新冠肺炎疫情尚未结束，为了能正常外出，核酸检测成了常事。目前新冠病毒核酸检测主要是利用鼻咽拭子，采用萤光定量 PCR ，也就是聚合酶连锁反应（PCR）技术进行，检测时间通常在 2~24 小时。
日渐增长的外出需求与仍在继续的疫情，并不算短的检测时间，让新冠病毒核酸检测面临不小压力。因此在保证结果准确度的情况下，要让检测更为迅速。
近期，复旦大学刘云圻、魏大程等所在的研究团队在期刊《Nature Biomedical Engineering》（《自然》杂志子刊，自然生物医学工程）发表了一项研究结果。开发出的新型冠检测设备和方法，可在 5 分钟内得到核酸检测结果，且准确率更高。
在目前常见的 PCR 检测方式中，需将新型冠状病毒核酸（RNA）反转录为 DNA，如果病毒浓度过低，就会影响检测结果的准确性。
复旦大学研究团队发表的文章中提到，微机电系统（MEMS）有高度整合、小型、廉价和高效的特点，具有商业化的可行性。但基于 MEMS、NEMS 和 FET 的生物感测器在某些情况下很难保持敏感性。
因此，复旦大学的研究团队研发了一种基于 MolEMS（分子机电系统）的晶体管感测芯片。该 MolEMS（分子机电系统）是一种透过 DNA 分子自组装而成，透过外电场驱动，能精准调控分子辨别和信号转化过程的微型装置。
▲ MolEMS 和 MolEMS g-FET。（Source：Nature Biomedical Engineering，下同）
在实践中，大多数生物感测器无法在生物流体中实现超高灵敏度。MolEMS 的独特结构可以进行超精确的生物检测，能够实现高效的生物辨识和信号转导，进而拥有超高的灵敏度。
研究结果还提到，SARS-CoV-2（新型冠状病毒）RNA 大约有 30,000 个核苷酸，并且测量临床样本会有更高的生物学复杂性，患者之间的差异以及样本收集和制备程序也有不确定性。
MolEMS 检测核酸样本不需要复杂耗时的核酸提取和扩增过程，能够直接检测鼻咽拭子样本中的 SARS-CoV-2 RNA。诊断 COVID-19 的时间约为 0.1-4 分钟，平均为 60 秒。
研究人员使用 MolEMS g-FET 组装了 COVID-19 测试系统，用于现场和床边检测（point-of-care testing，POCT）。测试系统由 MolEMS g-FET 整合测试模组和主系统两部分组成。为了避免不同样品之间的交叉干扰，一个模组用于测试一个样品。
▲ SARS-CoV-2 核酸检测
只需更换 MolEMS 测试模组，即可将主系统重复用于多项测试。该系统的操作分为三个步骤：第一步是将测试模组与主系统连接，透过 USB、Wi-Fi 或蓝牙将电脑或智能手机与测试系统连接。第二步是打开覆盖测试模组 PDMS 井的密封。第三步是将测试样品添加到 PDMS 井中，并从电脑或智能手机读取结果。
就研究结果来看，与 MEMS 和 NEMS 相比，MolEMS 降低了成本、体积和重量，并允许进行分子等级的操作。操作简单，灵敏度和特异性高又便携。出现假阴性和假阳性的概率极低，还比 PCR 检测更快。
▲ 超灵敏生物检测和长期稳定性。
便携系统进一步发展后，利用它可以在机场、诊所和当地急诊部门甚至在家中进行现场和床边检测。有助于提高核酸检测效率，减缓病毒的传播。
值得一提的是，MolEMS 的开发还可以在几分钟内实现对其他疾病的超精确诊断，而无需通常需要数小时或数天的目标纯化、扩增或培养。除了生物感测之外，MolEMS 的设计原理还可用于设计其他更高精度的机电设备和功能系统。
（本文由 爱范儿 授权转载；首图来源：pixabay）
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