MEMS技术在新型冠状病毒检测中将发挥重要作用

　　据悉，3月21日，美国食品药物管理局（FDA）紧急授权加州Cepheid公司销售一种快速筛检导致新型冠状肺炎（Covid-19）病毒SARS-CoV-2的新方法，该公司利用MEMS和微流体的PCR工具与技术来检测SARS-CoV-2。

　　当今所有Covid-19检测方案的核心都是实时反转录聚合酶链反应（RT-PCR）分析技术。简单来说，实时RT-PCR利用热循环扩增患者拭抹样本中的DNA，然后透过荧光光学检测来搜寻病毒的特定基因组。

　　传统的PCR设备需要数小时才能完成热循环并取得结果。此外，由于患者拭抹样本中潜在的病毒量较低以及扩增DNA的固有限制，传统的PCR方法可能会导致大量假阴性反应。为了对抗传染性疾病爆发，必须既快速又准确地在患者等待的几分钟内完成筛检，以防止阳性患者被漏检，而对于其他人造成不必要的风险。

　　而MEMS技术为PCR带来了两项重要优点：缩减尺寸以及整合微流体。MEMS加热器和反应室的热质量很小，因此可显著加快热-冷循环，并在数分钟内迅速得到结果。这种用于样本和试剂处理的微流体整合实现了大规模应用的新技术，例如数字PCR（dPCR）。

　　数字PCR方法利用微流体信道将患者的样本分成多个微孔数组或微滴乳状液（称为液滴数字PCR或ddPCR）等多个单独的样本。然后再将这些微量样本进行平行PCR处理，使其聚合后产生样本中目标分子总数。这种样本的微观平行处理显著提高了检测下限，从而提高了测试结果的准确性。

　　近来在湖北自然科学基金会(Hubei Natural Science Foundation)赞助的一项研究中，证实了采用基于MEMS和微流体的PCR工具与技术来检测SARS-CoV-2，比传统的PCR方法更具优势。

　　据悉，MEMS PCR芯片的开发始于1990年代初。美国劳伦斯利佛摩国家实验室（LLNL）由Allen Northrup领军的研究小组于1993年发表了第一个基于硅的PCR芯片相关论文，该芯片后来也在1996年授权给Cepheid。过去几十年来，有关如何使用MEMS材料和方法制造新颖PCR芯片，以及由硅、玻璃甚至塑料基材制成微型整体分析系统（uTAS）的研究一直在持续进行中。

　　如今，学术研究人员正致力于使用微加工方法来开发高度整合的低成本系统，特别是用于定点照护（POC）。随着SARS、MERS和现在的Covid-19相继流行，希望Cepheid和其他公司所提供的各种快筛测试都能在这场全球战疫中发挥效用。不过，可以肯定的一件事是，快速PCR检测仪是对抗病毒爆发的一项重要医疗工具，全球正持续进行研究和开发以降低成本、提升检测结果的速度以及准确性，很快地，我们预计将会在每一位医生的诊疗室中看到配备着一台利用MEMS技术增强的PCR设备。

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