美國食品藥物管理局（US Food and Drug Administration; FDA）緊急授權(quán)加州Cepheid公司銷售一種快速篩檢導(dǎo)致新型冠狀肺炎（Covid-19）病毒SARS-CoV-2的新方法。Cepheid由Kurt Petersen、Allen Northrup和其他五個人于1996年創(chuàng)立，由于商業(yè)化基于微流體芯片的聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）分析設(shè)備，而在MEMS領(lǐng)域頗負(fù)盛名。但這并不是Cepheid第一次迅速響應(yīng)這一類細(xì)菌或病毒等生物威脅。電池電路板小編還了解到，在2001年美國發(fā)生炭疽熱（anthrax）恐怖攻擊之后，Cepheid率先為美國郵政（U.S. Postal Service）提供了炭疽桿菌快篩能力，至今仍在使用中。

　　當(dāng)今所有Covid-19檢測方案的核心都是實(shí)時(shí)反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)（RT-PCR）分析技術(shù)。簡單來說，實(shí)時(shí)RT-PCR利用熱循環(huán)擴(kuò)增患者拭抹樣本中的DNA，然后透過熒光光學(xué)檢測來搜尋病毒的特定基因組。

這項(xiàng)測試首先需要了解病毒的基因組；中國科學(xué)家于2020年1月10日首次公開發(fā)表了SARS-CoV-全基因組測序的關(guān)鍵工作。在確定了該病毒的基因組后，以德國為主導(dǎo)的一支研究小組僅花了7天時(shí)間就發(fā)表了用于測試患者樣本的第一項(xiàng)方案，目前已由世界衛(wèi)生組織（World Health OrganizaTIon；WHO）加以采用。現(xiàn)在還有其他可能更快速也更經(jīng)濟(jì)的病毒檢測方法也在研究中，例如抗體檢測或CRISPR-Cas13測試等。

　　傳統(tǒng)的PCR設(shè)備需要數(shù)小時(shí)才能完成熱循環(huán)并取得結(jié)果。此外，由于患者拭抹樣本中潛在的病毒量較低以及擴(kuò)增DNA的固有限制，傳統(tǒng)的PCR方法可能會導(dǎo)致大量假陰性反應(yīng)。為了對抗傳染性疾病爆發(fā)，必須既快速又準(zhǔn)確地在患者等待的幾分鐘內(nèi)完成篩檢，以防止陽性患者被漏檢，而對于其他人造成不必要的風(fēng)險(xiǎn)。

　　MEMS技術(shù)為PCR帶來了兩項(xiàng)重要優(yōu)點(diǎn)：縮減尺寸以及整合微流體。MEMS加熱器和反應(yīng)室的熱質(zhì)量很小，因此可顯著加快熱-冷循環(huán)，并在數(shù)分鐘內(nèi)迅速得到結(jié)果。電路板廠發(fā)現(xiàn)，這種用于樣本和試劑處理的微流體整合實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模應(yīng)用的新技術(shù)，例如數(shù)字PCR （dPCR）。

　　數(shù)字PCR方法利用微流體信道將患者的樣本分成多個微孔數(shù)組或微滴乳狀液（稱為液滴數(shù)字PCR或ddPCR）等多個單獨(dú)的樣本。然后再將這些微量樣本進(jìn)行平行PCR處理，使其聚合后產(chǎn)生樣本中目標(biāo)分子總數(shù)。這種樣本的微觀平行處理顯著提高了檢測下限，從而提高了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

　　用于數(shù)字PCR的微流控室數(shù)組（來源：CombinaTI）

　　近來在湖北自然科學(xué)基金會（Hubei Natural Science FoundaTIon）贊助的一項(xiàng)研究（）中，證實(shí)了采用基于MEMS和微流體的PCR工具與技術(shù)來檢測SARS-CoV-2，比傳統(tǒng)的PCR方法更具優(yōu)勢。在這項(xiàng)研究中，液滴數(shù)字PCR （ddPCR）和傳統(tǒng)PCR一并用于測試患者樣本。這項(xiàng)發(fā)表于今年3月6日的初步研究結(jié)果（尚待進(jìn)一步的臨床試驗(yàn)證實(shí)）顯示，ddPCR的SARS-CoV-2檢測閾值比傳統(tǒng)PCR閾值低500倍。這一結(jié)果意味著，在患者樣本中病毒載量可能較低的情況下，ddPCR比傳統(tǒng)PCR更有可能準(zhǔn)確篩檢出陽性患者。

　　MEMS PCR芯片的開發(fā)始于1990年代初。美國勞倫斯利佛摩國家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Livermore NaTIonal Laboratory；LLNL）由Allen Northrup領(lǐng)軍的研究小組于1993年發(fā)表了第一個基于硅的PCR芯片相關(guān)論文，該芯片后來也在1996年授權(quán)給Cepheid。過去幾十年來，有關(guān)如何使用MEMS材料和方法制造新穎PCR芯片，以及由硅、玻璃甚至塑料基材制成微型整體分析系統(tǒng)（uTAS）的研究一直在持續(xù)進(jìn)行中。

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