随着疫情在全球蔓延，新型冠状病毒核酸检测试剂盒的需求量越来越大。近日，上海之江生物科技股份有限公司研发的病毒检测试剂盒（荧光PCR法）获得欧盟CE认证，已出口到意大利、法国、德国、日本、韩国等30多个国家。在武汉“战疫”中，这家企业研发的全自动核酸检测前处理系统和试剂也立下战功，10台仪器每天能完成高达5000人份的样本检测。
荧光PCR法检测病毒的科学原理是什么？全自动检测设备为何效率很高？解放日报·上观新闻记者采访了之江生物两位专家。
让微量核酸指数级扩增
之江生物研发中心副总监张捷介绍，PCR的意思是聚合酶链式反应，其基本原理是利用双链DNA（脱氧核糖核酸）在高温下解链、在低温下结合的特性，通过控制温度变化来模拟DNA在体内的复制过程。这种技术可以用于测定古生物化石，历史人物遗体，犯罪嫌疑人毛发、皮肤和体液中的DNA，也可用于测定病毒核酸。
利用荧光PCR法检测病毒前，科研人员要分析这种病毒的核酸序列，设计出特异性可与病毒核酸结合的引物（20个左右核苷酸组成的寡核苷酸片段）。“开发这种试剂盒的最关键步骤，是找到能与病毒核酸特异性结合的引物。”之江生物董事长邵俊斌博士说，如果引物与目标核酸的结合性差，会影响试剂盒的灵敏度；如果引物还能与其它病原体核酸结合，则会降低试剂盒的特异性。
在DNA聚合酶的作用下，引物延伸并与因高温而解链的DNA结合，变成2条链。PCR扩增仪再次调高温度后，DNA再次解链，引物又会延伸并与之结合，变成4条链。如此升温、降温往复进行，病毒中的核酸片段就像孙悟空分身术一样指数级扩增，即片段数量从1变成2、从2变成4、从4变成8……30次循环后，片段的理论数量将达到原先数量的230倍。
如何把扩增后的病毒核酸检测出来？这要靠荧光探针（30个左右核苷酸组成的带有荧光报告基团和淬灭基团的寡核苷酸片段）。它与引物一样，也能与病毒核酸结合，未降解前不发光。被扩增的特异性片段越多，被降解的荧光探针也越多，发出的荧光量就越高，从而被仪器检测出来。
新冠病毒的核酸是一条单链RNA，与双链DNA病毒相比，更容易发生序列变异。因此在开发试剂盒时，选择靶标除了针对能完全区分新冠病毒和其它病原体的区段外，还需针对序列不易改变的区段设计引物和荧光探针，以避免漏检。
用人工智能提高准确性
近期，国内出现了一些病毒核酸检测呈阴性、临床上却疑似患有新冠肺炎的“假阴性”情况。对此，张捷解释说，“假阴性”的主要原因包含两方面：
一是新冠病毒在人体内的分布、含量与症状的关系尚不明确。尤其是在发病早期阶段，患者可能没有咳嗽，其上呼吸道的病毒量很少，所以鼻咽拭子样本的检测结果很可能是阴性。
二是病毒检测包含样本采集、病毒灭活、密闭送检、核酸提取、核酸检测等多个环节，其中任何一个环节出问题，都可能导致无法提取出足够、有效的病毒核酸，从而出现“假阴性”情况。
针对前一种原因，之江生物建议有条件的医院采集疑似患者的下呼吸道痰液，而不要用随机性较高的鼻、咽拭子。针对后一种原因，公司建议国内外的病毒核酸检测将标准化操作往前端延伸，确保获得稳定的病毒样本，这也有利于检测人员的安全；同时，可在检测结果分析环节引入人工智能，帮助检测人员对介于阴性和阳性之间的结果进行更准确的判断。据了解，之江生物正在与国内一些医院合作，试用人工智能算法判断检测结果。
全自动设备助武汉抗疫
除了病毒检测试剂盒，之江生物研发的全自动核酸检测前处理系统也参与了国内“战疫”。2月10日，10台全自动核酸检测前处理系统从上海运抵武汉。它们长约两米，宽、高各约一米，外观有点像家用冰柜，能自动完成核酸提取、检测试剂配制、加样3道工序。有了这种先进设备，检测人员只需根据电脑提示将样本和试剂放入机器，即可完成核酸提取工作。与人工操作相比，机器提取核酸的效率大幅提升，准确率更有保障，而且减少了检测人员与样本接触的机会，能降低感染病毒风险。
在自动化设备助力下，从核酸提取到得到检测结果的时间为4小时左右。湖北媒体算了一笔账：上海捐赠的10台设备满负荷运转状态下，一天能检测5000人份样本，相当于前一阶段武汉全市每天检测量的三分之一，助力当地实现了“应检尽检，日结清零”目标。
截至目前，之江生物产品已出口到30多个国家。随着疫情在全球扩散，沪研病毒检测试剂盒预计将出口到更多国家，为全球抗疫贡献上海科技的力量。