工程7（2021）3新闻亮点大流行的灾难：抗原检测的救援？彼得·韦斯高级技术作家2020年8月26日，随着2019冠状病毒病（COVID-19）在春末和夏季出乎意料地强劲复苏，医疗制造业巨头雅培和美国联邦政府宣布批准一种新的诊断测试设备，用于控制疫情的公共卫生工作，该设备大小如信用卡，每个成本仅为5美元[1]。此外，联邦政府将花费7.6亿美元购买1.5亿份测试，并在大约一个月后开始运送到养老院和学校[2]。截至2020年10月下旬，另外三项此外，尽管最初对此犹豫不决，但世界卫生组织随后于2020年9月和10月紧急批准了两种抗原检测，类似于美国FDA授予的EUA[5]。这些国家和国际监管机构的批准凸显了检测的重要性-以及传统诊断检测的不足-作为针对COVID-19的公共卫生工作的关键在疫情引发的发明和改造爆炸中，这一技术领域已成为生物技术和工程创新的热点。再加上更广泛的措施，如戴口罩，社交距离，预防和接触追踪，更快，更便宜的筛查测试，如雅培设备，为迫切需要的对抗传染病的进展提供了希望，而治疗和疫苗正在加紧开发。世界上许多地区的疫情爆发性复苏最初似乎得到了控制，公共卫生领导人对此感到震惊，呼吁在全人群范围内进行快速和频繁的检测[6]。洛克菲勒基金会最近的一份报告表明，到2021年1月，美国将需要每月进行近2亿次快速筛查测试，这仅仅是为了满足小学、中学和养老院的测试需求。尽管更高的准确性是首选，但即使抗原检测检测仅检测到70%的感染者，也可以为正在进行的筛查提供足够的准确性，从而能够频繁地进行重新检测以捕获传染性携带者错过了以前的测试。根据医学诊断专家马拉G。阿斯皮纳尔是这份报告的合著者，也是亚利桑那州立大学（ASU）健康解决方案学院的实践教授，在美国，筛查普通人群所需的测试数量可能是学校所需的两倍多。“现在是时候了，”阿斯皮纳尔说，“我们有协议。我们有测试结果。我希望我们有社区意愿减少传播并收回控制权。使用逆转录-聚合酶链反应（RT-PCR）的测试目前是诊断COVID-19的金标准[8]。然而，这种传统的测试是复杂的，昂贵的，缓慢的，需要几个小时来运行一个样品通过多个温度控制的步骤。它还依赖于熟练的技术人员、昂贵的试剂和专门的处理实验室，这些实验室通常必须运送样本，进一步延迟结果。当COVID-19感染率较低，各国能够避免病例激增时，RT-PCR检测似乎效果良好。但是，当案件数量急剧上升时，正如许多国家继续发生的那样，RT-PCR实验室无法满足需求。在这种情况下，报告结果的延迟数天，有时甚至一周或更长时间，大大降低了检测在指导公共卫生努力以防止疾病进一步传播方面的价值。他们的费用也使他们不适合快速和频繁的测试，迫切需要确定无症状和症状前的病毒携带者谁可能在不知不觉中传播疾病给他人[9]。RT-PCR通过寻找并复制数十亿条病毒遗传物质链，以极高的准确性检测病毒相比之下，制造商已经报告了许多抗原检测的官方灵敏度和特异性，可与RT-PCR相媲美，但这种准确性通常仅适用于症状发作后前5天内的高病毒载量的短暂窗口期，而不适用于无症状和症状前携带者，其中许多抗原检测的准确性尚未确定。使用Abbott BinaxNOW检测（图1）（未批准用于自我给药），医疗保健专业人员将患者的检测拭子插入检测卡中的试剂微孔中，以产生样品溶液，该溶液通过毛细管运动沿纤维条迁移通过胶体金标记的松散沉积抗体片。如果样品中有目标蛋白，https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.12.0022095-8099/©2021 THE CONDITOR.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engP. Weiss工程7（2021）34抗体捕获那些分子以形成在下游等待这种流动时，一种不同类型的抗体的固定的被捕获的金标签使线变得肉眼可见，指示阳性结果。完全在室温下进行，15分钟的测试不需要读出设备或其他仪器。抗原测定法长期用于快速诊断疾病，如流感、军团菌、链球菌性咽喉炎和获得性免疫缺陷综合征但COVID-19大流行的紧迫性刺激了基于新抗原和其他快速检测的前所未有的快速发展当COVID-19大流行开始时，制造商预见到对抗原检测的潜在巨大需求。他们的第一步包括研究哪些蛋白质可能最适合作为严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）病毒的标志物能够识别和结合这些标记的互补分子（主要是抗体）也必须被设计和创造出来。仅开发监管机构迄今批准用于紧急用途的九种基于抗原的检测方法涉及结合先进技术，包括微流体[10];纳米材料（可能影响检测灵敏度和速度，读出类型以及是否需要单独的分析仪器）;用于发出病毒存在信号的各种方法，如色谱法[11]，荧光[12]和电化学传感[13];以及制造集成，以生产在单一仪器中同时检测多种不同病原体（如COVID-19，流感和呼吸道合胞病毒）的检测方法[14]。截至二零二零年十一月初，COVID-19 Testing Commons（由Aspinall及其他人[4]在ASU维护的公共数据库）列出全球约1000项可用或正在开发的检测活动性SARS-CoV-2感染的测试，以及另外1000项抗体测试，用于识别患有COVID-19但未患有活动性感染的个体。大部分用于主动感染检测的数据库条目（约75%）属于RT-PCR类别，大多数是该实验室标准的变体，可以加速，简化或降低其复杂过程的成本。虽然10%以上是侧流抗原检测，有100多个这样的测试被列为正在开发中，另外近150个列表代表了基于广泛的新技术的尖端原型和概念。其中九项，包括两项获得美国FDA授权的EUA[15，16]，利用了成簇的规则间隔短回文重复序列（CRISPR）[17]，这是今年获得诺贝尔化学奖的著名基因编辑技术[18]。还有一些人利用人工智能，比如在Fig. 1.一名医疗保健专业人员将患者的鼻咽拭子插入这种便宜（5美元），紧凑的设备检测蛋白质片段（抗原）是唯一的病毒在一个人去年夏天，美国政府向制造商雅培公司订购了1.5亿张这种图片来源：Abbott（公有领域）。在英国牛津大学的一项研究中，结合了显微成像、快速荧光标记和神经网络分析，可在5分钟内确定病毒的存在[19]。包括合作者Gauss（美国加利福尼亚州门洛帕克）和Cellex（美国北卡罗来纳州三角研究园）在内的多家公司正在整合另一项增强功能，以解决有关结果验证和报告的问题，设计仅通过智能手机应用程序读取结果的测试，并将测试结果安全地传达给公共卫生或其他机构[20]。但即使是RT-PCR类别也包含许多创新。例如，在2020年4月至5月在三家英国医院进行的试验中，这种无需实验室处理或样本预处理的即时检测的整体准确性与标准RT-PCR实验室检测相当[21]，促使英国政府从2020年9月开始订购2.12亿美元的580万个检测试剂盒用于国民健康服务医院[22]。所有这些新的测试将如何影响流行病，以及它们将如何补充预期的疫苗，仍有待确定。但是，尽管专家们继续仔细审查和辩论其潜在的效用，特别是用于识别可能具有传染性的非典型肺炎和症状前携带者[23世界卫生组织COVID-19技术负责人、伦敦帝国理工学院公共卫生学院名誉讲师、传染病流行病学家玛丽亚·范·克尔霍夫说，快速检测方案的日益普及是“一个非常积极的进步”，但仍是“一项正在进行的工作”。各国都在使用它们，所以我们试图提供指导，说明它们在哪些方面表现得更好，以减轻一些压力。PCR”。图二、CovidNudge测试展示了RT-PCR的最新创新，RT-PCR是检测病毒感染的医疗保健行业黄金标准。当烤面包机大小的“DnaNudge”测试仪器的顶部滑动到其底部的操作位置时在大流行之前，DnaNudge该设备被重新用于在医疗机构和机场、学校和大型工作场所等非实验室场所诊断COVID-19，该设备在不到90分钟的时间内对SARS-CoV-2进行完整的RT-PCR图片来源：DnaNudge（公共领域）。P. 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