冬奥会气溶胶新冠肺炎监测系统

不挑毒株 灵敏度提升10倍

气溶胶新冠病毒监测系统上岗冬奥会

昨天，研究人员演示了使用大流量生物气溶胶采样器采集空气中的气溶胶用于新冠肺炎核酸检测。记者何冠新摄

直径小于100微米的气溶胶可以直接吸入肺部，这是新冠肺炎病毒传播的重要途径之一。去年广州新冠肺炎疫情中，出现了气溶胶传播的现象，但当时还没有新冠肺炎检测气溶胶的有效手段。

清华大学、北京大学、中国医学科学院病原生物学研究所、昌平实验室等科研人员紧急攻关，共同研发了新型公共空间生物气溶胶冠状病毒监测系统，并在北京冬奥会测试赛中成功应用。该系统可以采集和检测空气中的生物气溶胶，灵敏度可达常规方法的10倍。

实现全自动一体化检测

为了解决气溶胶检测问题，2020年10月，在北京市委、市政府的部署和北京市科委的直接领导下，清华大学医学院生物医学工程系研究员刘鹏与北京大学昌平实验室等多家单位联手，经过8个月的努力，顺利完成了重点科研。

刘鹏介绍，公共空间生物气溶胶新型冠状病毒监测系统分为两部分：便携式生物气溶胶采样器作为前端采集装置，将在被检测场所工作，进行空气样本采样；实验室内设置全自动一体化高灵敏度病毒核酸检测系统，对采集的样本进行分析并生成检测报告。

此前，气溶胶采样器最初由北京大学教授姚茂生研制成功，后经过数次改进升级，使其更加便携易用。打开生物气溶胶采样器，中间有一个特别设计的空腔，吸入的空气会在其中形成“漩涡”。仪器启动后，空气旋流器以超过400升/分钟的流速被引导至含有试剂的检测管。

“纯净的空气会被溶液弹开，但空气中含有的气溶胶、灰尘等物质会被收集起来。就像一粒沙子进入水中，会很快沉入水底。”北京大学环境学院博士生李昕岳介绍，这种设计可以实现气体和气溶胶的分离，丰富采样管内的气溶胶。同时，采集的试剂可以灭活病毒，确保采集的病毒样本不再具有传染性。

在检测端，刘鹏带领团队攻关半年，研发出了一种胶带大小的核酸捕获原位扩增检测芯片。芯片是完全封闭的。样品采集后，核酸捕获和原位扩增过滤器可从1毫升样品中捕获80%以上的病毒核酸。随后，实验人员只需将芯片整齐地插入集成分子诊断、检验和控制机，仪器就能自动扩增和分析核酸，直接生成检测结果，整个过程无需人工参与。

灵敏度提升一个数量级

2021年4月，刘鹏一行携带新冠肺炎气溶胶监测系统进入地坛医院，对新冠肺炎样本进行实地采集，对系统进行验证。刘鹏团队采集患者病房鼻咽拭子、唾液、呼出气体和气溶胶样本，将样本分为两部分，同时进行气溶胶检测和常规检测。结果表明，两种检测方法的符合率很高，气溶胶系统的检出率是现有PCR系统的3倍。

刘鹏说，气溶胶新冠肺炎监测系统可以达到每毫升20份的灵敏度，而常规方法需要每毫升200至500份才能检测到。“可以说检测灵敏度比现有技术提高了一个数量级”同时，该系统不挑菌株。在进行扩增检测时，刘鹏选择了在新冠肺炎不会突变的保守序列。即使是最新变异的Omicron菌株也无法逃脱系统的检测。

即将落地冬奥场馆

自2021年10月以来，该系统已在5个冬奥场馆和主媒体中心进行了系统测试和验证，在冬奥测试赛中采样348个样本。刘鹏表示，如果检测中发现弱阳性或阳性样本，实验室将立即与防疫部门沟通，尽快启动环境消毒、人员检测、追踪等一系列防疫流程。

根据计划，项目组将在冬奥会多个场馆安排气溶胶采样器，并设立临时检测站，为冬奥会提供全面的气溶胶新冠肺炎检测保障。

“我们的技术应用相当于比赛防疫体系中的一个环节，起到了补充和预警的作用。”刘鹏表示，防疫体系包括日常防控、采样检测、环境消毒等一系列监测手段，空气环境检测是整体防疫体系的一部分。检测中如有异常，实验室将及时与防疫部门沟通，采取一系列后续措施。

刘鹏表示，在新冠肺炎开展监测必然是一个长期的过程，他期待这一系统未来能在医院、车站、机场等人员密集场所落地，及时发现疫情线索。