试剂盒如何检测新冠?这题你高中就学过科技袁周虑














      


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导读



作为新冠肺炎的诊断工具,试剂盒是疫情防控不可或缺的重要物资,目前许多国家都在向中国订购,那这个试剂盒到底是个什么东西呢?简单来说,它就像你做饭时使用搭配好的料理包一样,能够让新冠检测更便捷和高效。
       试剂盒分为三种,由于中国在疫情期间最早做出对新冠病毒的核酸测序,所以目前广泛使用的试剂盒都属于核酸检测,继上次俘虏敌军做疫苗后,阿帅又举了个小精灵抄作业的例子来介绍检测方法,小猿一下子就懂了呢,不知道同学们学的怎么样(据说这是高中生物知识……)

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这是【科技袁人】的衍生节目【科技袁周虑】视频,欢迎观看~

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部分评论:                                                                         


异界旅行者:

前排留名。老婆就是干相关工作的,国内外试剂盒质量差距巨大,当然价格差距也巨大。期待国产崛起。

笑森啦-:

检测试剂盒分为核酸检测和抗体检测,核酸检测的原理是实时定量PCR,其优点是感染初期即可检测,bug是检验过程较繁琐,时间略长,由于RNA病毒易变异,会出现假阴性结果;抗体检测的对象是人体内产生的对抗病毒的免疫球蛋白,检测过程只需五到十分钟,but感染后期才能检测出来(潜伏期没产生抗体),适用于感染严重的国家
课代表报道



精彩呈现:揭开试剂盒的潘多拉面纱                                                


虽然昨天我们更新了科技袁周虑(NASA给每个人送了一份生日礼物,你查收了吗?| 科技袁周虑),但勤劳的我们又在今天加更了“帅老师的生物小课堂”第二集,今天给大家讲讲检测试剂盒。


“检测试剂盒”这个概念伴随疫情的发展,已然成了挂在国内外新闻主播嘴边的热词之一了,从1月初国内第一批核酸检测试剂盒的迅速研发成功,到国内最开始的检测困难期,国外多国出现的争抢截留,甚至还有以色列特种部队从国外偷取检测试剂盒这样让人哭笑不得的消息。


毫无疑问,作为新冠肺炎的重要诊断工具,足量高效的检测试剂盒对任何国家的疫情防控都不可或缺。现阶段呢,随着疫情的好转以及产能的提升,国内的试剂盒需求肯定是能得到充分满足了,而国际上还有很多国家面临着庞大的检测缺口,需要进口我国的试剂盒,以西班牙为例,《先锋报》3月21日报道,西班牙计划购买600万个新冠病毒快速检测试剂盒,4天后还宣布将花费4.32亿欧元向中国购买医疗物资,其中包括550万份核酸检测试剂盒。

到这里,相信大家都有很多的小问号,这个试剂盒到底是什么东西呢?真的是个盒子么?为什么早期出现了检测困难以及不少假阴性的情况呢?我自己在家可以做检测么?

相信很多生命科学专业的同学和我一样,经手的试剂盒数目就像熬夜做实验掉过的头发一样多了,今天我就利用专业知识帮大家揭开试剂盒的潘多拉面纱,四舍五入相当于帮大家保护头发了。

第一个问题就是,什么是试剂盒呢?

没错,就是字面意思,装有特定实验所需的全部试剂的盒子。各类生物实验中都需要一些复杂的混合物试剂,比如一些有生物活性的酶和溶剂等等。早年的生物学家做实验的时候都是自己配置这些试剂,就像厨师做菜,根据经验来放盐、酱油这些。这样前后实验所用试剂的统一性很难保证,年轻的研究生上手难度也很高。而试剂盒的出现就像是方便面或者说料理包,实验人员只需要根据试剂盒的说明书按正确的次序放正确的量不同试剂就可以做实验了。手握试剂盒,即使是第一次做实验的小白也能抽出美味的质粒。


这次新冠肺炎检测试剂盒,顾名思义,就是检测新冠肺炎的试剂盒啦,从原理上大致可以分为直接检测病毒的核酸,或是检测人体免疫反应所产生的抗体。在这次疫情早期,我国科学家迅速的完成了对病毒的核酸测序,所以目前广泛使用的试剂盒也都是属于检测核酸的类别。

核酸检测背后的方法叫PCR,注意,不是那个公主连结Re:dive啊。带大家复习一下高中生物,PCR全称聚合酶链式反应,能够对微量的核酸进行快速的扩增。在获得潜在病人的鼻咽拭子、痰液、肺泡换洗液等有可能包含病毒的部分后,我们需要找到里面病毒的核酸来达到检测的目的。但实际情况中样本内还有正常的人体细胞,可能存在的其他细菌,病毒。这就像要在全年级同学的一堆作文中找出有没有你声称交了的作文一样,PCR的策略就是对我们需要的核酸片段进行特异性的扩增,就像办公室里出现了一群神奇的小精灵,,看到你的作业就抄一份,这样一份抄两份,两份抄四份,只要你真的交了作业,那很快办公室里就会出现大量你的作文,自然就好判断了。


实际上,这种小精灵正是模拟了我们体内的DNA复制功能,PCR首先通过高温让双链的DNA变成了单链,随后试剂盒中的“引物”和“聚合酶”这两种物质对单链的DNA进行复制,引物呢就像一个神奇的标记书签,预先往书签上写几个字就可以自动的找出作文堆中有这几个字的片段自动粘上去,小精灵们“聚合酶”也正是借助“引物”来找到你的作文,顺着引物的位置开始复制DNA,这样就达到了对需要的DNA片段特异性扩增的结果。当然,这其中设计引物就是非常关键的步骤,研究人员需要根据病毒的测序结果选择有特征的基因片段,并在每个片段靠近头尾的地方设计一对引物。

复制之后我们还需要对样品进行检测确认,目前普遍使用的是荧光探针法,通俗来说就是在书签上贴上一层荧光膜,一旦小精灵们开始摘抄,就会撕掉这层膜,撕下来的膜则会发光。这样每完成一轮扩增,体系中的荧光亮度都会增加一倍,那么如果原始样品里有病毒的片段的话,我们就能在设备中看到荧光的强度随着时间指数增长,这就是目前最普遍用的核酸试剂盒的原理。


说起来简单,实际的操作却有很多的限制,这就来到第二个问题,为什么疫情早期出现了检测困难呢?

整套的测试过程需要一套名为实时荧光定量PCR的系统,这套仪器有着温度控制和实时检测荧光强度的功能,因为把DNA分解成单链、引物与DNA片段结合以及聚合酶工作的三个反应的最适温度均不相同,仪器就需要以固定的时间间隔在不同温度之间切换。因为是做病毒检测,PCR技术又异常灵敏,为了保护实验人员以及避免样本被污染,整个过程需要专门的实验室和人员进行操作,贮藏试剂、准备样品以及PCR反应也需要在不同房间进行,特别的,PCR仪器所在的实验室需要有负压系统,避免PCR室的空气流入其他房间。很荣幸,我们有机会到国内的试剂盒生产厂家之一3DMed进行了实地拍摄,在这里与大家分享一下整个流程。

首先,身着防护服的实验人员需要在生物安全柜内将来自医院的样本转移到特定的容器:多孔反应板中,板上的每一个孔可以配置一个样品的反应体系,一般一个储存板可以同时检测96个样品,更高级的则可以完成384个样品的检测。加入样本、神奇书签-引物、无情的抄书精灵-酶、包含有纸笔等物资的反应环境液。然后对反应板封膜处理避免荧光书签受到外界环境光的刺激影响。


接下来,将反应板放入PCR仪器中进行扩增和检测反应,大约40分钟后就能得到结果。

可以看到,整个过程中实验人员需要全程穿着防护服,每一步实验结束后都需要及时的消毒处理,再考虑到对实验环境的要求,这其实是一个非常严苛的过程,每一孔的样品都代表着一位心弦紧绷的潜在患者,不容失误。而一个病人在整个病程中平均需要经历4-5次检测,疫情前期每天也都有大量的疑似病人新增。这一边是高标准另一边是高需要的现实自然而然的导致了前期的检测能力不足。而RNA病毒的特性使得病毒的特征基因变异更为容易,这也一定程度导致了前期的简易试剂盒中的假阴性现象。后期随着试剂盒效率的提高以及更多的实验室更多的工作人员投身到检测工作中来,我们才度过了这段艰难的时期。在这里,向每一位奋战过的工作人员致敬。

除了利用核酸的检测试剂盒,最近针对人产生的抗体的检测试剂也越来越多,特朗普更是在白宫新冠疫情新闻发布会上直播带货了一把。的确这种抗体检测的试剂盒只需要取患者的血液,滴到试纸上,5-10分钟就可以得到较为准确的结果。但是原理上,抗体检测需要人体先产生一定的免疫反应,在感染后14-21天左右才能成功检测,而核酸检测则是直接判断患者身上有没有病毒,在感染后1-2天即可成功检测。对于疫情的防控来说,当然是核酸检测有助于找到更多的潜在接触者提前控制起来。如果疫情已经在国家内流行开来无法控制了的话,抗体检测法更快的优势才有机会得以发挥。

最后,近期关于外国退货我国试剂盒的消息也有不少,比如视频最开始提到的西班牙3月25日宣布将花费4.32亿欧元向中国购买医疗物资,其中包括550万份核酸检测试剂盒。但3月26日,西班牙卫生部就宣布,计划退还自中国进口的9000个快速检测试剂盒。当然这背后有一些中欧标准不统一的问题,外交部也加强了对试剂盒出口资格的审查,还有部分试剂盒效果不佳呢也是由于外方检测人员的操作不当。


但作为一个平时实验中经常用到各类试剂盒的生物狗,我要承认,国产试剂与进口试剂之间的质量差异是客观存在的。常出现同样的样本用国内试剂实验效果不如进口试剂效果好的情况。在试剂盒的上游产业诸如电子元器件,精细化学品合成。酶的生产等等方面,大部分国内生物企业仍然处于落后地位。由于工艺导致的试剂纯度会直接影响实验的最终结果,大部分国内企业也还依赖于直接采购国外的进口原材料。当然,这次疫情带来的大量订单至少给国内的相关企业了一次认清差距、锻炼自己的绝好机会。随着老龄化、大家保健意识增强等需求端因素的推动,以及技术进步、新项目临床开展、原辅料升级等供给端能力的提升,加上这次疫情打入行业的一剂强心针,相信在未来5~10年内国内企业有机会赶上世界先进水平。而我,作为一个生物狗,也希望随着这个时间,好用的国产试剂越来越多,终有一天我不再需要到国外的网站一个个比价研究,能放心的在国产试剂的订购单上打勾,签名。
 
好了,以上就是本期视频的全部内容了,再次尝试利用自己的专业知识为大家做点解读,如果你喜欢的话务必三连支持一下,我们下期节目再见啦。


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背景简介本文是“科技袁周虑”视频节目的内容介绍,视频发布于2020年4月7日(https://www.bilibili.com/video/BV1h64y1u7xj)。

责任编辑杨娜


文章转载自微信公众号:风云之声

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