关。
刘鹏介绍，用于公共空间的生物气溶胶新型冠状病毒监测系统分为两部分：便携式生物气溶胶采样器作为前端收集装置，将在需要检测的场所内工作，开展空气样本采样；自动化全集成高灵敏病毒核酸检测系统则设置在实验室，分析采集到的样本并生成检测报告。

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此前，气溶胶采集器已经由北京大学教授要茂盛初步研发成功，随后又经过多次改进升级，更加便携易用。打开生物气溶胶采样器，中间是一个经过特殊设计的空腔，吸入的空气会在其中形成“旋涡” 。仪器启动后以每分钟超过400升的流量，将空气气旋引导至装有试剂的检测管中。
“纯空气会被溶液弹开，但空气中包含着的气溶胶、灰尘等物质则会被收集。就像一颗沙粒进入水中，会迅速沉到水底。 ”北京大学环境学院博士生李心月介绍，该设计能实现气体和气溶胶的分离，让气溶胶在采样管中富集。同时，收集试剂对病毒能起到灭活作用，保证收集到的病毒样本不再具备传染性。

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而在检测端，刘鹏带领团队经过大半年的攻关，一个磁带大小的核酸捕获及原位扩增检测芯片被研发出来。芯片采用全封闭设计，采集到样本后，核酸捕获及原位扩增滤膜可从1毫升样本中捕获到80%以上的病毒核酸。随后，实验人员只需将芯片整齐地插入分子诊断检控一体机，仪器便可自动进行核酸扩增及分析，直接生成检测结果，全程不需要人工参与。
灵敏度提升一个数量级
“对空气进行检测，比咽拭子等传统方式要困难得多。 ”刘鹏说，由于空气中的病毒含量远低于人体内的含量，且新冠病毒为RNA病毒，稳定性较差，加上空气始终在流动，如果延迟太久，就失去了检测的意义， “这就要求样本收集必须高效，检测必须灵敏” 。
2021年4月，刘鹏和团队带着气溶胶核酸检测系统进入地坛医院，开展新冠病毒样本实地采集，对系统进行实际验证。刘鹏团队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，并将样本一分为二，同步进行气溶胶检测和常规检测。结果显示，两种检测方式的吻合度很高，且气溶胶系统的检出率是现有PCR体系的三倍。

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