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NAT-3000全自动分子POCT检测系统的设计和研发思考

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发表于 2023-7-21 15:52:06 | 显示全部楼层 |阅读模式
来源:京东方知微生物

即时检测(point-of-care testing,POCT),又称“床旁检测”、“近患检验”,指通过现场采样、利用便携式分析仪器及配套试剂快速得到结果的一种检测方式。
分子即时检测POCT秉承即时检测POCT的特点,通常具备一体化、操作简便、检测快速、系统密闭、适用于多种场景等特点,可用于病毒检测(流感病毒、合胞病毒、新冠病毒、HIV、HBV、HCV等)、细菌及耐药检测(结核分枝杆菌及利福平耐药、异烟肼耐药基因突变)、症候群检测(腹泻症候群病原体、血流感染症候群病原体、呼吸道感染病原体等)以及肿瘤基因检测等。

目前传统PCR技术能做的项目,在分子POCT平台上几乎都能做。那么什么是好的分子POCT产品,知微生物NAT-3000全自动分子POCT在设计和研发之初做了哪些思考,遵循了哪些底层逻辑?

(一)“金标准”方法学核酸检测是感染类疾病诊断的“金标准”,知微生物在思考如何做NAT-3000分子POCT时,毫无疑问选择了磁珠法提取+荧光定量PCR扩增的“金标准”方法学。这也是多版指南和长期临床检验的应用过程中都认可的方法学。
“磁珠法”核酸提取
核酸提取步骤多,相比扩增难度大。口咽拭子提取难度虽小,但血清、血浆、痰液等复杂样本提取难度大。其次,提取高浓度的样本,可以实现检测平台检测的高灵敏度。知微生物NAT-3000全自动分子POCT采用集成化的“磁珠法”核酸提取,预装了“磁珠法”所需要的所有试剂,且检测试剂盒的大部分区域都在进行核酸提取,操作流程与手工核酸提取一样,更大程度保障了核酸提取的纯度,提高检测平台的灵敏度。

荧光定量PCR扩增
开发一款PCR荧光定量的设备,尤其要满足快速检测,有非常多的技术难度。实践中通常会有一些结论,PCR荧光定量好于恒温扩增。但为什么好呢?PCR环境中热循环与恒温的热循环都起到了什么作用?热循环就是多次让引物和模板反复结合,是一个纠错的过程。在这个过程中每一个循环都通过温度控制氢键的结合,特异性的使得引物和模板结合。换句话说即使有一次性的错误,通过多次的热循环去不断地纠错,这样最大限度地保证特异性。但是在恒温扩增的过程中,缺掉了热的环节,解离环节不是循环性质的,就丧失了一定的特异性。知微生物NAT-3000全自动分子POCT在产品设计之初就定位“金标准”方法学,以更大程度保证检验结果的准确性。

(二)快速检测
PCR的基本原理是通过导热材料将温度传递到液体,在不断加热的过程中,液体升温和降温,实现PCR的过程。基于这种原理,知微生物把PCR设备的工作原理做了重新的设计,对加热结构做了优化,使得扩增反应能在非常薄的薄膜里面进行,同时对薄膜的材料以及半导体的控制进行优化,能实现平均升温13℃/s,平均降温10℃/s的升降温速率。相比传统PCR设备1.5℃/s~2℃/s范围内 PCR设备的升降温速率,把循环数的升温和降温速率提高之后,就会对40个循环的升降温做到非常多的时间压缩。所以知微生物NAT-3000全自动分子POCT40个循环的时间就可以把原本45分钟或者一个小时的时间压缩到12分钟,实现了快速检测。

(三)多重检测并可拓展的分子POCT平台
除了快速,知微生物设计的是一款不是聚焦在当下的,而是在设计之初就能够实现在未来多年长时间拓展的分子POCT平台。实现平台属性的产品研发,第一点重要的是荧光通道的数量要保证能够兼容。因为突破荧光通道的数量限制有非常大的瓶颈,一般的荧光定量PCR设备国内常见是4~5通道的。但是荧光通道的数量直接决定是否能够精确区分多联检项目中不同的病原体。

举例新型冠状病毒(2019-nCoV)及甲/乙型流感病毒核酸联合检测试剂盒(荧光PCR法),知微生物是为数不多的能把新冠ORF1ab、N基因,甲流M基因、乙流NS基因,试剂盒的内标基因都区分开,还留有一个应用通道的设备。所以设备端荧光通道的可拓展性最大程度决定了试剂盒联检项目的数量。换句话说,知微生物检测试剂盒在六路荧光体系下,不含内标,还有五路荧光可以使用,也就是说一个试剂盒可以放入五个检测项目的联检。


(四)先进的流体处理及全封闭式操作系统
上呼吸道口咽拭子是呼吸道病原体检测最简单的样本类型,因为病毒保存液非常的清澈。但下呼吸道样本,痰液、血液、粪便,粘稠度和杂质的程度完全不同。因此在试剂盒内设计一套完整、有效的流体系统,才能够保证能兼容不同粘度的样本。

知微生物检测试剂盒内部的流道,兼容了流体动力学,同时保证了提取效率。冻干试剂集成在试剂盒中,通过设备控制全封闭的试剂盒,在试剂盒内部实现液体的转移。针对不同检测项目、样本类型、样本量、检测灵敏度等要求,既可以做到大液量的液体流动,也兼容小液量的洗脱,同时还保证样本能顺利的在试剂盒内有效流动。
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