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關于抗原試劑的原理和適用方法

作者:  時間:5/18/2022 11:49:09 AM
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新型冠狀病毒的檢測在過去一段時間內成為了被大家所關心的話題。一方面,早在1月上旬,科學家們對新型冠狀病毒完成測序之后就有好幾家企業加班加點兩三天內完成了“核酸檢測試劑盒”,并且產能看起來頗為足夠。但另一方面,即使中旬后放開了檢測標準,不需要通過國家疾控中心才能確診,仍然有大量患者無法得到確診。這其中的檢測卡口以及使用試劑盒檢測的難點到底在哪呢?


乍聽起來,試劑盒好像是類似于化學課上酸堿試紙那樣的東西,滴一滴就會變色??蓪嶋H上它的用法與最初的想象大不相同,復雜多了。


確診由病毒引起的疾病有幾種方式。從大類上分,可以直接檢測病毒的核酸,或者檢測病毒中會讓人產生免疫反應的抗原,或是檢測人體免疫反應所產生的抗體。由于科學家迅速對病毒完成了測序,因此這次最早完成設計生產的試劑盒也是屬于檢測核酸的類別。它使用的方法叫做PCR(聚合酶鏈式反應),能夠快速對微量DNA進行檢測,并且相當靈敏。除了生物領域以外,它在法醫和考古等領域也有著重要的應用。


檢測冠狀病毒的時候會采取病人的鼻咽拭子、痰液、肺泡灌洗液等作為樣本——換言之就是可能包含有病毒的東西。之后,需要用試劑提取出其中的核酸部分。由于冠狀病毒的遺傳物質是單鏈的RNA,因此還需要使用逆轉錄酶將RNA逆轉錄為DNA。


回顧一下中學生物有關DNA的內容:DNA是生物體內記錄信息的物質,呈雙鏈結構。每條鏈都由一系列核苷酸組成。每個核苷酸會攜帶四種堿基之一:A,T,C和G。兩條鏈之間按A-T和C-G的堿基互補規則匹配。

檢測病毒時,樣本內不只有病毒的核酸,還有人體細胞以及其他各種正常存在的細菌、病毒的核酸。打個比方的話,就好像是要求從一個雜亂無章的圖書倉庫里找出有沒有西游記一樣。PCR的想法就是對需要的DNA片段進行復制。如果有一種專門負責抄寫西游記的小妖怪,一本抄兩本,兩本抄四本,那只要倉庫里有一本西游記,很快就能讓倉庫里出現大量的西游記,到時候再檢測就容易多了。


這種小妖怪聽起來很神奇,實際上模擬的正是我們體內每天都在進行的DNA復制。PCR首先會用高溫讓DNA變成單鏈,然后利用兩種物質進行DNA復制過程:一種叫“引物”,是一小串核苷酸鏈,能自動結合到能夠匹配的DNA片段上??梢园阉胂癯梢粋€神奇書簽。預先往書簽上寫好幾個字,它就可以自動找出倉庫里寫有這幾個字的書頁粘上去。另一種叫“聚合酶”,會從引物開始,為單鏈DNA補齊另外一條。它相當于一個抄書匠,會從神奇書簽開始抄書。這樣就產生了“擴增”“特定”DNA片段的效果。設計病毒的核酸檢測試劑盒的過程主要是根據病毒的測序結果選擇其中的幾個有特征的基因,并在每個基因靠近頭尾的地方選取兩串引物。為了保證實驗效果,對引物還有一些額外的要求,比如活性溫度必須適當,引物之間不能結合等等。


除了復制以外,還需要檢測擴增過程是否順利。目前的試劑盒采用的是熒光探針法。熒光探針是帶有兩個額外基團的小串核苷酸鏈,其中一個能放出熒光。但是,探針完整時熒光會被另一個基團吸收。在DNA復制過程中,聚合酶會將熒光探針分解,產生熒光。這就像是一個有著熒光膜的神奇書簽。抄書匠在抄書過程中一旦發現就會撕掉。DNA每擴增一次理論上就會多一倍熒光分子,這樣就可以根據熒光的強度看出DNA擴增的次數。如果原始樣品里有目標片段,熒光的強度就會隨著擴增次數指數增長。如果沒有目標片段,就不會產生新的熒光分子。


這整套測試過程需要實時熒光定量PCR系統來完成,它有著溫度控制和實時檢測熒光強度的功能。分解DNA成單鏈、引物結合和聚合酶工作的反應溫度均不相同,儀器需要以固定的時間間隔在兩個溫度間循環(后兩者所需溫度差不超過3攝氏度時可以用一個溫度)。檢測熒光強度則需要包含光源和探測器的裝置。光源能夠精密地照射到每一個樣品上,然后由探測器檢測熒光的強度。隨著擴增循環,熒光強度就會畫出一條曲線,用以判斷目標DNA片段是否存在。按照目前新聞的報道,PCR每批測試時間需要2-4個小時,普通PCR儀一次可以對96個樣本進行測試,高級的PCR儀可以一次做384個樣本,武漢市內十個實驗室每天總共可以檢測2000多例。(到文章發布為止,湖北省內據說每天可以檢測4000多例)


除此之外,由于PCR技術異常靈敏,因此需要專門的實驗室和人員進行操作。在基本的實驗室布置中,儲藏試劑、準備樣品和進行PCR需要在三個不同的房間進行,并且還需要PCR室保持負壓潔凈狀態,即PCR室的空氣不會流入其他房間,這樣才可以保證樣品不會受到擴增后的DNA產物污染。而如果針對病毒處理的話,還要求實驗室需要具備相應的病毒防護資質才可以(當然不需要P4級別那么高)。整套下來并非所有醫院都能輕松配備。


而針對病人,一個病人在病程中可能需要經歷至少三次測試:一次確診(結果陽性,視病程不同也可能因為假陰性而重復幾次)與判斷治愈需要的兩次測試(要求結果陰性),而目前每天新增的疑似病人也超過了湖北省內的處理能力。所以雖然生產試劑盒的數量遠遠大于疑似人數,但實際做測試的數目還是非常有限的。


PS:抗原試劑需要在GMP凈化車間進行灌裝封口、全自動灌裝無人工接觸才符合生產要求,避免二次污染


PS:廣東冠鴻智能的試劑灌裝機精度高、產量穩定15000支/小時 值得推薦

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